University thesis:
Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2019
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Abstract: Eine Methode zur Behandlung von Tumoren ist die Anwendung von Wärme auf das Tumorareal. Wenn das zu behandelnde Körperareal auf Temperaturen von 40 °C bis 42 °C erhitzt wird, wird von einer sogenannten Hyperthermie gesprochen. Die Behandlung durch Hyperthermie erhöht den zytotoxischen Effekt auf den Tumor und führt zu einer besseren Akkumulation eines applizierten Wirkstoffs im Tumorgewebe. Thermoresponsive/Thermosensitive Liposomen (TSL) sind Formulierungen, die ihren verkapselten Wirkstoff in Kombination mit Hyperthermie freisetzen. Zur Anwendung im Körper werden die mit hydrophilen Wirkstoffen wie Doxorubicin beladenen TSL dem Patienten intravenös verabreicht. Das Tumorgewebe wird anschließend gezielt mittels Hyperthermie behandelt. Gelangen die TSL über den Blutstrom in das Tumorgewebe, setzen sie ihren Wirkstoff aufgrund der vorherrschenden Hyperthermie frei. Das Freisetzungsverhalten wird dabei durch die Phasenübergangstemperatur der Formulierung bestimmt. Im erwärmten Areal diffundieren die Wirkstoffmoleküle aufgrund der hohen lokalen Wirkstoffkonzentration in die Tumorzellen. Neben dem Hauptbestandteil Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC), enthalten TSL meist noch Distearoylphosphatidylcholin (DSPC) zur Erhöhung der Phasenübergangstemperatur, das zirkulationsfördernde DSPE-mPEG(2000) und das freisetzungsfördernde Lysolipid Monostearoyl-phosphatidylcholin (MSPC oder 18:0 Lyso-PC). Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, ein besseres Verständnis über die Lipidwechselwirkungen in den TSL zu gewinnen. Dazu wurden das Phasenverhalten der Membran und das Freisetzungs-verhalten aus MSPC-haltigen und MSPC-freien TSL mithilfe der differential scanning calorimetry (DSC), pressure perturbation calorimetry (PPC), dynamischer Lichtstreuung (DLS), Densimetrie und time-correlated single photon counting (TCSPC) untersucht.<br><br>Bei der Vermessung von reinem MSPC konnten zwei polymorphe Zustände nachgewiesen werden, die sich abhängig von der Heizrate der DSC und den Lagerbedingungen bildeten. Der Polymorph, der sich unterhalb der Phasenübergangstemperatur bildete, wurde durch die Inkubation bei 1 °C in einen weiteren Polymorph umgewandelt. Auf Grundlage dieser Ergebnisse ist MSPC entweder ein monotropes System oder ein enantiotropes System mit einem transition point unterhalb von 1 °C.<br><br>Der Einfluss von MSPC auf TSL wurde untersucht, indem DPPC/DSPC-haltige TSL als multi-lamellare (MLV) und unilamellare (LU ...
Abstract: Hyperthermia is a method to treat tumours or enhance tumour chemotherapy. The use ofhyperthermia in temperature ranges from 40 °C to 42 °C can enhance both the cytotoxicityof the drug and its accumulation in the tumour tissue. Thermoresponsive/thermosensitive liposomes (TSL) are formulations designed to release their drug specically in areas of hyperthermia. Typically, TSL are loaded with hydrophilic drugs like Doxorubicin and applied intravenously, followed by heating of the tumour tissue. When circulating TSL come in contact with the heated tumour tissue, the encapsulated drug is released. The release behaviour of the TSL is dependent on the phase transition temperature of the formulation. Due to high local drug concentration in the tumour tissue, drug molecules diffuse into the tumour cells.The lipid dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) is the main component in TSL. Othertypical components are distearoylphosphatidylcholine (DSPC) to adjust the phase transition temperature, the polymer-grafted lipid DSPE-mPEG(2000) to increase circulation time,and the release enhancing lysolipid MSPC.The main aim of the thesis was to derive a mechanistic understanding of the specicmodes of action of these components. To this end, the phase and release behaviour ofMSPC-containing and MSPC-free TSL was investigated in detail using differential scan-ning calorimetry (DSC), pressure perturbation calorimetry (PPC), dynamic light scattering(DLS), densimetry and time-correlated single photon counting (TCSPC).<br><br>For pure MSPC, two polymorphic states could be identified. The polymorph forming uponcooling below the "melting" point converted into another one upon incubation at 1 °C.Hence, MSPC is either a monotropic system or an enantiotropic system with a transitionpoint below 1 °C.<br><br>Addition of MSPC to liposomes of DPPC and/or DSPC was studied using both multi-lamellar (MLV) and unilamellar (LUV) liposomes. Whereas LUV are of primary interest asdrug delivery systems for hydrophilic drugs, only MLV behave, to a good approximation,as one or more thermodynamic phases and permit a detailed understanding of the phasediagram and its implications for drug delivery.Based on the phase diagrams of MSPC-containing TSL, an eutectic behaviour with complex formation was detected in these formulations. An eutectic mixture forms MSPC-rich complex and MSPC-poor gel phases in the membrane. At the eutectic MSPC-content of about 12 mol%, both phases melt simultaneously. Thi ...