Blends of trehalose and pullulan to stabilize biopharmaceuticals in alternative dosage forms:
orodispersible films and dissolving microneedles Tian, Yu
DOI:
10.33612/diss.135502200
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2020
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Tian, Y. (2020). Blends of trehalose and pullulan to stabilize biopharmaceuticals in alternative dosage forms: orodispersible films and dissolving microneedles. University of Groningen.
https://doi.org/10.33612/diss.135502200
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
156 157
APPENDICES
Nederlandse samenvatting
Curriculum vitae
List of publication
Acknowledgements
159
SAMENVATTING
Biofarmaceutica, waaronder therapeutische eiwitten, vaccins, hormonen en bloedbestanddelen, zijn een geneesmiddelengroep die snel groeit in de huidige farmaceutische markt. Dit komt door de stormachtige ontwikkelingen in biomedische wetenschappen en technologie [1,2]. Dit is onder meer te zien aan het aantal therapeutische eiwitten dat in de periode van 2011 tot 2016 door de U.S. Food and Drug Administration (FDA) geregistreerd werd. Deze therapeutische eiwitten worden ingezet voor de behandeling van een breed scala aan ziektes, waar een grote groep patiënten baat bij heeft (figuur 7.1) [3].
Een brede toepassing van biofarmaceutica wordt echter belemmerd door twee grote uitdagingen. Ten eerste worden biofarmaceutica geproduceerd als waterige oplossingen of dispersies die instabiel zijn tijdens opslag en transport wanneer ze niet gekoeld worden. Ten tweede worden de meeste biofarmaceutica toegediend via de parenterale route, wat verschillende nadelen heeft, zoals pijn op de plaats van injectie, risico op prik-incidenten en een lage therapietrouw door angst voor naalden. Bovendien mogen alleen geschoolde zorgverleners de toediening uitvoeren [4].
Figuur 7.1 Cirkeldiagram met de verdeling van door de FDA goedgekeurde therapeutische eiwitten (2011-2016), ingedeeld op therapeutische klasse (links). Cirkeldiagram met de verdeling van het secondair therapeutisch gebied voor oncologie (rechts) [3].
Eén van de meest toegepaste en succesvolle strategieën om biofarmaceutica te stabiliseren is om ze te drogen in de aanwezigheid van suikers [5,6]. Voor optimale stabilisatie moet het suiker na het drogen amorf zijn en zich in de glastoestand bevinden om een compacte coating en een minimale moleculaire mobiliteit van de biofarmaceutica te verkrijgen [5–7].
Sachariden met een laag molecuulgewicht zijn in staat om deze compacte coating te vormen.
A
159
160
De glasovergangstemperatuur (Tg) van sachariden met een laag molecuulgewicht is echter relatief laag en daarom zijn de glazen van deze suikers fysisch instabiel, met name wanneer zij worden blootgesteld aan een relatief hoge luchtvochtigheid. Polysachariden daarentegen, hebben een hoge Tg en daarmee een uitstekende fysische stabiliteit. Maar door hun omvangrijke en inflexibele aard kunnen ze geen goede coating om het biofarmaceutische product vormen. Wij stelden de hypothese dat wanneer een combinatie van een suiker met een laag molecuulgewicht en een polysacharide wordt toegepast, er een compacte coating van het biofarmaceutische eiwit en daarmee een uitstekende fysische stabiliteit mogelijk is [8]. In dit proefschrift worden combinaties van de disacharide trehalose en de polysacharide pullulan onderzocht als stabilisatoren voor biofarmaceutica. Trehalose werd geselecteerd omdat het in de literatuur wordt beschouwd als de gouden standaard voor stabilisatie van biofarmaceutica.
Pullulan werd geselecteerd door zijn uitzonderlijk hoge Tg(261oC). Daarnaast heeft pullulan uitstekende mechanische en film-vormende eigenschappen wat de ontwikkeling van alternatieve doseringsvormen mogelijk maakt.
Doordat de biofarmaceutica in vaste en stabiele vorm worden gebracht is het mogelijk om alternatieve toedieningsvormen te ontwikkelen. In dit proefschrift worden twee verschillende typen toedieningsvormen met een verbeterende therapietrouw ontwikkeld en bediscussieerd, namelijk oromucosale films (buccale- of sublinguale administratie) en micronaalden (intradermale administratie).
