5.12.2.1 Bukkaler Weg
Die bukkale Verabreichung dient zur Abgabe von Arzneimitteln innerhalb / durch die bukkale Schleimhaut, um eine lokale oder systemische Wirkung zu erzielen. Dieser Weg ist besonders attraktiv, da Substanzen, die über die bukkale Schleimhaut absorbiert werden, den gastrointestinalen enzymatischen Abbau und den hepatischen First-Pass-Effekt umgehen. Der Mund hat eine relativ große Fläche für die Arzneimittelanwendung und eine gute Zugänglichkeit im Vergleich zu Nase, Rektum und Vagina.3 Darüber hinaus ist die Schleimhaut aufgrund des schnellen Zellumsatzes und der häufigen Nahrungsaufnahme resistent gegen Schäden oder Reizungen. Die bukkale Schleimhaut besteht aus einer Oberflächenschicht aus geschichtetem Plattenepithel, die durch eine Basallamina mit dem darunter liegenden Bindegewebe (Lamina propria und Submucosa) verbunden ist. Im Bindegewebe ist ein Netzwerk von Blutkapillaren vorhanden, in dem Arzneimittel, die durch das Epithel eingedrungen sind, in den systemischen Kreislauf gelangen können. Es wird berichtet, dass die Oberflächenschichten des Epithels (ungefähr die obersten 25-30%) die Hauptbarriere für das Eindringen von Substanzen sind.5,6 Zellschichten der bukkalen Schleimhaut enthalten Membranbeschichtungsgranulate (MCGs), die kugelförmige oder ovale Organellen mit einem Durchmesser von 100-300 nm sind. MCGs scheinen mit Zellmembranen zu verschmelzen und ihren Inhalt, hauptsächlich Lipide, in den Interzellularraum zu extrudieren. Mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie wurde die MCG entsprechende Region im porcinen bukkalen Epithel als geschwindigkeitsbegrenzende Schicht für die Diffusion von hydrophilem Fluorescein-Isothiocyanat sichtbar gemacht.7 Die durch MCG extrudierten interzellulären Lipide (150-200 µm tief) stellen die Permeabilitätsbarriere für hydrophile Verbindungen dar. Eine kürzlich veröffentlichte Arbeit schlug ein zweischichtiges Diffusionsmodell vor, um die relativen Beiträge von Epithel und Bindegewebe zur Permeationsbarriere für 2′,3′-Didesoxycytidin quantitativ zu beschreiben.8 Es wurde gezeigt, dass die Basallaminaschicht innerhalb des bukkalen Epithels als wichtige Barriere für die Arzneimittelpermeation fungierte.
Die Wirkstofftransportwege durch die bukkale Schleimhaut können sowohl transzellulär als auch paracellulär sein, aber für viele hydrophile Arzneimittel ist die Permeation hauptsächlich auf passive Diffusion über den paracellulären Weg zurückzuführen. Die meisten transbukkalen Permeationsstudien wurden in Vitro9 unter Verwendung verschiedener Diffusionszellen (Durchflusszellen, vertikale Franz-Zelle, horizontale Zellen, Ussing-Kammer) durchgeführt. Eine schematische Darstellung einer gemeinsamen vertikalen Franz-Diffusionszelle ist in Abbildung 1 wiedergegeben.
Abbildung 1. Schematische Darstellung einer zusammengebauten vertikalen Franz-Diffusionszelle: D, Donorfach; M, Membran; SP, Probenahmeöffnung; R, Rezeptorfach; MB, Magnetstab; WJ, Wassermantel.
Die bukkale Schleimhaut des Schweins ist die häufigste Modellbarriere für In-vitro-Experimente. Die Anatomie und der Stoffwechsel dieses nicht keratinisierten Epithels ähneln dem der menschlichen Mundschleimhaut. Im Allgemeinen wird die bukkale Schleimhaut in voller Dicke in Permeationsstudien verwendet. Technisch wird schweinebukkales Gewebe (Wange) aus einem Schlachthof gewonnen und in kaltem Krebs-Puffer (pH 7,4) ins Labor transportiert. Die bukkale Schleimhaut wird zusammen mit einem Teil der Submukosa sorgfältig mit einem Skalpell von Fett und Muskeln getrennt. Dann wird mittels eines Elektrodermatoms das Epithel (einschließlich Schleimschicht und Basallamina) aus dem darunter liegenden Gewebe isoliert. Die durchschnittliche Dicke der Proben beträgt etwa 500 µm. Aufgrund der zeitabhängigen Lebensfähigkeit muss das bukkale Epithel innerhalb von 2 h nach der Entfernung verwendet werden. Die Mukosa ist beispielsweise an einer Spenderkammer mit der dem Spenderkompartiment zugewandten Mukosaseite angebracht. Donor- und Akzeptorkompartimente werden mit Krebs-Puffer (pH 7,4) gefüllt. Carbogengas (95% O2, 5% CO2) wird durch beide Kompartimente zirkuliert, um die Lebensfähigkeit des Gewebes zu erhalten und eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten. Elektrophysiologische Parameter werden zur Beurteilung der Integrität und Lebensfähigkeit der biologischen Probe bestimmt. Nach einer 1-stündigen Äquilibrierungsphase bei 34±0,5°C wird der Rezeptor durch frischen Krebs-Puffer ersetzt und die Donorseite mit der Donorlösung gefüllt. Eine gesättigte Lösung des Arzneimittels wird als Spender verwendet, um den Permeabilitätskoeffizienten zu messen. Diffusionsexperimente werden für 3 h durchgeführt. Im Falle der Bestimmung des Wirkstoffkonzentrationsprofils innerhalb des bukkalen Epithels wurde nach den Transportexperimenten die Dünnschnitttechnik angewendet.10 Bukkale Schleimhautproben wurden ebenfalls in flüssigem Stickstoff eingefroren und bei -85 ° C für Zeiträume von bis zu 6 Monaten gelagert. Gefrorene Proben wurden dann für Permeabilitätsstudien verwendet: Es wurde beobachtet, dass die Permeabilitätseigenschaften der Schleimhaut durch Einfrieren und Lagerung nicht nachteilig beeinflusst wurden.11
