TY  - THES
A1  - Freiwald, Matthias
T1  - Therapeutisches Zielorgan Lunge : Pharmakokinetische Untersuchungen am humanen Lungenperfusionsmodell
T1  - Therapeutic target site lung: Pharmacokinetic investigations at the isolated reperfused and ventilated human lung
N2  - Die humane Lunge kann bei der Pharmakotherapie einer Erkrankung entweder als betroffenes Organ Ziel eines verabreichten Arzneistoffes sein oder aber auch als Portal für diesen in die systemische Zirkulation fungieren. Wird ein Arzneistoff inhaliert, ist für dessen Nutzen-Risiko-Profil von zentraler Bedeutung, in welchem Ausmaß und mit welcher Geschwindigkeit dieser resorbiert und anschließend in die systemische Zirkulation umverteilt wird. Wenn bei der Behandlung einer Lungenerkrankung dagegen ein Arzneistoff z.B. nach peroraler Gabe erst in der systemischen Zirkulation anflutet, müssen ausreichend hohe Wirkstoffkonzentrationen in den betroffenen Gewebearealen sichergestellt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Möglichkeiten zu finden, diese beiden Vorgänge in vitro möglichst realitätsnah messen zu können. Für die Simulation der pulmonalen Absorption nach inhalativer Applikation eines Arzneistoffs diente Beclomethasondipropionat (BDP), freigesetzt aus den handelsüblichen FCKW-freien Dosieraerosolen Sanasthmax® und Ventolair®, als Modellsubstanz. Es wurde zunächst ein einfaches Dialysemodell als Screeningverfahren entwickelt. Hier wurden BDP-Partikel unter Verwendung der beiden Dosieraerosole auf humanem Lungenhomogenat deponiert und nachfolgend die kombinierten Prozesse aus Auflösung und Umverteilung der Substanz in eine Dialyseflüssigkeit, die sich entweder aus salinem Puffer oder humanem Blutplasma zusammensetzte, untersucht. Anschließend wurde erstmals ein etabliertes humanes Lungenperfusionsmodell dahingehend modifiziert, dass eine Inhalation von BDP nach Applikation eines handelsüblichen Dosieraerosols nachgestellt werden konnte. Auf diese Weise konnte an diesem realitätsnahen Modell die initiale Phase der pulmonalen Absorption von BDP in der Perfusionsflüssigkeit verfolgt werden. Beide Modelle zeigten Unterschiede in der Auflösungs- bzw. Umverteilungskinetik von BDP in Abhängigkeit von der verwendeten Applikationsform auf. So schienen sich von Ventolair® erzeugte BDP-Partikel schneller und in größerer Menge aufzulösen als diejenige bei den Versuchen mit Sanasthmax®, was eine vermehrte Umverteilung der Substanz sowohl in die Dialyseflüssigkeit als auch Perfusionslösung zur Folge hatte. Die am Lungenperfusionsmodell beobachteten Verläufe der initialen pulmonalen Absorption von BDP nach Freisetzung aus den Dosieraerosolen Sanasthmax® oder Ventolair® korrelierten dabei sehr gut mit Daten aus einer entsprechenden Humanstudie mit gesunden Probanden. Auch standen die ermittelten Unterschiede in sinnvoller Übereinstimmung mit Untersuchungen der in den von Sanasthmax® oder Ventolair® versprühten Aerosolen enthaltenen Partikel hinsichtlich Größenverteilung, Morphologie und Lösungsverhalten in Bronchialsekret. Um die Umverteilung eines Wirkstoffs von der systemischen Zirkulation in lungenspezifisches Gewebe am humanen Lungenperfusionsmodell zu simulieren, wurden die Gewebekonzentrationen von Thalidomid (THAL) in peripherem Lungengewebe im Vergleich zu den korrespondierenden Spiegeln in einem Bronchialkarzinom erstmals mittels Mikrodialyse verfolgt. Hierzu wurde im Vorfeld für diese Substanz unter Einsatz des Komplexbildners (2 Hydroxypropyl)-beta-cyclodextrin (HPCD) ein bezüglich der Sensitivität und der zeitlichen Auflösung optimiertes Mikrodialysesystem etabliert und dessen Eigenschaften systematisch untersucht. Am Lungenperfusionsmodell wurde dann eine an klinisch relevante Plasmaspiegel angelehnte THAL-Konzentration in der Perfusionslösung vorgelegt und anschließend das Anfluten in den oben genannten Geweben mit Hilfe des entwickelten Mikrodialysesystems beobachtet. Durch Zugabe von HPCD in das Mikrodialyseperfusat konnte eine signifikante Erhöhung der Wiederfindungsrate im Dialysat (Relative Recovery) erreicht und damit ein Mikrodialysesystem etabliert werden, das neben hoher zeitlicher