In hoofdstuk 2 wordt een literatuuronderzoek beschreven over oromucosale films. Het patiëntgerichte ontwerp van oromucosale films kan ervoor zorgen dat er een lagere doseerfrequentie en dus een hogere therapietrouw ontstaat. Orodispergeerbare films (ODFs) worden vaker gebruikt voor de behandeling van systemische ziekten terwijl mucoadhesieve buccale films (MBFs) voor zowel lokale- als systemische ziekten worden gebruikt. Polymeren die vaak worden gebruikt voor de basis van ODFs en MBFs worden besproken. Ook worden verschillende actieve farmaceutische ingrediënten (API) besproken, waaronder wateroplosbare en slecht wateroplosbare kleine moleculaire geneesmiddelen, biofarmaceutica en plantextracten. Nieuwe print technologieën voor oromucosale films worden besproken en de meest gebruikte inkjet print en 3D print technologieën worden samengevat. Voordat biofarmaceutica geïncorporeerd kunnen worden in alternatieve doseringsvormen gebaseerd op trehalose/pullulan mengsels, moet de strategie van stabilisatie van deze biofarmaceutica door combinaties van voorgenoemde suikers worden geëvalueerd. Dit is uitgevoerd in een studie die is beschreven in hoofdstuk 3. Mengsels van trehalose en pullulan zijn gebruikt voor de stabilisatie van het model eiwit β-galactosidase. Uit deze studie is gebleken dat gevriesdroogde
160 161
161
trehalose/pullulan oplossingen allemaal één afzonderlijke Tgwaarde hadden, wat laat zien dat de suikers een homogeen mengsel op moleculair niveau vormden. De hoge Tgvan pullulan (261 °C) was een belangrijke eigenschap voor eiwitstabilisatie, omdat het de Tgvan mengsels met trehalose sterk verhoogde, afhankelijk van de trehalose/pullulan ratio. De Tg van trehalose/pullulan mengsels lag ver boven kamertemperatuur, zelfs wanneer het blootgesteld werd aan een hoge luchtvochtigheidsgraad. De opslagstabiliteit van gevriesdroogd β- galactosidase zonder suikers was aanzienlijk lager dan met trehalose/pullulan mengsels, zelfs voor de formuleringen met alleen pullulan. Ondanks deze observaties zal pullulan niet een optimale stabilisator zijn; door zijn omvangrijke aard is het niet in staat om een compacte coating te vormen om het eiwit. Als een gevolg hiervan nam de stabiliteit van β-galactosidase geïncorporeerd in trehalose/pullulan mengsels bij 30 °C of 60 °C onder watervrije omstandigheden geleidelijk af wanneer de hoeveelheid trehalose/pullulan-verhouding afnam.
Maar wanneer een β-galactosidase formulering met uitsluitend trehalose werd blootgesteld aan 30 °C/56% RH (relatieve vochtigheidsgraad), kristalliseerde trehalose uit doordat de Tg
verlaagd was tot onder de opslagtemperatuur. Hierdoor was het eiwit niet meer gestabiliseerd door de suiker. Bij 56% RH, presteerden trehalose/pullulan mengsels met een gewichtsverhouding van 1/2, 1/1, 2/1 en 1/5 beter dan de formulering met alleen trehalose.
Daarom werd er geconcludeerd dat trehalose/pullulan mengsels de voordelen van beide individuele suikers combineren, met andere woorden de hoge Tgvan pullulan en het vermogen van trehalose om een compacte coating te vormen om eiwitten. Deze voordelen zijn met name relevant wanneer het gevriesdroogde product wordt blootgesteld aan een hoge relatieve luchtvochtigheidsgraad.
Het doel van de studie beschreven in hoofdstuk 4 was het incorporeren van biofarmaceutica in ODFs gebaseerd op trehalose/pullulan mengsels. Waterige oplossingen van trehalose en pullulan in verschillende verhoudingen, een model eiwit (lysozym of β- galactosidase) en een kleine hoeveelheid glycerol en Tween 80 werden gebruikt voor het maken van de OFDs. Dit werd gedaan door ze te drogen aan de lucht of te vriesdrogen. Er werd gevonden dat lysozym een relatief stabiel eiwit is. Lysozym kon worden geïncorporeerd in de OFDs zonder verlies van activiteit en bleef stabiel gedurende een opslagperiode van ten minste 4 weken bij 30 °C/0% RH, onafhankelijk van de productiemethode of de trehalose/pullulan ratio. β-galactosidase liet daarentegen een duidelijke trend zien naar een verhoogde stabiliteit wanneer de trehalose/pullulan-verhouding werd verhoogd. Daarnaast lieten de ODFs met geïncorporeerd β-galactosidase gedroogd met behulp van vriesdrogen een betere processtabiliteit zien, terwijl lucht-gedroogde ODFs een betere opslagstabiliteit lieten zien. Dit
A
160 161
162
komt waarschijnlijk door de poreuze structuur en daardoor het grotere specifiek oppervlak van gevriesdroogde OFDs, waardoor β-galactosidase sneller degradeert dan in de non-poreuze compacte lucht-gedroogde ODFs. Samengevat laat de studie beschreven in hoofdstuk 4 de potentie zien van trehalose/pullulan mengsels als een stabilisator voor eiwit bevattende ODFs.
