Authors:	Ahmed, Gamal
Title:	Effect of drug physicochemical properties on the release from liposomal systems in vitro and in vivo
Online publication date:	4-Feb-2009
Year of first publication:	2009
Language:	english
Abstract:	Liposomes were discovered about 40 years ago by A. Bangham and since then they became very versatile tools in biology, biochemistry and medicine. Liposomes are the smallest artificial vesicles of spherical shape that can be produced from natural untoxic phospholipids and cholesterol. Liposome vesicles can be used as drug carriers and become loaded with a great variety of molecules, such as small drug molecules, proteins, nucleotides and even plasmids. Due to the variability of liposomal compositions they can be used for a large number of applications. In this thesis the β-adrenoceptor antagonists propranolol, metoprolol, atenolol and pindolol, glucose, 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) and Er-DTPA were used for encapsulation in liposomes, characterization and in vitro release studies. Multilamellar vesicles (MLV), large unilamellar vesicles (LUV) and smaller unilamellar vesicles (SUV) were prepared using one of the following lipids: 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H) or a mixture of DSPC and DMPC (1:1). The freeze thawing method was used for preparation of liposomes because it has three advantages (1) avoiding the use of chloroform, which is used in other methods and causes toxicity (2) it is a simple method and (3) it gives high entrapping efficiency. The percentage of entrapping efficiencies (EE) was different depending on the type and phase transition temperature (Tc) of the lipid used. The average particle size and particle size distribution of the prepared liposomes were determined using both dynamic light scattering (DLS) and laser diffraction analyzer (LDA). The average particle size of the prepared liposomes differs according to both liposomal type and lipid type. Dispersion and dialysis techniques were used for the study of the in vitro release of β-adrenoceptor antagonists. The in vitro release rate of β-adrenoceptor antagonists was increased from MLV to LUV to SUV. Regarding the lipid type, β-adrenoceptor antagonists exhibited different in vitro release pattern from one lipid to another. Two different concentrations (50 and 100mg/ml) of Ph90H were used for studying the effect of lipid concentration on the in vitro release of β-adrenoceptor antagonists. It was found that liposomes made from 50 mg/ml Ph90H exhibited higher release rates than liposomes made at 100 mg/ml Ph90H. Also glucose was encapsulated in MLV, LUV and SUV using 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H), soybean lipid (Syb) or a mixture of DSPC and DMPC (1:1). The average particle size and size distribution were determined using laser diffraction analysis. It was found that both EE and average particle size differ depending on both lipid and liposomal types. The in vitro release of glucose from different types of liposomes was performed using a dispersion method. It was found that the in vitro release of glucose from different liposomes is dependent on the lipid type. 18F-FDG was encapsulated in MLV 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H), soybean lipid (Syb) or a mixture of DSPC and DMPC (1:1). FDG-containing LUV and SUV were prepared using Ph90H lipid. The in vitro release of FDG from the different types of lipids was accomplished using a dispersion method. Results similar to that of glucose release were obtained. In vivo imaging of FDG in both uncapsulated FDG and FDG-containing MLV was performed in the brain and the whole body of rats using PET scanner. It was found that the release of FDG from FDG-containing MLV was sustained. In vitro-In vivo correlation was studied using the in vitro release data of FDG from liposomes and in vivo absorption data of FDG from injected liposomes using microPET. Erbium, which is a lanthanide metal, was used as a chelate with DTPA for encapsulation in SUV liposomes for the indirect radiation therapy of cancer. The liposomes were prepared using three different concentrations of soybean lipid (30, 50 and 70 mg/ml). The stability of Er-DTPA SUV liposomes was carried out by storage of the prepared liposomes at three different temperatures (4, 25 and 37 °C). It was found that the release of Er-DTPA complex is temperature dependent, the higher the temperature, the higher the release. There was an inverse relationship between the release of the Er-DTPA complex and the concentration of lipid. Liposomen wurden vor ca. 40 Jahren von A. Bangham entdeckt und Seitdem werden sie als vielseitige Werkzeuge in der Biologie, Biochemie und Medizin verwendet. Liposomen sind die kleinsten