The main aim of the thesis was to explore the potential of supercritical fluid (SF) techniques in the field of drug delivery. In particular, the relatively recently developed solution-enhanced dispersion by supercritical fluids (SEDS) technology has been employed in the preparation of particles/powders. The manufacturing, stability and bioavailability of a dosage form strongly depend on the physicochemical properties of the formulation particles. For example, dry powder inhalation (DPI) for administering drugs to the respiratory tract require particles in a narrow size range (1-5 μm) to be effective. The identification of polymorphs and control of purity are also important issues since the physicochemical properties and therapeutic effects of the alternative forms of a drug may differ substantially. Solvent-based traditional crystallisation processes provide the product that may require further down-stream processing to obtain particles for advanced drug delivery applications. This can result in unwanted changes in the physicochemical properties of the particles and thus affect the performance of the dosage form. SF processing has addressed many of the challenges in particle formation research. Among several SF technologies developed for particle processing over the last decade, the SEDS process with its specially designed co-axial nozzle with mixing chamber has resulted in improved control over the particle formation process. Carbon dioxide (CO2) was used as the SF, because it has low critical points and is non-toxic, non-flammable and relatively inexpensive. The initial part of the thesis concerns the formation of particles of model drugs such as hydrocortisone, budesonide and flunisolide using SEDS technology and the determination of the influence of processing conditions and solvents on particle characteristics such as size, shape and crystal structure. Particles of model drugs of differing shapes in a size range suitable for inhalation delivery were prepared. In the process, two new polymorphic forms of flunisolide were identified. This was the first report of SEDS technology being shown as a polymorph-screening tool. The remainder of the thesis deals with the development of SEDS technology for precipitating therapeutic proteins such as recombinant human growth hormone (hGH) from aqueous solutions. Powders of hGH were precipitated using SEDS without significant changes in the chemical or physical stability of the protein. The addition of sucrose to hGH in the feed solution promoted precipitation and minimised the detrimental effects of the solvent and/or the process on the physical aggregation of the protein. In conclusion, this thesis highlights the applicability of the SEDS process in drug delivery research and advances general understanding of the particle formation phenomenon. The SEDS process may also prove to be a potential alternative technology for the precipitation of stable powders of therapeutic proteins.

Diss. (sammanfattning) Linköping : Univ., 2002. / Härtill 5 uppsatser.

A deficiência de hormônio de crescimento (DGH) é a deficiência mais comum entre os hormônios pituitários. A terapia utilizada atualmente consiste de injeções diárias de hormônio de crescimento humano recombinante (r-hGH), entretanto esta terapia apresenta alguns inconvenientes, como a necessidade de frequentes injeções de r-hGH durante um longo período de vida, dependendo da severidade da deficiência, e o alto custo do hormônio, em razão dos dispendiosos processos de purificação. Uma alternativa ao tratamento padrão seria aquele no qual fossem evitados estes tipos de inconvenientes e o processo de liberação da proteína fosse sustentável, por um longo período e promovesse níveis normais e sustentáveis do fator de crescimento semelhante à insulina I (IGF-I), o principal mediador dos efeitos do GH. Uma alternativa é a terapia gênica in vivo, baseada na administração de DNA plasmidial em diversos órgãos/tecidos, seguida de eletroporação. É considerada uma metodologia bastante promissora e que tem sido alvo de vários estudos para diversos tipos de deficiências sistêmicas. Neste trabalho foram realizadas diversas administrações de um plasmídeo contendo o gene do hormônio de crescimento humano, nos músculos quadríceps exposto ou tibial anterior sem exposição, seguidas de eletroporação, em camundongos anões e imunodeficientes (lit/scid) com 40-80 dias de idade, na tentativa de obter uma correção fenotípica do nanismo, mediante a avaliação de parâmetros de crescimento. A administração deste plasmídeo no músculo tibial anterior, em camundongos com a idade inicial de 