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Der Extrakt des indischen Weihrauchs (Boswellia serrata) ist eines der wenigen pflanzlichen Heilmittel, dem von der EMEA der Orphan Drug Status zur Behandlung des peritumoralen Hirnödems verliehen wurde. Boswellia serrata Extrakt und die Boswelliasäuren, die wirksamen Inhaltsstoffe des Weihrauchs, zeigten in zahlreichen in vitro-Untersuchungen antiinflammatorische und antitumorale Wirksamkeit. Diese Wirkungen konnten auch in mehreren klinischen Studien nachgewiesen werden. Untersuchungen zum pharmakokinetischen Verhalten der Boswelliasäuren zeigten, dass Weihrauch nur eine geringe orale Bioverfügbarkeit aufweist. Ziel der Arbeit war es daher, den Einfluss von Löslichkeit, Metabolismus und Permeabilität auf die Bioverfügbarkeit der Boswelliasäuren zu untersuchen. Weihrauchextrakte sind in wässrigen Medien schlecht löslich. In einer Rattenstudie wurde deshalb untersucht, inwieweit die verbesserte Löslichkeit des Extrakts in einer nanoskaligen Boswellia serrata Formulierung zu einer verbesserten Bioverfügbarkeit führt. Eine bestehende LC-MS-Methode zur Bestimmung von KBA und AKBA aus Plasma und Hirngewebe wurde optimiert und revalidiert. Zur Vervollständigung des pharmakokinetischen Profils wurden die KBA- und AKBA-Konzentrationen auch in der Leber der Ratten bestimmt. Die analytische Methode wurde hierfür nach den anerkannten FDA-Richtlinien erfolgreich validiert. Die Plasma- und Leberkonzentrationen waren jedoch bei den Ratten, die die nanoskalige Boswellia serrata Formulierung bekamen, in den ersten Stunden nach der oralen Verabreichung nicht signifikant höher als bei den Ratten, die den unbehandelten Extrakt erhielten. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur metabolischen Stabilität von KBA und AKBA in Rattenlebermikrosomen (RLM), Humanlebermikrosomen (HLM) und Rattenhepatozyten (RH) zeigten, dass KBA einer stark ausgeprägten hepatischen Metabolisierung unterliegt. AKBA hingegen erscheint metabolisch relativ stabil. Die Identifizierung der Metabolite ergab, dass Boswelliasäuren in RLM hauptsächlich Phase-I-Metabolite wie mono-, di-, und seltener auch trihydroxylierte Metabolite bilden. Von AaBA und AbBA konnten keine Metabolite detektiert werden. Das metabolische Profil von KBA und AKBA in RH war mit dem in RLM vergleichbar. In einer Rattenstudie konnten dann im Plasma und in der Leber jedoch nicht im Hirn der Ratten KBA-Metabolite nachgewiesen werden, während für AKBA in vivo keine Metabolite detektiert wurden. Phase-II-Metabolite konnten weder von KBA noch von AKBA nachgewiesen werden. Bisher war man davon ausgegangen, dass die niedrigen Plasmakonzentrationen von AKBA in vivo durch eine Deacetylierung zu KBA zustande kommen. Diese These konnte im Rahmen dieser Arbeit widerlegt werden. Im Caco-2-Zellmodell zeigte KBA eine mittlere Permeabilität. Es konnte gezeigt werden, dass KBA und AKBA offensichtlich keinem Efflux-Transport unterliegen. AKBA erwies sich sowohl in absorptiver und sekretorischer Richtung als auch bei 4° C als schlecht permeabel. Da KBA und AKBA die Aktivität des ABC-Transportproteins Pgp modulieren, wurde in dieser Arbeit überprüft, ob diese beiden Boswelliasäuren auch Substrate des Pgp sind. Die Permeation von KBA und AKBA war in Anwesenheit des Pgp-Inhibitors Verapamil jedoch nicht signifikant verändert, was darauf hindeutet, dass KBA und AKBA keine Pgp-Substrate sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden einen wichtigen Baustein zur weiteren Aufklärung des pharmakokinetischen Verhaltens von KBA und AKBA. So ist die begrenzte systemische Verfügbarkeit von KBA auf eine mittlere Absorption aus dem Gastrointestinaltrakt in Kombination mit der umfangreichen hepatischen Metabolisierung zurückzuführen. Die niedrigen systemischen Konzentrationen von AKBA hingegen liegen eher in der schlechten Absorption begründet. Auf der Basis der extensiven Metabolisierung von KBA und der schlechten Permeabilität von AKBA stellt sich im Allgemeinen die Frage nach dem tatsächlichen Wirkmechanismus von KBA und AKBA. In keiner pharmakokinetischen Studie konnten die in vitro pharmakologisch aktiven Konzentrationen dieser beiden Boswelliasäuren erzielt werden. Es ist daher nicht auszuschließen, dass auch andere Wirkmechanismen als die bisher beschriebenen existieren. Unter dem Gesichtspunkt möglicher Arzneimittelinteraktionen wurde die Wirkung von KBA und AKBA auf MRP2 und OATP1B3 in zwei zellbasierten Assays untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass KBA und AKBA die Aktivität von MRP2 und OATP1B3 in Konzentrationen modulieren, welche im Rahmen dieser Arbeit in der Leber von Ratten nachgewiesen wurden. Da Weihrauchextrakt häufig in Comedikation verwendet wird, sollte im Hinblick auf die Arzneimittelsicherheit in Zukunft geprüft werden, ob es zu praxisrelevanten Arzneimittelinteraktionen mit klinisch relevanten MRP2- und OATP1B3-Substraten kommt.