Auflösung eine ausreichende analytische Sensitivität für THAL aufwies. Allerdings wurden aufgrund dieses Perfusatzusatzes die Diffusionsvorgänge während der Mikrodialyse derart beeinflusst, dass übliche Methoden zur Sondenkalibrierung wie z.B. die Retrodialyse nicht mehr angewendet werden konnten, und daher in Hinblick auf die Messungen am Lungenperfusionsmodell bestehende Kalibrierverfahren modifiziert werden mussten. Bei der Untersuchung der Gewebepenetration am Lungenperfusionsmodell flutete THAL in Tumorgewebe langsamer an als in peripherem Lungengewebe, wo schnell ähnliche Konzentrationen wie in der Perfusionslösung gefunden wurden. Auch lagen die Gewebespiegel im Tumorgewebe stets unter dem ermittelten Niveau im Lungengewebe. Die erhaltenen Konzentrationsverhältnisse zwischen Perfusionslösung, peripherem Lungengewebe und Tumorgewebe deckten sich dabei mit Kenntnissen aus Humanstudien, in denen analog Plasmakonzentrationen von antineoplastischen Substanzen ebenfalls mittels Mikrodialyse in Relation zu deren Spiegeln in gesundem Gewebe und Tumorgewebe verschiedenster Ätiologie bestimmt wurden.
N2  - In pharmacotherapy the human lung may either represent the therapeutic target site of an applied drug or be used as portal for systemic drug delivery. In case of inhalation of a drug the rate and extent of pulmonary drug absorption and subsequent distribution into systemic circulation is essential for the benefit-risk ratio. Otherwise, when a drug is systemically administered, e.g. by intravenous or oral route, to treat a lung disease and therefore first appears in the systemic circulation, sufficient drug concentrations have to be achieved in the affected tissue areals. Thus, the aim of this thesis was to find methods that allow to describe these two processes in vitro as close to reality as possible. Beclomethasone dipropionate (BDP) was chosen for the simulation of pulmonary drug absorption after administration of the two commercially available HFA-propelled metered dose inhalers (pMDI) Sanasthmax® and Ventolair®. Initially a simple dialysis model was established for screening tests. In this setting BDP particles were applied to human lung homogenate using those two inhalers and subsequently the combined processes of drug dissolution and distribution of the drug into dialysis fluid consisting of either saline buffer or human blood plasma were monitored. Then an established isolated reperfused und ventilated human lung setting was used to monitor the initial pulmonary absorption of BDP by measuring drug concentrations in the reperfusion fluid. For this purpose BDP particles containing aerosols delivered by commercially available pMDI for the first time were applied to an isolated reperfused human lung. Both models revealed differences in the combined processes of dissolution and distribution of BDP delivered by the two pMDI Sanasthmax® and Ventolair®. BDP particles delivered by Ventolair® apparently dissolved faster and to a greater extent than particles delivered by Sanasthmax®, resulting in an enhanced distribution both into dialysis fluid and into reperfusion fluid. The time course of initial pulmonary absorption of BDP delivered by the pMDI Sanasthmax® or Ventolair® observed at the isolated reperfused human lung exhibited high correlation with data from a corresponding clinical study with healthy volunteers. Furthermore, the obtained differences were consistent with results from investigations on the particles found in the aerosols produced by Sanasthmax® or Ventolair® regarding their size distribution, topology and dissolution behaviour in brochial fluid. To mimic the distribution of a drug from the systemic circulation into lung specific tissue employing the isolated reperfused and ventilated human lung setting, time course of tissue concentrations of thalidomide (THAL) in peripheral lung tissue in comparison with those in tumour tissue was determined for the first time by microdialysis. Firstly a microdialysis method optimised regarding sensitivity and time resolution by utilising the complexing agent (2 hydroxypropyl)-beta-cyclodextrin (HPCD) was developed and