Het doel van de studie beschreven in hoofdstuk 5 was het incorporeren van type H5N1 geheel geïnactiveerd griepvaccin (WIV) in ODFs om een stabiel vaccin te ontwikkelen voor immunisatie via de mondholte. Als eerste hebben we een standaard op hypromellose (HPMC) gebaseerde ODF geproduceerd waarop een vaccinoplossing met suikers werd gepipetteerd waarna het werd gedroogd aan de lucht of in vacuüm. We hebben geëvalueerd of trehalose alleen (bij verschillende concentraties) of trehalose/pullulan mengsels gebruikt kunnen worden voor de stabilisatie van WIV in ODFs. Er werd waargenomen dat suikers (uitsluitend trehalose of een mengsel van trehalose en pullulan) de stabiliteit van WIV tijdens de productie significant kunnen verhogen in vergelijking met WIV zonder suikers. Opmerkelijk was dat er tijdens opslag van alle ODFs gedurende 4 weken onder vrij extreme omstandigheden (60 °C/0% RH of 30 °C/56% RH) maar een marginaal verlies aan WIV activiteit werd gevonden, dus ook voor de formuleringen zonder trehalose/pullulan. Controle experimenten lieten zien dat door WIV oplossing zonder suikers te pipetteren op de ODFs, de ODF waarschijnlijk lokaal gedeeltelijk oploste waardoor de WIV werd geïncorporeerd in de matrix van de film componenten na het drogen. Het hoofdbestanddeel van de ODF, HPMC, is blijkbaar in staat om WIV te stabiliseren tijdens opslag. Geconcludeerd kan worden dat ODFs een geschikt en potentieel alternatief kunnen zijn voor het toedienen van gestabiliseerd WIV in de mondholte.
Het doel van de studie beschreven in hoofdstuk 6, was het incorporeren van WIV in oplosbare micronaalden gebaseerd op trehalose/pullulan mengsels. De oplosbare micronaalden werden geproduceerd door oplossingen van trehalose/pullulan met WIV te gieten in PDMS matrijzen, gevolgd door centrifugatie bij 3750 rpm bij 4 °C gedurende 3 uur en vervolgens te drogen aan de lucht bij 37 °C overnacht. De oplosbare micronaald-arrays waren scherp en stijf en lieten een hoge penetratie efficiëntie zien in ex vivo experimenten met humane huid. Door de goede wateroplosbaarheid van trehalose en pullulan, losten de micronaald-arrays snel op, namelijk binnen 15 minuten. Na opslag bij watervrije condities bij een temperatuur tot 37 °C gedurende 4 weken behielden de micronaalden hun mechanische integriteit met penetratie effectiviteit van bijna 100%. De mechanische integriteit ging echter drastisch omlaag na blootstelling aan een atmosfeer met een hoge vochtigheidsgraad (56% RH gedurende 4 weken).
Daarnaast, liet WIV geïncorporeerd in oplosbare micronaalden uitstekende proces- en opslagstabiliteit zien, ook al was er een geringe vermindering van hemagglutinatie titers na
162 163
163
productie, wat waarschijnlijk een gevolg was van het droogproces bij 37 °C overnacht. Na opslag bij 4 °C, 25 °C en 37 °C gedurende 4 weken, behield WIV geïncorporeerd in de oplosbare micronaalden zijn stabiliteit, terwijl WIV gedispergeerd in een met fosfaat gebufferde zoutoplossing volledig de hemagglutinatie capaciteit van WIV verloor. Samengevat laat ons onderzoek zien dat op trehalose/pullulan gebaseerde oplosbare micronaalden geschikt zijn voor de toediening van griepvaccins.
CONCLUSIES EN PERSPECTIEVEN
Mengsels van trehalose en pullulan zijn aantrekkelijke kandidaten voor de stabilisatie van biofarmaceutica. De droogmethodes voor trehalose/pullulan mengsels beschreven in dit proefschrift waren vriesdrogen, drogen aan de lucht en vacuümdrogen. Een veel gebruikte droogmethode in de farmaceutische productie is sproeidrogen [9]. Sproeidrogen van eiwitoplossingen met trehalose/pullulan mengsels zou interessante resultaten kunnen opleveren. Een model om de distributie van eiwitten en suikers in een verdampende druppel tijdens sproeidrogen te voorspellen is ontwikkeld door Grasmeijer et al. [10]. Ze ontdekten dat tijdens het sproeidrogen van een oplossing van trehalose en albumine (verkregen uit het serum van runderen, BSA), de twee componenten zich niet homogeen over de drogende druppels verdeelden; aan het oppervlak bevond zich namelijk relatief veel BSA. Dit was te verklaren door het lagere molecuulgewicht en daardoor de hogere diffusiesnelheid van trehalose.