künstlichen Hohlräume von Kugelformen, die sich aus natürlichen Phospholipiden und Cholesterin herstellen lassen. Liposomale Vesikel können als Arzneistoff-Carrier, die mit einer großen Vielzahl von Molekülen, wie zum niedermolekularen Wirkstoffen, Proteinen, Nukleotiden oder Plasmiden beladen sind, eingesetzt werden. Liposomen sind extrem vielseitig und können aufgrund der Variabilität ihrer Zusammensetzung für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. In dieser Arbeit werden die β-Adrenozeptor-Antagonisten Propranolol, Metoprolol, Atenolol und Pindolol, ferner Glucose, 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG)- und Er-DTPA in Liposomen eingebracht. Verschiedene Arten von Liposomen z. B. MLV, LUV und SUV wurden durch eine der folgenden Lipide hergestellt: 1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipon 90H (Ph90H) oder eine Mischung aus DSPC und DMPC (1:1). Die Einfrier-Auftau-Methode wurde für die Herstellung von Liposomen als Multi-Lamellare-Vesikl (MLV) verwendet, weil sie drei Vorteile hat: (1) Vermeidung der Verwendung von Chloroform, das in anderen Methoden verwendet wird und toxisch ist; (2) Es ist eine einfache Methode und (3) Es ergibt sich allgemin eine hohe Einschluss- Effizienz (EE). Die durchschnittliche Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung der vorbereiteten Liposomen wurden mit, der dynamischen Lichtstreuung (DLS) und dem Laser-Beugungs Analyzator (LDA) gemessen. Die durchschnittliche Partikelgröße der vorbereiteten Liposomen unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Art der Liposomen und dem Lipid-Typ. Dispersions- und Dialyse-Techniken wurden für die In-vitro-Freisetzung von β-Adrenozeptor-Antagonisten verwndet. Die In-vitro-Freisetzungs geschwindigkeit von β-Adrenozeptor-Antagonisten wurde von MLV zu LUV zu SUV größer. Ebenfalls konte eindeutlicher Einfluß des Lipid-Typs auf die Freisetzungsgeschwindigkeit von β-Adrenozeptor-Antagonisten festgestellt werden. Zwei verschiedene Konzentrationen (50 und 100mg/ml) von Ph90H wurden für die Untersuchung des Einflußes der Lipid-Konzentration auf die In-vitro-Freisetzung von β-Adrenozeptor-Antagonisten verwendet. Es wurde festgestellt, dass Liposomen, die aus 50 mg / ml Ph90H hergestellt wurden, rascher den inkorporierten Wirkstoff freisetzten, als die, die mit 100 mg / ml Ph90H hergestellt wurden. Glucose wurde ebenfalls MLV, LUV und SUV mit 1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H), Soja-Lipid-(SYB) und einer Mischung aus DSPC und DMPC (1:1) eingekapselt und die entstandenen Produkte bezüglich durchschnittlicher Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung charakterisiert. Es wurde festgestellt, dass EE und mittlere Partikelgröße sich in Abhängigkeit von Lipid-und Liposomen-Typ unterscheiden. Die In-vitro-Freisetzung von Glucose aus verschiedenen Arten von Liposomen wurde mit Hilfe der Dispersions-Methode gemessen. 18F-FDG wurde in MLV-Liposomen mit 1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-Phosphocholine (DSPC), Phospholipone 90H (Ph90H), Soja-Lipid-(SYB) oder der Mischung aus DSPC und DMPC (1:1) eingekapselt. FDG-haltige LUV und SUV wurden durch die Verwendung von Ph90H Lipiden vorbereitet. Die In-vitro-Freisetzung von FDG aus den verschiedenen Liposomen wurde mit der Dispersions-Methode ausgeführt. Ergebnisse, ähnlich wie die der Freisetzung von Glukose, wurden erhalten. Die In-vivo Freisetzung von FDG aus SUV und MLV wurde vergleich zu einer FDG Lösung in Ratten mittelsPositronen-Emissions-Tomographie (PET) untersucht. Dabei wurde die Anflutung von FDG im Gehirn als Maß der In-vivo Freisetzungsgeschwindigkeit verwendet. Es konnte eine Beziehung zwischen der In-vitro und der In-vivo Freisetzungsgeschwindigkeit festgestellt werden (In-vitro/In-vivo Korrelation). Erbium, welches ein Lanthanid-Metall ist, sollte als Chelat mit DTPA für die Verkapselung in SUV-Liposomen für die indirekte Strahlungs-Therapie von Krebs hergestellt werden. Die Liposomen wurden unter Verwendung drei unterschiedlicher Konzentrationen von Sojabohnen Lipiden (30, 50 und 70 mg / ml) vorbereitet. Die Stabilität der Er-DTPA SUV-Liposomen wurde durch Lagerung der vorbereiteten Liposomen bei drei verschiedenen Temperaturen (4, 25 und 37 ° C) gemessen. Es wurde festgestellt, dass die Freisetzung von dem Er-DTPA Komplex temperaturabhängig ist, je höher die Temperatur, desto höher ist die Freigabe. Es wurde eine inverse Beziehung zwischen der Freigabe des Er-DTPA Komplexes und der Konzentration von Lipiden festgestellt.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3257
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-18805
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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