systematically evaluated. A THAL concentration derived from clinically relevant plasma concentrations was used in the reperfusion fluid and subsequently drug influx into tissue was monitored. By adding HPCD to the microdialysis perfusate a significant increase in the relative recovery was achieved enabling the establishment of a microdialysis method that exhibited high time resolution and appropriate analytical sensitivity. However, this perfusate additive strongly affected the diffusion processes during microdialysis so that common methods for microdialysis probe calibration, particularly the retrodialysis method, did not give accurate results. Therefore, a new calibration method suitable for the lung reperfusion experiments had to be explored. Tissue penetration evaluated in the lung reperfusion experiments revealed a slower distribution of THAL into tumour tissue than into peripheral lung tissue. In the latter concentrations similar to those detected in the reperfusion fluid were rapidly observed. Additionally, THAL concentrations achieved in tumour tissue were always lower than the corresponding levels in peripheral lung tissue. The resulting relationship between reperfusion fluid concentrations, concentrations in peripheral lung tissue, and concentrations in tumour tissue was highly correlated with data from clinical studies investigating the concentrations of antineoplastic agents in healthy and tumour tissue of various etiologies by microdialysis in relation to plasma concentrations. In conclusion, methods enabling both characterisation of the distribution of inhaled drugs from lung tissue into systemic circulation and determination of tissue penetration kinetics of systemically administered drugs into lung specific tissue were successfully established. These techniques simulating pulmonary drug distribution very closely to reality may significantly contribute to the understanding of pharmacokinetic processes in the lung.
KW  - Lunge
KW  - Perfusion
KW  - Simulation
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Lungenperfusionsmodell
KW  - Thalidomid
KW  - Beclomethason
KW  - Beclomethasondipropionat
KW  - Pharmacokinetics
KW  - isolated reperfused lung
KW  - thalidomide
KW  - beclomethasone
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21551
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gnadt, Mirjam
T1  - Pharmacokinetic and pharmacodynamic characterization of inhaled β2 - agonists using the isolated human lung perfusion model
T1  - Pharmakokinetische und pharmakodynamische Charakterisierung inhalativer β2 - Agonisten anhand des isolierten humanen Lungenperfusionsmodells
N2  - The inhaled pharmacotherapy is fundamental in the management of obstructive lung diseases such as asthma bronchiale or chronic obstructive pulmonary disease. In this context short- and long-acting β2-agonists play a prominent role as relieve and control medication. Regarding the risk-benefit profile of an inhaled drug, the pattern of pulmonary deposition and the rate and extent of absorption into systemic circulation are essential parameters. New developments of drugs are characterized by high lung retention and improved efficacy. The aim of the present thesis was the parallel evaluation the pharmacokinetic (PK) and -dynamic (PD) properties of inhaled β2-agonists employing an isolated human lung perfusion model (IPL). The short-acting β2-agonist salbutamol and the newly developed ultra long-acting β2-agonist GW597901 were chosen for the analysis of pulmonary drug absorption and bronchodilation. In a pharmacokinetic enabling study an established human IPL setting was modified to monitor the pharmacokinetics of the β2-agonists by measuring the concentrations in perfusion fluid, lung tissue and BAL samples obtained during and after the experiments. The IPL model revealed differences in the pulmonary absorption behaviour of GW597901 and salbutamol. The lipophilic compound GW597901 was distributed to a lower extent into the perfusion fluid compared to the more hydrophilic compound salbutamol. The analyzed time profiles of nebulized salbutamol in the perfusate were consistent to