Methodenartikel

Entwicklung und Charakterisierung von Fusidinsäure-beladenen Alginat-Aloe Vera-basierten Hydrogelfilmen

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DOI:

10.3791/67068

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13. Dezember 2024

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1Faculty of Pharmacy, MAHSA University, 2Radiopharmaceutical Technology Group, Medical Technology Division, Malaysia Nuclear Agency, 3Faculty of Pharmacy, Department of Pharmaceutical Sciences, Aqaba University of Technology, 4Department of Parasitology and Medical Entomology, Faculty of Medicine, Universiti Kebangsaan Malaysia, 5Department of Medical Sciences, School of Medical and Life Sciences, Sunway University, 6Department of Biology, College of Science, Princess Nourah bint Abdulrahman University, 7Department of Zoology, College of Science, King Saud University, 8Department of Medicine and Infectious Diseases, Faculty of Veterinary Medicine, Cairo University, 9Department of Pharmaceutical Sciences, Pharmacy Program, Batterjee Medical College, 10Pharmacology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Suez Canal University, 11Faculty of Pharmacy, University College of MAIWP International

In diesem Artikel

Zusammenfassung

In dieser Studie wurde eine Formulierung aus Fusidinsäure-beladenem Hydrogelfilm mit unterschiedlichen Aloe Vera Verhältnissen entwickelt und charakterisiert.

Zusammenfassung

Ein neuer mit Fusidinsäure beladener Hydrogelfilm wurde im Lösemittelgießverfahren unter Verwendung von Alginat und Aloe Vera hergestellt. Die Hydrogelfilme wurden mit unterschiedlichen Verhältnissen von Natriumalginat, Aloe Vera und Glycerin optimiert. Die Folien mit 10 % Glycerin (w/w Alginat) zeigten das beste Aussehen. Die Einarbeitung von Aloe Vera beeinflusste die Dicke, das Quellverhalten, die Wasserdampfdurchlässigkeit und das Wirkstofffreisetzungsprofil der Hydrogelfilme. Ein höherer Aloe-Vera-Gehalt führte zu dickeren Filmen (bis zu einem bestimmten Verhältnis), erhöhter Quellung, verringerter Wasserdampfdurchlässigkeit und einer verlängerten Wirkstofffreisetzung von bis zu 93 % über 12 Stunden. Die Analyse der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) bestätigte das Vorhandensein wichtiger funktioneller Gruppen und die Wechselwirkung zwischen den Hydrogelkomponenten. Die Studie legt nahe, dass die Kombination von Natriumalginat, Aloe Vera und Glycerin die mechanischen Eigenschaften und Wirkstofffreisetzungsprofile von Hydrogelfilmen verbessern kann, was sie zu einer vielversprechenden Option für eine verbesserte topische Wirkstoffabgabe und Wundheilungsanwendungen macht.

Einleitung

Fusidinsäure ist ein starkes steroidales Antibiotikum, das aus Fusidium coccineum gewonnen wird. Es wird häufig zur Behandlung von Staphylokokken-Hautinfektionen und Impetigo eingesetzt. Dieses Medikament hat eine hohe Wirksamkeit, auch gegen antibiotikaresistente Stämme, und eine geringe Toxizität, was es zu einer geeigneten Option für die Behandlung von Hautinfektionen macht1. Im Gegensatz zu anderen topischen Antibiotika dringt Fusidinsäure tief in die Haut ein und verstärkt ihre antimikrobielle Wirkung, insbesondere in Bereichen, in denen die Schutzbarriere der Haut geschädigt ist. Seine Struktur ermöglicht vielseitige Löslichkeitseigenschaften und ermöglicht eine weit verbreitete Verteilung im Körpergewebe, was in seiner Natriumfusidatform für eine bessere Wasserlöslichkeit und Penetrationsraten weiter verbessert wird 2,3. Fusidinsäure kann auf verschiedene Arten verabreicht werden, einschließlich oral, intravenös und topisch, was sich an unterschiedliche Behandlungsbedürfnisse anpasst und sie zu einer flexiblen Wahl für verschiedene Infektionen macht4.

