TY  - THES
A1  - Widmer, Toni
T1  - Lowering lattice forces in drug substance crystals to improve dissolution and solubility
T1  - Verringerung der Gitterkräfte in kristallinen Arzneistoffen zur Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit
N2  - Lattice forces are based on the attraction between the single moieties of molecules. The strength of lattice forces has an impact on the solid state and related physical properties such as melting point, boiling point, vapor pressure solvation and solubility. For solvation to occur, energy is required to break the lattice forces attracting ions and molecules among themselves. The energy for breaking up the attraction between the molecules is gained from the energy released when ions or molecules of the lattice associate with molecules of the solvent. Solubility is therefore, directly linked to the energy which is required to break the lattice forces and the energy which is liberated by solvation of the molecules or ions. Based on this relation, the lattice forces in two acidic compounds and a neutral compound were subsequently lowered by different approaches with the intention to increase the solubility, supersaturation, and dissolution rate.
The conversion to an ionic liquid and the embedding of the compound in a pH-sensitive matrix in an amorphous state were investigated with an acidic compound and its pro-drug. The tetrabutylphosphonium (TBPH) salt showed the most promising properties among the tested counter ions. It alters the properties of the compound from a highly crystalline physicochemical state to an amorphous readily soluble material showing supersaturation in a wider pH range and higher solubility than the sodium and potassium salts. A solid dispersion approach was developed in parallel. Solid dispersions with two different pH-sensitive polymers and different drug load were prepared by lyophilization to determine the miscibility of the compound and the polymer by differential scanning calorimetry (DSC). A miscibility of 50% of the amorphous acid with the pH-sensitive Eudragit L100-55 matrix and a miscibility of 40% with hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate (HPMC-AS) was found. Both approaches, the TBPH salt and the solid dispersion based on the pH-sensitive Eudragit L100-55 were tested in vivo. The TBPH salt was dosed in a buffered solution to prevent precipitation in the acidic stomach pH. This resulted in BAV higher than the crystalline suspension but lower than the solid dispersion. There were no acute toxicology effects seen. Thus, TBPH was considered safe for further studies. The TBPH salts were very hygroscopic, sticky and prone to precipitation as free compound when exposed to low pH when simulating the passage through the stomach. Thus, the principle of the ionic liquid was combined with the principle of an amorphous solid dispersion. This mitigated the risk of precipitation of the TBPH salt during the passage of the stomach. Also delinquency upon open storage was improved by embedding the TBPH salt in a pH-sensitive polymer. Dissolution tests mimicking the pH gradient in the gastro intestinal tract confirmed the protective properties of the pH-sensitive polymer matrices against recrystallization at low stomach pH in vitro. Furthermore, supersaturation at pH ranges relevant in the intestines of preclinical species or humans was observed. The TBPH solid dispersion showed superior supersaturation behavior in vitro compared to the free acid in pH-sensitive matrix. However, equally increased bioavailability (BAV) was observed when the amorphous solid dispersion contained the free acid form or the TBPH salt. Absorption seemed to be so fast that the short in vitro supersaturation observed for the free from in pH-sensitive matrix was already sufficient for complete absorption within 15 - 30 minutes. This is in accordance with the short tmax of around 15 - 30 minutes after oral application of the low lattice force principles. The pharmacokinetic (PK) profile became the main focus of further optimization as the BAV was maximized already. Early maximal plasma concentration (tmax) went along with high maximal plasma concentration (Cmax) for the low lattice force principles. Central nervous system related side effects as consequence of the PK profile with such a high Cmax were likely to happen and therefore, the formulation principles were modified to maintain the doubled BAV and reduce the observed Cmax. Additionally, the compound showed a short half-life requiring a two times daily dose, which is suboptimal for a chronic treatment. The amorphous acid in pH-matrix showed a modified PK profile when dosed in a hydrogel but not in an oleo gel. Surprisingly, administration of the TBPH salt in pH-matrix suspended in oil showed a massive delay of the tmax to 8 hours and a reduction of Cmax by factor 2 - 3 with unchanged good BAV when administered as a suspension in oil without increased viscosity. TBPH salt solution with a high viscosity resulted in the same PK profile as when administered without increased viscosity.
The animal model was changed from rat to dog. The dose was limited to 15 mg/dog since they reacted much more sensitively to the drug. BAV at this dose level was 100% for the crystalline suspension already, thus the focus of this study was not increasing BAV but to achieve prolonged and/or delayed exposure using different formulation principles elaborated in rats before. An immediate release formulation of 3 mg was combined with a delayed/modified release principle containing 12 mg of the compound. An additional study arm was conducted with a remote controlled device programmed to deliver a first dose of 3 mg instantaneously after passing the stomach and a second dose of 12 mg when entering the caecum. The tmax remained short for all formulation principles and it seemed that delayed and modified release lead to BAV reduction. The modified PK profiles could not be translated to an oral dog model which endorsed the hypothesis of an absorption window; however, the in vitro results could be translated to a dog model for colonic absorption. A nanosuspension of the crystalline compound, the TBPH salt in pH-matrix and the TBPH salt of the pro-drug of the compound were administered rectally to determine colonic absorption. The nanosuspension showed exposure around the limit of quantification whereas the TBPH in pH-matrix showed 4% BAV and the pro-drug as TBPH salt in pH-matrix resulted in 12% BAV although the pro-drug is factor 3 less soluble. This was in line with the increased permeation of the pro-drug which was observed in the Caco2 experiments. The bioavailability was increased by using the low lattice force principles and validated the hypothesis for the acidic drug and its pro-drug in the colonic dog model. Chemical and physicochemical stability of the investigated solid dispersions was confirmed for at least 18 months at room temperature.
Amorphous solid dispersions were investigated to lower lattice forces of a neutral molecule. Solid dispersions are well known from literature; however, they are not frequently used as principles for dosage forms due to limitations in physical stability and complex manufacturing processes. A viable formulation principle was developed for a neutral compound assuming that the stability of a solid dispersion with a drug load below the maximal miscibility will be better than one which exceeds the maximal miscibility. The dispersed and amorphous state of the neutral compound resulted in a higher energy level and chemical potential compared to a crystalline form implying that they are thermodynamically instable and sensitive to recrystallization. This was confirmed by the fast recrystallization of an amorphous solid dispersion made from HPMC with 50% drug load which recrystallized within a few days. Solid dispersions with different drug loads in different polymers and in polymer mixtures were prepared by lyophilization. The miscibility of the compound and the polymer was determined by DSC as the miscibility is a surrogate for maximal stable drugload of the solid dispersion. HPMC was found to be miscible with 20% compound confirming the instability of the 50% HPMC solid dispersion observed earlier. Based on dosing needs, a miscibility/drug load of at least 30% was mandatory because of the dosing requirements to dose less than 1500 mg of final formulation. This was considered as maximal swallowable volume for later clinical development. Thus, all systems with a miscibility higher or equal to 30% drug in polymer were evaluated in an in vitro dissolution test and ranked in comparison with amorphous pure compound, crystalline compound and a 20% drug load solid dispersion made from HPMC. The HPMC based solid dispersion which gave good exposure in previous in vivo experiments did not support the high drugload that was needed. Therefore, similar in vitro behavior of this solid dispersion should result in similar in vivo performance. The polyvinylpyrrolidone (PVP) based solid dispersions scored with high drug load and medium initial kinetic solubility. The Soluplus based solid dispersion offer lower drug load and slightly lower initial kinetic solubility, but showed an extended supersaturation. The 4 best performing systems were evaluated in rats. They resulted in a short Tmax of 15 minutes and BAV higher than 85% indicating fast and complete absorption. The reference HPMC based solid dispersion with a drug load of 20% showed 65% BAV. This showed that higher drug loads were feasible and did not limit absorption in this animal model.