with a clinical study if considering experimental conditions as the actual deposited doses and the differing volume of distribution. Thus, the suitability of the IPL model for the PK analysis of inhaled β2-agonists was confirmed. In a PK/PD study the human ex vivo model was employed for the first time for the evaluation of the clinical relevant bronchodilating effect induced by inhaled β2-agonists in addition to the analysis of their pharmacokinetics. Thereby the focus was to determine the onset and extent of bronchodilation. A new method was established to monitor changes in lung function parameters due to pharmacodynamic interventions over the duration of the experiment that allowed permanent online recording of the ventilation volume and lung mechanic parameters. Bronchial challenges with aerolised MCh were performed successfully in isolated ventilated human lung lobes, even though the responder rate was lower than expected despite high administered doses. The administration of the short acting agent salbutamol led to an immediate onset of action recognized as a sudden increase of the ventilation volumes. The bronchodilation following the application of GW597901 was observed delayed after about 6 min. Monitored lung function parameters considerably improved by both β2 - agonists in the IPL setting but not significantly different. Thus, in regard of the different applied doses GW597901 had a higher intrinsic activity and bronchodilating potency than salbutamol. The concentrations of salbutamol and GW597901 in the perfusate determined in the PK/PD study were significantly lower than those observed in the pharmacokinetic enabling study, while the tmax values and the course of the distribution profiles remained similar. Most likely, the application of nebulized MCh prior to the administration of the β2 - agonists had a substantial influence on their pharmacokinetic behaviour. It is yet not clear whether pharmacodynamic effects or molecular competition processes for the passage to the systemic circulation or both influenced the redistribution of the β2 - agonists as seen in the PK/PD study. The potential clinical relevance of this observation has to be further investigated. The development of pulmonary edema during the experiment was one limitation of the IPL model. For the determination of the onset of edema formation four potential biochemical markers, specifically surfactant-protein A (SP-A), angiotensin-converting enzyme (ACE), urea and lactate dehydrogenase, were measured in perfusion fluids. In this context, an ELISA method for the quantification of human SP-A in biological matrices was successfully established. The investigations showed that the concentrations of SP-A and ACE in the perfusate increased over time as a sign for lung tissue damage and correlated with the degree of edema formation. For the first time the IPL model was used for the evaluation of potential pulmonary edema marker and the results have shown that it is valuable tool for further investigations in this field. In conclusion, the pharmacokinetic and pharmacodynamic characterization of GW597901 and salbutamol was successfully achieved using the IPL model. This ex vivo methodology may contribute to further insights and understanding of the complex pharmacokinetic processes of inhaled β2 – agonists in the lung.
N2  - Die Inhalationstherapie stellt den grundlegenden Baustein in der Behandlung obstruktiver Lungenerkrankungen wie Asthma bronchiale oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung dar. Eine essentielle Rolle spielen dabei kurz- und langwirksame β2 – Agonisten, die sowohl als Bedarfs- und Kontrollmedikation eingesetzt werden. Bei Betrachtung des Nutzen-Risiko-Verhältnisses eines inhalativen Arzneistoffes sind das pulmonale Depositionsmuster und die Geschwindigkeit und das Ausmaß, mit welcher der Arzneistoff in die systemische Zirkulation gelangt, von zentraler Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung pharmakokinetischer (PK) und -dynamischer (PD) Eigenschaften inhalativer β2 – Agonisten anhand des isolierten humanen Lungenperfusionsmodells (IPL). Der kurzwirksame