İnterlökin 2'nin pulmoner yoldan uygulanabilecek lipozom formülasyonunun geliştirilmesi ve in vitro-in vivo değerlendirilmesi
Development of interleukin-2 liposome formulation for administration of pulmonary route and evaluation of in vitro- in vivo.
Yazar: AYŞE ÇİLEK
Danışman: PROF. NEVİN ÇELEBİ
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Bu çalışmanın amacı; 1) immün sisteme etkili olan ve ticari olarak, sadece i.v uygulama formülasyonu bulunan IL-2'nin, pulmoner yoldan uygulanabilecek kontrollü salım sağlayan lipozom formülasyonunun geliştirilmesi ve fiziksel karakterizasyonunun incelenmesi, 2) sıçanlara, pulmoner yoldan uygulanan IL-2 lipozomunun, pulmoner IL-2 çözeltisinin ve i.v IL-2 çözeltisinin etkinliklerinin farmakokinetik, immünolojik ve histolojik çalışmalarla değerlendirilmesidir.Lipozom formülasyonu, dipalmitoil fosfatidilkolin (DPPC) kullanılarak ince lipit tabaka yöntemi ile hazırlandı. Lipozomların partikül büyüklükleri ekstruksiyon işlemi ile ayarlandı. Lipozomlar, partikül büyüklüğü ve zeta potansiyeli ölçümleri ve ışık mikroskobu ile karakterize edildi. SDS-PAGE ile, lipozom içerisindeki IL-2'nin yapısal bütünlüğünü koruyup korumadığı incelendi. IL-2'nin lipozomdaki yükleme kapasitesi saptandı. Lipozomdan IL-2'nin in vitro salımı, 25.000 Daltondan küçük molekülleri geçirebilen diyaliz membran kullanılarak, pH 7.4 fosfat tamponunda yapıldı.İn vivo çalışmada, Wistar erkek sıçanlar kullanıldı. Sıçanlara pulmoner yolla ilaç verilişi PennCentury cihazı yardımıyla yapıldı. IL-2 pulmoner yolla sıçanlara, 4.106 IU/kg dozda uygulandıFarmakokinetik çalışmada, IL-2 içeren formülasyonlar (Pulmoner IL-2 lipozomu, pulmoner IL-2 çözeltisi ve i.v IL-2 çözelti) sıçanlara uygulandı. Belirli zaman aralıklarında kan örnekleri alınarak IL-2 miktarı ELİSA yöntemi ile tayin edildi. Farmakokinetik parametreler hesaplanarak bağıl ve mutlak biyoyararlanımları değerlendirildi.İmmunolojik çalışmada, IL-2 içeren formülasyonlar başlangıçta ve sekonder immünite oluşturmak için yedinci günde uygulandı. Serum ve akciğer homojenizatlarında, immünolojik parametreler (IgA, IgM, TNF?, IFN?, IgG, IgG1 ve IgG2a) ve periferik kanda CD4+ ve CD8+ T lenfosit yüzdeleri ölçüldü ve kıyaslandı.Histolojik çalışmada da, IL-2 içeren formülasyonların akciğerlerde bulunan makrofaj, CD4+ ve CD8+ T lenfosit sayılarına olan etkisi incelendi.Hazırlanan lipozom formülasyonlarına ekstruksiyon işlemi uygulandığında partikül boyutlarında anlamlı olarak küçülme olduğu saptandı (p<0.001), IL-2 içeren lipozomun partikül büyüklüğü, ekstuksiyon işlemi sonucunda 3.62±0.02 µm olarak ölçülmüştür. IL-2 içeren lipozomlarda, ekstruksiyon işlemi sonucunda zeta potansiyellerinde anlamlı bir değişim gözlenmedi (p>0.05). IL-2'nin lipozom içindeki yükleme kapasitesi % 98.2±0.0 olarak hesaplandı. SDS-PAGE çalışmaları ile, IL-2'nin lipozom içerisinde yapısal bütünlüğünü koruduğu saptandı.Farmakokinetik çalışmalara göre, intravenöz ve pulmoner uygulamalar kıyaslandığında, pulmoner uygulamalarının sonucunda IL-2'nin kanda daha uzun süre kaldığı, i.v olarak verilen IL-2'nin ise, kandan hemen uzaklaştığı görüldü. Pulmoner IL-2 çözeltisinin i.v uygulamaya göre mutlak biyoyararlanımının 7.44 kat yüksek olduğu, lipozomun mutlak biyoyararlanımının, i.v uygulamanın biyoyararlanımının yaklaşık dörtte biri kadar olduğu bulundu. Pulmoner IL-2 lipozomu ve pulmoner IL-2 çözeltisinin bağıl biyoyararlanımı değerlendirildiğinde ise, lipozomun biyoyararlanımının pulmoner IL-2 çözeltisinin biyoyararlanımının % 3.5'u kadarı olduğu görüldüİmmunolojik çalışmalara göre, pulmoner IL-2 lipozom formülasyonu, serum IgM ve IgA seviyelerinde uzun süreli ve düşen baskılama oluşturdu. Diğer uygulamalara kıyasla, TNF? ve IFN? seviyelerini i.v IL-2 çözeltisinin daha fazla artırdığı görüldü. IgG, IgG2 ve IgG2a seviyelerinde, pulmoner IL-2 lipozomunun 14.günde devam eden bir baskılanma oluşturduğu görüldü. İmmunohistokimyasal çalışmalarda, en etkin formülasyon pulmoner IL-2 lipozomu bulundu.Sonuçlar, hazırlanan IL-2 lipozomunun pulmoner yoldan verildiğinde immün sistem hastalıklarında etkili olabileceğini göstermektedir.