40 dias, foi capaz de proporcionar uma normalização dos níveis de mIGF-I, quando comparados aos dos camundongos não-deficientes de GH. Além disso, foram obtidos valores de catch-up dos parâmetros de crescimento longitudinal de 36-77%. Visando uma maior eficiência na expressão de GH, foram construídos plasmídeos parentais, e a partir destes, foram produzidos minicírculos de DNA com os promotores do CMV e Ubiquitina C e com os cDNAs de hGH e mGH. Estes minicírculos de DNA foram transfectados em células HEK 293 e foram até 2 vezes mais eficientes em relação aos plasmídeos convencionais com o promotor do CMV. Estes dados são bastantes promissores e abrem caminho para ensaios mais eficientes, utilizando este tipo de protocolo de terapia gênica para a DGH, visando uma normalização de todos os parâmetros de crescimento. / The human growth hormone deficiency (GHD) is the most common deficiency related to pituitary hormones. The current therapy is based on daily injections of recombinant human growth hormone (r-hGH). This therapy, however, presents some disadvantages, as the need for frequent injections of r-hGH during a long life time, depending on the deficiency severity and the high cost of this hormone, due to the expensive purification processes. An alternative to the standard treatment should be to avoid these inconveniences via a sustainable hormone release, acting for a long time and providing normal and sustainable levels of insulin-like growth factor-I (IGF-I). A possible alternative is in vivo gene therapy, based on the administration of plasmid DNA in several organs/tissues, followed by electroporation. This methodology is considered very promising and has been the target of many different studies for several types of systemic deficiencies. In the present work several administrations of a plasmid containing the human growth hormone gene were carried out, in the exposed quadriceps or non-exposed tibialis cranialis muscle, followed by electroporation, using immunodeficient dwarf mice 40-80 days old. The goal was to obtain a phenotypic correction of dwarfism, through the evaluation of different growth parameters. The administration of this plasmid, in the tibialis cranialis muscle of 40 day old mice, was able to provide a normalization of mIGF-I levels, when compared to non GHD mice. Furthermore, catch-up increases of longitudinal growth parameters of 36-77% were obtained. Aiming a high efficiency on GH expression, parental plasmids were constructed and from these DNA minicircles were generated with CMV and Ubiquitin C promoter and hGH or mGH cDNA sequences. These DNA minicircles were transfected into HEK 293 cells and were even 2 times moren efficient than conventional plasmids with CMV promoter. This data are very promising and pave the way for more efficient assays utilizing this type of gene therapy protocol for GHD, aiming at a normalization of all growth parameters.

O sistema hormônio de crescimento (GH) / fator de crescimento insulina- símile tipo 1 (IGF-1) é o principal determinante e regulador do crescimento linear pósnatal. O GH é codificado pelo gene Growth Hormone 1 (GH1). Mutações no GH1 com efeito dominante negativo e herança autossômica dominante são as principais causas monogênicas de deficiência isolada de hormônio de crescimento (DIGH), enquanto deleções ou mutações de ponto no GH1 causam formas raras autossômicas recessivas de DIGH. No grupo de pacientes com DIGH do ambulatório de Endocrinologia do Desenvolvimento do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, foram identificadas apenas deleções em homozigose no GH1 mesmo após estudo criterioso deste gene. Esta diferença em relação aos dados descritos na literatura poderia ser justificada pelo critério diagnóstico para a DIGH adotado pelo nosso grupo, sendo utilizado pico de GH em teste de estímulo inferior a 3,3 ug/L, em contraste com os valores de corte descritos na literatura que variam de 7 a 10 ug/L. Devido a esse fator, pacientes com mutações no GH1 com herança autossômica dominante poderiam estar sendo erroneamente diagnosticados como portadores de baixa estatura familiar ou idiopática (BEI) em nosso serviço. Adicionalmente, mutações que originam moléculas de GH biologicamente inativas também poderiam estar presentes nestes pacientes. Pelos fatores acima apresentados, expandimos o estudo do GH1 para um grupo de crianças classificadas como BEI. Foram selecionadas 98 de 487 crianças avaliadas em nosso serviço com baixa estatura utilizando os seguintes critérios: peso e comprimento normais para idade gestacional ao nascimento, escore-Z da altura < -2, escore-Z