Phospholipid

4 Phospholipide

PLs können aufgrund ihrer amphiphilen Natur viele Arten von Assemblierungen in Wasser bilden. Im Allgemeinen werden drei verschiedene Formen – Mizellen, PLs-Doppelschicht und hexagonale (HII) Phase (Abb. 6.1) – gebildet. Lysophospholipide können aufgrund einer größeren Kopfgruppe und einer einzelnen hydrophoben Kette als umgekehrte Kegelmolekülform dargestellt werden. Diese umgekehrte Kegelform führt zur Bildung eines mizellaren Systems. Wie in der Abbildung dargestellt, führt die kegelförmige Anordnung zu einer HII-Form, während die zylindrische Molekülform die Bildung einer PLs-Doppelschicht begünstigt. Die Bildung von PLs-Doppelschichten oder Liposomen kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, die die Umwandlung der lamellaren Phase in die HII-Phase fördern:

Abbildung 6.1. Verschiedene polymorphe Phasen von Phospholipiden.

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Bei kleineren PE-Kopfgruppen führt eine Zunahme der Ungesättigtheit der Acylkette, der Länge und der Temperatur zur Bildung der HII-Phase.

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Bei hoher Salzkonzentration können ungesättigtes PE, PG, CL und PA die HII-Phase bevorzugen.

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Bei niedrigem pH-Wert führt die Protonierung der Carboxylgruppe von PS und der Phosphatgruppe von PA zum Übergang in die HII-Phase.

PLs wurden auch als wertvolle Zusatzstoffe bei der Entwicklung verschiedener Nanocarrier verwendet. Physiologisch gesehen dient PC als Nährstoff für die Gehirnfunktionen und als Substrat für die Synthese des Neurotransmitters Acetylcholin. Synthetische PL sind in Bezug auf Qualität und Stabilität besser, aber die Kosten sind höher als bei natürlichen PL. Obwohl sowohl Eiphosphatidylcholin (EPC) als auch Sojaphosphatidylcholin (SPC) für die Entwicklung von Liposomen verwendet werden können, wird EPC gegenüber SPC bevorzugt. EPC-Liposomen haben eine höhere Beladungskapazität für Arzneimittel und eine geringere Leckagerate. Doxil beispielsweise enthält hydriertes Sojabohnenphosphatidylcholin (HSPC) und 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin-N- (PEG-DSPE) als Phospholipid zur Bildung stabiler Liposomen mit geringerer Tendenz zum Phasenübergang unter physiologischen Bedingungen.

PEs spielen aufgrund ihrer geringeren Hydratisierungstendenz eine wichtige Rolle bei der Membranfusion. Ebenso haben PE-basierte Liposomen eine bessere Wechselwirkung mit der Lipiddoppelschicht. Dioleoylphosphatidylethanolamin (DOPE) wird zur Entwicklung pH-empfindlicher Liposomen verwendet, die den Abbau von Arzneimitteln durch Enzyme während der Endozytose verhindern können. Um die Bildung von Liposomen zu ermöglichen, müssen jedoch Materialien mit einer Carbonsäuregruppe hinzugefügt werden. Die anionischen sauren Gruppen sorgen für eine elektrostatische Stabilisierung durch Abstoßung bei neutralem pH-Wert, und die Liposomen bleiben stabil. Bei saurem pH-Wert werden die Carboxylgruppen protoniert, was zur Umwandlung der laminaren Form in die HII-Phase führt. Diese instabile Phase ermöglicht die Aggregation, Verschmelzung und Freisetzung von Arzneimitteln im sauren pH-Bereich. Darüber hinaus fördert die Zugabe von DSPE-PEG zu DOPE die Bildung von Liposomen und erhöht die In-vivo-Zirkulationszeit von Liposomen.

Die Eigenschaft der Phasenübergangstemperatur (Tc) von PLs kann für die Entwicklung von temperaturempfindlichen Liposomen genutzt werden. Liposomen aus PLs mit einer Tc, die höher ist als die physiologische Temperatur, können in Krebsgewebe, das mit Hyperthermie verbunden ist, Medikamente freisetzen. Bei höheren Temperaturen geht die Gelform in eine flüssig-kristalline Phase über und setzt die eingekapselten Arzneimittel aus den Liposomen frei. Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC) hat einen Tc-Wert von 41°C und wird für die Entwicklung thermosensitiver Liposomen verwendet. Darüber hinaus können die Beladungskapazität und die Freisetzungsrate von DPPC-Liposomen durch Zugabe anderer PLs wie Distearoylphosphatidylcholin (DSPC) und HSPC verbessert werden. Um die Wirkstofffreisetzung am Tumor zu fördern, sollte der Tc-Wert der PL-Kombinationen jedoch den Bereich von 39-42 °C nicht überschreiten. Der optimale Tc-Wert von 39-40°C wurde für die PEGylierten Liposomen aus DPPC und dem Lysolipid Monopalmitoylphosphocholin (MPPC) angegeben.