Since the estimated human dose required a higher formulation density than obtained from lyophilization or spray drying, melt extrusion of the solid dispersion was considered to be the most adequate technology. The process temperature needed to be below 200 °C as this value represents the degradation temperature of the polymers. It was investigated by differential scanning calorimetry whether the compound can be mixed with the molten polymer. None of the polymers could dissolve the crystalline compound below the degradation point of the polymer. The temperature had to be increased to 260 °C until the compound was molten together to a monophasic system with polymer. This resulted in degradation of the polymers. Therefore, different plasticizers and small organic molecules with similar functional groups as the compound were investigated on their ability to reduce the melting point of the mixture of polymer and compound. Positive results were obtained with several small molecules. Based on a literature review, nicotinamide had the least concerning pharmaceutical activities and was chosen for further development. Solid dispersions with the same composition as the ones tested in rat were prepared with 9% nicotinamide as softener. Extrusion without nicotinamide was not possible at 135 °C or at 170 °C whereas the addition of 9% nicotinamide led to a homogenous extrudate when processed at 135 °C. The solid state of the extrudates was not molecularly dispersed but the compound was in a crystalline state. They could not reach the in vitro performance observed for the lyophilized solid dispersions with Soluplus or PVP derivatives. Nevertheless, the performances in the supersaturation assay were comparable to the HPMC based lyophilized solid dispersion. The Soluplus and PVP based crystalline extrudates were evaluated in a dog PK showing that the crystalline solid dispersion does not enable BAV higher than 90% within 24 hours after application. In parallel, the hygroscopicity of the meltextrudates was investigated by DVS and the best performing system based on Kollidon VA64 was further optimized regarding the solid state after its extrusion. The minimal process temperature to obtain a fully amorphous solid dispersion was determined by hot stage X-ray powder diffraction analysis (XRPD) and confirmed by lab scale extrusion. Addition of 9% nicotinamide lowered the process temperature from 220 °C (without nicotinamide) to 200 °C with nicotinamide. The minimal temperature for obtaining crystal free material was independent of the nicotinamide amount as soon as it exceeded 9%. Lowering the process temperature with nicotinamide reduced the impurity levels from 3.5% at 220 °C to 1.1% at 200 °C. The fully amorphous extrudates performed now better in the in vitro supersaturation assay than the lyophilized amorphous HPMC solid dispersion and the crystalline extrudates which were extruded at 135 °C. The process was up-scaled to a pilot scale extruder with alternative screw designs increasing mechanical shear forces and mixing which enabled lower process temperatures. This resulted in a maximal process temperature of 195 °C when nicotinamide was present and 205 °C without nicotinamide. However, shorter process time and reduced process temperatures (compared to the lab scale equipment) resulted in impurity levels smaller than 0.5% for both compositions and temperatures and made the nicotinamide obsolete. The amorphous extrudates from the pilot scale extruder performed better in vitro than the crystalline extrudates from the lab scale extruder and the lyophilized HPMC solid dispersion. A comparable PK profile of the HPMC solid dispersion and the amorphous melt extruded formulation principle was anticipated from these in vitro results. This was confirmed by the pharmacokinetic profile in dogs after oral administration of the final extruded solid dispersion formulation which was equivalent with the pharmacokinetic profile of the HPMC based solid dispersion formulation. The assumption that using a drug load below the miscibility prevents the solid dispersion from recrystallization was verified at least for a limited time by a stability test at elevated temperatures for 3 months showing no change in solid state. This indicates the opportunities of the low lattice forces approach, but also showed the importance of developing principles first assuring stable solid state, performance in vitro and in vivo, tailor them in a second step based on performance and combine them with technology such as melt extrusion as third step. If these steps are done in the context of clinical needs and quality it can rationalize the development of a solid dispersion and minimalize the formulation related risks regarding biopharmacy and stability.
N2  - Gitterkräfte basieren auf der Interaktion zwischen einzelnen funktionellen Gruppen und Regionen von Molekülen oder Ionen. Die Summe der Interaktionen beeinflusst physikalische Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dampfdruck, Solvatisierung und Löslichkeit. Für die Solvatisierung eines Moleküls aus einem Feststoff muss zum einen Energie aufgewendet werden, damit das Molekül seine Interaktionen mit den es umgebenden Molekülen überwinden kann. Zum anderen wird Energie frei, wenn das herausgelöste Molekül mit dem Solvens interagiert. Die Differenz zwischen der benötigten Energie, um die Interaktionen im festen Zustand zu überwinden, und der Energie, die frei wird, wenn das gelöste Molekül oder Ion mit dem Solvens interagiert, bestimmt die Löslichkeit. Auf dieser Gesetzmässigkeit aufbauend wurden die Gitterkräfte von zwei sauren Arzneistoffen und einem neutralen Arzneistoff sukzessive reduziert, um ihre Löslichkeit entsprechend zu erhöhen. 
Die sauren Verbindungen, das Stamm-Molekül und dessen Prodrug, wurden mit verschiedenen Gegenionen in ionische Flüssigkeiten umgewandelt. Verschiedene Gegenionen aus der Literatur wurden in die Untersuchungen miteinbezogen. Das Tetrabutylphosphonium-Gegenion (TBPH) hatte besonders vielversprechende Eigenschaften. Es modifizierte den Feststoffzustand von hochkristallin zu amorph. Dies resultierte in guten Löslichkeiten in ungepufferten wässrigen Systemen, vergleichbar mit den bereits bekannten Natriumsalze. Zusätzlich zeigten sie eine massiv verbesserte Löslichkeit bei biorelevantem pH. Die ionischen Flüssigkeiten blieben in Lösung in pH-Bereichen, in denen die klassischen Salze aufgrund ihres Eigen-pHs bereits präzipitierten. Bei einem tiefen pH, wie er im Magen vorkommt, fiel jedoch unmittlerbar die freie Form aus. Daher wurde parallel zum TBPH-Salz eine Solid Dispersion entwickelt auf Basis von pH-sensitiven Polymeren. Diese sollten zum einen den amorphen Zustand stabilisieren, zum anderen verhindern, dass der amorphe Arzneistoff bereits im Magen freigesetzt wird, da er als Säure bei tiefem pH schlecht löslich ist und ausfallen kann. Es wurden Trägermaterialen evaluiert, welche erst bei einem pH grösser als 5.5 löslich sind. Kriterium war die Mischbarkeit der Matrixpolymere mit dem Arzneistoff. Dazu wurden Solid Dispersions, bestehend aus der Verbindung und den Polymermatrices, in verschiedenen Verhältnissen lyophilisiert und anschliessend mit dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) auf ihre Mischbarkeit hin untersucht. Eudragit L100-55 wurde als pH-sensitives Matrixpolymer ausgewählt, da es bis zu 50% mit der Verbindung mischbar war. Hydroxypropyl-methylcellulose-Acetat-Succinat (HPMC-AS) jedoch nur zu 40%. In einer Tierstudie wurden das TBPH-Salz und die Solid Dispersion gegen eine Suspension des kristallinen Arzneistoffes getestet. Aufgrund der stark pH-abhängigen Löslichkeit des TBPH-Salzes wurde es als gepufferte Lösung appliziert, die Solid Dispersion als Suspension. Die beste Pharmakokinetik (PK) wurde für die Solid Dispersion gemessen, gefolgt von der TBPH-Salz-Lösung. Da das TBPH-Salz auch Schwächen im Bereich der Hygroskopizität und der Verarbeitung (wie Zerfliessen und Kleben) zeigte, wurde die ionische Flüssigkeit und die freie, amorphe Form des Arzneistoffes in eine pH-sensitive Matrix inkorporiert. Dissolutionsversuche, welche den pH-Verlauf nach oraler Applikation wiederspiegelten, zeigten, dass die anfänglich beobachtete Präzipitation bei den ionischen Flüssigkeiten bei tiefem pH ausbleibt, wenn sie in die pH-Matrix inkorporiert sind. Zusätzlich konnte eine Übersättigung in Kombination mit der pH-sensitiven Matrix beobachtet werden, nachdem der pH-Wert auf Niveau des Dünndarms anstieg. Der Effekt der Supersaturierung war jedoch mit der ionischen Flüssigkeit signifikant länger. Ebenso verbesserte sich mit der Solid Dispersion die Handhabung der ionischen Flüssigkeiten als Feststoff. Die modifizierten Löslichkeitseigenschaften in vitro führten auch zu einer verdoppelten Bioverfügbarkeit (BAV) in Ratten. Im PK-Profil war kein Unterschied auszumachen, ob der Arzneistoff amorph in pH-Matrix appliziert wurde oder als ionische Flüssigkeit in der pH-Matrix. Die Supersaturierung der freien amorphen Form in pH-Matrix, obwohl wesentlich kürzer als mit dem TBPH-Salz, reichte bereits für eine komplette Absorption in 15-30 Minuten. Dies widerspiegelte auch der tmax-Wert von 30 Minuten. Da Nebenwirkungen oft einhergehen mit hohen maximalen Plasmakonzentrationen (Cmax) und der Arzneistoff relativ schnell aus der Blutzirkulation eliminiert wird, wurde nun versucht, das PK-Profil entsprechend zu modifizieren, um eine längere Exposition und einen tiefere Cmax-Wert bei gleicher Fläche unter der Kurve (AUC) zu erreichen. Die freie amorphe Form des sauren Arzneistoffes zeigte eine leicht verlängerte Zeitspanne, bis Cmax erreicht wurde (tmax), und einen tieferen Cmax-Wert, wenn die Viskosität der dosierten Suspension mit Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) erhöht wurde. Überraschenderweise zeigte das in Maisöl dosierte TBPH-Salz ein um 7 Stunden verzögertes tmax und einen reduzierten Cmax-Wert. Da die Ratte nur bedingt Rückschlüsse und Extrapolation für ein humanes PK-Profil zulässt, wurde der Beagle-Hund als finales und repräsentatives Tiermodel gewählt. Die Hunde reagierten viel sensitiver auf die Verbindung. Deshalb war die maximale Dosis auf 15 mg pro Hund limitiert. Bei dieser Dosis beträgt die BAV für die kristalline freie Form des Arzneistoffes bereits 100%. Das Interesse lag primär auf der Modifizierung des PK-Profils hin zu tieferen Cmax-Werten und späterem tmax bei gleichbleibender AUC. Die Formulierungsansätze aus der Rattenstudie wurden zu einer Dosis von 3 mg kombiniert, welche unmittelbar freigesetzt wird, und einer zweiten Dosis von 12 mg, welche verzögert oder langsamer aufgenommen werden sollte. Zusätzlich wurde eine ferngesteuerte Kapsel benutzt, welche 3 mg sofort nach der Passage des Magens und 12 mg bei Ankunft im Caecum freisetzen sollte. Das tmax blieb für alle Kombinationen kurz und die verzögert oder langsamer freisetzenden Prinzipien resultierten in einer tieferen Exposition. Dies führte zur Formulierung der Hypothese, dass dieser Arzneistoff ein Absorptionsfenster haben könnte. Daher würde die Aufnahme, zumindest im Wesentlichen, auf den Dünndarm beschränkt. Die Entwicklung verzögert freisetzender Arzneiformen, die Anteile der Wirkstoffbeladung distal zum intestinalen Teil des Darmes freisetzen, wäre dann nicht zweckmäßig. Dieser Wirkstoffanteil würde in geringerem Maße, gegebenenfalls auch gar nicht, aufgenommen werden. Da technische Probleme bei der verzögerten Freisetzung nicht ausgeschlossen werden konnten, wurden die Formulierungen nun rektal in den Bereich des Caecums appliziert. Der Arzneistoff wurde als Nanosuspension, als TBPH in pH-Matrix und als TBPH des Prodrugs rektal appliziert. Die Exposition bei der Nanosuspension bewegte sich nahe dem Detektionslimit und ein wenig höher beim TBPH in pH-Matrix. Die Bioverfügbarkeit des Prodrugs als TBPH in pH-Matrix verglichen mit dem TBPH der Grundverbindung in der pH-Matrix war viermal höher. Dies passt gut zur besseren Permeation des Prodrugs in Caco2-Zellen, obwohl das Prodrug um Faktor 3 schlechter löslich ist.
