Untersuchungen an Keratin aus nachwachsenden Rohstoffen-Einsatz in der Zellkultivierung und als Permeationsenhancer für ophtalmologische Arzneistoffe in Zubereitungen zur Anwendung am Auge
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem durchgeführten Projekt wurde die Verwendung von Keratin (cysteinreiche Strukturproteine) aus humanem Haarmaterial als Wachstumssubstrat bei der In-vitro- Kultivierung von Zellen sowie nach reduktiver Aufarbeitung als potentieller pharmazeutischer Hilfsstoff zur Steigerung der Bioverfügbarkeit von Arzneistoffen nach topischer Applikation vornehmlich am Auge untersucht. Es zeigte sich, dass durch einen mehrstufigen Aufschluss- und Aufbereitungsprozess dünne und transparente Keratinbefilmungen von Zellkulturgefäßen generiert werden können. Diese keratinhaltigen Substrate weisen für viele verschiedene Zelltypen, hauptsächlich wurden epitheliale Zellen untersucht, im Vergleich zum überwiegend verwendeten Standardsubstrat Polystyrol verbesserte Wachstumseigenschaften, wie eine erhöhte Sättigungsdichte und verbesserte Aussaateffizienz, auf. Somit stellt die kostengünstige und leicht standardisierbare Befilmung mit Haarkeratin eine gute Ergänzung zu bereits bestehenden Substratalternativen zum Polystyrol als Möglichkeit zur Verbesserung der Kultivierung humaner und tierischer Primärzellen sowie Zelllinien dar. Darüber hinaus ließen sich aus Keratinlösungen auch transferable Zellträger, wie transparente Filme und schwammartige Strukturen, generieren, die aufgrund ihrer wachstumsfördernden Eigenschaften geeignet erscheinen, im Bereich der Geweberekonstruktion weiter untersucht zu werden. Reduktiv und alkalisch aufbereitete Keratinlösungen zeigten im In-vitro-Versuch an kultiviertem Epithel der Augenhornhaut eine starke Interaktion mit zellulären Strukturen, die in einer Abnahme der Dichtigkeit des Gewebeverbandes resultierten. Bei Permeationsversuchen konnte eine starke Zunahme der Resorption von Modellsubstanzen des parazellulären Stofftransports beobachtet werden. Dieser Effekt ließ sich durch Zugabe von reduziertem Glutathion noch steigern. Somit zeigten sich die untersuchten Keratinstrukturen in der Lage, die transcorneale Bioverfügbarkeit schwerresorbierbarer Arzneistoffe stark zu verbessern. In-vitro- Untersuchungen zum Einfluss des reduzierten Keratins auf die Zellviabilität zeigten in den überwiegenden Tests jedoch eine Einschränkung der Vitalität der Zellen infolge der Inkubation mit reduziertem Keratin. Apoptotische Prozesse konnten nicht beobachtet werden. Während die Verwendung transferabler, keratinhaltiger Wachstumssubstrate auf Basis der Ergebnisse dieses Projektes als lohnendes Ziel weiterführender Untersuchungen erscheint, bleibt der nutzvolle Einsatz von reduziertem Haarkeratin als potentieller Hilfsstoff zur Steigerung der Permeationsrate trotz nachgewiesener Funktionalität mit dem Hintergrund der Daten aus den Untersuchungen zur Zytotoxizität fraglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Reichl S (2008) Artifizielles Gewebe (Vortrag) Annual Meeting Franz Patat Zentrum, Braunschweig
- Reichl S (2008) Cell culture models of the human cornea - A comparative evaluation of their usefulness to determine ocular drug absorption in vitro. J Pharm Pharmacol 60:299-307
- Reichl S (2008) In-vitro evaluation of the permeation enhancing effect of reduced hair keratin on cultured corneal epithelium (Vortrag) 6th World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Barcelona