β2 – Agonist Salbutamol und der neue langwirksame Vertreter GW597901 dienten dabei als Modellsubstanzen für die Analyse der pulmonalen Absorption und den Effekt der Bronchodilatation. In einer ersten Versuchsreihe wurde das etablierte IPL Modell derart modifiziert, um mittels gemessener Konzentrationen in der Perfusions- und Lavageflüssigkeit sowie in Lungengewebsproben die Pharmakokinetik von β2 – Agonisten zu bestimmen. Das IPL Modell zeigte Unterschiede im pulmonalen Absorptionsverhalten von GW597901 und Salbutamol. Der lipophile Vertreter GW597901 wurde in geringerem Ausmaß in die Perfusionsflüssikeit umverteilt als das hydrophile Salbutamol. Das analysierte Absorptionsprofil von Salbutamol korrelierte dabei sehr gut mit Daten einer Humanstudie, wenn man die experimentellen Bedingungen wie die tatsächlich deponierte Dosis und das abweichende Verteilungsvolumen berücksichtigte. Dadurch war die Eignung des IPL Modells zur PK Analyse inhalativer β2 – Agonisten bestätigt. Zusätzlich zur Betrachtung der PK wurde das humane IPL Modell nun zum ersten Mal zur Untersuchung des klinisch relevanten Effekts der Bronchdilatation der β2 – Agonisten herangezogen. Dabei sollten vor allem der Beginn und das Ausmaß der induzierten Bronchodilatation bestimmt werden. Es konnte erfolgreich eine neue Methode etabliert werden, die es erlaubte durch permanente online Aufzeichnung von Ventilationsparameter Änderungen in der Lungenfunktion darzustellen, die durch pharmakodynamische Interventionen ausgelöst wurden. Erstmals wurde erfolgreich eine bronchiale Provokation an einem ex vivo ventilierten humanen Lungenlappen durchgeführt. Jedoch war trotz hoher verabreichter MCh Dosen die Responderrate niedriger als erwartet. Die Applikation des kurzwirksamen Vertreters Salbutamol führte zu einem sofortigen Effekt. Der Wirkeintritt der Bronchodilatation verursacht durch GW597901 war hingegen um ungefähr 6 Minuten verzögert. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen verabreichten Dosen zeigen diese Ergebnisse eine höhere intrinsische Aktivität und atemwegserweiternde Wirksamkeit von GW597901 im Vergleich zu Salbutamol. Die analysierten Konzentrationen von GW597901 und Salbutamol im Perfusat waren in der PK/PD Studie signifikant niedriger als diejenigen, die in der vorherigen PK Versuchsreihe gemessen wurden, während die jeweiligen Tmax Werte und Umverteilungsprofile unverändert blieben. Die wahrscheinlichste Erklärung hierfür ist, dass die Applikation von MCh vor der Vernebelung der β2 – Agonisten einen erheblichen Einfluß auf deren pharmakokinetischen Verhalten hatte. Gegenwärtig kann nicht mit Sicherheit eine Aussage darüber getroffen werden, ob pharmakodynamische Effekte, Konkurrenzmechanismen um die Aufnahme in den systemischen Kreislauf auf molekularer Ebene oder beides zu einem veränderten Umverteilungsverhalten der β2 – Agonisten in der PK/PD Studie geführt haben. Die Entwicklung von Lungenödemen im Verlauf der Experimente war eine Einschränkung des IPL Modells. Um den Beginn einer Ödembildung besser bestimmen zu können, wurden vier potenzielle biochemische Marker in Perfusatproben untersucht, das Surfactant Protein-A (SP-A), das Angiotensin-konvertierende Enzym (ACE), Harnstoff und das Enzym Lactatdehydrogenase (LDH). Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Konzentrationen von SP-A und ACE im Perfusat über die Zeit als Anzeichen für eine Lungengewebsschädigung in Korrelation zum Ausmaß der Ödembildung anstiegen. Zum ersten Mal wurde das IPL Modell für die Bestimmung von biologischen Markern für pulmonale Ödementstehung herangezogen und die Ergebnisse haben gezeigt, dass dieses ex vivo Modell einen vielversprechenden Ansatz für weitere Untersuchungen in diesem Bereich bietet. Damit konnten erfolgreich Methoden entwickelt werden, um mit Hilfe des humanen IPL Modells die pharmakokinetischen und -dynamischen Eigenschaften von GW597901 und Salbutamol zu charakterisieren. Die angewandte ex vivo Methodik kann hierbei einen wertvollen Beitrag und weiterführende Erkenntnisse zum besseren Verständnis der komplexen pharmakokinetischen Vorgänge inhalativer β2 – Agonisten leisten.