Amorphe Solid Dispersions wurden auf ihre Fähigkeit untersucht, die Gitterkräfte im Kristall eines neutralen Moleküls zu senken. Solid Dispersions sind seit ungefähr 50 Jahren in der Literatur bekannt, werden jedoch erst seit kürzerer Zeit erfolgreich von der Pharmaindustrie vermarktet. Die amorphe Form mit dem latenten Risiko der Rekristallisation bedeutet ein grosses Risiko in Bezug auf die Haltbarkeit eines Arzneimittels. In der vorliegenden Arbeit wurde diesem Risiko Rechnung getragen, indem die Mischbarkeit der Substanz mit den Polymeren gründlich untersucht wurde. Systeme, welche mischbar sind, haben ein wesentlich kleineres Risiko, bei der Lagerung zu rekristallisieren. Der amorphe Zustand geht einher mit einer höheren Energie im System, welche das System anfällig macht, durch Kristallisation in den tieferen Energiezustand überzugehen. Dies wurde bei einer HPMC-basierten Solid Dispersion mit 50% Beladung beobachtet. Die Bestimmung der Mischbarkeit deutete auf eine maximale Mischbarkeit von nur 20% hin. Dies korrelierte mit der Rekristallisation dieser Solid Dispersion innerhalb von zwei Wochen, wohingegen diejenige mit nur 20% Beladung wesentlich stabiler war. Basierend auf der zu erwartenden Dosis von 200  400 mg im Menschen, wie sie mit Hilfe der PK-Software vorhergesagt wurde, wurde eine Beladung von mindestens 30% spezifiziert. Alle Kombinationen, die bei der Analyse von den lyophilisierten Systemen mit DSC eine Mischbarkeit von 30% und mehr zeigten, wurden daher in einem Dissolutionstest untersucht. Die Resultate wurden in Relation zum reinen amorphen Arzneistoff, der kristallinen Form und der Solid Dispersion mit HPMC und 20% Beladung bewertet. Diese Solid Dispersion zeigte in Ratten bereits sehr gute Ergebnisse. Daher galt sie als positive Referenz. Systeme, die in vitro gleich gut oder besser abschnitten, sollten ebenfalls in vivo gut abschneiden. Polyvinylpyrrolidon (PVP)-basierte Systeme punkteten mit guter Mischbarkeit und hoher kinetischer Löslichkeit. Soluplus-basierte Systeme zeichneten sich hingegen eher durch lange Supersaturation bei etwas tieferen kinetischen Löslichkeiten und etwas tieferen Mischbarkeiten aus. In der Ratte zeigten alle getesteten Solid Dispersions eine bessere BAV als diejenige mit HPMC. Das tmax war mit 15 Minuten früh und die Absorption vollständig. Dies zeigte, dass höhere Beladungen durchaus möglich sind, ohne dass dies einen negativen Einfluss auf die PK hat. Mit der antizipierten Dosis für den Menschen fielen alle Herstellungsverfahren weg, bei denen das finale Produkt eine kleine Dichte hat. Als adäquat wurde somit die Hot Melt-Extrusion als Herstellungsmethode gewählt. Dieser Prozess hat seine Limitierung jedoch in der maximal möglichen Prozesstemperatur, welche je nach Gerät und Polymer bei ungefähr 200 °C liegt. DSC-Untersuchungen zeigten, dass aber 260 °C nötig sind, um die Substanz und das Polymer zu einer amorphen Phase zusammenzuschmelzen. Dies resultierte in einer Verkohlung der Polymere und war somit nicht umsetzbar. Verschiedene klassische plastifizierende Substanzen und kleinere organische Moleküle mit homologen funktionellen Gruppen wurden auf ihre schmelzpunktreduzierende Wirkung hin untersucht. Vielversprechende Resultate wurden mit mehreren kleinen organischen Molekülen beobachtet. Die klassischen plastifizierenden Substanzen waren allesamt nicht mischbar mit dem Arzneistoff. Nicotinamid wurde aufgrund seines Status als Nahrungsergänzungsmittel für die weitere Entwicklung ausgewählt. Die Solid Dispersions aus der Rattenstudie wurden mit den identischen Beladungen gemischt, jedoch waren die Pulvermischungen bei Temperaturen unter 170 °C nicht extrudierbar. Bei Zugabe von 9% Nicotinamid war die Mischung leicht über dem Schmelzpunkt von Nicotinamid bei 135 °C extrudierbar. Die Extrudate waren für alle verwendeten Polymere kristallin, die Resultate im Auflösungstest im Bereich der HPMC-Solid Dispersion mit 20% Beladung konnten aber mit den Ergebnissen der Kollidon- und Soluplus-basierten Systeme aus der Rattenstudie (alle amorph) nicht mithalten. Die folgende Hundestudie, welche mit einer Formulierung basierend auf Kollidon VA64, einer auf Kollidon K12/K30 und einer auf Basis Kollidon VA64/Soluplus Formulierung durchgeführt wurde, zeigte eine Verbesserung der PK im Hund. Gleichzeitig war aber auch ersichtlich, dass die amorphe HPMC-Solid Dispersion mit 20% Beladung noch wesentlich besser abschnitt. Daher wurde der Extrusionsprozess optimiert, um ein komplett amorphes Extrudat zu erhalten. Parallel wurden die Solid Dispersions per DVS auf ihre Hygroskopizität hin getestet. Kollidon VA64 zeigte die geringste Wasseraufnahme. Zusätzlich ist das Polymer laut Hersteller temperaturstabil bis ungefähr 230 °C. Die Prozesstemperatur wurde mittels Hot Stage-Pulverdiffraktometrie (XRPD) bestimmt, indem eine physikalische Mischung erhitzt wurde und dabei jeweils XRP-Diffraktogramme erstellt wurden, bis bei 230 °C keine kristallinen Signale mehr beobachtbar waren. Diese Temperatur lieferte auch auf dem im Labormassstab arbeitenden Extruder komplett amorphes Material. Die minimale Extrusionstemperatur betrug 220 °C ohne Nicotinamid und 200 °C mit 9% Nicotinamid. Höhere Nicotinamidanteile reduzierten die minimale Extrusionstemperatur nicht weiter, kleinere Anteile erhöhten sie jedoch. Die um 20 °C reduzierte Prozesstemperatur senkte den Anteil von Abbauprodukten von 3.5% ohne Nicotinamid auf 1.1% mit Nicotinamid. Der Wechsel auf einen grösseren Extruder mit variablem Schraubendesign und verschiedenen Temperaturzonen ermöglichte grössere Scherkräfte, was tiefere Prozesstemperaturen ohne kristalline Anteile im Extrudat erlaubte. 195 °C waren mit 9% Nicotinamid nötig, 205 °C ohne. Beide Extrudate zeigten unter 0.5% Abbauprodukte. Dies machte den Gebrauch von Nicotinamid obsolet. Die Extrudate vom grösseren Extruder zeigten Dissolutionsergebnisse, welche identisch mit den lyophilisierten aus den Rattenstudien waren. Diese waren somit besser als die kristallinen Extrudate oder die HPMC-basierte 20% beladene Solid Dispersion. Das gute Abschneiden im in vitro-Test bestätigte sich in einer Hundestudie. Die Exposition der Kollidon basierten Extrudate war mit der PK des HPMC-Systems vergleichbar. Die Stabilität der beiden extrudierten Varianten wurde in einem Stabilitätstest unter Stressbedingungen verifiziert. Keines der Systeme zeigte physikalische Instabilitäten, und die Annahme, dass Beladungen von Systemen unterhalb ihrer maximalen Mischbarkeit physikalisch stabil sind, wurde für den gewählten Zeitraum von 3 Monaten auch unter Stressbedingungen bestätigt. Dies zeigt, dass eine rationale Entwicklung einer Solid Dispersion in einem finalen Produkt resultiert, welches die biopharmazeutischen Ansprüche ebenso erfüllt wie jene bezüglich der physikalischen Stabilität.