Hydrogele haben sich mit ihrem hohen Wassergehalt und ihrer Biokompatibilität als innovative Träger für Antibiotika in der Wundbehandlung erwiesen, da sie eine Feuchtigkeitsspeicherung, eine kontrollierte Wirkstofffreisetzung und verbesserte Patientenergebnisse bieten. Sie werden aus natürlichen oder synthetischen Polymeren wie Alginat hergestellt, das aufgrund seiner starken Biokompatibilität, Erschwinglichkeit und Gelierungseigenschaften, die extrazelluläre Matrizen von natürlichem Gewebe nachahmen, bevorzugtwird 5. Insbesondere Hydrogele auf Alginatbasis bieten ein feuchtes Milieu, das die Wundheilung fördert, kleben nicht an der Wunde an und lassen sich leicht entfernen, was sie ideal für die Abgabe bioaktiver Substanzen und die Unterstützung der Geweberegeneration macht. Die Entwicklung von Hydrogelen, die Antibiotika verkapseln, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Wundversorgung dar und gewährleistet eine gezielte Wirkstoffabgabe und nachhaltige therapeutische Effekte 6,7.

Das vorgeschlagene mit Fusidinsäure beladene Alginat/Aloe Vera-Hydrogel zielt darauf ab, die Löslichkeitsprobleme von Fusidinsäure zu überwinden und ihre dermale Penetration zu verbessern. Aloe Vera, bekannt für ihre hautfreundlichen, feuchtigkeitsspendenden und antibakteriellen Eigenschaften, dient auch als chemischer Penetrationsverstärker, der möglicherweise die Wirksamkeit von Fusidinsäure bei der Behandlung von Hautinfektionen verbessert 8,9. Diese innovative Formulierung nutzt die synergistischen Effekte von Aloe Vera und Alginat-Hydrogel, um ein förderliches Heilungsmilieu zu schaffen, die Wirkstoffabgabe zu optimieren und eine vielversprechende Lösung für eine verbesserte Behandlung von Hautinfektionen zu bieten, indem sie die starke antimikrobielle Wirkung der Fusidinsäure optimal nutzt und die Abgabe und Heilung verbessert10.

Protokoll

Die Einzelheiten zu den in dieser Studie verwendeten Reagenzien und Geräten sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Herstellung von Fusidinsäure-Hydrogelfilmen

  1. Bereiten Sie Lösungen von Natriumalginat (2,0 % w/v) und Aloe Vera (1,0 % w/v) vor, indem Sie sie in destilliertem Wasser auflösen.
  2. Geben Sie 200 mg Fusidinsäure in die Natriumalginatlösung und rühren Sie 1 h lang.
  3. Geben Sie Glycerin in Konzentrationen von 10 %, 12 % und 14 % (w/w, bezogen auf die Alginatmasse) zur Alginatlösung.
  4. Kombinieren Sie die Alginat- und Aloe Vera-Lösungen, um ein endgültiges Alginat/Aloe-Vera-Verhältnis (v/v) von 100:0, 90:10, 80:20 und 75:25 zu erreichen.
  5. 25 ml jeder Mischung in Petrischalen aus Glas (100 mm x 20 mm) gießen und 2 Tage lang bei Raumtemperatur (25 °C) und kontrollierter Luftfeuchtigkeit (50 %) trocknen lassen.
  6. Tauchen Sie die getrockneten Filme 5 Minuten lang in eine wässrige Lösung aus Calciumchlorid (CaCl2) (5,0 % w/v), um die Hydrogelfilme zu erhalten.
  7. Waschen Sie die entstandenen Filme mit destilliertem Wasser und trocknen Sie sie vor Gebrauch bei Raumtemperatur.

2. Bestimmung der Foliendicke

  1. Verwenden Sie ein digitales Mikrometer, um die Dicke der Foliezu messen 11.
  2. Nehmen Sie Messungen an fünf verschiedenen Punkten auf der Folie vor.
  3. Notieren Sie die Messungen, die Sie von jedem Punkt aus erhalten haben.
  4. Berechnen Sie die durchschnittliche Foliendicke basierend auf den durchgeführten Messungen.