KW  - Beta-2-Rezeptor
KW  - Agonist
KW  - Inhalation
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Pharmakodynamik
KW  - β2 - Agonisten
KW  - ex vivo Modell
KW  - Lungenperfusionsmodell
KW  - Pharmacokinetic
KW  - pharmacodynamic
KW  - β2 - agonist
KW  - lung perfusion model
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53910
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schaaf, Lisa
T1  - Der Einfluss von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalierter Arzneistoffe
T1  - The role of drug transporters in the pulmunary absorbtion of inhaled drugs
N2  - Arzneistofftransporter ermöglichen endogenen und exogenen Molekülen die Überwindung von Zellmembranen und tragen dadurch zur Aufnahme, Verteilung und Elimination von Arzneistoffen bei. Inhalativ applizierte Wirkstoffe, wie Vertreter aus der Gruppe der Beta-2-Sympathomimetika oder Anticholinergika, zählen zu den Substraten wichtiger, pulmonal exprimierter Arzneistofftransporter. Trotz intensivierter Forschung auf dem Gebiet der Transporter-Expression ist diese im humanen Lungengewebe bisher wenig untersucht und deren pharmakokinetische Auswirkungen auf pulmonal verabreichte Arzneistoffe sind kaum bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalierter Arzneistoffe untersucht und Erkenntnisse über deren Expressions-Profil im humanen Lungengewebe gewonnen werden.
Pharmakokinetische Parameter des inhalativen Anticholinergikums Ipratropiumbromid wurden an einem ex vivo Modell der humanen Lunge untersucht. Nach vorheriger Applikation des kompetitiven OCTN1/2-Inhibitors L-Carnitin wurde keine signifikante Reduktion der absorbierten Wirkstoffmenge detektiert. Damit zeigten sich die beiden organischen Kationen/Carnitin-Transporter OCTN1 und OCTN2, anders als bisher vermutet, nicht als primär an der Absorption von Ipratropiumbromid beteiligte Transporter. Infolgedessen wurde die Beteiligung weiterer Transporter hypothetisiert.
Erstmals wurden die am humanen Lungen-Perfusions-Modell gewonnenen pharmakokinetischen Daten zur pulmonalen Absorption in direkter Beziehung zur mRNA- und Protein-Expression von Arzneistofftransportern in den jeweiligen individuellen Gewebeproben betrachtet. Die pulmonale Genexpression des Multidrug Resistance-Related Protein MRP5 wies eine signifikante negative Korrelation mit der Area under the curve (AUC0 – 60 min) von Ipratropiumbromid auf (r = -0,699; p < 0,05), was die Beteiligung von MRP5 an den Umverteilungsprozessen von Ipratropiumbromid in der humanen Lunge nahelegte. Auf Protein-Ebene wurde eine positive Korrelation zwischen der Expression des organischen Kationentransporters OCT3 und der AUC0 – 60 min von Ipratropiumbromid ermittelt (r = 0,7499,p < 0,05), woraus sich eine potentielle Beteiligung von OCT3 an der Aufnahme von Ipratropiumbromid aus dem luminalen Lungenbereich ableiten ließ.
Zur Untermauerung dieser Hypothese wurden Untersuchungen mit stabil transfizierten HEK293-Zellen durchgeführt. Sowohl der organische Kationentransporter OCT1 als auch OCT3 trugen dabei signifikant zu einer erhöhten zellulären Aufnahme der beiden Tritium-markierten Bronchodilatatoren Ipratropiumbromid und Salbutamol bei. Damit wurde für OCT3 zum ersten Mal eine Beteiligung an der zellulären Aufnahme dieser beiden Arzneistoffe nachgewiesen.