KW  - Arzneimittel
KW  - Ionic Liquids
KW  - solid dispersion
KW  - lowering lattice forces
KW  - poorly water soluble drugs
KW  - oral bioavailability
KW  - Löslichkeit
KW  - Bioverfügbarkeit
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-126232
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wiest, Johannes
T1  - Synthese und Charakterisierung neuer Ionischer Flüssigkeiten zur Verbesserung der Auflösungsrate und Löslichkeit eines schwer wasserlöslichen Wirkstoffes
T1  - Synthesis and characterization of novel ionic liquids to improve the dissolution rate and solubility of a poorly water-soluble active ingredient
N2  - Ionische Flüssigkeiten (engl. Ionic Liquids = IL) sind organische Salze mit einem Schmelzpunkt von unter 100 °C und bieten einen interessanten Ansatz um die orale Bioverfügbarkeit von schlecht wasserlöslichen Arzneistoffen zu verbessern.
Aufgrund seiner schlechten Wasserlöslichkeit wurde aus dem Wirkstoff BGG492 der Novartis AG eine Ionische Flüssigkeit (IL) mit dem sterisch anspruchsvollen Gegenion Tetrabutylphosphonium hergestellt. Die IL ist ein amorpher, glasartiger Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 57 °C. Die freie Säure (FS), das Kaliumsalz (BGG-K+) und die IL (siehe Abb. 69) wurden in festem Zustand mittels polarisationsmikroskopischen Aufnahmen, Röntgen-Pulverdiffraktometrie, Röntgenkristallstrukturanalysen, Infrarot-Spektroskopie und Festkörper-NMR-Spektroskopie untersucht.
Der ionische Charakter der IL in festem Zustand konnte mittels Bandenverschiebung der deprotonierten Sulfonamidgruppe im IR-Spektrum bestätigt werden. In der Röntgenkristallstrukturanalyse konnte gezeigt werden, dass sich die Moleküle der FS in Schichten anordneten, in denen jedes Molekül mit vier Nachbarmolekülen über Wasserstoffbrücken verbunden war. Das BGG-K+ kristallisierte als Monohydrat. In dieser Kristallstruktur bildeten die Kaliumkationen in der bc-Ebene mit den BGG-Anionen ober- und unterhalb Schichten. Im Gegensatz zu der FS waren keine intermolekularen Wasserstoffbrücken zu beobachten. Die 15N-Festkörper-NMR-Spektren des BGG-K+ und der IL zeigten die gleiche chemische Verschiebung für den unsubstituierten Stickstoffes N-1‘ der Pyrazolgruppe und belegten somit ebenfalls die ionische Struktur der IL im festen Zustand. Die amorphe Struktur der IL wurde mittels Röntgen-Pulverdiffraktometrie und Polarisationsmikroskop bestätigt und eine flüssigkristalline Phase konnte ausgeschlossen werden.
Die IL zeigte im Vergleich zu der FS eine 700-fach schnellere Auflösungsrate J und eine signifikante Verlängerung der Dauer der Übersättigung in wässriger Lösung. Der sprunghafte Anstieg der Kon-zentration in Lösung („spring“) und die Dauer der Übersättigung („parachute“) wurden mittels photometrischen und potentiometrischen Titrationen untersucht. Mit Hilfe der NMR-Spektroskopie konnte der Mechanismus der Übersättigung aufgeklärt werden. Das sterisch anspruchsvolle Gegenion Tetrabutylphosphonium verhinderte die Protonierung der deprotonierten Sulfonamidgruppe von BGG. In Lösung kam es zur Bildung von Aggregaten („Cluster“), in die sich das Gegenion teilweise einlagerte. Nach der Protonierung und der Bildung von Kristallisationskeimen präzipitierte die ungeladenen FS und der metastabile Zustand der Übersättigung („parachute“) brach zusammen. 
Um den Einfluss der Struktur des Gegenions auf die Auflösungsrate und die Dauer der Übersättigung zu untersuchen, wurden ca. 40 Phosphonium- und Ammonium-Kationen synthetisiert. Die Schmelzpunkte der Phosphonium- und Ammonium-Salze wurden mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) ermittelt. Für das Phosphonium-Salz P3332OH-Bromid konnte eine enantiotrope Umwandlung der Modifikationen mittels temperaturabhängiger XRPD-Messungen bestätigt werden. Die Zelltoxizitäts-Untersuchungen der Phosphonium- und Ammonium-Salze an humanen Leberzellen (HepG2), Nierenzellen (HEK 293T) und murinen Makro-phagenzellen (J774.1) zeigten, dass mit höherer Lipophilie die Zelltoxizität zunahm. Polare Kationen zeigten keine Zytotoxizität (IC50 > 1000 µM). Die Zelltoxizität der Ammonium-Salze war im direkten Vergleich mit den Phosphonium-Salzen etwas geringer. 
Die synthetisierten Phosphonium- und Ammonium-Salze, die als Chloride-, Bromide- und Iodide vorlagen, wurden durch Anionenaustausch in Hydroxide umgewandelt. Die Ionischen Flüssigkeiten wurden in einer Säure-Base-Reaktion mit der freien Säure des BGG-Moleküls und den Hydroxiden hergestellt. Der ionische Charakter konnte mittels Bandenverschiebung der deprotonierten Sulfonamidgruppe im IR-Spektrum bestätigt werden.
Die Substanzen waren amorph (XRPD) und die Glasübergangstemperaturen (DSC) bewegten sich für die Mono-Kationen im Bereich zwischen 40 °C – 97 °C, für Dikationen 81 °C - 124 °C und für Trikationen 124 °C - 148 °C. Damit erfüllten einige Substanzen die Definition einer Ionischen Flüssigkeit nicht (Smp. < 100 °C) und wurden daher als Niedrig-Gitter-Enthalpie-Salze (low lattice enthalpy salt = LLES) bezeichnet. Die ILs und LLES zeigten signifikante Unterschiede in der Auflösungsrate J, der Übersättigungszeit und der Wasserdampfsorption. 
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass allein durch die Auswahl des Gegenions wichtige Parameter für die orale Bioverfügbarkeit gesteuert werden können. Durch diesen Ansatz war es möglich, aus dem sehr schlecht wasserlöslichen Arzneistoff BGG492 Ionische Flüssigkeiten bzw. LLES herzustellen, die sich drastisch schneller auflösten und teilweise über mehrere Stunden übersättigte Lösungen bildeten. Insgesamt zeigte sich, dass durch eine Zunahme der Polarität des Gegenions eine größere Auflösungsrate J und eine geringere Zelltoxizität erzielt werden konnten. Jedoch verringerte sich dadurch die Dauer der Übersättigung in Lösung und erhöhte die Hygroskopizität der ILs und LLES.
N2  - Ionic Liquids (IL) are organic salts with a melting point below 100 °C and are a promising approach for improving oral bioavailability of poorly water soluble drugs. 
The poor water soluble drug BGG492 of the Novartis AG was prepared as Ionic Liquid (IL) using the sterically demanding counterion tetrabutylphosphonium. The IL is an amorphous, glass-like solid with a melting point of 57 °C. The free acid (FS), potassium salt of BGG (BGG-K+) and IL were characterized in solid state by means of polarization light microscopy (PLM), X-ray powder diffraction (XRPD), single crystal x-ray diffraction, infrared spectroscopy (IR) and solid state NMR spectroscopy.
The ionic state of the IL in solid state could be confirmed by band shifts of the deprotonated sulfonamide group in the IR spectrum. The free acid crystallized in an orthorhombic space (Pbca) group and molecules were arranged in layers indicated by means of singly x-ray diffraction. Within each layer, one molecule was connected to four neighboring molecules via hydrogen bonds. The potassium salt crystallized as monohydrate. In this crystal structure, potassium ions formed layers in the crystallographic bc-plane with the anions placed atop and below the potassium ions. In contrast to the crystal structure of the free acid no hydrogen bonds between the molecules were detected. The 15N solid state NMR spectra of BGG-K+ and IL showed almost the same chemical shift of the unsubstituted nitrogen N-1’ of the pyrazole group and confirmed therefore the ionic state in solid state too. The amorphous structure of IL was confirmed by XRPD and polarization light microscopy; therefore a mesophase could be excluded. 
The comparison of the IL to free acid revealed a 700-fold faster dissolution rate and a significant extension of supersaturation time (Abb. 72). The rapid increase of concentration (“spring”) and the supersaturation time (“parachute”) were measured by photometrically and potentiometric titration. The super-saturating mechanism was elucidated by NMR spectroscopy. The sterically demanding counterion tetrabutylphosphonium hindered the protonation of the deprotonated sulfonamide group of BGG. In solution a formation of aggregates was observed (“Cluster”), in which the counterion was partially included. After protonation, the free acid crystallized and the metastable condition of supersaturation collapsed. 
In order to study the structural impact of the counterions on dissolution rate and supersaturation time, approximately 40 phosphonium and ammonium based counterions were synthesized. The melting points were obtained by differential scanning calorimetry (DSC). For the phosphonium bromide salt (P3332OH) an enantiotropic conversion was confirmed by temperature dependent XRPD measurements. The cytotoxicity studies of these phosphonium- and ammonium salts indicated at human liver cells (HepG2) and kidney cells (HEK), and at murine macrophage cells (J774.1) a higher cytotoxicity with increasing lipophilicity of the counterions. Polar counterions of the di- and trication-, hydroxyl- and amino series showed no cytotoxicity (IC50 > 1000 µM). The IC50 values of ammonium based counterions were slightly higher than their corresponding phosphonium counterions. 
The synthesized phosphonium and ammonium chloride, bromide or iodide salts were transformed into hydroxides via anion exchange in solution. The Ionic Liquids were prepared in an acid-base reaction with the free acid of BGG and the hydroxides.