do IGF-1 < -1 e pico de resposta de GH >= 3,3 ug/L no teste de estímulo. DNA foi extraído de leucócitos periféricos desses pacientes para rastreamento de mutações no gene GH1. Realizamos estudo molecular por reação em cadeia da polimerase e sequenciamento automático de toda a região codificadora do GH1. Segregação familiar foi realizada para as variantes alélicas identificadas. Em nossa casuística, foram identificadas 10 variantes alélicas nos éxons 4 e 5 e no íntron 4 do GH1, sendo três variantes ainda não descritas na literatura (c.407G > A/p.Val122Ile, c.507C > T/p.Tyr169Tyr e c.456+19G > T). A análise in silico de todas as variantes identificadas indicou ausência de predição de efeito deletério sobre a proteína do GH. Estudo complementar realizado pelo nosso grupo identificou em crianças diagnosticadas com DIGH grave apenas uma paciente com mutação no GH1 responsável pela forma dominante desta doença. Em conclusão, mutações no GH1 causadoras da forma autossômica dominante de DIGH ou Tipo II não foram encontradas em nossa casuística, o que sugere que estas mutações sejam infrequentes em nossa população / The growth hormone (GH) / insulin-like growth factor-1 (IGF-1) axis is the most important hormonal regulator of post-natal linear growth. GH is encoded by the Growth Hormone 1 gene (GH1). Mutations in GH1 with dominant inheritance, which exerts a dominant negative effect on the bioactive GH isoforms, are the main causes of monogenic isolated deficiency of growth hormone (IGHD), while deletions or point mutations in GH1 are responsible for a rare autosomal recessive form of IGHD. However, only homozygous deletions were identified in patients with IGHD from Unidade de Endocrinologia do Desenvolvimento do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, even after detailed investigation of GH1. This difference regarding to literature can be caused by different criteria used to diagnose IGHD in our group, which adopted the cutoff value of peak GH < 3.3ug/L in response to stimulation test, in contrast to literature that describes other groups that use the cutoff peak value of the 7 - 10ug/L. Consequently, patients with autosomal dominant inheritance mutations in GH1 could be being erroneously diagnosed, as having idiopathic short stature (ISS) in our group. Additionally, mutations that cause biologically inactive GH can also be responsible for short stature in these patients. Due to the factors described above, we decided to screen mutations in GH1 in a group of children classified as ISS. We selected 98 of 487 children followed in our department with short stature according to the following criteria: normal birth weight and length for gestational age, height SDS <= -2, IGF-1 SDS < -1 and peak GH in stimulation test >= 3.3 ug/L. Genomic DNA was extracted from peripheral blood leucocytes of the patients to screen for mutations in GH1. We performed molecular analysis by polymerase chain reaction and automated sequencing of the entire coding region of the GH1. Segregation analysis was performed in the presence of allelic variations. In our casuistic, we identified 10 allelic variants in exon 4, exon 5 and intron 4 of GH1, three of which have not been described (c.407G > A/p.Val122Ile, c.507C > T/p.Tyr169Tyr and c.456+19G >T). In silico analysis predicted that none of the mutant alleles would result in deleterious effect on the GH protein. An additional study in children diagnosed with severe IGHD, identified just one patient with the pathogenic GH1 mutation responsible for the dominant form of this disease. In summary, defects in GH1 responsible for the autosomal dominant form of IGHD or Type II were not found in our cohort of Brazilian patients, suggesting that these mutations are infrequent in our population

O sistema hormônio de crescimento (GH) / fator de crescimento insulina- símile tipo 1 (IGF-1) é o principal determinante e regulador do crescimento linear pósnatal. O GH é codificado pelo gene Growth Hormone 1 (GH1). Mutações no GH1 com efeito dominante negativo e herança autossômica dominante são as principais causas monogênicas de deficiência isolada de hormônio de crescimento (DIGH), enquanto deleções ou mutações de ponto no GH1 causam formas raras autossômicas recessivas de DIGH. No grupo de pacientes com DIGH do ambulatório de Endocrinologia do Desenvolvimento do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, foram identificadas apenas deleções em homozigose no GH1 mesmo após estudo criterioso deste gene. Esta diferença em relação aos dados descritos na literatura poderia ser justificada pelo critério diagnóstico para a DIGH