Jamal Alyoussef Alkrad

Hyaluronsäurederivate: Strukturcharakterisierung, Bestimmung und Dermatologische Anwendung

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 18.08.03

Abstract
Hyaluronsäure ist ein lineares Polysaccharid, bestehend aus der Disacchariduntereinheit N-Acetylglucosamin und D-Glucuronsäure [D-Glucuron Säure (1-ß-3) N-Acetyl-D-Glucosamin (1- ß-4)]. Ein Molekül besteht aus (20-250 *102)Einheiten und hat ein Molekulargewicht von 103 - 104 kDa. HS wird enzymatisch durch verschiedene Enzymtype abgebaut. Es entstehen dabei Di-, Tri-, und Tetra-disaccharide. In der Literatur wurde vermutet dass eine Doppelbindung nur nach dem Abbau durch bakterielle Hyaluronidase entsteht, was in dieser Arbeit bewiesen werden konnte. Sowohl intakte HS als auch enzymatisch abgebaute HS (22 kDa) sind Radikalfänger. Es ist wichtig, dass HS mit geeigneter Molmasse in geeigneter Pflegezubereitung als UV-Schutzmittel eingesetzt werden soll. Verschiedene spektroskopische Methoden (IR- (FTIR-ATR), Raman-, 13C-NMR-, 1H-NMR- und UV/Vis-Spektroskopie) wurden eingesetzt um das Entstehen der Doppelbindung nach dem enzymatischen Abbau nachzuweisen. Bei der analytischen Bestimmung wurden Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC), Kapillarzonenelektrophorese (CZE) und Spektralphotometer verwendet. Weiterhin wurde die topische Verfügbarkeit der HS in den halbfesten Zubereitungen sowie in Mikroemulsion durch Mehrschichtmembransystem (MSMS) Bestimmt. Zwei Mikroemulsionen wurden entwickelt und charakterisiert.

Mit dieser Arbeit konnte der Beweis für das Entstehen von Doppelbindungen nach enzymatischem Abbau erbracht, und damit die Rolle der HS als Radikalfänger bestätigt werden. Außerdem wurde eine neu entwickelte HPLC-Methode als alternative Methode, um langkettige HS in halbfesten Zubereitungen zu analysieren entwickelt und eine CZE-Methode mit niedrigerer Nachweisgrenze als die bekanten CZE-Methoden modifiziert. Die in vitro gemessene topische Verfügbarkeit der enzymatisch abgebauten HS ist weit größer als die von HS 1200 kDa. Weiterhin zeigte HS-enthaltende wasserhaltige hydrophile Salbe im Vergleich zu HS-haltiger amphiphiler Creme bzw. lipophiler Creme die beste topische Verfügbarkeit. DMSO war als Cotensid, als Enhancer und als Radikalfänger in den Mikroemulsionen geeignet. HS 22 kDa-Zugabe zu den Mikroemulsionen verringert die Tensid-Menge, die zur Bildung einer klaren Mikroemulsion benötigt wird. Die MKTG-Mikroemulsion und IPP-Mikroemulsion stellen Alternativen zu den halbfesten Standardzubereitungen für dermale Applikationen dar.

Hyaluronic acid (HA) is a linear polysaccharide. It consists of the disaccharide subunits n-Acetylglucosamine and D-glucoronic acid [D-glucoronic acid (1-ß-3) N-Acetyl-D-glucosamine (1-ß-4)]. A molecule consists of (20-250*102) subunits and has a molecular weight of 103 - 104 kDa. HA can be digested enzymatically using different enzymes to di-, tri- and tetra-disaccharide. According to the literature, a double bond results only after the digestion using bacterial Hyaluronidase and this could be confirmed in this work. Intact HA as well as enzymatically digested HA (22 kDa) derivates radical scavengers. Therefore it is useful to be used with a suitable molecular weight in a suitable vehicle in sun protection preparations. Different spectroscopic methods (IR- (FTIR-ATR), Raman-, 13C-NMR-, 1H-NMR-, UV/Vis-spectroscopy) were used to provide evidence for the existence of the double bond after enzymatic digestion. Furthermore, for the analytic quantification of HA a high-performance-liquid-chromatography (HPLC), capillary-zone-electrophoreses (CZE) and spectrophotometer were used. The topical availability of the HA in the semisolid preparations as well as in microemulsions was determined by multi-layer-membrane-system MSMS. Two microemulsions were developed and characterized. A HPLC method as for quantification of a long chain HA in semisolid preparations as well as a CZE method with lower detection limit than previously reported were developed. The in vitro topical availability of the enzymatically digested HA 22 kDa was larger than HA 1200 kDa. Furthermore, HA containing hydrophilic cream showed the best topical availability compared with HA containing amphiphilic cream and lipophilic cream. DMSO was suitable as Cotensid, as penetration enhancer and as radical scavenger in the micro emulsions. HA 22 kDa addition to the microemulsions reduced the Tensid quantity, which is needed for the production of a clear microemulsion. The MKTG-Mikroemulsion and IPP-Mikroemulsion represent alternatives to the semisolid preparation for dermal applications of HA fragments.

Keywords:
Hyaluronsuäre, Mikroemulsion, Arzneimittelverabreichungssysteme, analytische Chemie, pharmakokinetisches Modellieren, transdermale Absorption

hyaluronic acid, microemulsion, drug delivery systems, analytical chemistry, pharmacokinetic modeling, transdermal absorption

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (1, I-VII)
1 Einleitung und Zielstellung (1-2)
2 Theorie (3-26)
3 Experimenteller Teil (27-38)
4 Ergebnisse (39-80)
5 Zusammenfassung der Arbeit (81)
6 Literaturverzeichnis (82-96)