Die Datenanalyse zur Bestimmung des Permeabilitätskoeffizienten durch die Schleimhaut wird üblicherweise im stationären Transportzeitraum durchgeführt.8 Für die eindimensionale Diffusion kann die Permeabilität eines Diffusionsmittels durch eine feste Membran berechnet werden als:
wobei Pe der Permeabilitätskoeffizient des Diffusionsmittels (cm s−1) ist, ΔC die Konzentrationsdifferenz zwischen den beiden Oberflächen der Membran ist und JSS der Fluss im stationären Zustand ist (mg s−1 cm−2).
Der stationäre Fluss ist durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei ΔM die Menge an Diffusionsmittel ist, die während der Intervallzeit Δt im stationären Zustand durch die Membran transportiert wird, und A die Diffusionsfläche ist.
Bukkale Arzneimittelabsorptionsstudien wurden in vitro und in vivo mit porciner bukkaler Mukosa durchgeführt.12 Die Verteilung von Fluoresceinisothiocyanat (FITC) -markierten Dextranen im Epithel mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie ermöglichte die Visualisierung der Permeationswege. Bei Molekulargewichten unter 20 kDa wurde der Durchtritt hydrophiler FITC-Dextrane behindert. Es wurde festgestellt, dass der parazelluläre Weg der Hauptweg für diese Moleküle ist. Ein In-vivo-Verabreichungsgerät, bestehend aus einer Applikationskammer, die eine Lösung von FITC-markiertem Dextran 4400 (FD4) oder Buserelin enthielt, wurde 4 h lang mit einem Klebstoff an der bukkalen Schleimhaut befestigt. Steady-State-Plasmaspiegel wurden rasch erreicht. Die gleichzeitige Anwendung von 10 mM Natriumglycodeoxycholat, einem Absorptionsverstärker, erhöhte die absolute Bioverfügbarkeit von FD4.
In einer neueren Studie13 zeigte die in vitro Permeabilität der porcinen bukkalen Mukosa konsistent niedrigere Werte mit verschiedenen Markern (Arecolin, 17β-Estradiol, Wasser und Vasopressin) im Vergleich zur porcinen Mundbodenschleimhaut. Die Mundbodenschleimhaut des Schweins war ein gutes Modell der menschlichen Bukkalschleimhaut unter Verwendung eines kontinuierlichen Durchflussperfusionssystems (20 ° C, 24 h).
Um In-vitro-Studien zu Irritationen, oralen Pathologien und grundlegenden Mundhöhlenphänomenen zu ermöglichen, stehen epiorale und epigingivale Gewebemodelle zur Verfügung, die aus normalen, vom Menschen abgeleiteten Epithelzellen bestehen (MatTek corporation, Ashland, MA, USA). Die Zellen wurden kultiviert, um mehrschichtige, hochdifferenzierte Modelle der menschlichen bukkalen und gingivalen Phänotypen zu bilden.
Die Abgabe von Thiocolchicosid, einem Muskelrelaxans, durch die Mundschleimhaut wurde untersucht, indem seine in vitro-Permeation durch die Mundschleimhaut des Schweins und der in vivo bukkale Transport beim Menschen untersucht wurden.10 Eine bioadhäsive Scheibe und eine schnell auflösende Scheibe für die bukkale bzw. sublinguale Verabreichung wurden getestet. Die In-vitro-Permeation von Thiocolchicosid durch die bukkale Schleimhaut des Schweins aus diesen Darreichungsformen wurde mit der In-vivo-Arzneimittelabsorption beim Menschen verglichen. Der bukkale Absorptionstest wurde an gesunden Probanden gemäß Rathbone durchgeführt.14 Vor jeder Verabreichung wuschen sich die Freiwilligen den Mund mit 100 ml destilliertem Wasser. Die Darreichungsform (4 mg Thiocolchicosid) wurde dann unter die Zunge (schnell auflösende Scheibe) oder in Kontakt mit der Zahnfleischschleimhaut (bioadhäsive Scheibe) gelegt und an Ort und Stelle gehalten, um ein Verschlucken während eines festgelegten Zeitraums zu vermeiden. Anschließend wurde der Rückstand der Darreichungsform ausgetrieben und der Mund mit Wasser gespült. Der Rückstand der Darreichungsform und die Waschlösungen wurden vereinigt und auf den Restwirkstoffgehalt analysiert. Die schnell auflösende Form (sublingual) führte zu einer schnellen Aufnahme von 0.5 mg Thiocolchicosid innerhalb von 15 min, während mit der bioadhäsiven bukkalen Form die gleiche Dosis über einen längeren Zeitraum absorbiert werden konnte. Trotz der Variabilität der In vivo-Ergebnisse wurde eine interessante Korrelation zwischen in vitro (Schwein) und in vivo (Mensch) Daten für beide Darreichungsformen gefunden.