Bovendien leidden de oppervlakte actieve eigenschappen van BSA tot accumulatie van het eiwit aan het water-lucht grensvlak. Door deze twee mechanismen zal het oppervlak van de uiteindelijk droge poeder deeltjes sterk verrijkt zijn met BSA [10]. Doordat deze eiwitmoleculen aan het grensvlak aanwezig zijn kunnen ze niet volledig gecoat zijn met suikermoleculen. Dat betekent dus dat een relatief grote fractie BSA niet optimaal gestabiliseerd is. Het gebruik van trehalose/pullulan mengsels zou de stabiliteit van het eiwit kunnen verhogen omdat door zijn veel hogere molecuulgewicht pullulan een veel lagere diffusiesnelheid heeft dan trehalose waardoor de verdeling van eiwit en suikers in de drogende druppels homogener zou kunnen zijn.
Behalve suikers zijn aminozuren ook gebruikt om biofarmaceutica te stabiliseren tijdens drogen en daaropvolgende opslag [11,12]. Ook combinaties van suikers en aminozuren zijn potentiele stabiliserende hulpstoffen in biofarmaceutische formuleringen [13,14]. Omdat aminozuren nog een lager molecuulgewicht hebben dan trehalose, zouden ze nog een compactere coating kunnen vormen dan trehalose. Hierdoor zouden mengsels van aminozuren
A
162 163
164
en pullulan zelfs een nog beter stabiliserend effect kunnen geven dan mengsels van trehalose en pullulan, maar dit moet nog verder worden onderzocht [15].
Toediening van biofarmaceutica via de mondholte door gebruik van ODFs is een veelbelovend alternatief voor de conventionele injectie en heeft recent veel belangstelling gekregen in de wetenschappelijke gemeenschap [16,17]. Voor zover wij weten is de toediening van biofarmaceutica via de mondholte met behulp van ODFs echter nooit eerder besproken.
Incorporatie van biofarmaceutica in ODFs houdt in dat ze in een droge toestand moeten worden gebracht, waarvoor stabiliserende hulpstoffen nodig zijn. Toepassing van trehalose en pullulan bleek in dit opzicht succesvol hoewel incorporatie van WIV in HPMC gebaseerde film- vormende matrices ook succesvol bleek voor stabilisatie van het vaccin. In dit proefschrift is de oplosmiddel-giet methode gebruikt voor de productie van ODFs en is de pipetteertechniek toegepast voor de incorporatie van de biofarmaceutica. Er kunnen echter alternatieve technieken worden gebruikt om ODFs te produceren die biofarmaceutica bevatten. Zo zijn er bijvoorbeeld recentelijk nieuwe printtechnieken geëvalueerd voor de productie van ODFs. Er zijn drie verschillende printtechnieken: inkjet printen [18,19], 3D printen [20,21] en “roll-to- roll” printen [22,23] (hoofdstuk 2). Voordelen van deze printtechnieken zijn de hoge doseer precisie en de mogelijkheid voor gepersonaliseerde geneeskunde omdat de dosering gemakkelijk aangepast kan worden. Maar de conventionele “fused deposition modeling” 3D printer vereist een hoge temperatuur en is daarom niet geschikt voor de productie van ODFs waarin biofarmaceutica worden geïncorporeerd. Wij zijn van mening dat het misschien mogelijk is om een 3D-Bioplotter®te gebruiken voor dit doel, zoals beschreven in de ‘expert opinion’ sectie van hoofdstuk 2 [24]. Kortom, er is meer onderzoek nodig voor de ontwikkeling van een geschikte printtechniek voor ODFs met daarin biofarmaceutica geïncorporeerd.
Oplosbare micronaalden zijn een minimaal invasieve manier voor intradermale toediening van geneesmiddelen. Verschillende materialen, waaronder natrium hyaluronaat [25,26], carboxymethylcellulose [27] en dextran [28], zijn frequent gebruikt als matrix materiaal voor oplosbare micronaalden. Voor zover wij weten zijn wij de eerste die gebruik hebben gemaakt van trehalose/pullulan combinaties in oplosbare micronaalden.
Trehalose/pullulan gebaseerde micronaalden lieten voldoende materiaal sterkte zien om de humane huid ex vivo te penetreren. De combinatie van een di- en polysacharide was ook in staat om de activiteit van het geïncorporeerde WIV tijdens productie en daaropvolgende opslag te behouden. Hoewel deze in vitro en ex vivo resultaten veelbelovend zijn, zal de potentie van deze formuleringen zich nog wel moeten bewijzen in in vivo studies. Naast influenza vaccins
164 165
165
kunnen op trehalose/pullulan gebaseerde micronaalden ook geschikte toedieningssystemen zijn voor andere vaccins (bijvoorbeeld hepatitis B en polio) en therapeutische eiwitten.
Aangezien oplosbare micronaalden de hoornlaag kunnen penetreren zouden ze ook geschikt kunnen zijn voor de pijnloze penetratie van buccale of sublinguale mucosa. Het gebruik van oplosbare micronaalden voor de toediening van vaccins aan de orale mucosa zou een interessant onderwerp kunnen zijn voor nader onderzoek.