3. Bestimmung des Quellindex

  1. Schneiden Sie die Filmproben mit einem Labormesser in 2 cm x 2 cm große Quadrate.
  2. Wiegen Sie jede Probe genau.
  3. Die Proben werden 24 Stunden lang in PBS-Puffer (pH 6,8) bei Raumtemperatur eingeweicht.
  4. Nehmen Sie überschüssiges Wasser auf der Folienoberfläche mit Filterpapier auf.
  5. Wiegen Sie die Proben erneut.
  6. Wiegen Sie die Filme in unterschiedlichen Zeitabständen. Berechnen Sie die Quellkapazität mit der folgenden Gleichung:
    figure-protocol-1
    HINWEIS: Wh steht für das hydratisierte Gewicht der Probe und Wd entspricht dem Trockengewicht der Probe.

4. Prüfung der Wasserdampfdurchlässigkeit oder des Okklusionstests

  1. Die Öffnung eines Glasbechers mit 50 ml Wasser ist mit Filterpapierabzudecken 11.
  2. Tragen Sie eine Filmbildungslösung auf eines der Papiere auf und lassen Sie es einen Film bilden.
  3. Lagern Sie das Becherglas bei Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit.
  4. Beurteilen Sie die Wasserdurchlässigkeit der Folie anhand der Abnahme des Wassergewichts im Becherglas.
  5. Um die Bewertung der Wasserdampfdurchlässigkeit für den vorbereiteten Hydrogelfilm zu bestimmen, verwenden Sie die folgende Formel:
    figure-protocol-2
    HINWEIS: Der Okklusivitätsfaktor F misst die Durchlässigkeit eines Films. Sie wird durch Berechnung der Differenz des Wassergewichts zwischen einem mit Filterpapier bedeckten Glasbecherglas ohne Folie und einem Glasbecherglas, das mit Filterpapier bedeckt ist, das mit der Folie beschichtet ist, bestimmt. Ein kleinerer Wert des Okklusivitätsfaktors weist auf eine höhere Durchlässigkeit des Films hin.

5. Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)

  1. Legen Sie die Hydrogelprobe auf den ATR-Kristall des FTIR-Spektroskopiegeräts.
  2. Stellen Sie den Wellenzahlbereich auf 4000-400 cm-1 ein.
  3. Stellen Sie die Scanrate auf 60 Scans pro Probe ein.
  4. Stellen Sie die Auflösung auf 4 cm-1 ein.
  5. Nehmen Sie vor jedem Probenlauf einen Lufthintergrund auf.
  6. Führen Sie die Analyse für jede Hydrogelprobe einzeln durch.
  7. Analysieren Sie die FTIR-Spektren für jede Hydrogelprobe, um funktionelle Gruppen zu bestätigen und Wechselwirkungen zwischen allen Komponentenzu untersuchen 12.
  8. Wiederholen Sie die Analyse für rohe Aloe Vera, Natriumalginat, Glycerin und Fusidinsäure separat.

6. Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)

  1. Verwenden Sie ein handelsübliches thermisches Analysegerät, um thermische Profile zu erfassen.
  2. Stellen Sie die Messproben aus mehreren kreisförmigen Stücken her, die aus der Polymerfolie geschnitten wurden.
  3. Untersuchen Sie den Temperaturbereich von 25-230 °C.
  4. Stellen Sie die Heiz-/Kühlrate auf 20 °C/min ein.
  5. Führen Sie die Temperatur- und Enthalpiekalibrierung mit Standard-Indium mit kompatibler Software durch.

7. Test auf Drogenfreisetzung

  1. Bereiten Sie eine Lösung von 50 mL PBS (pH = 7,4) als Auflösungsmedium vor.
  2. Tauchen Sie die Hydrogelfilme 24 Stunden lang bei 37 °C in PBS ein und rühren Sie dabei mit einer Geschwindigkeit von 50 U/min.
  3. Sammeln Sie in festgelegten Abständen 2 mL der Proben.
  4. Verdünnen und filtrieren Sie die gesammelten Proben durch einen Spritzenfilter.
  5. Füllen Sie umgehend ein entsprechendes Volumen an PBS auf.
  6. Beurteilen Sie die Konzentrationen der freigesetzten Fusidinsäure mit einem UV-Spektralphotometer und messen Sie die Absorption bei 285 nm.
  7. Bewerten Sie die Freisetzungskinetik von Fusidinsäure unter Verwendung von Modellen nullter Ordnung, erster Ordnung, Higuchi und Korsmeyer-Peppas4.