The substances were amorphous (XRPD) and the glass transition temperatures (DSC) were for monocations 40 °C – 97 °C, dications 81 °C – 124 °C and trications 124 °C – 148 °C. Therefore some substances do not fulfill the definition of Ionic Liquids (mp < 100 °C) and were named as low lattice enthalpy salts (LLES). The ILs and LLES showed significant differences in dissolution rate, supersaturation time and water sorption. 
This work showed that the choice of counterion can tune important parameter for oral bioavailability. Using the Ionic Liquid approach it was possible to create substances with strongly improved dissolution rates and long supersaturation times from the poor water soluble drug BGG492. The results revealed the more polar the counterion of the Ionic Liquid or LLES, the higher the dissolution rate and lower the cytotoxicity, but the shorter the supersaturation time and the higher the hygroscopicity.
KW  - Bioverfügbarkeit
KW  - Wirkstoff
KW  - Wasserlöslichkeit
KW  - Ionische Flüssigkeiten
KW  - Ionic Liquids
KW  - orale Bioverfügbarkeit
KW  - oral bioavailability
KW  - schwer wasserlöslich
KW  - poorly water soluble
KW  - active pharmaceutical ingredient
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121733
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wittmann, Katharina
T1  - Adipose Tissue Engineering - Development of Volume-Stable 3-Dimensional Constructs and Approaches Towards Effective Vascularization
T1  - Tissue Engineering von Fettgewebe - Generierung volumenstabiler 3-dimensionaler Fettgewebe-Konstrukte und Entwicklung effektiver Vaskularisierungsstrategien
N2  - Adipose tissue defects and related pathologies still represent major challenges in reconstructive surgery. Based on to the paradigm ‘replace with alike’, adipose tissue is considered the ideal substitute material for damaged soft tissue [1-3]. Yet the transfer of autologous fat, particularly larger volumes, is confined by deficient and unpredictable long term results, as well as considerable operative morbidity at the donor and recipient site [4-6], calling for innovative treatment options to improve patient care. 
With the aim to achieve complete regeneration of soft tissue defects, adipose tissue engineering holds great promise to provide functional, biologically active adipose tissue equivalents. Here, especially long-term maintenance of volume and shape, as well as sufficient vascularization of engineered adipose tissue represent critical and unresolved challenges [7-9]. For adipose tissue engineering approaches to be successful, it is thus essential to generate constructs that retain their initial volume in vivo, as well as to ensure their rapid vascularization to support cell survival and differentiation for full tissue regeneration [9,10]. Therefore, it was the ultimate goal of this thesis to develop volume-stable 3D adipose tissue constructs and to identify applicable strategies for sufficient vascularization of engineered constructs. The feasibility of the investigated approaches was verified by translation from in vitro to in vivo as a critical step for the advancement of potential regenerative therapies.

For the development of volume-stable constructs, the combination of two biomaterials with complementary properties was successfully implemented. In contrast to previous approaches in the field using mainly non-degradable solid structures for mechanical protection of developing adipose tissue [11-13], the combination of a cell-instructive hydrogel component with a biodegradable porous support structure of adequate texture was shown advantageous for the generation of volume-stable adipose tissue. Specifically, stable fibrin hydrogels previously developed in our group [14] served as cell carrier and supported the adipogenic development of adipose-derived stem cells (ASCs) as reflected by lipid accumulation and leptin secretion. Stable fibrin gels were thereby shown to be equally supportive of adipogenesis compared to commercial TissuCol hydrogels in vitro. Using ASCs as a safe source of autologous cells [15,16] added substantial practicability to the approach. To enhance the mechanical strength of the engineered constructs, porous biodegradable poly(ε caprolactone)-based polyurethane (PU) scaffolds were introduced as support structures and shown to exhibit adequately sized pores to host adipocytes as well as interconnectivity to allow coherent tissue formation and vascularization. Low wettability and impaired cell attachment indicated that PU scaffolds alone were insufficient in retaining cells within the pores, yet cytocompatibility and differentiation of ASCs were adequately demonstrated, rendering the PU scaffolds suitable as support structures for the generation of stable fibrin/PU composite constructs (Chapter 3). 
Volume-stable adipose tissue constructs were generated by seeding the pre-established stable fibrin/PU composites with ASCs. Investigation of size and weight in vitro revealed that composite constructs featured enhanced stability relative to stable fibrin gels alone. Comparing stable fibrin gels and TissuCol as hydrogel components, it was found that TissuCol gels were less resilient to degradation and contraction. Composite constructs were fully characterized, showing good cell viability of ASCs and strong adipogenic development as indicated by functional analysis via histological Oil Red O staining of lipid vacuoles, qRT-PCR analysis of prominent adipogenic markers (PPARγ, C/EBPα, GLUT4, aP2) and quantification of leptin secretion. In a pilot study in vivo, investigating the suitability of the constructs for transplantation, stable fibrin/PU composites provided with a vascular pedicle gave rise to areas of well-vascularized adipose tissue, contrasted by insufficient capillary formation and adipogenesis in constructs implanted without pedicle. The biomaterial combination of stable fibrin gels and porous biodegradable PU scaffolds was thereby shown highly suitable for the generation of volume-stable adipose tissue constructs in vivo, and in addition, the effectiveness of immediate vascularization upon implantation to support adipose tissue formation was demonstrated (Chapter 4).

Further pursuing the objective to investigate adequate vascularization strategies for engineered adipose tissue, hypoxic preconditioning was conducted as a possible approach for in vitro prevascularization. In 2D culture experiments, analysis on the cellular level illustrated that the adipogenic potential of ASCs was reduced under hypoxic conditions when applied in the differentiation phase, irrespective of the oxygen tension encountered by the cells during expansion. Hypoxic treatment of ASCs in 3D constructs prepared from stable fibrin gels similarly resulted in reduced adipogenesis, whereas endothelial CD31 expression as well as enhanced leptin and vascular endothelial growth factor (VEGF) secretion indicated that hypoxic treatment indeed resulted in a pro-angiogenic response of ASCs. Especially the observed profound regulation of leptin production by hypoxia and the dual role of leptin as adipokine and angiogenic modulator were considered an interesting connection advocating further study. Having confirmed the hypothesis that hypoxia may generate a pro-angiogenic milieu inside ASC-seeded constructs, faster vessel ingrowth and improved vascularization as well as an enhanced tolerance of hypoxia-treated ASCs towards ischemic conditions upon implanatation may be expected, but remain to be verified in rodent models in vivo (Chapter 5).

Having previously been utilized for bone and cartilage engineering [17-19], as well as for revascularization and wound healing applications [20-22], stromal-vascular fraction (SVF) cells were investigated as a novel cell source for adipose tissue engineering. Providing cells with adipogenic differentiation as well as vascularization potential, the SVF was applied with the specific aim to promote adipogenesis and vascularization in engineered constructs in vivo. With only basic in vitro investigations by Lin et al. addressing the SVF for adipose repair to date [23], the present work thoroughly investigated SVF cells for adipose tissue construct generation in vitro, and in particular, pioneered the application of these cells for adipose tissue engineering in vivo.
Initial in vitro experiments compared SVF- and ASC-seeded stable fibrin constructs in different medium compositions employing preadipocyte (PGM-2) and endothelial cell culture medium (EGM-2). It was found that a 1:1 mixture of PGM-2 and EGM-2, as previously established for co-culture models of adipogenesis [24], efficiently maintained cells with adipogenic and endothelial potential in SVF-seeded constructs in short and long-term culture setups. Observations on the cellular level were supported by analysis of mRNA expression of characteristic adipogenic and endothelial markers. In preparation of the evaluation of SVF-seeded constructs under in vivo conditions, a whole mount staining (WMS) method, facilitating the 3D visualization of adipocytes and blood vessels, was successfully established and optimized using native adipose tissue as template (Chapter 6). 
In a subcutaneous nude mouse model, SVF cells were, for the first time in vivo, elucidated for their potential to support the functional assembly of vascularized adipose tissue. Investigating the effect of adipogenic precultivation of SVF-seeded stable fibrin constructs in vitro prior to implantation on the in vivo outcome, hormonal induction was shown beneficial in terms of adipocyte development, whereas a strong vascularization potential was observed when no adipogenic inducers were added. Via histological analysis, it was proven that the developed structures were of human origin and derived from the implanted cells. Applying SVF cells without precultivation in vitro but comparing two different fibrin carriers, namely stable fibrin and TissuCol gels, revealed that TissuCol profoundly supported adipose formation by SVF cells in vivo. This was contrasted by only minor SVF cell development and a strong reduction of cell numbers in stable fibrin gels implanted without precultivation. Histomorphometric analysis of adipocytes and capillary structures was conducted to verify the qualitative results, concluding that particularly SVF cells in TissuCol were highly suited for adipose regeneration in vivo. Employing the established WMS technique, the close interaction of mature adipocytes and blood vessels in TissuCol constructs was impressively shown and via species-specific human vimentin staining, the expected strong involvement of implanted SVF cells in the formation of coherent adipose tissue was confirmed (Chapter 7). 

With the development of biodegradable volume-stable adipose tissue constructs, the application of ASCs and SVF cells as two promising cell sources for functional adipose regeneration, as well as the thorough evaluation of strategies for construct vascularization in vitro and in vivo, this thesis provides valuable solutions to current challenges in adipose tissue engineering. The presented findings further open up new perspectives for innovative treatments to cure soft tissue defects and serve as a basis for directed approaches towards the generation of clinically applicable soft tissue substitutes.
