Chemische, biologische und physikalische Eigenschaften von Propofol/Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin (Propofol/HPβCD) und Na-Propofolat/Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin (Na-Propofolat/HPβCD)

Chemical, biological and physical properties of Propofol/hydroxypropyl-β-cyclodextrin (Propofol/HPβCD) and Na-propofolate/hydroxypropyl-β-cyclodextrin (Na-propofolate/HPβCD)

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-348876
  • Trotz des breiten, klinischen Einsatzes des Propofols haben sich aufgrund bestehender Nebenwirkungen zunehmend Bestrebung entwickelt, alternative Formulierungen zur Lipidemulsion zu finden. In dieser Arbeit wurden die Substanzen Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD als alternative Formulierungen des Propofols mittels 1H-NMR-Spektroskopie, molekularer Modellierungen, DSC-Messungen, Zytotoxizitätstests (MTT-Test, LDH-Assay, EZ4U-Test) und dem Comet-Assay als Genotoxizitätstest auf biologische, chemische und physikalische EigenschaftenTrotz des breiten, klinischen Einsatzes des Propofols haben sich aufgrund bestehender Nebenwirkungen zunehmend Bestrebung entwickelt, alternative Formulierungen zur Lipidemulsion zu finden. In dieser Arbeit wurden die Substanzen Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD als alternative Formulierungen des Propofols mittels 1H-NMR-Spektroskopie, molekularer Modellierungen, DSC-Messungen, Zytotoxizitätstests (MTT-Test, LDH-Assay, EZ4U-Test) und dem Comet-Assay als Genotoxizitätstest auf biologische, chemische und physikalische Eigenschaften untersucht. Die Frage nach der Komplexbildung zwischen Propofol und HPβCD lässt sich nicht allein auf Basis des 1D-1H-NMR-Spektrums beantworten. Allerdings lässt sich mit Hilfe der 1H-NMR-Spektroskopie für Na-Propofolat/HPβCD das Vorliegen als deprotonierte Form nachweisen. Anderseits legen aber die DSC-Messungen eine Komplexbildung zwischen Propofol und HPβCD nahe. Zum einen ergibt sich das aus den unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen der Substanzen. Zum anderen zeigt der Kurvenverlauf für HPβCD als auch für Na-Propofolat/HPβCD und Propofol/HPβCD keinen Verdampfungspeak bis zu der untersuchten maximalen Temperatur von 280 °C trotz des Propofol-Siedepunktes von 256 °C. Die molekularen Modellierungen legen nahe, dass die Bindung zwischen Propofol und Cyclodextrin über die Isopropylgruppen des Propofols erfolgt, wobei der aromatische Ring nicht in die Cavität des Cyclodextrinringes eindringt. Aus den molekularen Modellierungen ergeben sich Enthalpiewerte, die in ihrer Größenordnung schwachen Wasserstoffbrückenbindungen entsprechen. Für das Na-Propofolat/HPβCD lässt sich eine leichtere Abspaltung des Propofols aus dem Komplex voraussagen, wohingegen für Propofol/HPβCD die Abspaltung langsamer, aber über einen längeren Zeitraum erfolgen dürfte. Im Vergleich zu der hohen Zytotoxizität des Propofols als Lipidemulsion ergibt sich aus den an der CerebEND-Zelllinie durchgeführten Zyotoxizitätstests für HPβCD, Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD kein Nachweis einer Zytotoxizität nach 24-stündiger Exposition. Die Resultate zeigen für die drei Testverfahren die jeweils gleiche Reihenfolge mit der höchsten Zellvitalität für die mit Na-Propofolat/HPβCD behandelten Zellen und der niedrigsten Zellvitalität für HPβCD. In dem Comet-Assay zeigt sich nach 24-stündiger Exposition bei 37 °C für HPβCD, Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD keine genotoxische Wirkung an der HL-60-Zelllinie. Die Ergebnisse dieser Arbeit sprechen für die Fortsetzung der Untersuchungen von Propofol/HPβCD und Na-Propofolat/HPβCD als aussichtsreiche Option der Propofol-Formulierungen.show moreshow less
  • Despite the widespread clinical use of propofol, efforts to find alternative formulations to the lipid emulsion have increasingly developed due to existing side effects. In this study, the substances propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD were investigated as alternative formulations of propofol using 1H-NMR spectroscopy, molecular modelling, DSC measurements, cytotoxicity tests (MTT test, LDH assay, EZ4U test) and the Comet assay as a genotoxicity test for biological, chemical and physical properties. The question of complex formation betweenDespite the widespread clinical use of propofol, efforts to find alternative formulations to the lipid emulsion have increasingly developed due to existing side effects. In this study, the substances propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD were investigated as alternative formulations of propofol using 1H-NMR spectroscopy, molecular modelling, DSC measurements, cytotoxicity tests (MTT test, LDH assay, EZ4U test) and the Comet assay as a genotoxicity test for biological, chemical and physical properties. The question of complex formation between propofol and HPβCD cannot be answered solely on the basis of the 1D-1H NMR spectrum. However, the presence of Na-propofolate/HPβCD as a deprotonated form can be demonstrated with the aid of 1H NMR spectroscopy. On the other hand, the DSC measurements suggest a complex formation between propofol and HPβCD. On the one hand, this results from the different glass transition temperatures of the substances. On the other hand, the curve for HPβCD as well as for Na-propofolate/HPβCD and propofol/HPβCD shows no evaporation peak up to the analysed maximum temperature of 280 °C despite the propofol boiling point of 256 °C. The molecular modelling suggests that the bond between propofol and cyclodextrin takes place via the isopropyl groups of propofol, whereby the aromatic ring does not penetrate into the cavity of the cyclodextrin ring. The molecular modelling results in enthalpy values that correspond in their order of magnitude to weak hydrogen bonds. For Na-propofolate/HPβCD, easier cleavage of propofol from the complex can be predicted, whereas for propofol/HPβCD, cleavage is likely to occur more slowly but over a longer period of time. In comparison to the high cytotoxicity of propofol as a lipid emulsion, the cytotoxicity tests carried out on the CerebEND cell line for HPβCD, propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD do not provide any evidence of cytotoxicity after 24-hour exposure. The results show the same order for the three test methods with the highest cell viability for the cells treated with Na-propofolate/HPβCD and the lowest cell viability for HPβCD. The comet assay showed no genotoxic effect on the HL-60 cell line after 24-hour exposure at 37 °C for HPβCD, propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD. The results of this work speak in favour of continuing the investigations of propofol/HPβCD and Na-propofolate/HPβCD as a promising option for propofol formulations.show moreshow less

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Metadaten
Author: Benedikt Wilhelms
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-348876
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie (ab 2004)
Referee:Prof. Dr. Jens Broscheit, Prof. Dr. Christoph Otto
Date of final exam:2024/01/19
Language:German
Year of Completion:2024
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-34887
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
GND Keyword:Propofol; Cyclodextrine; Alternative; Formulierung
Release Date:2024/02/05
Licence (German):License LogoCC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International