Ergebnisse

Herstellung eines Alginat/Aloe Vera Hydrogel-Films
Zur Herstellung der Formulierung des Hydrogelfilms wurden unterschiedliche Verhältnisse von Natriumalginat, Aloe Vera und Glycerin verwendet. Die abschließende Vorbereitung und Bewertung der Rezepturen erfolgte nur mit 10% Glycerin (w/w Alginat). Abbildung 1 zeigt den Hydrogelfilm mit unterschiedlichen Aloe Vera Anteilen. Diese Auswahl wurde getroffen, weil andere Glycerinverhältnisse nicht die notwendige Haftfähigkeit und Flexibilität boten, was zu falsch gebildeten Filmen führte. Die starke Haftung und Elastizität der Filme war auf das Vorhandensein von Natriumalginat und Glycerin zurückzuführen. Die Zugabe von Aloe Vera veränderte das Aussehen nicht, beeinflusste jedoch die Viskosität der Lösungen während der Zubereitung.

Dicke
Die Mächtigkeitsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Kontrollprobe A, die nur Alginat enthielt, hatte eine Dicke von 0,11 mm. Mit zunehmendem Anteil an Aloe Vera in den Proben B und C nahm die Schichtdicke zu und maß 0,13 mm bzw. 0,12 mm. Probe D, die den höchsten Anteil an Aloe Vera aufwies, hatte jedoch mit 0,09 mm den dünnsten Film. Basierend auf diesen Ergebnissen scheint es, dass die Zugabe von Aloe Vera bis zu einem gewissen Grad einen Einfluss auf die Schichtdicke haben kann.

Quellindex
Die Bewertung der Fähigkeit von Hydrogelen, verschiedene Flüssigkeiten zu absorbieren, ist ein Schlüsselaspekt dieser Forschung. Der Fokus liegt auf dem Verständnis der Fähigkeit von Polymeren, unter verschiedenen Bedingungen zu quellen. Wie in Abbildung 2 dargestellt, zeigen die Quellindexergebnisse im Laufe der Zeit den Einfluss unterschiedlicher Aloe Vera-Konzentrationen auf die Wasseraufnahmekapazität von Alginat-basierten Filmen. Die Folie mit 0% Aloe Vera (A) wies nach 24 h den geringsten Quellindex auf (364,8%). Im Gegensatz dazu zeigten Proben mit steigendem Aloe Vera-Gehalt zunehmend höhere Quellindizes, wobei die 25:75-Folie (D) mit etwa 549 % den höchsten Wert erreichte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hydrophilen Eigenschaften der Aloe Vera eine wesentliche Rolle bei der Verbesserung des Quellverhaltens der Filme spielen. Abbildung 3 zeigt den Hydrogelfilm vor und nach der Schwellung.

Wasserdampfdurchlässigkeits- oder Okklusionstest
Die Wasserdampfdurchlässigkeit der Folien wurde durch den Vergleich der Wassermenge in einem Becherglas mit und ohne Folien bewertet. Nach den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen zeigte die Kontrollprobe ohne Aloe Vera keinen Okklusionseffekt, während die anderen Proben einen Anstieg des Okklusivitätsfaktors bei Zugabe von Aloe Vera aufwiesen. Probe B hatte einen Okklusivitätsfaktor von 13,2, während die Proben C und D den höchsten Okklusivitätsfaktor von 20 aufwiesen. Dies deutet darauf hin, dass die Zugabe von Aloe Vera dazu beitrug, die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVP) der Alginatfilme zu verringern.