N2  - In der rekonstruktiven Chirurgie besteht ein ständig wachsender Bedarf an geeigneten Implantaten, um Weichteildefekte nach Tumorresektionen, Traumata, oder aufgrund von kongenitalen Missbildungen adäquat ersetzen zu können [1]. Hierbei stellt körpereigenes Fettgewebe als Weichteilersatz das ideale Substitutionsmaterial dar [2-4]. Derzeit angewandte Wiederherstellungsmethoden verwenden frei transplantierbare und gestielte Lappenplastiken aus autologem Fettgewebe oder greifen auf künstliche Kollagen- und Silikonimplantate zurück [5]. Diese Ansätze sind jedoch zum Teil mit gravierenden Nachteilen behaftet, wie Absorption und Nekrotisierung bei transplantiertem körpereigenem Fettgewebe, sowie Fremdkörperreaktionen und fibrotischen Verkapselungen bei Kollagen und Silikon. Insbesondere die Versorgung großvolumiger Defekte ist mit komplexen chirurgischen Eingriffen verbunden und geht häufig mit Komplikationen wie Infektionen, Narbenbildung und Volumenverlust, sowie Defiziten an der Hebe- und Empfängerstelle einher [1,5-8]. Es besteht daher ein großer Bedarf an innovativen Methoden und der Entwicklung neuer Materialien, die einen dauerhaften körpereigenen Weichteilersatz ermöglichen. 
Das interdisziplinäre Feld des Tissue Engineerings von Fettgewebe zielt auf die Entwicklung neuer Ansätze zur Regeneration von Weichteildefekten und der Bereitstellung von biologisch äquivalentem Gewebeersatz, vor allem für die Rekonstruktion großvolumiger Defekte. Verringerte Volumenstabilität und unzureichende Blutgefäßversorgung stellen jedoch auch bei durch Tissue Engineering hergestelltem Gewebe zentrale Limitationen dar [5,8,9]. Für die erfolgreiche Substitution von Weichteildefekten mit Methoden des Tissue Engineerings ist es daher essenziell, Gewebekonstrukte mit ausreichender Volumenstabilität bereitzustellen, um auch nach Implantation in vivo langfristig zu bestehen, sowie eine adäquate Blutgefäßversorgung zu gewährleisten, um Zellüberleben und Differenzierung für eine vollständige Geweberegeneration zu garantieren [5,10]. 
Folglich war es Ziel dieser Arbeit, volumenstabile Fettgewebekonstrukte zu entwickeln und neue Strategien zur Vaskularisierung der generierten Konstrukte zu evaluieren. Als wichtiger Schritt in Bezug auf eine potenzielle klinische Anwendbarkeit wurden außerdem vielversprechende In-vitro-Ansätze auf den In-vivo-Kontext in etablierten Mausmodellen übertragen.
Für die Entwicklung volumenstabiler Fettgewebekonstrukte wurde die Kombination zweier Biomaterialien mit komplementären Eigenschaften verfolgt. So wurden für die Konstruktherstellung Fibrinhydrogele als Zellträger mit hochporösen bioabbaubaren Scaffolds als mechanische Schutzstrukturen kombiniert. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen zur Verbesserung der Volumenstabilität, in denen hauptsächlich nicht abbaubare, rigide Gerüst- oder Hohlkörperstrukturen zum mechanischen Schutz des entstehenden Gewebes appliziert wurden [11-13], wurden hier ausschließlich bioabbaubare und Gewebe kompatible Materialien verwendet. Dabei konnte auf bereits zuvor entwickelte stabile Fibringele [14] zurückgegriffen werden, die in dieser Arbeit erstmals für das Fettgewebe Engineering als Zellträger für mesenchymale Stammzellen aus dem Fettgewebe (adipose-derived stem cells; ASCs) verwendet wurden. Mittels sich ergänzender Analysemethoden auf zellulärer (Oil Red O-Färbung) und molekularer Ebene (Leptin Sekretion; ELISA) konnte erfolgreich die adipogene Differenzierung der in den Fibringelen inkorporierten ASCs nachgewiesen werden. Im Vergleich zu kommerziell erhältlichem Fibrin (TissuCol, Baxter) zeigten ASCs in den stabilen Fibringelen eine mit TissuCol vergleichbare, gute adipogene Differenzierbarkeit. Durch die Verwendung von ASCs als sichere und autologe Zellquelle [15,16] für die Konstruktherstellung wurde zudem die potenzielle klinische Anwendbarkeit der generierten Zell-Biomaterial-Konstrukte erhöht.
Zur Verbesserung der Volumenstabilität wurden bioabbaubare Poly(ε caprolacton)-basierte Polyurethan-Scaffolds als zusätzliche Gerüststruktur evaluiert. Aufgrund ihrer hohen Porosität und Interkonnektivität stellten sich die Scaffolds als besonders geeignet für die Differenzierung von Adipozyten sowie für die Generierung von kohärentem Fettgewebe heraus. Bei direkter Besiedelung mit ASCs wiesen die PU-Scaffolds zwar eine geringe Zelladhäsion und inhomogene Zellverteilung auf, die adipogene Differenzierung der Zellen war jedoch nicht beeinträchtigt. Daraufhin wurde die Generierung von Fibrin/PU Kompositkonstrukten durch Kombination der PU-Scaffolds mit den zuvor untersuchten stabilen Fibringelen angestrebt (Kapitel 3).
Durch Zusammenführung der stabilen Fibringele als Zellträger für ASCs mit den PU Scaffolds als zusätzlicher Gerüststruktur konnten in folgenden Arbeiten erfolgreich homogene und mechanisch stabile Fettgewebekonstrukte hergestellt werden. Die detaillierte Evaluation von Größe und Gewicht zeigte, dass in den Kompositkonstrukten durch die zusätzliche poröse PU-Scaffoldstruktur eine erhöhte Stabilität im Vergleich zu den stabilen Fibringelen als alleinigem Zellträger erreicht werden konnte. Der Vergleich der stabilen Fibringele mit TissuCol als Hydrogelkomponente zeigte, dass TissuCol-Gele unter In vitro Kulturbedingungen stärker kontrahierten und schneller abgebaut wurden. Die in den Kompositkonstrukten inkorporierten ASCs zeigten gute Viabilität sowie deutliche adipogene Differenzierung auf histologischer (Oil Red O-Färbung) als auch auf molekularer Ebene (qRT-PCR; ELISA). In einer In-vivo-Pilotstudie wurden die Kompositkonstrukte auf ihre Transplantierbarkeit hin überprüft und durch mikrochirurgische Insertion eines Durchflussgefäßes bei der Implantation unmittelbar vaskularisiert. In stabilen Fibrin/PU Konstrukten mit integriertem Gefäßstiel wurde so die Entwicklung von vaskularisiertem Fettgewebe im Vergleich zu ungestielten Konstrukten entschieden verbessert. Mittels der erfolgreichen In-vivo-Implantation der Kompositkonstrukte konnte die Anwendbarkeit der Biomaterialkombination aus stabilem Fibrin und porösen PU Scaffolds für die Generierung volumenstabiler Fettgewebekonstrukte demonstriert und gleichzeitig der positive Effekt einer direkten Vaskularisierung durch Integration eines Gefäßstiels gezeigt werden (Kapitel 4).

Im Rahmen der weiteren Evaluation potenzieller Vaskularisierungsstrategien wurden im Anschluss Ansätze zur Prävaskularisierung in vitro untersucht. Hierbei stellte die hypoxische Vorkultur von mittels Tissue Engineering generierten Fettgewebekonstrukten einen möglichen Ansatz zur Schaffung eines pro-angiogenen, vaskularisierungsfördernden Milieus innerhalb der Konstrukte dar. Ebenso von Interesse waren in diesem Zusammenhang die Auswirkungen von Hypoxie auf die adipogene Differenzierung von ASCs. 
Erste Versuche im 2D-Kulturformat mit ASCs zeigten, dass das adipogene Potenzial der Zellen unter Hypoxie in der Differenzierungsphase stark vermindert war, wobei der während der Expansionsphase der Zellen bestehende Sauerstoffpartialdruck keinen Einfluss auf die Fettentwicklung hatte. Auch in 3D-Konstrukten basierend auf stabilen Fibringelen konnte eine verringerte adipogene Differenzierung von ASCs unter hypoxischer Kultur nachgewiesen werden, dabei wurden im Gegenzug endotheliale Marker (CD31) und pro angiogene Wachstumsfaktoren, wie z.B. vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF), aber auch das Adipokin Leptin, stark hochreguliert. Insbesondere die deutliche Veränderung der Leptinsekretion unter hypoxischen Kulturbedingungen und die duale Rolle von Leptin als adipogener und pro-angiogener Faktor ergeben interessante Perspektiven für weiterführende Untersuchungen. Basierend auf den gezeigten Ergebnissen konnte insgesamt bestätigt werden, dass die hypoxische Vorkultur in vitro zur Entstehung eines pro angiogenen und potenziell vaskularisierungsfördernden Milieus beitragen kann. Es gilt nun in Folgestudien das Potenzial der hypoxischen Vorkultur zur Verbesserung der Vaskularisierung in vivo, sowie eine erhöhte Toleranz der implantierten Zellen gegenüber hypoxischen Bedingungen nach der Implantation in etablierten In-vivo-Mausmodellen zu verifizieren (Kapitel 5).

