Die mangelnde Wasserlöslichkeit von Wirkstoffen ist eines der größten Probleme in der pharmazeutischen Medikamentenentwicklung, welches durch das Scheitern zahlloser vielversprechender Leitstrukturen immense Kosten verursacht. Es wird eine Methode vorgestellt, um spezifische Löslichkeitsvermittler für schwerlösliche, niedermolekulare Verbindungen zu entwickeln. Dafür wurden Partner für die nichtkovalente Bindung von Wirkstoffen aus Peptidbibliotheken identifiziert. Als Testsubstanzen wurden Sensibilisatoren für die photodynamische Krebstherapie gewählt. Über die Fluoreszenz der Photosensibilisatoren konnte die Anreicherung an Polymerpartikeln verfolgt werden, deren Peptidsequenzen eine hohe Affinität zu den Wirkstoffen besaßen. Positive Treffer wurden isoliert und deren Aminosäuresequenz mittels Tandem-Massenspektrometrie bestimmt. Diese Informationen wurden verwendet, um Löslichkeitsvermittler für die Sensibilisatoren zu synthetisieren. Dafür wurden die Sequenzen an einen hydrophilen Polyethylenoxid-Block (PEO) konjugiert, wobei das Peptidsegment die Bindung des Gastmoleküls vermittelt, während der Polymerblock die Wasserlöslichkeit des Komplexes garantiert. Mit diesen Konjugaten wurden die Sensibilisatoren erfolgreich in wässrige Lösung gebracht. Die Eigenschaften der Solubilisatoren bezüglich Beladungsgrad, Aggregation und Freisetzung der Gastmoleküle wurde untersucht, sowie die Aktivität der solubilisierten Sensibilisatoren bezüglich der Erzeugung von Singulett-Sauerstoff. Die Anpassung der Screening-Bedingungen, der Konjugat-Architektur und den Einbau eines schaltbaren Bausteins erlaubte die zusätzlich Feinjustierung. Durch einen Vergleich der verschiedenen Sensibilisatoren wurde die Sensibilität der Methode für strukturelle Unterschiede der Testsubstanzen und die Spezifität der gewonnenen Solubilisatoren für ihr Zielmolekül überprüft. Zuletzt wurden die Aufnahme und der Aufnahmemechanismus der solubilisierten Sensibilisatoren in Krebszellen studiert. / Insufficient water solubility of small molecule compounds is one of the major issues in pharmaceutical drug development causing tremendous costs due to failure of numerous high potential lead structures. Herein, a generic method to develop specific solubilizers for insoluble, small molecules is presented. Suitable binding partners for a set of sensitizers for photodynamic cancer therapy (m THPC, Pheophorbide A und Chlorin E6) were selected from a split&mix peptide library. The enrichment of sensitizer molecules at high affinity peptide sequences was followed by monitoring their intrinsic fluorescence via fluorescence microscopy. Positive hits were isolated and amino acid sequences were identified by tandem mass spectrometry (MALDI-Tof-MS/MS). The information gained about the requirement for non-covalent binding on a molecular level was used to synthesize specific solubilizers for small molecule drug entities. Therefore, identified peptide sequences were conjugated to a polyethylene oxide block to obtain water solubility, whereas peptide segments provide non-covalent binding of drug molecules. Insoluble photosensitizers were successfully rendered water soluble by peptide-PEO conjugates. Key parameters like drug payload capacity, aggregation behavior and guest molecule release, as well as activity regarding singlet oxygen generation, were studied. By adaptation and variation of screening conditions, conjugate architecture and incorporation of a switchable building block, properties of conjugate solubilizers were fine-tuned further. To evaluate screening sensitivity towards structural aspects of screened small molecules and specify of resulting solubilizers, screening results of different sensitizers and peptide-PEO solubilizers performance were compared. Finally, cellular uptake of solubilized photosensitizer in cancer cells and uptake pathways was studied in vitro using confocal laser-scanning microscopy and fluorescence lifetime imaging.

Die Verwendung von Cyclodextrinen (CDen) als Hilfsstoffe zur topischen Anwendung in der Ophthalmologie hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei steht die Verbesserung der Wasserlöslichkeit schwerlöslicher Arzneistoffe, die Modifizierung der Bioverfügbarkeit sowie die Verminderung okularer Reizungen im Vordergrund. Diese Arbeit untersuchte die corneale In-vitro-Permeation von Betarezeptorenblockern (partiell mit Pilocarpin kombiniert) im Zusammenhang mit alpha-CD und den hydroxypropylierten (HP) alpha-, beta- bzw. gamma-CD-Derivaten. Der Zusatz von CDen führte teilweise zu einer signifikanten Veränderung der Permeationsparameter, verglichen mit denjenigen der CDfreien Lösungen. Weiterhin wurden das schwerlösliche Prodrug Mycophenolatmofetil (MMF) und die aktive Wirksubstanz Mycophenolsäure (MPA) mit HP-beta-CD in Lösung gebracht und anschließend die Wirkstoffverteilung im Kaninchenauge in vivo bestimmt. Im Vergleich zu einer MMF-Suspension waren die MPA-Spiegel in Cornea und Kammerwasser nach 60 min für die HP-beta-CD-haltige MMF-Lösung deutlich erhöht. Ferner wurden für die neuen, extrem schwer wasserlöslichen Selektiven Glucocorticoid-rezeptoragonisten (SEGRA) - ZK 216771 und ZK 247756 - innovative Augentropfen-formulierungen entwickelt. So wurde ZK 216771 mit Ethanol und HP-gamma-CD in Lösung gebracht und für ZK 247756 eine HP-gamma-CDhaltige Mikroemulsion entwickelt. In beiden Fällen war ein spezielles Herstellungsverfahren erforderlich. ZK 247756 konnte auf diese Weise nach Keratoplastik bei Ratten erfolgreich angewendet werden (signifikante Verlängerung der Transplantatüberlebenszeit im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrollgruppe bzw. Vehikelgruppe). / In the past years, cyclodextrins (CDs) became more and more an important excipient for drug formulations. The main use of CDs in ophthalmic drug delivery is to increase the water solubility of lipophilic drugs, to modify drug bioavailability and to reduce ocular irritation. In the present study, the corneal permeability of different betablockers (in part combined with pilocarpine) in the presence of alpha-CD and hydroxypropylated (HP) alpha-, beta- and gamma-CD was examined. Addition of CDs often led to significant changes in permeation parameters, compared to CD-free solutions. The prodrug mycophenolate mofetil and its active drug mycophenolic acid (MPA) were solubilized by HP-beta-CD. The intraocular availability of these solutions was studied in the rabbit eye in vivo in comparison to a MMF-suspension. Applying MMF/HP-beta-CD-solution, the MPA level in cornea and aqueous humour (after 60 min) turned out to be significant higher than those of the MMF-suspension. In addition, for the extremely low soluble selective glucocorticoidreceptor agonists (SEGRA) - ZK 216771 and ZK 247756 - innovative drug formulations were developed. ZK 216771 was solubilized with ethanol and HP-gamma-CD in buffer. A microemulsion, containing also HP-gamma-CD, served as vehicle for ZK 247756. For both formulations, a special manufacturing process was required. In this way, ZK 247756 could be applied in rabbits after corneal transplantation. Topical application of this formulation was highly effective in prolonging the mean survival time of corneal grafts as compared to untreated controls or animals that received the vehicle only.