Strukturanalyse durch FTIR
Abbildung 4 zeigt die FTIR-Spektren von Hydrogelformulierungen, die Fusidinsäure enthalten, zusammen mit den Spektren von Rohstoffen, einschließlich Natriumalginat, Aloe Vera, Glycerin und Fusidinsäure. Die Spektren der Hydrogelformulierung zeigen eine breite Absorptionsbande um 3200-3400 cm-1 und eine Bande bei etwa 1636 cm-1, die der Dehnung der O-H-Gruppen, die Natriumalginat, Aloe Vera und Glycerin zugeschrieben wird, sowie der asymmetrischen Dehnungsschwingung von Alginat-COO-Gruppen entsprechen13. Darüber hinaus spiegelt der Absorptionspeak bei etwa 1330-1340 cm-1 die Biegeschwingung der C-H-Gruppe wider, während der Peak bei 1171 cm-1 mit der C-O-Dehnungsschwingung von Natriumalginat zusammenhängt.

Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) wurde verwendet, um das thermische Verhalten von Natriumalginat, Aloe Vera, reiner Fusidinsäure und arzneimittelbeladenem Hydrogelfilm zu analysieren. Das Thermogramm von Natriumalginat zeigte einen endothermen Peak bei etwa 132 °C (wie in Abbildung 5 dargestellt). Auf der anderen Seite zeigte das Aloe Vera-Thermogramm mehrere Spitzen an. Die DSC-Analyse von reiner Fusidinsäure zeigte einen scharfen und gut definierten endothermen Peak bei 184,5 °C. Für den wirkstoffbeladenen Hydrogelfilm wurde nur ein breiter Peak zwischen 103 °C und 170 °C nachgewiesen, bei dem keine Schmelzpeaks für die Komponenten oder das Medikament vorhanden waren.

Freisetzung von Medikamenten
Die in vitro Wirkstofffreisetzung wurde für alle Proben über 24 h mit PBS-Lösung bei pH 7,4 untersucht. Die Filmproben zeigten eine allmähliche Freisetzung des Medikaments, wahrscheinlich aufgrund der kompakten Hydrogelstruktur. Die Proben, die Aloe Vera enthielten, zeigten eine Fusidinsäurefreisetzung von 89,7 % bis 93 % innerhalb von 12 Stunden, während der Kontrollfilm ohne Aloe Vera alle Arzneimittel nach 12 Stunden freisetzte, wie in Abbildung 6 gezeigt. Für die Fusidinsäure wurden verschiedene freisetzungskinetische Modelle evaluiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Ergebnisse der Wirkstofffreisetzung wurden am besten mit dem Freisetzungsmodell nullter Ordnung angepasst, das die höchstenR2-Werte aufwies.

figure-results-1
Abbildung 1: Physikalisches Erscheinungsbild von Fusidinsäure-beladenen Hydrogelfilmen. Fotografien von mit Fusidinsäure beladenen Alginat/Aloe Vera Hydrogel-Filmen in verschiedenen Verhältnissen: (A) 100:0, (B) 90:10, (C) 80:20 und (D) 75:25, aufgenommen unter 4-facher Vergrößerung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 2: Quellindex von Hydrogelfilmen. Der prozentuale Quellindex von mit Fusidinsäure beladenen Alginat/Aloe Vera-Hydrogelfilmen in verschiedenen Verhältnissen: (A) 100:0, (B) 90:10, (C) 80:20 und (D) 75:25. Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichung (SD) dar, n = 3. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

figure-results-3
Abbildung 3: Hydrogelfilm vor und nach der Schwellung. Vergleich eines Hydrogelfilms (A) vor und (B) nach der Quellung, der die Veränderungen des Aussehens aufgrund des Quellprozesses veranschaulicht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 4: FTIR-Spektrumanalyse. FTIR-Spektren verschiedener Komponenten und Formulierungen: (A) Fusidinsäure, (B) Natriumalginat, (C) Aloe Vera, (D) Glycerin, (E) Formulierung 100:0, (F) Formulierung 90:10, (G) Formulierung 80:20 und (H) Formulierung 75:25. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 5: DSC-Thermogramm von Hydrogelformulierungen. Thermogramme der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) der Hydrogelformulierung, Fusidinsäure, Alginat und Aloe Vera, die thermische Eigenschaften und Übergänge zeigen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 6: Kumulative Wirkstofffreisetzung aus Hydrogelfilmen. Kumulative Wirkstofffreisetzung aus Fusidinsäure-beladenen Alginat/Aloe Vera-Hydrogelfilmen in verschiedenen Verhältnissen: (A) 100:0, (B) 90:10, (C) 80:20 und (D) 75:25. Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichung (SD) mit n = 3 dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