A
164 165
166
REFERENCES
(1) Walsh G. Biopharmaceutical benchmarks 2006. Nat Biotechnol. 2006; 24(7):769–776.
(2) Mitragotri S, Burke PA, Langer R. Overcoming the challenges in administering biopharmaceuticals: formulation and delivery strategies. Nat Rev Drug Discov. 2014;
13 (9):655–672.
(3) Lagassé HAD, Alexaki A, Simhadri VL, Katagiri NH, et al. Recent advances in (therapeutic protein) drug development, F1000Res. 2017; 6:113.
(4) Moeller EH, Jorgensen L, Alternative routes of administration for systemic delivery of protein pharmaceuticals. Drug Discov Today Technol. 2008; 5(2-3):e89–94.
(5) Hinrichs WLJ, Prinsen MG, Frijlink HW. Inulin glasses for the stabilization of therapeutic proteins. Int J Pharm. 2001; 215 (1-2):163–174.
(6) Mensink MA, Frijlink HW, van der Voort Maarschalk K, Hinrichs WLJ, et al. How sugars protect proteins in the solid state and during drying (review): Mechanisms of stabilization in relation to stress conditions. Eur J Pharm Biopharm. 2017; 114:288–295.
(7) Chang LL, Shepherd D, Sun J, Ouellette D, et al. Mechanism of protein stabilization by sugars during freeze-drying and storage: Native structure preservation, specific interaction, and/or immobilization in a glassy matrix? J Pharm Sci. 2005; 94(7):1427–
1444.
(8) Tonnis WF, Mensink MA, De Jager A, van der Voort Maarschalk K, et al. Size and molecular flexibility of sugars determine the storage stability of freeze-dried proteins.
Mol Pharm. 2015; 12:684–694.
(9) Carrigy NB, Ordoubadi M, Liu Y, Melhem O, et al. Amorphous pullulan trehalose microparticle platform for respiratory delivery. Int J Pharm. 2019; 563:156–168.
(10) Grasmeijer N, Frijlink HW, Hinrichs WLJ. Model to predict inhomogeneous protein–
sugar distribution in powders prepared by spray drying. J Aerosol Sci. 2016; 101:22–33.
(11) Forney-Stevens KM, Bogner RH, Pikal MJ. Addition of amino acids to further stabilize lyophilized sucrose-based protein formulations: I. screening of 15 amino acids in two model proteins. J Pharm Sci. 2016; 105(2):697–704.
(12) Kraan H, Van Herpen P, Kersten G, Amorij JP. Development of thermostable lyophilized inactivated polio vaccine. Pharm Res. 2014; 31(10):2618–2629.
(13) Emami F, Vatanara A, Najafabadi AR, Kim Y, et al. Effect of amino acids on the stability of spray freeze-dried immunoglobulin G in sugar-based matrices, Eur J Pharm Sci. 2018; 119:39–48.
166 167
167
(14) Stärtzel P, Gieseler H, Gieseler M, Abdul-Fattah AM, et al. Freeze drying of l - arginine/sucrose-based protein formulations, part I: influence of formulation and arginine counter ion on the critical formulation temperature, product performance and protein stability. J Pharm Sci. 2015; 104(7):2345–2358.
(15) Carrigy NB, Liang L, Wang H, Kariuki S, et al. Trileucine and pullulan improve anti- campylobacter bacteriophage stability in engineered spray-dried microparticles. Ann Biomed Eng. 2020; 48:1169–1180.
(16) Visser JC, Woerdenbag HJ, Hanff LM, Frijlink HW. Personalized medicine in pediatrics:
the clinical potential of orodispersible films. AAPS PharmSciTech. 2017; 18(2):267–
272.
(17) Hoffmann EM, Breitenbach A, Breitkreutz J. Advances in orodispersible films for drug delivery. Expert Opin Drug Deliv. 2011; 8(3):299–316.
(18) Thabet Y, Lunter D, Breitkreutz J. Continuous inkjet printing of enalapril maleate onto orodispersible film formulations. Int J Pharm. 2018; 546(1-2):180–187.
(19) Edinger M, Bar-Shalom D, Sandler N, Rantanen J,et al. QR encoded smart oral dosage forms by inkjet printing. Int J Pharm. 2018; 536(1):138–145.
(20) Ehtezazi T, Algellay M, Islam Y, Roberts M, et al. The application of 3D printing in the formulation of multilayered fast dissolving oral films. J Pharm Sci. 2018; 107(4):1076–
1085.
(21) Musazzi UM, Selmin F, Ortenzi MA, Mohammed GK, et al. Personalized orodispersible films by hot melt ram extrusion 3D printing. Int J Pharm. 2018; 551(1-2):52–59.
(22) Janssen EM, Schliephacke R, Breitenbach A, Breitkreutz J. Drug-printing by flexographic printing technology-A new manufacturing process for orodispersible films.
Int J Pharm. 2013; 441(1-2):818–825.
