Der Einfluss von Nanopartikelstabilisatoren auf die Flüssigkeitszerstäubung mittels Druckluft-, Ultraschall- und Lochmembranverneblern

Abstract

Bioabbaubare Nanopartikel als Medikamententräger zur Inhalation in die Lunge sind sehr vielversprechend. Um ihre Lagerungsfähigkeit zu gewährleisten, müssen Nanopartikel unter Zusatz von Stabilisatoren gefriergetrocknet werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Form und Struktur der Nanopartikel durch die Gefriertrocknung (Lyophilisation) unter Einsatz von diversen Stabilisatoren wie Zuckern oder hydrophilen Polymeren auf befriedigende Weise erhalten werden konnte. Außerdem wurde der Einfluss der Stabilisatoren auf die Eigenschaften der von Düsen-, Ultraschall- und Mikropumpenverneblern produzierten Aerosole und auf den Verneblerausstoß untersucht. Auch die Konzentration, Temperatur, Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung der Flüssigkeiten während des Verneblungsverlaufs und deren Einfluss auf die Aerosolproduktion war von Interesse.Mit allen vernebelten Stabilisator-Formulierungen konnten mit allen drei Verneblern Ausstoßleistungen und Aerosoleigenschaften erreicht werden, die eine Deposition in der Lungenperipherie gewährleisten.Die Verneblung mittels Düsen- und Ultraschallvernebler resultierte in zum Teil starken Schwankungen der Temperatur und der Konzentration der Flüssigkeiten, die dann auch deren Viskosität und Oberflächenspannung veränderten. Im Gegensatz dazu konnten im Mikropumpenvernebler nur geringe Veränderungen der Konzentration und Temperatur beobachtet werden.Daraus lässt sich schließen, dass vor allem Mikropumpenvernebler adäquate Geräte für die Verneblung von gefriertrockneten, rehydrierten Nanopartikeln zur Deposition in den Lungenalveolen darstellen.

Biodegradable nanoparticles are very promising pulmonary delivery systems for the controlled and targeted application of drugs via inhalation. In order to maintain their physicochemical properties during long-term storage polymeric nanoparticles need to be stabilized by freeze-drying (lyophilisation). It was shown that the nanoparticle characteristics could be adequately preserved by freeze-drying in the presence of various stabilizers such as sugars or hydrophilic polymers.Furthermore, the stabilizers influence on the properties of aerosols produced by air-jet, ultrasonic and vibrating mesh nebulizers and on the output of the nebulizer was investigated. The fluids temperature, concentration, density, viscosity and surface tension during nebulization and their influence on aerosol production was also analyzed. With all stabilizer formulations in all three nebulizers aerosol output and aerosol characteristics suitable for peripheral deposition in the lung could be accomplished. Air-jet and ultrasonic nebulization showed notable changes of the temperature and concentration of the reservoir fluid which also resulted in shifting of viscosity, density and surface tension. In contrast, vibrating-mesh nebulization caused only minor changes in temperature and no alteration of the fluids concentration.This leads to the conclusion that vibrating-mesh nebulization in particular is a very promising technique for the pulmonary application of freeze-dried, rehydrated biodegradable nanoparticles.