Im Allgemeinen werden Liposomen, die PLs wie PS, PG und PA enthalten, aufgrund von MPS sehr schnell eliminiert. Diese Phagozytose von Liposomen hängt von der Hydrophilie an der Oberfläche ab. Das Vorhandensein von Gangliosid und PI führt zu einer verringerten Aufnahme von Liposomen durch MPS und einer verlängerten Zirkulationszeit. Die Zirkulationszeit von Liposomen hängt auch von der Fluidität der Membran ab. Bei Liposomen mit einer starren Doppelschicht ist die Clearance durch MPS geringer. Die Zugabe von PLs mit hohem Tc-Wert (z. B. DSPC) und starren PLs (z. B. Sphingomyeline) führt zu einer Verbesserung der Zirkulationszeit von Liposomen. Das Vorhandensein einer stabileren Amidbindung (die in vivo nur schwer zu brechen ist) und eines intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungspotenzials führen zu einer festen Lipiddoppelschicht des Liposoms.

In letzter Zeit wurde die Umlaufzeit von Liposomen durch PEGylierung an der Oberfläche verbessert. PEGylierte Liposomen sind jedoch auch mit dem Phänomen einer beschleunigten Blutclearance bei wiederholter Injektion verbunden. Die Bildung von Anti-PEG-IgM fördert die schnelle Erkennung und Beseitigung von PEGylierten Liposomen bei nachfolgenden Expositionen. Dieses ABC-Phänomen von Liposomen wurde bei ungesättigten PL (z. B. SPC, EPC und Eisphingomyelinen) häufiger festgestellt als bei gesättigten PL (z. B. DPPC und HSPC). Darüber hinaus kann dieses ABC-Phänomen auch bei herkömmlichen Liposomen beobachtet werden. Im Gegensatz zu PEGylierten Liposomen lösen herkömmliche Liposomen das ABC-Phänomen jedoch nur bei einer hohen Dosis (5 μmol/kg) und nicht bei einer niedrigeren Lipiddosis von 0,001 μmol/kg aus.

Das kationische Lipid Dimethyl-Dioctadecyl-Ammonium (DDA) wurde ebenfalls zur Bildung kationischer Liposomen verwendet. Kationische Liposomen haben den Vorteil, dass sie besser von den Zellen aufgenommen werden, aber gleichzeitig schränkt die kationische Natur ihre Verwendung aufgrund unerwünschter Toxizität ein. Yusuf et al. entwickelten ein neuartiges lyophilisiertes Liposom, indem sie die beiden kationischen Lipide DDA und TPGS kombinierten. Die Zellaufnahme dieser Liposomen wurde durch die Gleitwirkung der Nanopartikel durch den Schleim aufgrund des Vorhandenseins von TPGS und der elektrostatischen Anziehung zwischen dem kationischen Lipid und der negativ geladenen Nasenschleimhaut verbessert. Kationische Liposomen verbinden sich auch mit anionischer DNA und bilden ein neutrales System, das als „Lipoplex“ für die Genverabreichung bekannt ist.

Cholesterin wird auch der Liposomenformulierung mit PLs als membranstabilisierender Zusatzstoff hinzugefügt. Das Vorhandensein von Cholesterin in der Lipiddoppelschicht verbessert die Stabilität der Liposomen und verringert außerdem die Permeabilität der Doppelschicht. Diese Veränderung der Permeabilität der Doppelschicht führt zu einer Verringerung des Austretens des eingekapselten Medikaments während der Zirkulation.

Hu et al. stellten die hybriden Nanopartikel durch die Kombination von 1,2-Dioleoyl-3-trimethylammonium-propan (DOTAP)-Liposomen und PLGA mit verschiedenen Konzentrationen von Cholesterin her. Das Vorhandensein von Cholesterin förderte die Fusion zwischen den Nanopartikeln, und bei sehr hohen Konzentrationen kann es auch die Freisetzung von Antigen verlangsamen. Außerdem wurde die Fusion von Nanopartikeln während der Lagerung durch PEGylierung mit DSPE-PEG verhindert. Liposomen können auch durch Zugabe eines bestimmten Zusatzstoffes in verschiedene Typen modifiziert werden, wie z. B. Ethosomen, Cubosomen usw. PLs können auch als Emulgator in Nanoemulsionsformulierungen verwendet werden. Intralipid war die erste sichere intravenöse Fettemulsion für die Ernährung, die Eiphospholipide als Emulgator enthält. Neben EP wird auch Eierlecithin als Emulgator für Nanoemulsionen verwendet. Natürliches Lecithin kann jedoch auch in Lysophospholipide umgewandelt werden, die nach der intravenösen Injektion eine Hämolyse verursachen können. Lenzo et al. berichteten über das Emulgierverhalten verschiedener PLs wie EPC, Dioleoylphosphatidylcholin (DOPC), Dimyristoylphosphatidylcholin (DMPC), 1-Palmitoyl-2-oleoylphosphatidylcholin (POPC) und DPPC. Sie stellten fest, dass es für die verschiedenen PL unterschiedliche Stoffwechselwege gibt. Die Eliminationsrate von DPPC-haltigen Emulsionen war am langsamsten, da sowohl die Lipoproteinlipase-vermittelte Hydrolyse als auch die Assoziation mit High-Density-Lipoproteinen fehlte. Darüber hinaus kann das Vorhandensein von Sphingomyelinen in der Nanoemulsion auch die Umlaufzeit verlängern und die Aufnahme durch die Leber verringern. Sphingomyeline sind ebenfalls ein wichtiger Bestandteil der Lipoproteinoberfläche und verhindern die Bindung von Apolipoprotein E an die Emulsion und reduzieren auch die Lipoproteinlipase-vermittelte Hydrolyse. Darüber hinaus wurde auch die Kombination von Ei-PLs mit synthetischen Tensiden wie Pluronic F68 bevorzugt. Tran et al. untersuchten auch die Auswirkungen der Einbindung von SPC in SEDDS. Sie beobachteten eine Vergrößerung der Tröpfchengröße in Anwesenheit von SPC, aber eine signifikante Veränderung der Bioverfügbarkeit.