(23) Genina N, Fors D, Vakili H, Ihalainen P, et al. Tailoring controlled-release oral dosage forms by combining inkjet and flexographic printing techniques. Eur J Pharm Sci. 2012;
47(3):615–623.
(24) El Aita I, Breitkreutz J, Quodbach J. On-demand manufacturing of immediate release levetiracetam tablets using pressure-assisted microsyringe printing. Eur J Pharm Biopharm. 2019; 134:29–36.
(25) Mönkäre J, Nejadnik MR, Baccouche K, Romeijn S, et al. IgG-loaded hyaluronan-based dissolving microneedles for intradermal protein delivery. J Control Release. 2015;
218:53–62.
(26) Leone M, Priester MI, Romeijn S, Nejadnik MR, et al. Hyaluronan-based dissolving
A
166 167
168
microneedles with high antigen content for intradermal vaccination: formulation, physicochemical characterization and immunogenicity assessment. Eur J Pharm Biopharm. 2019; 134:49–59.
(27) Lee JW, Park JH, Prausnitz MR. Dissolving microneedles for transdermal drug delivery.
Biomaterials. 2008; 29(13):2113–2124.
(28) Fukushima K, Ise A, Morita H, Hasegawa R, et al. Two-layered dissolving microneedles for percutaneous delivery of peptide/protein drugs in rats. Pharm Res. 2011; 28(1):7–
21.
168 169
169
CURRICULUM VITAE
Yu Tian was born on May 23th, 1991 in Kunming, China. She completed her secondary education at the No. 3 Middle School of Kunming. From 2009 to 2013, she studied Pharmaceutics at the China Pharmaceutical University in Nanjing, China.
During the Bachelor, she became particularly interested in the field of drug delivery system, therefore she chose to conduct her Master’s research in pharmaceutics under the
supervision of Prof. dr. Jiasheng Tu. In this research project, she synthesized a novel cell-penetrating peptide conjugated micelle and then investigated in vitro and in vivo brain targeting property of the micelles. After obtaining her Master’s degree in 2016, she moved to University of Groningen and she decided to continue her study in pharmaceutical technology research at the department of Pharmaceutical Technology and Biopharmacy under the supervision of Pro. dr. Erik Frijlink and dr. Wouter Hinrichs.
Her research is mainly focus on stabilizing biopharmaceuticals by formulating them with sugar, and she also works on developing new dosage forms for the delivery of biopharmaceuticals, e.g. orodispersible films and dissolving microneedles.
A
168 169
170
LIST OF PUBLICATIONS
(1) Y. Tian, Y.C. Bhide, H.J. Woerdenbag, A.L.W. Huckriede, H.W. Frijlink, W.L.J.
Hinrichs, J. C. Visser. Development of an orodispersible film containing stabilized influenza vaccine. Pharmaceutics. 2020; 12: 245.
(2) Y. Tian, M. Orlu, H.J. Woerdenbag, M. Scarpa, O. Klefer, D. Kottke, E.
Sjöholm, H. Öblom, N. Sandler, W.L.J. Hinrichs, H.W. Frijlink, J. Breitkreutz, J.C.
Visser. Oromucosal films: from patient centricity to production by printing techniques.
Expert Opinion on Drug Delivery. 2019; 16: 981–993.
(3) Y. Tian, J.C. Visser, J.S. Klever, H. J. Woerdenbag, H.W. Frijlink, W.L.J. Hinrichs.
Orodispersible films based on blends of trehalose and pullulan for protein delivery.
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 2018; 133: 104–111.
(4) N. Teekamp, Y. Tian, J.C. Visser, P. Olinga, H.W. Frijlink, H. J. Woerdenbag, W.L.J. Hinrichs. Addition of pullulan to trehalose glasses improves the stability of β- galactosidase at high moisture conditions. Carbohydrate Polymers. 2017; 176: 374–
380.
(5) Trehalose and pullulan based dissolving microneedles for intradermal delivery of stabilized influenza vaccines (manuscript in preparation).
Before Groningen
(6) Y. Tian, G. Mi, Q. Chen, B. Chauraslya, Y. Li, D. Shi, Y. Zhang, T.J. Webster, C.
Sun, Y. Shen. Acid-induced activated cell-penetrating peptide-modified cholesterol- conjugated polyoxyethylene sorbitol oleate mixed micelles for pH-triggered drug release and efficient brain tumor targeting based on a charge reversal mechanism. ACS Applied Materials & Interfaces. 2018; 10: 43411–43428.
(7) Y. Tian, Y. Shen, M. Jv. Synthesis, characterization and evaluation of tinidazole- loaded mPEG-PDLLA (10/90) in situ gel forming system for periodontitis treatment.
Drug Delivery. 2016; 23: 2726–2735.
(8) Y. Tian, Y. Shen, J.Tu. Advance in development of non-ionic surfactants in brain- targeted drug delivery systems. Chinese Journal of New Drugs. 2015; 24: 166–170.
