Felix Höche

Präklinische Validierung von L-Ornithin HCl für die topische Applikation

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Medizin (Dr. med.) vorgelegt an der Medizinischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 29.03.2004

Abstract
L-Ornithin ist eine nicht-essentielle, nicht-proteinogene Aminosäure, die aufgrund ihrer komplexen metabolischen Einbindung von großem pharmakotherapeutischem Interesse ist. Im keratinozytären Stoffwechsel sind dabei insbesondere die Synthese von Harnstoff, Polyaminen und Vorstufen des Kollagens hervorzuheben. Neben der präklinischen Validierung der Toxizität und perkutanen Bioverfügbarkeit von L-Ornithin HCl wurde der Einfluß auf die Harnstoff-Synthese und die Expression der Enzyme Arginase und Ornithin-Decarboxylase in vitro untersucht.
Die Ergebnisse der Vitalitäts- und Proliferationsuntersuchungen lassen die In-vitro- und In-vivo-Toxizität von L-Ornithin HCl bis zum 100-fachen der physiologischen Konzentration als unbedenklich einstufen. Unter In-vitro-Bedingungen kam es nach 24-stündiger Exposition mit L-Ornithin HCl ab einer Konzentration von 30 mM zur Apoptose-Induktion (Annexin V / PI). Die In-vivo-Toxizität wurde anhand des HET-CAM-Modells bestimmt und kann bis 100 mM als unbedenklich eingeschätzt werden.
Die dermale Verfügbarkeit von L-Ornithin HCl nach topischer Applikation wurde unter Verwendung von L-Ornithin HCl-haltigen halbfesten Zubereitungen (10 %) an der FRANZ'schen Diffusionszelle ermittelt. Die Penetrationsuntersuchungen erbrachten für das amphiphile Vehikelsystem (Basiscreme DAC) das beste Konzentration-Zeit-Profil. Eine topische Anwendung von L-Ornithin HCl erscheint möglich.
Unter In-vitro-Bedingungen führte die Inkubation mit L-Ornithin HCl zur Reduktion der keratinozytären Harnstoff-Synthese ab einer Konzentration von 1 mM. Die Expression (Westernblot) der keratinozytären Arginase wurde hingegen durch L-Ornithin HCl (> 10 mM) induziert. Keinen Einfluß hatte L-Ornithin HCl auf die Expression der Ornithin-Decarboxylase.

L-ornithine is a non-essential, non-proteinogenic cationic amino acid. Its complex metabolic function causes a great interest in its pharmacotherapeutical potentials. L-orntihine is critical for the metabolism of keratinocytes, especially in synthesis of urea, polyamines and precursors of collagene. In this study we investigate in vitro the cytotoxicity of L-ornithine HCl and its influence of urea-synthesis and the expression of arginase and ornithine decarboxylase in native human keratinocytes. Further investigations evaluate the possibility of topical dermal application of L-ornithine HCl and its in vivo-toxicity using the hen's egg test chorio allantois membrane (HET-CAM) model.
There is no toxic potential of L-ornithine HCl up to hundred times of physiological concentration. Higher concentrations induce apoptosis in native keratinocytes in a concentration- and time-dependend manner. In vivo L-ornithine HCl causes no vascular and no systemic reaction up to 100 mmol/L detectable by laser Doppler fluxmetry in the HET-CAM model.
The dermal availability of L-ornithine after topical application of semi-solid standard-preparations containing 10 % L-ornithine HCl was investigated by using the FRANZ modell. Best results in the concentration-time-profil were received by the amphiphile system (Basiscreme DAC). Topical application seems to be possible.
L-ornithine HCl decreases (> 1 mmol/L) the de novo urea synthesis of keratinocytes and increases (> 10 mmol/L) the expression of the urea-generating enzyme arginase (westernblot). Otherwise there is no influence on the expression of ornithine decarboxylase, the initial enzyme of polyamine synthesis.

Keywords:
Annexin V / PI, APO 2.7, Arginase, Harnstoff, HET-CAM, Keratinozyten, L-Ornithin, Polyamine, ODC

annexin V / PI, APO 2.7, arginase, HET-CAM, keratinocytes, L-ornithine, polyamine, ODC, urea

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Referat, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
1 Einleitung (1-2)
2 Theoretische Grundlagen (3-14)
3 Material und Methoden (15-36)
4 Ergebnisse (37-50)
5 Diskussion (51-60)
6 Zusammenfassung (61-62)
7 Anhang (63-66)
8 Literatur (67-74)
9 Thesen (75-76)
Veröffentlichungen