Im Kontext der Gendermedizin sind geschlechtsspezifische Unterschiede in der Transporter-Expression von großem Interesse. Inwiefern die drei Sexualsteroidhormone Estradiol, Progesteron und Testosteron einen regulatorischen Effekt auf die mRNA-Expression von Membrantransportern haben, wurde erstmals durch in vitro Inkubationsversuche in physiologischen Hormonkonzentrationen mit der humanen Bronchialepithelzelllinie Calu-3 geprüft. Mittels intensiv optimierter und sorgfältig validierter RT-qPCR-Analytik konnten vor allem nach Inkubation mit weiblichen Sexualhormonen verglichen zu keiner Hormon-Zugabe statistisch signifikante Expressions-Unterschiede detektiert werden: Nach Behandlung mit Estradiol zeigten der Oligopeptid-Transporter PEPT2 (80,8 ± 15,6 %) und OCTN2 (82,8 ± 4,2 %) eine geringere Genexpression, das Multidrug Resistance-Related Protein MRP1 (111,6 ± 9,1 %) sowie OCTN1 (112,9 ± 10,1 %) waren nach Zugabe von Estradiol kombiniert mit Progesteron höher exprimiert als ohne Hormon-Zusatz. 
Da Estradiol überdies als Inhibitor des OCT1- und OCT3-vermittelten Transports gilt, wurde die Auswirkung des Hormons, unter anderem in physiologischer Konzentration, auf die Aufnahme von Tritium-markierten Ipratropiumbromid in stabil transfizierte HEK293-Zellen untersucht, wobei tatsächlich eine reduzierte zelluläre Ipratropiumbromid-Aufnahme beobachtet wurde. Somit könnte auch in vivo eine geschlechtsspezifische Inhibition der beiden Transporter stattfinden, wodurch deren Substrate einer geschlechtsspezifisch variierenden Pharmakokinetik unterliegen könnten.
Darüber hinaus wurde in rund 80 humanen Lungengewebsproben die Genexpression von Arzneistofftransportern hinsichtlich geschlechts- und altersspezifischer Unterschiede überprüft. In unter 50-jährigen Männern war das Multidrug-Resistance Protein MDR1 signifikant höher exprimiert verglichen zu Männern von 50 - 60 Jahren. OCT1 war in Patienten von 
50 - 60 Jahren signifikant geringer exprimiert als in über 60-Jährigen. Daneben lieferte die Analyse aller Gewebeproben das Genexpressions-Profil von Arzneistofftransportern im humanen Lungengewebe, wobei OCT3 das höchste und OCT2 das geringste mRNA-Expressions-Niveau unter den untersuchten Transportern aufwies. Eine wesentliche Beteiligung von OCT3 an Transportvorgängen im humanen Lungengewebe erschien damit wahrscheinlich. 
Resümierend konnte mit der vorliegenden Arbeit ein Beitrag zur Aufklärung des Einflusses von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalativ verabreichter Arzneistoffe geleistet werden. Dabei konnte OCT3 erstmals als maßgeblich an der zellulären Aufnahme von Ipratropiumbromid beteiligter Transporter in der humanen Lunge identifiziert werden, womit einerseits die Beteiligung von Arzneistofftransportern an pharmakokinetischen Prozessen in vivo und andererseits die Bedeutung von Arzneistofftransportern für die inhalative Arzneimitteltherapie deutlich wurde.
N2  - Drug transporters facilitate the transport of endogenous and exogenous compounds across cell membranes. Therefore they contribute to the absorption, distribution and elimination of drugs. Pulmonary administered drugs, such as members of the drug class of betamimetics or anticholinergics, are known substrates of relevant pulmonary expressed drug transporters. Despite intensified research in the field of transporter expression few data are available about their expression in the human lung and the pharmacokinetic implications on pulmonary administered drugs. The aim of this thesis was to investigate the impact of drug transporters on the absorption of inhaled drugs and to gain insights into their expression profiles in human lung tissue.