170 171
171
(9) Y. Shen, J. Wang, Y. Li, Y. Tian, H. Sun, A. Ouahab, J. Tu, B. Wang, C. Sun. Co- delivery of siRNA and paclitaxel into cancer cells by hyaluronic acid modified redox- sensitive disulfide-crosslinked PLGA–PEI nanoparticles. RSC Advances. 2015; 58.
A
170 171
172
12/2019 Poster presentation, Towards the development of orodispersible films with vaccine, Meeting of the Belgium-Dutch Biopharmaceutical Society, Gent, Belgium
11/2019 Poster presentation, Development of an orodispersible film containing stabilized influenza vaccine, American Association of Pharmaceutical Scientists (AAPS) 2019 PHARMSCI 360, San Antonio, United States of America
11/2018 Poster presentation, Orodispersible films for protein delivery, Meeting of the Belgium-Dutch Biopharmaceutical Society, Leiden, The Netherlands
03/2018 Poster presentation, Pullulan and trehalose based orodispersible films for protein stabilization, World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Granada, Spain
12/2017 Oral presentation, Blends of pullulan and trehalose glasses to improve the stability of β-galactosidase when exposed to high relative humidity, Meeting of the Belgium-Dutch Biopharmaceutical Society, Université Catholique de Louvain, Brussels, Belgium
06/2017 Oral presentation, Protein-loaded pullulan based orodispersible films, Pharmacy Day 2017, Groningen, The Netherlands
173
173
ACKNOWLEDGEMENTS
Time flies, when I look into my PhD journey. I found I was so lucky to meet these nice and brilliant people during my four-year life in Groningen. I feel so grateful for all the help, support, assistant you gave me. In this part of my thesis, I would like to express my gratitude to those people who helped me during this PhD journey.
First and foremost, I want to thank my first promotor, Prof. Henderik Frijlink.
Dear Erik, thanks so much for giving me the opportunity to come to your lab. At the beginning, I found it was difficult to get used to the new life in a foreign country. You are so nice, and always talk with me, make jokes. You even gave me a nickname
‘pannekoeken’. Little by little, I became more confident and I also gave you a nickname
‘pannenkoek’ . Whenever I want support or help from you, you always try your best to help me. I feel so lucky to be a member of your department. Thanks so much for everything you have done for me.
I would also like to express my gratitude to my co-promotor, Dr. Wouter Hinrichs. Dear Wouter, thanks for all the guidance you gave me during my Phd research. When I have questions, or want to discuss with you, your office door is always open. You are so approachable, sometimes I think you are my friend rather a supervisor.
You always think from my side and do things if it is good for me. For example, you suggest me to go to Copenhagen to attend the course ‘Analytical Methodology in Protein Formulation Development’, you suggest me to give an oral presentation in Biopharmacy Meeting to practice my presentation skill. I know you and Erik will always stand next to me and support me. Thanks for all the guidance and support from you and Erik.
Dear Herman, I am really thankful to you. You are the first one to have email contact with me. Thanks for your recommendation to Erik then I got the opportunity to come to this department. I could not come without your help. I would also thank you for your guidance and your input on my manuscripts. Dear Caroline, you are the first one to show me the practical work in lab and also ODFs. Thanks so much for your help.
You are always so sweet and warm. I enjoyed our trip in Granada and Dusseldorf. My sincere thanks to Prof. dr. P. Olinga, for the constructive suggestions for my PhD projects during our AIO meeting and BOT meeting.
A
173
174
I am thankful to my collaborators, Prof. Anke Huckriede. Dear Anke, thanks for your helpful suggestions on my projects, and also your input on my manuscript.
Yoshita, it is so nice to work together with you. Thanks for showing me the practical works related to immunology and your help with in vivo studies. Apart from research, I really enjoy the party together with you and Viraj. Best wishes to you with your future work and life!
I would also thank my collaborators in Leiden University. Prof. Joke Bouwstra, you are so nice. It is my honor to have collaboration with you. Prof. Wim Jiskoot, I took your class in Copenhagen before, thanks to this collaboration I have opportunity to know you and have meeting with you. Koen, thanks to come to Groningen for microneedles application. Thanks for your professional suggestions. I believe ur in vivo experiments will be successfully carried out in the end. Jihui, thanks to your efforts in microneedles project. I enjoy talking and working with you. I wish you all the best.
Prof. Jörg Breitkreutz, Olga, Dina, Niklas, thanks a lot for your contribution to the review paper about oromucosal films.
Many thanks to Rob Steendam, Thanh Nguyen, Mark Staal, for your kind help during my stay in InnoCore Pharmaceuticals.