Nachweis von zentral wirksamen Arzneimitteln im Kopfhaar psychiatrischer Patienten mittels LC-TOF MS
(2007)
Es handelt sich bei meiner Arbeit um haaranalytische Untersuchungen, welche häufig zum forensischen Nachweis von illegalen Drogen oder zentralwirksamen Arzneimitteln im Haar eingesetzt werden, was auch noch Monate bis Jahre nach erfolgter Einnahme möglich ist. Eine der Fragestellungen dieser Arbeit war, ob sich die mittlerweile universell eingesetzte Detektionsmethode LC-TOF MS mit der in der Haaranalyse etablierten Methanolextraktionsmethode zu einem Haarscreeningverfahren kombinieren lässt, welches einfach und schnell durchführbar ist und sensitiv viele Substanzen umfasst. Bei speziellen Fragestellungen sind bisher noch zeitintensive Sonderaufarbeitungen nötig, so dass ein breitgefächertes Screening auf die am häufigsten eingenommenen Psychopharmaka und Betäubungsmittel sehr sinnvoll wäre. Weiterhin sollte überprüft werden, ob sich auch hochpotent wirksame Arzneimittel nach therapeutischer Einnahme in ausreichend hohen Konzentrationen ins Haar einlagern. Ausserdem bestand die Frage, ob auch einmalige Einnahmen von Psychopharmaka mit dem TOF zuverlässig erfasst werden können, was z.B. im Fall von KO-Mittelbeibringung von großer kriminalistischer Bedeutung ist, aber bisher nur in Einzelfällen untersucht wurde. Die Dissertation setzt sich aus mehreren Themenbereichen zusammen. Nach der Selektion von 51 zu untersuchenden psychotropen Substanzen habe ich Voruntersuchungen zur Haaraufbereitung gemacht. Um eine optimale Lösung der Substanzen aus der Haarmatrix zu erreichen testete ich die enzymatischen Lyse als Alternative zur methanolischen Extraktion. Dann validierte ich die neu auf dem Markt erschienene und noch wenig beforschte Detektionsmethode des LC-TOF MS und legte nach den statistischen Vorgaben der Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie die linearen Arbeitsbereiche und Nachweisgrenzen für jede Substanz fest. Ausserdem verglich ich bei der Auswertung dieser Versuchsreihen die manuelle Integration mit der automatischen Suche mittels MFE hinsichtlich Sensitivität und Spezifität, um die Frage zu klären, ob sich der enorme zeitliche Aufwand bei trotzdem akeptabler Qualität der Ergebnisse reduzieren lässt. Weiterhin wird in der Arbeit die Nachweisempfindlichkeit nach Haaraufbereitung mit und ohne Derivatisierung verglichen. Schliesslich wurde die Zuverlässigkeit der Haaranalyse auf Psychopharmaka anhand einer Patientenstudie untersucht, wozu ich eine klinische Studie an 40 geschlossen-stationären Patienten des Zentrums für Psychiatrie hier an der Uniklinik durchführte. Zusätzlich wurden einige forensische Fälle aufgearbeitet und auch einmalige Medikamenteneinnahmen von stationären Patienten untersucht, um zu sehen, ob das LC-TOF MS empfindlich genug misst zur Detektion dieser wesentlich niedrigeren Haarkonzentrationen. Ergebnisse: Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Analyse von Haaren auf ihren Substanzgehalt mittels LC-TOF MS einige Vorteile gegenüber alternativen Detektionsmethoden aufweist. Die Eignung als Screeningmethode wird von den Untersuchungsergebnissen belegt und der Nachweis der untersuchten 51 Substanzen ist sehr sensibel möglich. Zur Beurteilung eines fraglichen Arzneimittelmissbrauchs ist die Empfindlichkeit voll ausreichend und für Psychiatriepatienten als Überprüfung der Compliance äußerst sinnvoll. Für Fragestellung nach Verabreichung von KO-Mitteln hingegen werden einmalige Einnahmen nicht zuverlässig genug detektiert. Die praktische Relevanz der Detektion mit LC-TOF MS hat zur Etablierung als Routinemethode im toxikologischen Labor der Rechtsmedizin Frankfurt geführt. Die noch sehr zeitaufwändige Datenauswertung der dargestellten Messreihen könnte zukünftig durch Weiterentwicklung der Software sicher deutlich optimiert werden.