Pharmacokinetic properties of the inhaled anticholinergic ipratropium bromide were explored using an ex vivo model of the human lung. After preceding application of the competitive OCTN1/2-inhibitor L-carnitine no significant decrease of the amount of absorbed active ingredient was detected. This contradicted previous assumptions regarding the contribution of the organic cation/carnitine transporters OCTN1 and OCTN2 to the absorption of ipratropium bromide. Consequently the involvement of additional transporters was hypothesized.
For the first time pharmacokinetic data of the pulmonary absorption obtained by employing the human lung perfusion model were correlated with the mRNA and protein expression of drug transporters in respective individual tissue samples. The pulmonary gene expression of the multidrug resistance–related protein MRP5 showed a significant negative correlation with the area under the curve (AUC0 – 60 min) of ipratropium bromide (r = -0,699; p < 0,05). This might indicate that MRP5 contributes to the redistribution processes of ipratropium bromide in the human lung. A positive correlation between the protein expression of the organic cation transporter OCT3 and the AUC0 – 60 min of ipratropium bromide was detected (r = 0,7499, p < 0,05) suggesting a potential involvement of OCT3 in the absorption of ipratropium bromide in the luminal lung area.
Uptake assays using stably transfected HEK293 cells were performed to substantiate this hypothesis. Both organic cation transporters, OCT1 and OCT3, contributed significantly to an increased cellular uptake of the tritium labeled bronchodilators ipratropium bromide and salbutamol. Thus, the contribution of OCT3 to the cellular uptake of both pharmaceutical substances was demonstrated for the first time.
Gender-specific differences of drug transporter expression are of major interest in the context of gender medicine. In vitro incubation studies with the human bronchial epithelial cell line Calu-3 for the first time elucidated whether physiological concentrations of the three sex steroid hormones estradiol, progesterone and testosterone exert a regulatory effect upon the mRNA expression of membrane transporters. By thoroughly optimized and carefully validated RT-qPCR analytics statistically significant differences in gene expression were detected primarily after incubation with female sex hormones compared to no hormone exposure: After incubation with estradiol the peptide transporter PEPT2 
(80,8 ± 15,6 %) and OCTN2 (82,8 ± 4,2 %) showed decreased expression whereas the multidrug resistance–related protein MRP1 (111,6 ± 9,1 %) as well as OCTN1 (112,9 ± 10,1 %) were upregulated after addition of both estradiol and progesterone compared to no treatment.
Since estradiol is also a known inhibitor of the transport mediated by OCT1 and OCT3 its impact on the uptake of tritium labeled ipratropium bromide was investigated in stably transfected HEK293 cells. Indeed, a reduced cellular uptake of ipratropium bromide was observed after incubation with estradiol, also at physiological concentrations. Therefore, a gender-specific inhibition of both transporters in vivo is conceivable and could result in gender-specific pharmacokinetic characteristics for substrates of these transporters.
Moreover, the gene expression of drug transporters in approximate 80 lung tissue samples was examined regarding gender and age related differences. The multidrug resistance protein MDR1 was significantly higher expressed in men younger than 50 years compared to 50 - 60 year old men. OCT1 was significantly less expressed in 50 - 60 years old patients compared to patients older than 60 years. Furthermore, the gene expression profile of drug transporters in the human lung was analyzed. In all tissue samples OCT3 showed the highest mRNA expression level whereas OCT2 was least expressed amongst the investigated transporters. This suggested a substantial involvement of OCT3 in transport processes in human lung tissue.
In conclusion, the present research contributed to the elucidation of the role of drug transporters in the pulmonary absorption of inhaled drugs. For the first time OCT3 was identified to be substantially involved in the cellular absorption of ipratropium bromide in human lungs. Hence, the data supported the involvement of drug transporters in pharmacokinetic processes in vivo and emphasized the importance of drug transporters for inhaled pharmacotherapy.
KW  - Lunge
KW  - ABC-Transporter
KW  - Organischer Kationentransporter
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Genexpression
KW  - Arzneistofftransporter
KW  - Lungengewebe
KW  - Lungenperfusionsmodell
KW  - Ipratropiumbromid
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-151534
ER  -