Authors:	Kahsay, Birhanu Nigusse
Advisor:	Langguth, Peter
Title:	Formulation and characterization of colloidal formulations loaded with free amino acids for dermal delivery
Online publication date:	20-Jul-2023
Year of first publication:	2023
Language:	english
Abstract:	Freie Aminosäuren (FAAs) stellen den größten Bestandteil (~40%) der natürlichen Feuchthaltefaktoren (NMF) dar. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Funktion der Hautbarriere und der Hautfeuchtigkeit. FAAs sind auch dafür verantwortlich, den sauren pH-Wert der Haut aufrechtzuerhalten. Ihr Gehalt kann jedoch aufgrund von Umweltbedingungen und pathologischen Prozessen wie z.B. trockener Haut in Verbindung mit atopischer Dermatitis (AD) und Psoriasis (PS) abnehmen und, möglicherweise, durch eine topische Applikation dieser Verbindungen ersetzt werden. Die vorliegende Arbeit hatte daher zum Ziel, geeignete Formulierungen, die mit pflanzlichen und synthetischen FAAs für die topische Anwendung beladen sind, herzustellen und zu charakterisieren. Der FAA-Gehalt von 59 verschiedenen Pflanzenarten und Pilzen wurde untersucht, um potenzielle natürliche Quellen für diese Verbindungen zu identifizieren. Die Proben wurden gesammelt, getrocknet, extrahiert und die Konzentration von 27 FAAs wurde mittels LC-ESI–MS/MS analysiert. Unter den getesteten Proben wurde die natürliche Ressource mit der höchsten Menge dieser FAAs ausgewählt. 18 FAAs, die auch die Hauptbestandteile des NMF sind (nämlich L-Ala, L-Arg, L-Asn, L-Asp, L-Gln, L-Glu, L-Gly, L-His, L-Ile, L-Lue, L-Lys, L-Met, L-Orn, L-Phe, L-Pro, L-Ser, L-Thr, and L-Val) wurden aus der ausgewählten Quelle extrahiert und gereinigt. Anschließend wurde eine selektive und genaue HPLC/DAD-Methode entwickelt und für die gleichzeitige Analyse der 18 FAAs in den Formulierungen während Assay-, Verteilungs- und Permeationsstudien validiert. Anschließend wurde das Hautverteilungsverhalten der ausgewählten FAAs unter Verwendung verschiedener Hautmodelle untersucht. Der Korneozyten-Wasser-Verteilungskoeffizient (KCOR/W), Hautpermeationskoeffizienten (KP) und zugehörige Faktoren wurden gemäß Standardprotokollen untersucht. Die experimentellen KP Werte wurden mit den Ergebnissen verglichen, die unter Verwendung von vier ausgewählten mathematischen Modellen erhalten wurden. Schließlich wurden verschiedene kolloidale Formulierungen (Mikroemulsionen (MEs) und Hydrogele auf Mikroemulsionsbasis (MEBHGs), die mit FAAs auf Pflanzen-/Pilzbasis und synthetischen FAAs beladen waren, hergestellt und charakterisiert. Die Hautpermeation dieser kolloidalen Formulierungen wurde miteinander und mit vermarkteten hydrophilen Mitteln verglichen Creme (H-Cream), die mit den gleichen FAAs beladen ist. Die Ergebnisse zeigen, dass alle 27 FAAs in den meisten untersuchten Pflanzen- und Pilzquellen in unterschiedlichen Konzentrationen nachgewiesen wurden. Von den untersuchten Proben enthielt der Austernpilz eine hohe Konzentration der wichtigsten FAAs im NMF. Die validierte RP-HPLC/DAD-Methode zur simultanen Analyse von 18 FAAs war über den Konzentrationsbereich von 5-80 µM mit einem R2 > 0,995 linear. Die Methode war empfindlich, präzise, genau und robust. Die Korneozyten-Wasser-Verteilungsstudien legen nahe, dass FAAs geeignete Kandidaten für den Korneozyten-Weg sind. Die KCOR/W-Werte der menschlichen Korneozyten (COR) und der Schweineohrhaut korrelierten besser im Vergleich zu denen von menschlichem COR und Keratin. Die Anfangskonzentrationen der FAAs, das Vorhandensein von Lipid im Stratum corneum (SC) und die Permeationsverstärker beeinflussen die KCOR/W-Werte. Die FAAs haben sehr niedrige KP-Werte, was auf die Notwendigkeit von Hautpermeationsverstärkern bei der Formulierungsentwicklung hinweist. Obwohl neue mathematische Modelle, die den korneozytären Weg berücksichtigen, die Hautpermeation von FAAs besser vorhersagen könnten, sind die getesteten Modelle in der Lage, die Hautpermeation von FAAs (aus wässrigem Träger) angemessen vorherzusagen. Die hergestellten kolloidalen Formulierungen (MEs und MEBHGs) hatten die gewünschten physikalisch-chemischen und Partikeleigenschaften und waren nicht reizend. Die FAAs drang aus den MEs und MEBHGs besser in die tieferen Schichten des SC ein als aus der H-Creme. Die aus den Pilzextrakten hergestellten MEs und die unter Verwendung synthetischer Quellen hergestellten haben ähnliche physikalisch-chemische Eigenschaften. Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass FAAs, die aus der Natur oder auf chemischen Synthesewegen stammen, mit kolloidalen Trägersystemen angemessen in und durch das SC der Haut transportiert werden können.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences 570 Biowissenschaften 570 Life sciences 600 Technik 600 Technology (Applied sciences)
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-9262
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-a72e2f37-d6c1-4416-9265-8be40bfc22876
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	107 Seiten ; Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen