Gelatinefilme als Arzneistoffträger

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Im Rahmen dieser Arbeit wird die Eignung von Gelatinefilmen als Arzneistoffträger untersucht. Ziel ist eine möglichst langsame konstante Wirkstoffabgabe aus Gelatine-matrices mit modifiziertem Aufbau. Aus verschiedenen Veränderungen in der Struktur sollen niedrige Diffusions- und Freisetzungsraten resultieren. Für konstante Freigabe werden mehrschichtige Systeme mit Konzentrationsgradient hergestellt.

Zur Charakterisierung der Gelatinestruktur werden Gelatinefilme auf unterschiedliche Art hergestellt und mittels DSC untersucht. Im Thermogramm ist ein Glasübergang, der die Zunahme der Beweglichkeit der Polypeptidketten beschreibt, und der Schmelzpeak zu erkennen. Die Ausbildung kristalliner Tripelhelices der Gelatine nehmen mit steigender Trocknungstemperatur des Gelatinesols ab. Bei Temperaturen über der Schmelztemperatur der Gelatinegele sind keine kristallinen Anteile mehr zu detektieren. Das Gelatinegerüst liegt im amorphen Knäuelzustand vor. Unterhalb dieser Schmelztemperatur bilden sich Tripelhelices aus, resultierend in der teilkristallinen Gelform. Die nachträgliche Trocknung der Filme führt aufgrund des sinkenden Wassergehalts zu einer reversiblen Erhöhung der Glasübergangs- und Schmelztemperatur und Reduktion der Schmelzenthalpie. Durch Härtungsreagenzien wie Bis-Vinylsulfone, zugegeben zum Gelatinesol, werden die Polypeptidketten der Gelatine verknüpft. Dadurch nehmen die kristallinen Bereiche ab, da sich keine Tripelhelices mehr ausbilden. Aufgrund der reduzierten Beweglichkeit der Ketten steigt die Glasübergangstemperatur. Weiterhin zeigt sich, dass der Quellungsfaktor und die Wasserdampf-Sorption aufgrund der dichteren Struktur mit zunehmendem Härtungsgrad abnehmen.

In Diffusionsversuchen zeigt sich, dass der Massentransport durch und der Diffusionskoeffizient in den Gelatinefilmen mit steigender Härtung abnehmen. Durch die Vernetzung entsteht ein dichteres Gerüst, das eine größere Diffusionsbarriere darstellt. In vergleichenden Versuchen mit gerührtem und ungerührtem Donator ist zu erkennen, dass die Wasserschicht zwischen Bodensatz und eingespanntem Gelatine-film aufgrund ihrer großen Dicke einen starken Einfluss auf den Massenfluss hat. Durch Härtung nach Entstehung der Filme ist eine weitere Reduktion des Diffusions-koeffizienten möglich, da sich kristalline Tripelhelix-Bereiche bei der Herstellung der Gelatinefilme noch ausbilden können. Sie tragen zum Diffusionswiderstand bei.

In Freisetzungsuntersuchungen mit gehärteten einschichtigen Matrices zeigt sich für Lösungs- und Suspensionsmatrices ein Freigabeprofil nach Wurzel-t-Kinetik. Daraus lässt sich der Diffusionskoeffizient berechnen. Dieser stimmt für Lösungsmatrices mit dem aus Diffusionsversuchen überein. In Suspensionsmatrices ist er aufgrund der Poren bildenden Arzneistoffpartikel höher. Bei großen Wirkstoffpartikeln kann es während der Herstellung zu Sedimentation kommen, die zu niedrigerer Konzentration im oberen Teil der Filme und damit einer anfangs verlangsamten Freisetzung führt. Zweischichtige Systeme, unten Suspensions- und darauf Lösungsmatrix oder leere Schicht, zeigen im Freisetzungsprofil anfangs einen burst-effect oder eine lag-time. In dieser Anfangsphase stellt sich in der oberen Schicht ein linearer Konzentrations-gradient, von unten nach oben absinkend, ein. Ist die Konzentration in dieser Schicht auf 50 % der Sättigungskonzentration abgefallen bzw. angestiegen, verläuft die weitere Freisetzung praktisch linear. Da die obere Schicht relativ dick ist, kommt nur ein kurzer, praktisch linearer Ausschnitt aus dem Ende der Wurzel-t-Kinetik aus Suspensions-matrices zum Tragen. Durch rechnerische Simulation lässt sich das Freisetzungsprofil in beiden Phasen gut reproduzieren. Mittels Kaskadengießverfahren hergestellte mehrschichtige Gelatinematrices bestehen aus vielen Schichten mit unterschiedlichen Mengen Arzneistoff. Auf der unteren Suspensionsmatrix liegen mehrere Schichten mit einem nach oben abfallenden Konzentrationsgradienten. Der Zustand nach der Anfangsphase bei Freisetzung aus Zweischicht-Matrices ist also bereits erlangt.

Konstante Freisetzung aus Mehrschicht-Matrices kann somit nach gezielter Einstellung der Konzentrationen in den einzelnen Schichten erreicht werden.