Aufgrund ihrer amphiphilen Natur können PLs auch Mizellen bei oder über einem bestimmten CMC-Wert bilden. Die Kombination von PC und Gallensalz kann ein gemischtes Mizellensystem bilden, das als Abgabesystem fungiert, indem es schwer lösliche Arzneimittel einkapselt. Obwohl PC im Allgemeinen wasserunlöslich ist, bilden die gemischten Mizellen mit Gallensalzen eine klare Lösung und fördern die Adsorption von lipophilen Arzneimitteln. Auch Mischmizellen auf der Basis von SPC und Glycocholsäure weisen eine bessere Stabilität und Kompatibilität auf und sind als Valium und Konakion im Handel erhältlich. PE- und PEG-Mischungen können ebenfalls sterisch stabilisierte Mizellen anstelle von Liposomen bilden, wenn ihr Gehalt bestimmte Grenzen überschreitet. Der PEG-Rest auf der Oberfläche kann die Aufnahme von MPS verhindern, und der PL-Kern kann dem SMM Stabilität verleihen. Auch die Umlaufhalbwertszeit von SMM kann durch den Austausch von DSPE als Lipidkomponente durch DOPE verringert werden. Die Solubilisierungskapazität von SMM ist jedoch für schwer wasserlösliche Arzneimittel begrenzt. Die Zugabe eines optimalen Anteils von EPC in PE-PEG SMM kann das Solubilisierungspotenzial erhöhen.

Einige Arzneimittel wie Flavonoide haben eine besondere Affinität zu Phospholipiden und können Komplexe bilden, die auch als Phytosome bekannt sind. Diese PL- und Wirkstoffkomplexe werden besser durch die Magen-Darm-Membran aufgenommen, wodurch sich die Bioverfügbarkeit des Ausgangsstoffs verbessert. Die Stabilität von Arzneimitteln wird in komplexierter Form ebenfalls verbessert, was zu einer Verlängerung der Arzneimittelwirkung führt.

Turk et al. entwickelten HLPNs für die Verabreichung eines hydrophoben Arzneimittels unter Verwendung von DSPE-PEG und PLGA. PLGA bildete einen hydrophoben Kern, in dem das hydrophobe Medikament eingeschlossen wurde, und DSPE bildete eine Schale um den Kern. In ähnlicher Weise wird SPC auch zur Bildung einer Nanohülle um einen PLGA-Kern für die Abgabe von Methotrexat verwendet. Das Vorhandensein von PLs an der Oberfläche von HLPNs kann die biologische Membran nachahmen und zu einer besseren Penetration durch sie beitragen. Eine andere Art von HLPN mit PLs sind PL-überzogene mesoporöse Silika-Nanopartikel. Zhang et al. entwickelten solche Nanopartikel mit einem Kern aus mesoporösem Siliziumdioxid zur Verkapselung von Arzneimitteln, der von kationischem PL umgeben ist, was eine verlängerte Freisetzung des Arzneimittels ermöglicht. An der äußersten Oberfläche brachten sie außerdem eine weitere Schicht aus negativ geladenem Carboxymethylchitosan an, die die pH-abhängige Freisetzung des Arzneimittels steuert. Zhang et al. entwickelten ebenfalls HLPNs mit einem mesoporösen Siliziumdioxidkern, der mit Doxorubicin beladen war, und überzogen ihn mit einer thermoreaktiven PL-Schicht, die DPPC/DSPC/Cholesterol/DSPE-PEG enthält. Dieses HLPN-System verhindert die vorzeitige Freisetzung des Wirkstoffs aus dem mesoporösen Siliziumdioxid und setzt den Wirkstoff nur bei einem pH-Wert von 5 im Vergleich zu einem pH-Wert von 7,4 schneller frei.