Bukkale Verabreichungssysteme umfassen Mundspülungen, Sprays, Kaugummis, bioadhäsive Tabletten, Gele und Pflaster. Transbukkale Abgabevorrichtungen können leicht angebracht und entfernt werden. Die medikamentöse Therapie in der Mundhöhle unterliegt jedoch einer schnellen Elimination des Arzneimittels aufgrund der Spülwirkung des Speichels und kann wiederholte und häufige Dosen erfordern. Dieser Aspekt kann die Variabilität zwischen den Patienten beeinflussen und ist wahrscheinlich stark abhängig von der Systemtechnologie, die verwendet wird, um das Arzneimittelprodukt in Kontakt mit der absorbierenden Schleimhaut zu halten. Tatsächlich wird eine signifikante Absorption durch eine längere Exposition des Arzneimittels an der Schleimhautoberfläche erhalten. Lektine oder bioadhäsive Substanzen wurden vorgeschlagen, um die Verweilzeit des Systems zu verlängern und die Arzneimittelabsorption durch die Mundschleimhaut zu verbessern.15 Eine Sublingualtablette zur schnellen Arzneimittelabsorption auf der Basis von Mischungen von Trägerpartikeln, die teilweise von feinen Arzneimittelpartikeln bedeckt sind, wurde auf bukkale Verabreichung von Fentanylcitrat untersucht.Innerhalb von 10 min wurden 16 Plasmakonzentrationen von Fentanyl ohne zweiten Peak erhalten. Die bioadhäsive Komponente verhinderte, dass das Fentanyl verschluckt wurde, ohne seine Freisetzung und Absorption zu behindern. Chimera Agglomerates, eine Formulierung in Pulverform auf Basis von Primärpartikeln, die in weichen und porösen Clustern agglomeriert sind, stellen eine neue Darreichungsform für die bukkale Insufflation dar.17 Diese rieselfähigen Pulver können zur Erzeugung eines Mundaerosols oder zur direkten Einführung in den Zahnfleischraum verwendet werden, um eine Bioadhäsion und eine sofortige oder verzögerte Auflösung zu erreichen. Die geeignete Wahl der Arzneimittelformulierung und der Art der Anwendung kann die Reproduzierbarkeit der Verabreichung und des Ansprechens verbessern. Es muss jedoch daran erinnert werden, dass die Dosen, die angewendet werden können, in der Größenordnung von einigen Zehntel Milligramm bleiben und die Lipidlöslichkeit des Arzneimittels die Zuverlässigkeit der Verabreichung verbessert. Dieser letzte Aspekt wurde durch die gute Absorption von Fentanyl im Vergleich zum hydrophileren Morphin unterstützt.18
Die bukkale Immunisierung mit Filmen, die mit Plasmid-DNA (CMV-beta-gal) oder Beta-Galactosidase-Protein beladen sind, wurde ebenfalls untersucht.Es wurden 19 Doppelschichtfolien unter Verwendung verschiedener Polymere als mukoadhäsive Schicht und eines pharmazeutischen Wachses als undurchlässige Trägerschicht entwickelt. Diese Filme wurden auf den bukkalen Beutel von Kaninchen aufgebracht und die Immunantwort auf Beta-Gal bestimmt. Alle Kaninchen wurden mit Plasmid-DNA immunisiert, die über den bukkalen Weg verabreicht wurde, während keines durch subkutane Injektion des Antigenproteins erfolgte. Verschiedene mukoadhäsive Filme auf Basis von Chitosanhydrochlorid und Polyacrylsäure-Natriumsalz zeigten die Möglichkeit, eine bukkale Resorption problematischer Arzneimittel wie Acyclovir zu erreichen.20
Schließlich basierte ein weiterer Ansatz bei der bukkalen Verabreichung auf einem bioadhäsiven Gerät als Methode zur Kontrolle der Abgabe von Cyanocobalamin an den Gastrointestinaltrakt bei männlichen Beagle-Hunden.21 Die Neuheit bestand in der Verwendung einer bioadhäsiven kontrollierten Abgabe im Mund zur Verbesserung der gastrointestinalen Resorption dieses aktiv transportierten Arzneimittels. Mit dem bukkalen bioadhäsiven Gerät wurde eine signifikant höhere Bioverfügbarkeit beobachtet als mit der oralen Sofortfreisetzungskapsel.