Abstract:
The aim of this study was 1) to develop liposome formulation to enable controlled release for pulmonary administration of IL-2 that is effective on immune system and has only intravenous commercially-available administration formulation, and 2) to assess effectiveness of pulmonary administration of IL-2 liposome, pulmonary IL-2 solution and intravenous IL-2 solution in rats by pharmacokinetic, immunological and histological studies.The liposome formulation was developed by making use of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) and thin-film method. The particle sizes were adjusted via extrusion process. Liposomes were characterized by particle size and zeta-potential measurements and light microscope. Whether the structural integrity of IL-2 in liposome was preserved or not was assessed. The IL-2 loading capacity of liposomes was determined. In vitro release of IL-2 from liposome was performed in pH 7.4 phosphate buffer using dialyze membrane, which enables passage of molecules smaller than 25.000 Daltons in size.Wistar male rats were used in in vivo studies. Pulmonary administration of the drug to rats was performed using PennCentury device. IL-2 was administered at 4.106 IU/kg dose levelIn pharmacokinetic study, IL-2 containing formulations (Pulmonary IL-2 liposome, pulmonary IL-2 solution and intravenous IL-2 solution) were administered to rats. By taking blood samples, IL-2 levels were determined using ELISA method. Absolute and relative bioavailability was determined by calculating the pharmacokinetic parameters.In immunological study, IL-2 containing formulations were administered at the beginning and at the seventh day in order to generate secondary immunity. The immunological parameters (IgA, IgM, TNF?, IFN?, IgG, IgG1 and IgG2a) in serum and lung homogenizate; CD4+ and CD8+ T lymphocyte percentages in peripheral blood were measured and compared.In histological study, the effect of IL-2 containing formulations on levels of macrophage, CD4+ and CD8+ T lymphocyte were investigated.When extrusion process was applied to the prepared liposome formulations, significant reduction in particle sizes was detected (p<0.001). The particle size of the IL-2 containing liposome was measured to be 3.62±0.02 µm after the extrusion process. No significant change of zeta potentials were observed after the extraction process in IL-2 containing liposomes (p>0.05). The IL-2 loading capacity of the liposomes was evaluated to be 98.2±0.0%. Via SDS-PAGE studies, it was determined that the structural integrity of IL-2 in liposome was preserved..According to the pharmacokinetic studies, when the intravenous and pulmonary administration were compared, it was observed that after the pulmonary administration, the IL-2 stayed longer in blood while the intravenous administered IL-2 left the blood rapidly. It was found that the absolute bioavailability of pulmonary IL-2 solution was 7.44 times higher than that of intravenous administration and the absolute bioavailability of liposome was about one fourth of that of intravenous administration. When the relative bioavailability of pulmonary IL-2 liposome and pulmonary IL-2 solution were compared, the bioavailability of liposome was found to be 3.5% of the bioavailability of pulmonary IL-2 solution.According to the immunological study, pulmonary IL-2 liposome formulation caused long-time reduction in serum IgM ve IgA levels. It was shown that intravenous IL-2 solution increased the TNF? and IFN? levels more than the other administration methods did. Reduction of IgG, IgG2 and IgG2a levels by the pulmonary IL-2 liposome was shown on the fourteenth day. In immunohistochemical studies, pulmonary IL-2 liposome was found to be the most effective formulation.The results indicate that the prepared IL-2 liposome for pulmonary administration can be effective on immune system diseases.