Aerosolerzeugung mittels Mikropumpentechnologie : Aufkonzentrierung von Nanopartikelsuspensionen und Einfluss von Additiven auf Aerosolparameter

Abstract

Die Inhalationstherapie bietet eine attraktive Alternative der Medikamentenapplikation für lokale und systemische Erkrankungen. Eine Möglichkeit zur Erzeugung therapeutischer Aerosole ist die Verneblung von Flüssigkeiten. Dabei gilt es, aktuell bestehende Nachteile wie unsichere Dosierung und hohe Frequenz der Inhalationen zu überwinden. Dafür stellen die Optimierung der Aerosolerzeugungstechnologie und die Entwicklung geeigneter Medikamentenformulierungen vielversprechende Ansätze dar. In dieser Arbeit wurde die Erzeugung von Aerosolen mittels Mikropumpentechnologie im Hinblick auf zwei unterschiedliche Aspekte untersucht. Im ersten Kapitel erfolgte die Verneblung von Controlled-Release-Formulierungen in Form von biokompatiblen, polymeren Nanosuspensionen mit Düsen- und Mikropumpenverneblern. Es wurde die Konzentration der Nanopartikelsuspensionen während des Verneblungsvorgangs bestimmt und die Verneblungstechnologien bezüglich ihrer Eignung für die Verneblung sensitiver Formulierungen verglichen. Bei den Düsenverneblern wurde ein ausgeprägter Konzentrationsanstieg der Nanosuspensionen registriert. Die weitere Analyse der Nanopartikel zeigte, dass Düsenverneblung zu Aggregation und Retention der Partikel im Verneblerreservoir führte. Mit den Mikropumpenverneblern wurden weder Aufkonzentrierung oder Partikelaggregation festgestellt, sodass sich diese Technologie für die Verneblung von Nanosuspensionen eignet. Die Stabilität von Nanosuspensionen über einen langen Zeitraum ist begrenzt. Gefriertrocknung stellt eine Möglichkeit dar, die Haltbarkeit zu erhöhen. Dabei werden Additive hinzugefügt, welche die physikochemischen Eigenschaften beeinflussen können. Da der Einfluss unterschiedlicher physikochemischer Eigenschaften der Verneblungslösung auf die Aerosolparameter von der Düsen- und Ultraschallverneblung bekannt ist, wurde im zweiten Kapitel dieser Einfluss auf die Mikropumpentechnologie untersucht. Es erfolgte die Verneblung von Lösungen mit einer weiten Spanne an Elektrolytkonzentration, Oberflächenspannung und Viskosität mit zwei Mikropumpenverneblern und die Evaluation der Aerosolpartikeldurchmesser mittels Laserdiffraktometrie. Dabei zeigte sich, dass die Durchmesser der generierten Aerosolpartikel vor allem von der Leitfähigkeit und, in geringerem Ausmaß, von der Viskosität der Verneblungslösung abhängen. Die benötigten Konzentrationen der Additive für die Produktion geeigneter Aerosolpartikeldurchmesser konnten quantifiziert werden. Diese Ergebnisse deuten auf eine weitere Möglichkeit hin, die Aerosolpartikeldurchmesser für die Inhalationstherapie zu optimieren. So kann durch Einstellung der physikochemischen Eigenschaften der Verneblungsflüssigkeit einer der wichtigsten Faktoren für die Deposition im Respirationstrakt kontrolliert werden.