Special thanks to my dear colleagues, Annemarie, Mei, Max, Rick, Gerian, Imco, Mitchel, Carin, Renée, Khanh, Su, Ke, Yana, Duong, it was pleased to be in the same group with you. Annemarie, my dear paranymph, I always come to you when I need information or help. You are always so helpful. Thanks for everything. Mei, I feel so happy to have someone speak Chinese with me in lab when you and Ke came. I wish you good luck for finishing your PhD and all the best for your life. Max, I really enjoy the trips with you in Copenhagen and San Antonio. I hope you can keep learning Chinese, (haha, one word per day). All the best for you and Lisa. Rick, I am very happy for being your office mate. I hope I can see your band show one day. Gerian, I know I can talk to you when I am sad. Thanks for being so nice and sweet! Imco, thanks for the introduction of spray-drying, and techniques related to inhalation, and also the invitation for Friday drinks! Mitchel, I was impressed by your presentation skill when we took the ‘Drug targeting’ class together and also during your thesis defense. You have great talents in it. Best wishes to you. Carin, I think I always come to you to ask
174 175
175
where Wouter is. Thanks for it. All the best for you and Jeroen. Renée, you are a sweet girl. Good luck with your work. Khanh, a killer of cakes and kroketten. Thanks for bring us so much fun. Su, I am so happy to share the office with you. Thanks for all the help and support from you. I wish you, Naqin and your little baby all the best! Ke, I sometime said you are like a little child that I want to help. Please take good care of yourself. I wish you all the best! Yana, welcome to our department. I believe you will love it! Good luck with your research and future life. Anko, thanks for your help with SEM and all the machines in lab. Paul, Thanks for the introduction of inhalation and the arrangement for showing me techniques related to inhalation. Sonja and Kim thanks for all the help you gave me. Duong, thanks for your help with DSC. Best wishes to you and your family. Doetie, Marinella, Floris, Dorenda, Yvette, Leonie, Philip, Jasmine, Gaurav, Marcel, Emma, Emilia, thanks for making great atmosphere in the lab. It is my pleasure to work with you. I am also grateful for the students, Inge, Melanie, Loes, Said, Job and Akkard for helping me with my lab work.
I would like to thank my assessment committee: Prof. E. Mastrobatista, Prof.
H.J. Heeres, Prof. H.J. Haisma, for the efforts in evaluating my thesis.
My heartfelt appreciation also goes to my Chinese friend. I am so happy to meet these girls in Groningen. Jingyao, Xiaoxiang, I am so lucky to meet you two in Groningen and become close friends. I really enjoy the happy lunch time with you.
Because of you, my PhD life is not boring. Lin, your kindness and optimistic characteristics always inspire me. I wish you, Bin, and Mengmeng a very happy life!
Yizhou, you are always very warm and sweet. Thanks for always being such a nice friend of us. Shuxian, you are independent and always know what you want, I really admire it. Thanks for the super delicious dinner you cooked for us! And of course, I would like to thank these boys I meet in Groningen. Qian, Bingquan, Jinrui, Daozheng, I really enjoy the happy board game time with you! Thanks for bring us that much happiness. Yana, Siwei, Fangyuan, Guangcai, Shanshan, Zhangping, we went to so many memorable trips together. It was so much fun to spend time with you. Zefeng, Dong Bi, Shipeng, Wenjia, Li Gao, I enjoyed the lunch time with you in ERIBA.
Further, I would like to thank my other friends, Siqi He, Xinyu, Keni, Wenxuan
A
174 175
176
Zhang, Yang Zhang, Xiaoxuan Zhang, Chengtao Ji, Yehan Tao, it is so nice to know you in Groningen. Thanks for coming into my life.
I sincerely thank the Chinese Scholarship Council for offering this opportunity to finish my PhD study in the University of Groningen. Thank my supervisors during my Master’s study, Prof. Jiasheng Tu, Dr. Yan Shen, thanks for your guidance and supervision.
My dear Hao, thanks so much for your encouragement, support, accompany and your love. I know I can always depend on you. No matter what happens, you are always there! Thanks for being such a strong crutch for me! Thanks for coming into my life and making me happy. My heartfelt gratitude goes to my parents-in-law, who gave my so much support and care.
My dear Mom and Dad, I feel so lucky to be your child. I hope I could be your child again in my next life. I benefit so much from your encouragement, accompany and parenting. I wouldn’t be the person I am today without you. My grandparents, I am thankful to your love and care since I was a little girl. I would also thank my aunt and cousin Mengjie for your kind support and warm regards during my stay in the Netherlands.
亲爱的爸爸妈妈，很幸运能做你们的女儿，我希望下辈子我依然能做你 们的女儿。感谢你们使我生活在了一个充满爱的家庭，你们对我的教导使我在 我的人生道路上受益匪浅。你们的鼓励和陪伴是我前进最大的力量，因为有你 们，我才成为了今天的我。我亲爱的外公外婆，感谢你们从小给我的关心和爱 护，你们的爱永远使我倍感温暖。感谢我的公公婆婆、姨妈和表姐对我的关心 和照顾，你们永远是我坚强的后盾。
Yu Groningen 11-08-2020
176