adotado pelo nosso grupo, sendo utilizado pico de GH em teste de estímulo inferior a 3,3 ug/L, em contraste com os valores de corte descritos na literatura que variam de 7 a 10 ug/L. Devido a esse fator, pacientes com mutações no GH1 com herança autossômica dominante poderiam estar sendo erroneamente diagnosticados como portadores de baixa estatura familiar ou idiopática (BEI) em nosso serviço. Adicionalmente, mutações que originam moléculas de GH biologicamente inativas também poderiam estar presentes nestes pacientes. Pelos fatores acima apresentados, expandimos o estudo do GH1 para um grupo de crianças classificadas como BEI. Foram selecionadas 98 de 487 crianças avaliadas em nosso serviço com baixa estatura utilizando os seguintes critérios: peso e comprimento normais para idade gestacional ao nascimento, escore-Z da altura < -2, escore-Z do IGF-1 < -1 e pico de resposta de GH >= 3,3 ug/L no teste de estímulo. DNA foi extraído de leucócitos periféricos desses pacientes para rastreamento de mutações no gene GH1. Realizamos estudo molecular por reação em cadeia da polimerase e sequenciamento automático de toda a região codificadora do GH1. Segregação familiar foi realizada para as variantes alélicas identificadas. Em nossa casuística, foram identificadas 10 variantes alélicas nos éxons 4 e 5 e no íntron 4 do GH1, sendo três variantes ainda não descritas na literatura (c.407G > A/p.Val122Ile, c.507C > T/p.Tyr169Tyr e c.456+19G > T). A análise in silico de todas as variantes identificadas indicou ausência de predição de efeito deletério sobre a proteína do GH. Estudo complementar realizado pelo nosso grupo identificou em crianças diagnosticadas com DIGH grave apenas uma paciente com mutação no GH1 responsável pela forma dominante desta doença. Em conclusão, mutações no GH1 causadoras da forma autossômica dominante de DIGH ou Tipo II não foram encontradas em nossa casuística, o que sugere que estas mutações sejam infrequentes em nossa população / The growth hormone (GH) / insulin-like growth factor-1 (IGF-1) axis is the most important hormonal regulator of post-natal linear growth. GH is encoded by the Growth Hormone 1 gene (GH1). Mutations in GH1 with dominant inheritance, which exerts a dominant negative effect on the bioactive GH isoforms, are the main causes of monogenic isolated deficiency of growth hormone (IGHD), while deletions or point mutations in GH1 are responsible for a rare autosomal recessive form of IGHD. However, only homozygous deletions were identified in patients with IGHD from Unidade de Endocrinologia do Desenvolvimento do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, even after detailed investigation of GH1. This difference regarding to literature can be caused by different criteria used to diagnose IGHD in our group, which adopted the cutoff value of peak GH < 3.3ug/L in response to stimulation test, in contrast to literature that describes other groups that use the cutoff peak value of the 7 - 10ug/L. Consequently, patients with autosomal dominant inheritance mutations in GH1 could be being erroneously diagnosed, as having idiopathic short stature (ISS) in our group. Additionally, mutations that cause biologically inactive GH can also be responsible for short stature in these patients. Due to the factors described above, we decided to screen mutations in GH1 in a group of children classified as ISS. We selected 98 of 487 children followed in our department with short stature according to the following criteria: normal birth weight and length for gestational age, height SDS <= -2, IGF-1 SDS < -1 and peak GH in stimulation test >= 3.3 ug/L. Genomic DNA was extracted from peripheral blood leucocytes of the patients to screen for mutations in GH1. We performed molecular analysis by polymerase chain reaction and automated sequencing of the entire coding region of the GH1. Segregation analysis was performed in the presence of allelic variations. In our casuistic, we identified 10 allelic variants in exon 4, exon 5 and intron 4 of GH1, three of which have not been described (c.407G > A/p.Val122Ile, c.507C > T/p.Tyr169Tyr and c.456+19G >T). In silico analysis predicted that none of the mutant alleles would result in deleterious effect on the GH protein. An additional study in children diagnosed with severe IGHD, identified just one patient with the pathogenic GH1 mutation responsible for the dominant form of this disease. In summary, defects in GH1 responsible for the autosomal dominant form of IGHD or Type II were not found in our cohort of Brazilian patients, suggesting that these mutations are infrequent in our population