Ein weiterer Ansatz zur Generierung von vaskularisiertem Fettgewebe in vitro und in vivo wurde durch den Einsatz der stromalen-vaskulären Fraktion (SVF) als neue Zellquelle für das Fettgewebe-Engineering verfolgt. Bisher wurde die SVF hauptsächlich für das Tissue Engineering von Knochen- und Knorpelgewebe [17-19] oder für Vaskularisierungs- und Wundheilungsansätze [20-22] untersucht. In der SVF enthalten sind sowohl Fettvorläuferzellen als auch Endothelzellen, Perizyten, Fibroblasten und Immunzellen [8]. Durch Verwendung dieses heterogenen Zellgemisches sollte die simultane Entwicklung von Fettzellen und vaskulären Strukturen erreicht werden, und damit eine schnellere und effizientere Fettgewebeentwicklung in vivo. Da sich bisher nur eine In-vitro-Studie explizit dem Tissue Engineering von Fettgewebe mit SVF-Zellen widmet [23], wurden in dieser Arbeit SVF-besiedelte Fettgewebekonstrukte basierend auf Fibringelen als Zellträger zunächst umfassend in vitro charakterisiert und erstmals die Fettgewebeentwicklung der Zellen im Mausmodell in vivo untersucht.
In vorbereitenden In-vitro-Arbeiten wurden SVF-besiedelte stabile Fibringele mit den bisher verwendeten ASC-basierten Konstrukten verglichen. Dabei wurde zunächst die adipogene und endotheliale Differenzierbarkeit der SVF in unterschiedlichen Zellkulturmedien untersucht. Eine 1:1-Mischung aus Präadipozytenmedium (PGM-2) und Endothelzellmedium (EGM-2), die zuvor schon für Kokulturexperimente von ASCs und Endothelzellen verwendet worden war [24], stellte sich als besonders geeignet für die Kurz- und Langzeitkultur der SVF in stabilen Fibringelen heraus. Umfassende histologische Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe dieser Medienkomposition insbesondere das adipogene und endotheliale Differenzierungspotenzial der verschiedenen Zelltypen in der SVF innerhalb der generierten 3D-Konstrukte erhalten werden kann. Die auf zellulärer Ebene gewonnenen Erkenntnisse konnten mittels qRT-PCR-Analyse von adipogenen und endothelialen Markern (PPARγ, aP2, CD31) auf mRNA-Ebene bestätigt werden. Um in Zukunft die In-vivo-Untersuchung der generierten Fettgewebekonstrukte zu erleichtern, sowie eine strukturelle Analyse des Gewebeverbands und insbesondere die Interaktion von Adipozyten und Blutgefäßen zu ermöglichen, wurde zusätzlich eine 3D-Färbetechnik (Whole Mount Staining), zunächst unter Verwendung von nativem humanem Fettgewebe, etabliert (Kapitel 6).
In einer anschließenden umfassenden Studie in immundefizienten Nacktmäusen (NMRI Foxn1nu/Foxn1nu) wurden SVF-Zellen zum ersten Mal in vivo für das Engineering von vaskularisiertem Fettgewebe untersucht. Hierbei wurden sowohl der Effekt der In vitro Vorkultur der SVF-basierten Konstrukte als auch der Einfluss des Trägermaterials auf die Gewebeentwicklung in vivo evaluiert. Die adipogene Vorkultur der SVF-besiedelten Konstrukte in vitro über einen Zeitraum von 7 Tagen vor Implantation wirkte sich positiv auf die Fettdifferenzierung in vivo aus, wohingegen die Vorkultur unter nicht-induzierten Bedingungen ohne adipogene Induktion verstärkt zur Bildung von vaskulären Strukturen führte. Durch Spezies-spezifische Färbung gegen humanes Vimentin konnte gezeigt werden, dass die beobachteten Strukturen humanen Ursprungs waren und daher von den implantierten SVF-Zellen stammten. 
Der Einfluss des Trägermaterials auf die Gewebebildung in vivo wurde durch Besiedelung stabiler Fibringele und TissuCol-Gele mit SVF-Zellen verglichen. Die Konstrukte wurden ohne In-vitro-Vorkultur direkt nach der Herstellung implantiert. Hier zeigte sich in stabilen Fibringelen nach 4 Wochen in vivo keine nennenswerte Gewebeentwicklung, wobei auch der Anteil an humanen Zellen innerhalb der Konstrukte zum Zeitpunkt der Explantation stark verringert war. Im Gegensatz dazu konnte in TissuCol-Gelen die Entwicklung von kohärentem und maturem Fettgewebe nachgewiesen werden von dem große Teile humanen Ursprungs waren. Die histologischen Ergebnisse wurden mittels histomorphometrischer Quantifizierung von Adipozyten und Blutgefäßstrukturen verifiziert, wodurch das herausragende Potenzial der SVF für das Fettgewebe-Engineering in vivo nochmals verdeutlicht wurde. Unter Verwendung der zuvor etablierten 3D-Färbetechnik (Whole Mount Staining) konnten anschließend Adipozyten und Blutgefäße innerhalb des entstandenen kohärenten Gewebeverbands in TissuCol-Gelen visualisiert werden. Mit Hilfe einer humanspezifischen Färbung in 3D konnte zusätzlich die weitreichende Beteiligung der implantierten SVF Zellen bei der Gewebeentwicklung nachgewiesen werden (Kapitel 7).

Die in der Dissertation entwickelten bioabbaubaren volumenstabilen Fettgewebekonstrukte, die Untersuchung von ASCs und SVF-Zellen als vielversprechende regenerative Zellquellen für die Generierung funktioneller Konstrukte, sowie die Evaluation unterschiedlicher Vaskularisierungsstrategien in vitro und in vivo leisten einen wichtigen Beitrag zu neuen und innovativen Ansätzen im Bereich des Tissue Engineerings von Fettgewebe. Die Ergebnisse stellen eine Grundlage für die zielgerichtete Entwicklung regenerativer Implantate dar und eröffnen neue Perspektiven für die Generierung klinisch anwendbarer Fettgewebekonstrukte als Weichteilersatz.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Fettgewebe
KW  - Tissue Engineering
KW  - Adipose Tissue
KW  - Vascularization
KW  - Fibrin
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107196
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wu, Fang
T1  - Adding new functions to insulin-like growth factor-I (IGF-I) via genetic codon expansion
T1  - Hinzufügen neuer Funktionen zu Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I) durch genetische Codon-Erweiterung
N2  - Insulin-like growth factor-I (IGF-I) is a 70-amino acid polypeptide with a molecular weight of approximately 7.6 kDa acting as an anabolic effector. It is essential for tissue growth and remodeling. Clinically, it is used for the treatment of growth disorders and has been proposed for various other applications including musculoskeletal diseases. Unlike insulin, IGF-I is complexed to at least six high-affinity binding proteins (IGFBPs) exerting homeostatic effects by modulating IGF-I availability to its receptor (IGF-IR) on most cells in the body as well as changing the distribution of the growth factor within the organism.1-3 Short half-lived IGF-I have been the driving forces for the design of localized IGF-I depot systems or protein modification with enhanced pharmacokinetic properties. In this thesis, we endeavor to present a versatile biologic into which galenical properties were engineered through chemical synthesis, e.g., by site-specific coupling of biomaterials or complex composites to IGF-I. For that, we redesigned the therapeutic via genetic codon expansion resulting in an alkyne introduced IGF-I, thereby becoming a substrate for biorthogonal click chemistries yielding a site-specific decoration. 
In this approach, an orthogonal pyrrolysine tRNA synthetase (PylRS)/tRNAPyl CUA pair was employed to direct the co-translational incorporation of an unnatural amino acid—¬propargyl-L-lysine (plk)—bearing a clickable alkyne functional handle into IGF-I in response to the amber stop codon (UAG) introduced into the defined position in the gene of interest. We summarized the systematic optimization of upstream and downstream process alike with the ultimate goal to increase the yield of plk modified IGF-I therapeutic, from the construction of gene fusions resulting in (i) Trx-plk-IGF-I fusion variants, (ii) naturally occurring pro-IGF-I protein (IGF-I + Ea peptide) (plk-IGF-I Ea), over the subsequent bacterial cultivation and protein extraction to the final chromatographic purification. The opportunities and hurdles of all of the above strategies were discussed. Evidence was provided that the wild-type IGF-I yields were pure by exploiting the advantages of the pHisTrx expression vector system in concert with a thrombin enzyme with its highly specific proteolytic digestion site and multiple-chromatography steps. The alkyne functionality was successfully introduced into IGF-I by amber codon suppression. The proper folding of plk-IGF-I Ea was assessed by WST-1 proliferation assay and the detection of phosphorylated AKT in MG-63 cell lysate. The purity of plk-IGF-I Ea was monitored with RP-HPLC and SDS-PAGE analysis. This work also showed site-specific coupling an alkyne in plk-IGF-I Ea by copper (I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) with potent activities in vitro. The site-specific immobilization of plk-IGF-I Ea to the model carrier (i.e., agarose beads) resulted in enhanced cell proliferation and adhesion surrounding the IGF-I-presenting particles. Cell proliferation and differentiation were enhanced in the accessibility of IGF-I decorated beads, reflecting the multivalence on cellular performance. 