FilmbeispieleDicke (mm)
A (100:0)0,11 ± 0,01
B (90:10)0,13 ± 0,01
C (80:20)0,12 ± 0,01
D (75:25)0,09 ± 0,01

Tabelle 1: Dicke der Hydrogelfilmformulierungen. Messungen der Dicke verschiedener Alginat/Aloe Vera Hydrogel-Filmformulierungen mit n = 3.

ProbenReduzierung des Wasservolumens (mL)Okklusivitätsfaktor
Steuerung2,50 ± 0,00-
A (100:0)2,50 ± 0,410
B (90:10)2,17 ± 0,2413,2 ± 0,5
C (80:20)2,00 ± 0,1120,0 ± 0,3*
D (75:25)2,00 ± 0,0220,0 ± 0,21*

Tabelle 2: Verringerung des Wasservolumens und des Okklusivitätsfaktors. Daten zur Verringerung des Wasservolumens (mL) und des Okklusivitätsfaktors der Alginat/Aloe Vera Hydrogel-Filmformulierungen, mit n = 3. *p≤ 0,005.

Null OrdnungErste BestellungKorsmeyer-PeppasHiguchi
F1 (100:0)R20.9950.66070.99250.9142
F2 (90:10)R20.9950.6670.99170.9141
F3 (80:20)R20.9950.66740.99170.9141
F4 (75:25)R20.9950.66740.99170.9141

Tabelle 3: Freisetzungskinetik von Fusidinsäure. Korrelationskoeffizienten und Freisetzungskinetiken von Fusidinsäure aus den Hydrogelformulierungen, die die in der Analyse verwendeten mathematischen Modelle veranschaulichen.

Diskussion

Fusidinsäure wurde in Alginat-Hydrogel-Filme mit verschiedenen Verhältnissen von Aloe Vera und Glycerin eingearbeitet. Das Vorhandensein von Aloe Vera hatte keinen Einfluss auf das Aussehen, aber in den Lösungen, die Aloe Vera enthielten, wurde während der Zubereitung eine Abnahme der Viskosität beobachtet. Die Ergebnisse der Dickentests deuten darauf hin, dass die Aufnahme von Aloe Vera bis zu einem gewissen Grad einen gewissen Einfluss auf die Schichtdicke haben kann, aber nicht als signifikant angesehen wird. Im Allgemeinen gibt es nicht die eine ideale Dicke, die für alle Anwendungen geeignet ist. Untersuchungen zeigten jedoch, dass die adhäsiven und mechanischen Eigenschaften von Folien von der Dicke beeinflusst werden, wobei dünnere Folien möglicherweise zu schnelleren Wasserdampfübergangsraten und einer besseren Aufrechterhaltung einer feuchten Umgebung für die Wundheilung führen14.

Die Untersuchung des Quellvermögens von Hydrogelen ist ein Schwerpunkt der Forschung, da sie darauf abzielt, die Fähigkeit von Polymeren zur Aufnahme verschiedener Flüssigkeiten zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die hydrophilen Eigenschaften der Aloe Vera wesentlich dazu beitragen, das Quellverhalten der Folien zu verbessern. Die erhöhten Quellindizes deuten darauf hin, dass Aloe Vera eine größere Wasseraufnahme ermöglichte, möglicherweise durch die Speicherung von Feuchtigkeit und die Schaffung einer hydratisierten gelartigen Struktur innerhalb der Filmmatrix15. Das beobachtete Quellverhalten der Hydrogelfilme kann auf den Polysaccharidgehalt der Aloe Vera zurückzuführen sein. Bei niedrigen Konzentrationen können Polysaccharide die Verbindung zwischen Alginatketten behindern, was zu einer weniger kompakten Struktur und möglicherweise weniger anfänglicher Quellung führt. Bei höheren Konzentrationen können diese Polysaccharide jedoch bei der Vernetzung helfen, wodurch ein dichteres Netzwerk entsteht, das mehr Wasser zurückhalten und den Quellindex erhöhenkann 16.

