خصائص نقل ايبوبروفين مغلف في سيكلودكسترين Nanosponge الهلاميات المائية: بروتون HR-MAS NMR الطيفي دراسة

الهدف العام من هذا العمل هو توضيح تخليق الإسفنج النانوي من السيكلودكسترين، وتحويلها إلى هيدروجيلات محملة بالعقاقير، ودراسة نفاذية العقار داخل الهيدروجيل باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ذات الدوران بالزاوية السحرية عالية الدقة. يتم تحضير الإسفنج النانوي من السيكلودكسترين عن طريق بلمرة نمو خطوي بين السيكلودكسترينات، أو CDs، وEDTA DNA المجفف. وما لم نذكر خلاف ذلك، فإن شبكة وحدات CD لدينا هي شبكة فورميك، قادرة على امتصاص وإطلاق الأنواع العضوية وغير العضوية.

تكمن الميزة الرئيسية للرنين المغناطيسي النووي عالي الدقة بدوران الزاوية السحرية في مراقبة خاصية انتقال الدواء المغلف داخل عائل بوليمري ذي أهمية محتملة في إيصال الأدوية. ويُعد النهج الاصطناعي بسيطاً للغاية، حيث يتم تنفيذه في درجة حرارة الغرفة. وتستغرق تفاعلات بلمرة نمو الخطوة حوالي 10 دقائق.

لقد اخترنا الإيبوبروفين كمثال لدواء محتجز في مصفوفات هيدروجينية بوليمرية، وهو ما يمثل نموذجاً فعلياً للإطلاق البطيء والمستمر. جفف بيتا سيكلوديكسترين في فرن عند 100 °C حتى ثبات الوزن. كما يجب تجفيف 250 milliliters من DMSO و 100 milliliters من triethylamine فوق مناخل جزيئية بحجم 4 Angstrom لمدة 24 ساعة قبل استخدامهما في البروتوكول.

ضع 25 ملليلتر من DMSO في دورق مستدير القاع أحادي العنق سعة 50 ملليلتر. وأضف 5.675 جرام من بيتا-سيكلوديكسترين تحت التقليب المغناطيسي. أضف مسحوق بيتا-سيكلوديكسترين على دفعات صغيرة إلى DMSO للتقليل من تكون التكتلات.

بعد حوالي 30 دقيقة، أضف ستة ملليلتر من triethylamine إلى المحلول المتجانس باستخدام ماصة مدرجة سعة 10 ملليلتر. اغمر الدورق في حمام مائي محفوظ في درجة حرارة الغرفة، واستمر في تقليب الخليط لمدة 15 دقيقة. ولتحضير نانو إسفنج السيكلوديكسترين واحد-أربعة، أضف 5.124 جرام من EDTA dianhydride مع التقليب الشديد.

ولتحضير نانو إسفنج السيكلودكسترين 1/8، أضف 10.248 grams من EDTA dianhydride مع التقليب الشديد. وبعد مرور ثلاث ساعات، أخرج المادة الصلبة، وهي نانو إسفنج السيكلودكسترين، من الدورق باستخدام ملعقة مختبرية (spatula) وقم بسحقها بشكل خشن باستخدام الهاون والمدقة. اغسل المادة الصلبة في حمام من الأسيتون، ثم اغسل المادة الصلبة وقم بترشيحها باستخدام ورق الترشيح.

بعد تجفيف جميع المواد الصلبة في الهواء في درجة حرارة الغرفة لمدة 48 ساعة، اسحق المادة المجففة جيداً باستخدام الهاون والمدقة. ثم، احتفظ بها تحت تفريغ هوائي لمدة ساعتين عند درجة حرارة 45 °C. ولتحضير عينة رنين مغناطيسي نووي (NMR) ذات دوران بزاوية سحرية وعالية الدقة، قم أولاً بتحضير محلول من ملح صوديوم الإيبوبروفين بتركيز 0.27 molar في ماء دوتيريوم.

أضف 20 milligrams من cyclodextrin nanosponge one-four، و2 milligrams من sodium carbonate اللامائي إلى 150 µL من المحلول في أنبوب زجاجي سعة 2 mL. اخلط محتويات الأنبوب باستخدام ملعقة صغيرة (spatula) لجعله متجانساً. كرر هذه العملية مع بوليمر cyclodextrin nanosponge one-eight.

يُعد الحصول على هيدروجيل متجانس ومنتفخ تماماً الخطوة الرئيسية الأولى للحصول على طيف NMR عالي الدقة (HR mass) جيد. يجب وضع الهيدروجيل في دوار NMR بعناية فائقة، مع تجنب الفقاعات التي قد تؤدي إلى دوران غير صحيح للدوار. أدخل الجل في دوار NMR بقطر خمسة مليمترات مناسب لتجارب HR mass باستخدام ملعقة صغيرة (spatula).