Next, we aimed at effectively showing the disease environment by co-delivery of fibroblast growth factor 2 (FGF2) and IGF-I, deploying localized matrix metalloproteinases (MMPs) upregulation as a surrogate marker driving the response of the drug delivery system. For this purpose, we genetically engineered FGF2 variant containing an (S)-2-amino-6-(((2-azidoethoxy)carbonyl)amino)hexanoic acid incorporated at its N-terminus, followed by an MMPs-cleavable linker (PCL) and FGF2 sequence, thereby allowing site-directed, specific decoration of the resultant azide-PCL-FGF2 with the previously mentioned plk-IGF-I Ea to generate defined protein-protein conjugates with a PCL in between. The click reaction between plk-IGF-I Ea and azide-PCL-FGF2 was systematically optimized to increase the yield of IGF-FGF conjugates, including reaction temperature, incubation duration, the addition of anionic detergent, and different ratios of the participating biopharmaceutics. The challenge here was that CuAAC reaction components or conditions might oxidize free cysteines of azide-PCL-FGF2 and future work needs to present the extent of activity retention after conjugation. Furthermore, our study provides potential options for dual-labeling of IGF-I either by the introduction of unnatural amino acids within two distinct positions of the protein of interest for parallel “double-click” labeling of the resultant plk-IGF-I Ea-plk or by using a combination of enzymatic-catalyzed and CuAAC bioorthogonal coupling strategies for sequentially dual-labeling of plk-IGF-I Ea.
In conclusion, genetic code expansion in combination with click-chemistry provides the fundament for novel IGF-I analogs allowing unprecedented site specificity for decoration. Considerable progress towards IGF-I based therapies with enhanced pharmacological properties was made by demonstrating the feasibility of the expression of plk incorporated IGF-I using E. coli and retained activity of unconjugated and conjugated IGF-I variant. Dual-labeling of IGF-I provides further insights into the functional requirements of IGF-I. Still, further investigation warrants to develop precise IGF-I therapy through unmatched temporal and spatial regulation of the pleiotropic IGF-I.
N2  - Insulin-like growth factor-I (IGF-I) ist ein 70 Aminosäuren langes Polypeptid mit einem Molekuargewicht von 7,5 kDa, dass als anaboler Effektor wirkt und dadurch eine essentielle Rolle in Gewebewachstum und -umbau spielt. Klinisch wird IGF-I für die Behandlung von Wachstumsstörungen verwendet und ist für weitere Anwendungen wie muskuloskelettale Erkrankungen von Interesse. Im Gegensatz zu Insulin wird IGF-I von mindestens sechs hochaffinen Bindungsproteinen (IGFBPs) komplexiert, die homöostatisch regulierend wirken, indem  sie die Verfügbarkeit von IGF-I zu seinem Rezeptor (IGF-IR) auf vielen Zellen modulieren und ebenso die Verteilung des Wachstumsfaktors im Körper steuern. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit von IGF-I wurde die Entwicklung von lokalen IGF-I Depot-Systemen und von auf Proteinebene modifizierten IGF-I-Varianten mit verbesserten pharmakokinetischen Eigenschaften vorangetrieben. In der vorliegenden Arbeit sind wir bestrebt ein vielseitiges Biopharmazeutikum zu präsentieren, das hinsichtlich seiner galenischen Eigenschaften optimiert wurde, z. B. durch chemische Modifikation,  wie ortsspezifische Kopplung von IGF-I an Biomaterialien oder komplexe Verbundstoffe. Für diesen Zweck wurde das Therapeutikum neu entworfen und über die Erweiterung des genetischen Codes eine Alkin-Funktionalität eingefügt. Durch dieses Alkin wird IGF-I zugänglich für die Modifizierung mit bio-orthogonaler, ortsspezifischer „Click-Chemie“.
In diesem Ansatz wird ein orthogonales Pyrrolysin tRNA-Synthase (PylRS)/tRNAPyl-CUA – Paar verwendet, um den co-translationalen Einbau einer unnatürlichen Aminosäure — Propargyl-L-lysine (Plk) —, die eine Alkin-Funktionalität für Click-Reaktionen enthält, an Stelle des Amber-Stop-Codons (UAG) im entsprechenden Gen, im IGF-I-Protein zu gewährleisten. Die systematische Optimierung von Up- und Downstream-Prozessen, mit dem Ziel die Ausbeute von Plk-modifiziertem IGF-I-Biopharmazeutikum zu erhöhen, wurden zusammengefasst: von der Konstruktion von Genfusionen, die in (i) einer Trx-plk-IGF-I Fusionsvariant und (ii) natürlich vorkommendem pro-IGF-I Protein (IGF-I + Ea peptide) (Plk-IGF-I Ea) resultierten, über die folgende Expression in Bakterien und Proteinextraktion, bis hin zur finalen chromatographischen Reinigung des Biopharmazeutikums. Die Möglichkeiten und Schwierigkeiten aller oben genannten Strategien wurden diskutiert. Es wurde gezeigt, dass die Wildtyp-IGF-I-Ausbeuten durch den Einsatz des vorteilhaften pHisTrx-Expressionsvektor-Systems zusammen mit dem Enzym Thrombin und seiner hochspezifischen proteolytischen Spaltstelle und mehrfacher chromatographischer Aufreinigung einen hohen Reinheitsgrad aufwiesen. Die Alkin-Funktionalität wurde erfolgreich durch Unterdrückung des Amber-Codons in IGF-I eingeführt. Die richtige Faltung von Plk-IGF-I Ea wurde durch den WST-1 Proliferationsassay und den Nachweis von phosphorylierten Akt in MG-63-Zelllysat nachgewiesen. Die Reinheit von Plk-IGF-I Ea wurde durch RP-HPLC- und SDS-PAGE-Analyse überwacht. In dieser Arbeit konnte auch gezeigt werden, dass die ortspezifische Kopplung von Alkinen an Plk-IGF-I Ea durch Kupfer(I)-katalysierte Azid-Alkin Zykloaddition (CuAAC) in einem Produkt mit hoher in vitro Aktivität resultiert. Die ortspezifische Immobilisierung von Plk-IGF-I Ea an einem Modell-Trägersystem (hier: Agarosepartikel) führte zu einer verbesserten Zellproliferation und Zelladhäsion in der Umgebung der IGF-I-präsentierenden Partikel. Der vielfältige Einfluss von IGF-I auf Zellen wird durch die verbesserte Zellproliferation und -differenzierung durch die Verfügbarkeit von IGF-I präsentierenden Partikeln widergespiegelt. 
Als Nächstes setzten wir uns zum Ziel den Krankheitseinfluss durch die gleichzeitige Anwendung von Fibroblast-Wachstumsfaktor 2 (FGF2) und IGF-I zu zeigen, indem wir uns der lokalen Hochregulierung von Matrixmetalloproteinasen (MMPS) als Surrogat-Krankheitsmarker bedienten, der die Antwort des Drug Delivery-Systems auslöst. Zu diesem Zweck wurde eine FGF2-Variante genetisch modifiziert, sodass sie am N-Terminus eine (S)-2-amino-6-(((2-azidoethoxy)carbonyl)amino)Hexansäure trägt - gefolgt von einen durch MMPs spaltbaren Verbindungsstück (PCL) und der FGF2 Sequenz - und dadurch die gezielte, spezifische Konjugation des resultierenden Azid-PCL-FGF2 mit dem vorher erwähnten Plk-IGF-I Ea ermöglicht, um definierte Protein-Protein-Konjugate, die mit einem PCL verbunden sind, zu erzeugen. Die Click-Reaktion zwischen Plk-IGF-I Ea und Azid-PCL-FGF2 wurde zur Erhöhung der IGF-FGF Ausbeute systematisch optimiert, indem die Parameter Temperatur, Inkubationsdauer, Zugabe von anionischem Tensid und verschiedene Eduktverhältnisse untersucht wurden. Es gilt zu bedenken, dass die in der CuAAC Reaktion eingesetzten Komponenten oder Reaktionsbedingungen freie Cysteinreste von Azid-PCL-FGF2 oxidieren können und es in Zukunft gilt, die verbleibende Aktivität nach Proteinkonjugation zu bestimmen. Des Weiteren zeigen unsere Untersuchungen potentielle Möglichkeiten für duale Konjugation von IGF-I entweder durch die Einführung einer unnatürlichen Aminosäure an zwei verschiedenen Positionen innerhalb des Proteins (Plk-IGF-I Ea-Plk) für parallele „Doppel-Click“-Konjugation oder durch die Kombination bioorthogonaler Kopplungsreaktionen -  einer enzymkatalysierten Reaktion und CuAAC - für sequentielles duales Verknüpfen von Plk-IGF-I Ea.
Schlussendlich stellt die Erweiterung des genetischen Codes in Kombination mit Click-Chemie eine Grundlage für neue IGF-I-Analoga dar, die eine noch nie dagewesene Ortsspezifität für Konjugationen besitzen. Ein entscheidender Fortschritt hin zu IGF-I basierten Therapeutika mit verbesserten pharmakologischen Eigenschaften wurde durch die Expression, Reinigung und Konjugation von bioaktivem IGF-I mit Plk sowie konjugierten IGF-I Varianten erreicht. Duales Modifizieren von IGF-I erlaubt weitere Einblicke in die funktionalen Anforderungen an IGF-I. Dennoch sind weitere Untersuchungen nötig, um eine gezielte IGF-I Therapie trotz der unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Regulierung des pleiotropen IGF-I zu ermöglichen.
KW  - Insulin-like growth factor-I
KW  - genetic codon expansion
KW  - site-specific protein modification
KW  - Insulin-like Growth Factor I
KW  - Codon
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175330
ER  -