Die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVP) einer essbaren Folie wird durch den Anteil der in der Folie enthaltenen hydrophilen und nicht-hydrophilen Gruppen bestimmt. Dieses Verhältnis spielt eine wichtige Rolle dabei, wie die Filmmatrix mit den Molekülen des Wassersinteragiert 17. Durch die Einarbeitung von Aloe Vera wurde das WVP der Alginatfilme reduziert. Ähnliche Ergebnisse wurden in einer anderen Studie erzielt, in der die Wirkung von Chitosan- und Aloe-Vera-Extrakt-Konzentrationen auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Chitosan-Biofilmen untersucht wurde, wobei eine Abnahme der Wasserdampfdurchlässigkeit durch die Zugabe von Aloe Vera18 berichtet wurde. Die Reduktion von WVP kann aus der Wechselwirkung zwischen den großmolekularen Polysacchariden, die in Aloe Vera und Alginat enthalten sind, resultieren, wodurch der gesamte intermolekulare Raum, der für die Wasserbewegung zur Verfügung steht, minimiertwird 19. Obwohl der Effekt unbedeutend ist, zeigten die Hydrogelfilme mit Aloe Vera im Vergleich zur Kontrollfolie eine verstärkte okklusive Wirkung. Dies kann ein wärmeres und feuchteres Milieu innerhalb der Wundstelle schaffen, was möglicherweise die Wundheilung unterstützt, indem es die Gewebenekrose reduziert und die Zellkommunikation erleichtert20.

Alle Hydrogelfilmproben zeigten eine allmähliche Wirkstofffreisetzung, die wahrscheinlich auf die kompakte Struktur der Hydrogele zurückzuführenist 21. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung des Aloe Vera-Gehalts zu einer geringfügigen Verlangsamung der Wirkstofffreisetzung führt, was eine verlängerte Wirkstofffreisetzung fördert. Dies stimmt mit den Ergebnissen von Mahmood et al. überein, die darauf hinweisen, dass die Verwendung von Aloe-Vera-basierten Polymernetzwerken eine effektive Methode zur Erreichung einer nachhaltigen Wirkstoffabgabe darstellt22. Die FTIR-Analyse ist für die schnelle und effiziente Identifizierung verkapselter chemischer Moleküle unerlässlich. Es ist besonders wertvoll für die Untersuchung chemischer Veränderungen innerhalb von Polymeren, wie z. B. Veränderungen in Streck- oder Biegebändern, die sich aus der Einarbeitung von Arzneimittelnergeben 23. Es wurde festgestellt, dass alle mit Fusidinsäure assoziierten Peaks in allen mit Fusidinsäure beladenen Hydrogelen nicht vorhanden waren, was auf den erfolgreichen Einbau der Fusidinsäure in die Hydrogele hinweist. Nach den in Abbildung 4 gezeigten Ergebnissen zeigte der mit Fusidinsäure beladene Hydrogelfilm einen breiten Peak zwischen 103 °C und 170 °C, ohne erkennbare Bestandteile oder Schmelzspitzen des Wirkstoffs. Dies deutet darauf hin, dass das Arzneimittel und die Komponenten innerhalb des Hydrogels auf molekularer Ebene gleichmäßig verteilt waren, was darauf hindeutet, dass das Hydrogelsystem erfolgreich gebildet wurde und dass die Bestandteile gut in das vernetzte starre Polymernetzwerk des Hydrogels22 eingebaut wurden. Die Freisetzungskinetik der Fusidinsäure wurde auf der Grundlage des höchsten Regressionskoeffizienten (R2) der Werte23 bestimmt. Die Ergebnisse derR2-Werte deuten darauf hin, dass das Modell nullter Ordnung die Freisetzung von Fusidinsäure aus dem Polymer am genauesten beschreibt, was auf eine konsistente Freisetzungsrate unabhängig von der verbleibenden Wirkstoffmenge hinweist. Dies steht im Einklang mit den bekannten Anwendungen der Kinetik nullter Ordnung in modifizierten Freisetzungssystemen, wie z. B. transdermalen Pflastern, bei denen das Medikament mit einer konstanten Geschwindigkeit durch eine Polymermembran diffundiert. Zero-Order-Drug-Delivery-Systeme haben das Potenzial, die Compliance der Patienten zu verbessern und unerwünschte Nebenwirkungen aufgrund häufiger Dosierungen zu reduzieren24,25. Es wurde berichtet, dass vernetzte Alginat/Chitosan-Hydrogelfilme mit 0,5 M CaCl2 zuvor eine kinetische Freisetzung nullter Ordnung zeigten. Die Absenkung der CaCl2-Vernetzung führte zu einer Verschiebung von Nullordnung auf das Korsmeyer-Peppas Modell26.

