title: Entwicklung innovativer Trägersysteme zur gezielten dermalen Applikation eines GATA-3-spezifischen DNAzyms als Therapeutikum der Atopischen Dermatitis
title: Development of innovative drug delivery systems for the dermal application of a GATA-3-specific DNAzyme for the treatment of atopic dermatitis
Creators: name: Schmidts, Thomas Michael
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: DNS
dermal application
atopic dermatitis
Dermatitis , Behandlung
DNAzym
DNAzyme
Medizin, Gesundheit
Atopische Dermatitis
dermale Applikation

description: Da die akute Phase der Atopischen
      Dermatitis mit einer Überexpression von Th2-Zellen einhergeht
      und der Transkriptionsfaktor GATA-3 hierfür einen
      entscheidenden Trigger darstellt, ist es naheliegend, durch
      ein selektives Ausschalten der mRNA die Expression dieses
      Transkriptionsfaktors zu unterbinden und somit die Erkrankung
      spezifisch und kausal zu therapieren. Eine Möglichkeit zur
      spezifischen Katalyse von GATA-3 stellt das Antisense
      Oligonukleotid DNAzym hgd 40 dar. Hauterkrankungen, wie die
      Atopische Dermatitis werden konventionell dermal therapiert.
      Allerdings ergeben sich für die bis dato noch nicht in die
      dermale Therapie eingeführten Antisense Oligonukleotide
      aufgrund von Molekülgröße und Sensitivität zahlreiche
      Herausforderungen. Besonders gegenüber in und auf der Haut
      ubiquitär vorkommenden DNasen müssen diese Wirkstoffe vor
      Degradation geschützt werden. Gleichzeitig ist eine
      ausreichende Resorption in das Zielorgan Haut
      sicherzustellen. Folgerichtig wird in der vorliegenden Arbeit
      die Formulierungsfindung für den als Modellsubstanz
      ausgewählten Wirkstoff DNAzym hgd 40 behandelt. Hierbei war
      des besonders zu beachten, dass die natürliche Hautbarriere
      bei der Atopischen Dermatitis zwar geschwächt, gleichzeitig
      aber auch außerhalb eines Krankheitsschubs bei intakter
      Hautbarriere die Wirkstoffpenetration für einen präventiven
      Effekt gewährleistet sein sollte. Multiple Emulsionen wurden
      als Kandidat mit der größten Schnittmenge an Eigenschaften,
      wie Wirkstoffschutz und Wirkstoffpenetration bei gleichzeitig
      pflegenden Eigenschaften, favorisiert. Multiple Emulsionen
      sind Wasser-in-Öl-in-Wasser Emulsionen, in deren innerer
      Wasserphase Wirkstoffe eingeschlossen werden können. Zum
      Vergleich wurden weitere Emulsionstypen, wie Mikroemulsion,
      Submikronemulsion und konventionelle Wasser-in-Öl-Emulsionen
      in die Versuchsreihe aufgenommen. Es konnte gezeigt werden,
      dass alle untersuchten Emulsionstypen hinsichtlich ihrer
      physikochemischen Parameter, wie pH-Wert, Tropfengröße und
      Viskosität über den untersuchten Zeitraum stabil sind. Ein
      besonderes Augenmerk richtete sich auf die Schutzfunktion der
      Galeniken gegenüber der Degradation des Wirkstoffs DNAzym hgd
      40. Die hierzu notwendigen extraktions- und analytischen
      Verfahren konnten im Rahmen dieser Arbeit etabliert werden.
      Bei Inkubationsversuchen mit hautidentischen DNasen wurde
      gezeigt, dass multiple Emulsionen innerhalb des untersuchten
      Zeitraums über 50% des in der inneren Phase eingearbeiteten
      Wirkstoffs effektiv vor Abbau schützen. Die beschriebenen
      Trägersysteme Mikroemulsion und Submikronemulsion zeigten
      keine Schutzfunktion und einen nahezu vollständigen Abbau des
      Wirkstoffs. Zur Untersuchung der Kinetik wurden
      Freisetzungsversuche an Cellulosemembranen durchgeführt. Die
      positiven Ergebnisse dieser Arbeit lassen eine kausale,
      dermale Therapie der Atopischen Dermatitis mit Antisense
      Oligonukleotiden, geschützt in multiplen Emulsionen, in
      greifbare Nähe rücken.
description: Atopic dermatitis (AD) is an
      inflammatory, chronically relapsing, non-contagious and
      pruritic skin disorder. AD affects 15–30% of children and
      2–10% of adults in industrialized countries. AD is mediated
      by a strong Th2-cell response accompanied by the expression
      of various cytokines. The transcription factor GATA-3 which
      is mainly expressed in Th2-cells plays a key role in the
      regulation of these inflammatory processes. Inhibiting the
      activity of GATA 3 may therefore be a novel strategy for the
      treatment of allergic diseases such as AD. DNAzymes could be
      shown to be potent novel drugs for the treatment of
      inflammatory diseases such as atopic dermatitis. They
      represent a novel class of pharmaceuticals for causal
      therapies that are based on the interference with the
      specific pathway leading to the described inflammatory
      response. A DNAzyme-mediated cleavage of the GATA-3 specific
      mRNA aims for a suppression of the immune response leading to
      several known disorders like AD. There are two main
      challenges regarding the dermal application of DNAzymes: the
      relatively large molecular weight and the sensitivity to
      DNases which can be found on the skin surface as a part of
      the natural skin flora. A promising approach for the
      protection of DNAzymes is the development and application of
      suitable new carrier systems. In order to avoid degradation
      of the drug, the hydrophilic compound may be incorporated
      into the inner aqueous phase of carrier systems, such as
      water-in-oil-in-water (multiple) emulsions. In the present
      study, multiple emulsions and various other emulsions, such
      as small-scaled submicronemulsions, microemulsions and
      water-in-oil-emulsions were compared. Their physicochemical
      properties were determined and drug release as well as skin
      uptake studies using various skin conditions and experimental
      set-ups were conducted. Furthermore, cellular uptake was
      determined by flow cytometric analysis (FACS). DNAzyme uptake
      with finite dose set-up and application of the formulation
      under a gentle massage led to the superiority of the multiple
      emulsion over the submicronemulsion. Most likely the applied
      shear and partial evaporation of the outer water phase lead
      to a disruption of the oily membrane of the W/O/W emulsion,
      followed by the time dependent release of the DNAzyme and its
      successful penetration into the skin. In case of the
      submicronemulsion, the drug was reduced immediately by skin
      own DNases prior to penetration. DNAzymes target cells of the
      viable epidermis. In order to prove the uptake, FACS
      experiments using viable epidermal cells were performed. The
      data clearly demonstrates that DNAzyme uptake by the skin is
      not limited to the stratum corneum. Importantly, compared to
      the submicronemulsion, the specific drug uptake was increased
      using the W/O/W emulsion which is in line with the data
      obtained from skin penetration studies. The results could
      clearly show that antisense oligonucleotides protected in
      W/O/W emulsions represent a promising approach for a dermal
      therapy of atopic dermatitis.