Advanced formulations of cyclosporine A and budesonide for the therapy of inflammatory bowel disease

Abstract

Inflammatory bowel disease, namely Crohn’s disease and ulcerative colitis, are chronic diseases, which require a lifelong symptomatic treatment associated with adverse effects and lacking curative approaches. The present work evaluates the potential of nano- and microparticulate drug delivery systems based on the biodegradable and biocompatible poly (lactic-co-glycolic acid) for oral/rectal administration to improve therapy of inflammatory bowel disease. A design of experiments approach was applied to achieve reproducible and controllable drug delivery system preparation to guarantee consistent quality. Both nanoparticles and microparticles were loaded with the immunosuppressant cyclosporine A and the corticosteroid budesonide. The formulations were characterized for physico-chemical and biopharmaceutical properties. These properties, cytotoxicity and immunotoxicity were evaluated in different in vitro cell culture systems including a three-dimensional cell culture model of the inflamed intestine. In vivo animal tests were performed with selected cyclosporine A formulations in a chemically induced colitis model in mice. In particular, cyclosporine A loaded nanoparticles showed, due to reduced systemic bioavailability, a significant improvement of disease characteristic parameters colon length and colon weight/length ratio, and in the histological analysis, compared to a commercially available product (Sandimmun® Neoral) and diseased control, respectively.

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen, Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, benötigen eine lebenslange, symptomatische, medikamentöse Behandlung, die mit erheblichen Nebenwirkungen assoziiert ist. Die vorliegende Arbeit evaluiert das Potenzial von aus Polylactid-co-Glycolid hergestellten, für rektale/orale Applikation geeigneten, nano- und mikropartikulären Arzneistoffträgersystemen für eine verbesserte Behandlung. Die Herstellungsmethoden wurden durch statistische Versuchsplanung optimiert, um reproduzierbare, kontrollierbare Prozesse sowie gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Die Arzneistoffträgersysteme wurden anschließend mit dem Immunsuppressivum Cyclosporin A und dem Kortikosteroid Budesonid beladen, die physikochemischen und biopharmazeutischen Eigenschaften bestimmt sowie diese, die Zytotoxizität und die Immuntoxizität in verschiedenen Zellkulturmodellen, insbesondere auf einen in vitro Zellkulturmodell der entzündeten Darmmukosa, charakterisiert. Aufgrund der Resultate wurden die mit Cyclosporin A beladenen Arzneistoffträgersysteme in einem Mausmodell der chemisch induzierten Kolitis getestet. Vor allem die Cyclosporin A beladenen Nanopartikel zeigten, durch eine reduzierte systemische Verfügbarkeit des Arzneistoffes, eine signifikante Verbesserung in den charakteristischen Parametern Kolonlänge, Kolon Gewichts/Längenverhältnis und in der histologischen Analyse im Vergleich zu einem kommerziellen Produkt (Sandimmun®Neoral) und zu erkrankten, unbehandelten Mäusen.