Begrenzungen
Das Lösemittelgießen und die Vernetzung mit CaCl2 bieten zwar einen einfachen Ansatz für die Herstellung von Hydrogelfilmen, haben aber Einschränkungen. Faktoren wie die CaCl2-Konzentration, die Alginatzusammensetzung und die Gießbedingungen können die Vernetzung beeinflussen, während eine präzise Kontrolle eine Herausforderung darstellen kann. Es wurde berichtet, dass eine übermäßige Vernetzung mit CaCl2 zu spröden Schichten führt, die anfällig für Risse oder Brüche sind. Die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Elastizität) der Folien können je nach erreichtem Vernetzungsgrad variieren, was zu Inkonsistenzen führt27,28. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es eine Reihe von Einschränkungen in Bezug auf mechanische Festigkeit, Wasserempfindlichkeit, Gleichmäßigkeit, Verarbeitungsbedingungen, Haftung, Barriereeigenschaften und Umwelteinflüsse gibt, die je nach beabsichtigter Anwendung der Folien sorgfältig bewertet werden sollten, auch wenn der Lösungsmittelguss mit Alginat und Aloe Vera Vorteile wie Biokompatibilität und potenzielle Bioaktivität bietet. Darüber hinaus ist das Lösungsmittelgießverfahren aufgrund seiner Einfachheit eine gute Wahl für die Produktion im Labormaßstab. Um eine angemessene Lösemittelverdampfung und Filmbildung über eine größere Oberfläche zu gewährleisten, kann ein Scale-up daher bestimmte Werkzeuge und Anpassungen erfordern.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Studie wurde unterstützt von der Princess Nourah bint Abdulrahman University Researchers Supporting Project Nummer (PNURSP2024R30), Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riad, Saudi-Arabien. Diese Forschung wurde von der Researchers Supporting Project Nummer (RSPD2024R811) der King Saud University, Riad, Saudi-Arabien, finanziert.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Aloe VeraLokaler Lieferant, Kuala Lumpur, MalaysiaEs war rohe Aloe Vera Rinde und bereitete die Materialien in unserem Labor
& vor M Chemicals
Dynamische DifferenzkalorimetrieNetzsch-GruppeDSC 300 Caliris
FTIR-SpektroskopiePerkin Elmer107914
FusidinsäureSigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAPHR2810zertifiziertes Referenzmaterial, pharmazeutischer Sekundärstandard
Glycerin Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAPHR1020United States Pharmacopeia (USP) Referenz Standard
Mikrometer SchraubenmessgerätBlomker Industries, Malaysia
NETZSCH proteus software Netzsch-GruppeDSC 300 Caliris
Phosphate Buffer KochsalzlösungSigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAP4417Tabletten
NatriumalginatSigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAW201502
thermisches Analysegerät  NETZSCH DSC Caliris
UV-SPEKTRALPHOTOMETER / UV LINE-9400 SECOMAM/ 8512047
Calciumchloride R& R

Referenzen

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