Ausgangspunkt: Perorale β-Galactosidase-Zubereitungen zur Behandlung der Laktoseintoleranz müssen in hohen Dosen (1500 bis 6000 Unit) unmittelbar vor oder gemeinsam mit Laktose-haltiger Nahrung verabreicht werden. Ziel: Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung einer innovativen Formulierung mit länger anhaltender Wirkung basierend auf bioabbaubaren Polymer-Mikropartikeln, die mit β-Galactosidase und mit Weizenkeimagglutinin (WGA) als bioadhäsivem Targeter gekoppelt werden, um eine längere Verweilzeit im Darm zu erreichen. Methoden: Sprühgetrocknete Poly(D,L-lactid-co-glycolid) (PLGA) Partikel mit einem Durchmesser von 2,78 ± 1,05 μm wurden mithilfe verschiedender Spacer (Polyethylenimin, Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronsäure) und verschiedener Kopplungsmethoden (Carbodiimid, Glutaraldehyd) mit β-Galactosidase von Kluyveromyces lactis und WGA funktionalisiert. Die partikelgebundene Enzymaktivität sowie die Interaktion mit Caco-2-Zell-Monolayern wurde untersucht. Ergebnisse: Es wurden bis zu 1470 Unit β-Galactosidase pro Gramm PLGA immobilisiert. Die besten Ergebnisse wurden unter Verwendung von Hexamethylendiamin als Spacer mit der Carbodiimidmethode erreicht. Dabei wurde beinahe sechsmal so viel aktives Enzym gekoppelt wie in Abwesenheit eines Spacers. Durch das immobilisierte WGA wurde die Bindung an künstliches humanes Darmepithel deutlich erhöht. Zusammenfassung: Als vielversprechender neuer Ansatz für eine patientenfreundliche biomimetische Behandlung der Lactoseintoleranz wurden WGA-gekoppelte β-Galactosidase-beladene PLGA-Mikropartikel erfolgreich hergestellt.

Background: Peroral β-galactosidase preparations for the management of lactose intolerance need to be administered in huge amounts (1500 to 6000 Unit) immediately before or together with a lactose-containing meal. Aim: Therefore, this work was aimed to develop an innovative long-acting formulation based on biodegradable polymeric microcarriers that are functionalized with β-galactosidase and targeted with wheat germ agglutinin (WGA) for bioadhesion and thus prolonged residence time in the small intestine. Methods: Spray-dried poly (D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) particles with 2.78 ± 1.05 μm in diameter were functionalized with β-galactosidase from Kluyveromyces lactis and WGA using different types of spacers (polyethyleneimine, hexamethylene diamine, 6-aminocaproic acid) and coupling methods (carbodiimide, glutaraldehyde). The particle-bound enzyme activity was determined and the interaction with Caco-2 cell monolayers was assessed. Results: Up to 1470 Units β-galactosidase per gram PLGA were immobilized. The best results were obtained with hexamethylene diamine as a spacer applying the carbodiimide method. At this, a nearly 6-fold increase in enzyme activity was obtained as compared to particles without spacer. Upon targeting with WGA, binding to artificial human intestinal epithelium was increased considerably. Conclusions: WGA-targeted PLGA microparticles for the delivery of β-galactosidase were prepared, which are promising candidates for a convenient biomimetic treatment regimen of lactose intolerance.