Influence of formulation parameters of Doxorubicin - poly(butyl cyanoacrylate) nanoparticles on the treatment of glioblastomas and evaluation of the body distribution of labelled nanoparticles in healthy and glioblastoma - bearing rats

Systematisch verabreichte Chemotherapeutika sind oft uneffektiv bei der Behandlung von Krankheiten des zentralen Nervensystems (ZNS). Eine der Ursachen hierfür ist der unzureichende Arzneistoff-Transport ins Gehirn aufgrund der Blut-Hirn-Schranke. Eine der Strategien für den nicht-invasiven Wirkstoff-Transport ins Gehirn ist die Verwendung von Nanopartikeln. Polybutylcyanoacrylat-Nanopartikel, die mit Polysorbat 80 (Tween® 80) überzogen wurden, können die Blut-Hirn-Schranke passieren und somit Wirkstoffe ins Gehirn transportieren. Wird die Blut-Hirn-Schranke durch einen Hirntumor partiell beschädigt und hierdurch ihre Permeabilität am Ort des Tumors erhöht, können Nanopartikel den Tumor zusätzlich durch den sogenannten EPR-Effekt erreichen. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Beladung der Nanopartikel durch Variation der Formulierungparameter mit dem Ziel optimiert, eine Formulierung mit höherer Wirksamkeit für die Therapie von Glioblastom-tragenden Ratten zu entwickeln. Außerdem wurde das Potential von Doxorubicin, das an mit „Stealth Agents“ überzogenen Polybutylcyanoacrylat-Nanopartikel gebunden war, für die Chemotherapie von Hirntumoren untersucht. Im zweiten Teil dieser Studie wurden die Gehirn- und Körperverteilung in gesunden und in Glioblastom-101/8-tragenden Ratten nach i.v.-Gabe von Poly(butyl-2-cyano[3- 14C]acrylat)-Nanopartikeln, die mit Polysorbat 80 beschichtet wurden, und solchen, die noch zusätzlich mit Doxorubicin geladen waren (DOX-14C-PBCA + PS), untersucht. Die Standardformulierung von Doxubicin-Polybutylcyanoacrylat-Nanopartikeln (DOX-NP) wurde durch anionische Polymerisierung von Butylcyanoacrylat in Anwesenheit von DOX hergestellt. Zusätzlich wurden unterschiedliche DOX-NP Formulierungen durch Veränderung der Herstellung produziert. Das therapeutische Potential der Formulierungen wurde in Ratten mit ins Gehirn transplantieren Glioblastom 101/8 untersucht. Neben Polysorbat 80 wurden Poloxamer 188 und Poloxamin 908 als Überzugsmaterial verwendet. Die Resultate ergaben, dass die mit Polysorbat 80 überzogene Standardformulierung am effektivsten war. Die höhere Wirksamkeit von DOX-NP+PS 80 könnte durch die Fähigkeit dieser Träger erklärt werden, den Wirkstoff während eines frühen Stadiums der Tumorentwicklung durch einen Rezeptor-vermittelten Mechanismus, der durch den PS 80-Überzug aktiviert wurde über die intakte Blut-Hirn-Schranke, zu transportieren. Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass Poloxamer 188 und Poloxamin 908 den antitumoralen Effekt von DOX-PBCA beträchtlich verbessern. Der anti-tumorale Effekt dieser Formulierungen könnte möglicherweise dem EPR-Effekt zugeschrieben werden. Es ist bekannt, dass die tumorale Arzneistoff-Aufnahme durch den EPR-Effektes für lang-zirkulierende Wirkstoffträger ausgeprägter ist und so mehr Wirkstoff durch die Tumor-geschädigte Blut-Hirn-Schranke gelangt. Unbeschichtete Nanopartikel, Polysorbat 80-beschichtete Nanopartikel oder mit Doxorubicin beladene und mit Polysorbat 80 beschichtete Nanopartikel wurden in gesunden und Tumor-tragenden Ratten injiziert. Diese Nanopartikel-Präparationen zeigten einer unterschiedliche Korpenverteilung in den Ratten. Unbeschichtete Nanopartikel sammelten sich in den RES-Organen an. Mit PS 80 beschichtete NP reduzierten die Aufnahme der NP in Leber und Milz, während sich die Konzentration der NP in der Lunge erhöhte. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Änderung der Oberflächeneigenschaften der NP durch das Tensid, zu einer Interaktion mit unterschiedlichen Opsoninen führt, welches die Aufnahme der NP von verschiedenen phagozitierenden Zellen erleichtert. Hingegen war die Aufnahme der mit DOX beladenen, PS 80-beschichteten Nanopartikel den unbeschichteten Partikel ähnlich. Im Vergleich mit gesunden Ratten und mit Tumor-tragenden Ratten hingegen war die Konzentration der NP im Gehirn von Tumor tragenden Ratten 10 Tage nach der Tumor-implantation signifikant höher. In Anwesenheit des Glioblastoms ist der Transport von NP in das Gehirn das Resultat verschiedener Faktoren: zusätzlich zur Fähigkeit von PS 80-Nanopartikeln, die Blut-Hirn-Schranke zu passieren, extravasieren diese Träger wegen des EPR Effekts über das durch den Tumor undichte Endothelium. Die Konzentration von PS 80 [14C]-PBCA NP war im Glioblastom signifikant höher als mit DOX [14C]-PBCA NP. Dieses Phänomen kann durch die unterschiedliche Mikroumgebung von zerebralem intra-tumoralen und intaktem Gehirngewebe erklärt werde. Insbesondere können sich die positive Ladung der tumoralen Regionen und die positive Ladung der DOX [14C]-PBCA NP negativ beeinflussen. Dennoch waren die Doxorubicin-Konzentration in Glioblastom ausreichend, einen therapeutischen Effekt zu ermöglichen