بعد ذلك، أدخل الدوار في مغناطيس مطياف الرنين المغناطيسي النووي (NMR). وبمجرد وضعه في المغناطيس، اجعل الدوار يدور بواسطة وحدة هوائية بسرعة تصل إلى 4,000 هرتز. ولإجراء تجارب الرنين المغناطيسي النووي للبروتونات عالية الدقة (HR mass proton NMR)، اضبط معاملات الجهاز على سرعة دوران للدوار تبلغ 4 كيلوهرتز في وحدة التحكم الهوائية بالكتلة، ودرجة حرارة للعينة تبلغ 305 كلفن في وحدة درجة الحرارة المتغيرة.

قم بتشغيل طيف أحادي البعد، ثم استخلص أطياف الكتلة عالية الدقة (HR mass spectra) للانتشار للإيبوبروفين في هيدروجيلات الإسفنج النانوي من السيكلودكسترين 1-فور (cyclodextrin nanosponge one-Four) والإسفنج النانوي من السيكلودكسترين 1-إيت (cyclodextrin nanosponge one-eight)، وذلك باستخدام تتابع نبضات صدى المغزل ذو التدرج النبضي (pulsed gradient spin-echo pulse sequence) على رنين البروتون. تُجرى تجارب الانتشار باستخدام تتابع نبضات BP led. وتعد هذه تجربة شبه ثنائية الأبعاد مع تزايد تدريجي للتدرج خطياً من 2% إلى 100% من قوة التدرج في البعد غير المباشر.

تخمد شدة الإشارة اعتماداً على زمن الانتشار ونبضة التدرج P30. ويتطلب الأمر تحسين هذه المعاملات قبل تشغيل التجربة بشكل صحيح. يتم إجراء هذا التحسين من خلال تشغيل قياسين أحاديي الأبعاد، يتم فيهما تثبيت زمن الانتشار مع تغيير P30.

يتم إجراء قياسات زمن الانتشار المتغير من خلال زيادة زمن الانتشار في نطاق يتراوح بين 50 إلى 200 مللي ثانية. يتم جمع مجموعة مكونة من 32 طيفاً لكل تجربة. بعد ذلك، تتم معالجة البيانات كما هو موضح في البروتوكول النصي.

تسمح تجربة صدى السبيـن ذات تدرج المجال النبضي الأساسية بقياس متوسط مربع الإزاحة الجزيئية للإيبوبروفين في الهيدروجيلات. وتضمحل شدة إشارة الرنين المغناطيسي النووي (NMR) مع زيادة قوة التدرج. ويوفر ملاءمة الاضمحلال متوسط مربع الإزاحة الجزيئية، والمشار إليه بـ Z-squared.

وبدورها، ترتبط متوسطات الإزاحة المربعة بنوع نظام الانتشار. ويتم الحصول على الأس ألفا تجريبيًا من خلال انحدار خطي لوغاريتمي-لوغاريتمي لمتوسط الإزاحة المربعة كدالة في زمن الانتشار. وتعد قيمة الأس ألفا واصفًا لنظام الانتشار الملاحظ للإيبوبروفين في مصفوفة الهيدروجيل.

يوجد الانتشار غير المقيد والمتماثل عندما تكون alpha مساوية لواحد. ويشير نظام الانتشار دون الطبيعي (subdiffusive) إلى قيمة alpha أقل من واحد. بينما يمثل نظام الانتشار فوق الطبيعي (superdiffusive) قيمة alpha أكبر من واحد.

يظهر الإيبوبروفين المحتجز في مصفوفة الهيدروجيل نظامين مختلفين من الانتشار وفقاً لتحضير البوليمر. حيث تتميز الهيدروجيلات المكونة من الإسفنج النانوي 1-4 بنظام انتشار دون منتشر (subdiffusive). وعلى العكس من ذلك، تتميز الهيدروجيلات المكونة من الإسفنج النانوي 1-8 بنظام انتشار فوق منتشر (superdiffusive) طفيف.

بمجرد إتقان هذا التفاعل، يمكن إجراؤه بإنتاجية ونقاء عاليين في غضون ساعة واحدة إذا نُفذ بشكل صحيح. تُظهر المواد قدرة مثيرة للاهتمام على امتصاص الماء من خلال تكوين هيدروجيلات لزجة، والتي يمكن دمج الجزيئات النشطة بيولوجياً فيها بسهولة. ويمكن دراسة الحالة الجزيئية في خصائص الانتقال لجزيء نشط بيولوجياً مغلف داخل مثل هذه المصفوفات البوليمرية تجريبياً باستخدام تقنيات HMS NMR.

تشير نتائج الرنين المغناطيسي النووي (NMR) حول انتشار الإيبوبروفين في الهيدروجيلات المحضرة من الإسفنج النانوي للسيكلوديكسترين إلى إمكانية تعديل الانتشار من خلال التحضير المناسب للبوليمرات. ويظهر الإيبوبروفين نظامي انتشار دون طبيعي وانتشار فوق طبيعي في هيدروجيلات الإسفنج النانوي للسيكلوديكسترين. ويمكن استغلال هذه النتيجة في التصميم المبتكر لخصائص التحرير الخاصة بالسقالات الهيدروجيلية للإسفنج النانوي للسيكلوديكسترين.