מאפיינים התחבורה של איבופרופן הגלום Cyclodextrin Nanosponge הידרוג: מחקר ספקטרוסקופיה Proton HR-MAS NMR

המטרה הכוללת של עבודה זו היא להראות את הסינתזה של ננו-ספוגים ציקלודקסטרין, להמיר אותם להידרוג'לים עמוסים בתרופות, ולחקור את דיפוזיביות התרופה בתוך ההידרוג'ל על ידי סיבוב זווית קסם ברזולוציה גבוהה, ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית. ננו-ספוג ציקלודקסטרין מוכן על ידי פילמור צמיחה בין ציקלודקסטרין, או CDs, לבין ה-DNA של EDTA מיובש. אם לא נזכיר, רשת יחידות ה-CD שלנו היא פורמית, המסוגלת לספוג ולשחרר מינים אורגניים ואי-אורגניים.

היתרון העיקרי של תמ"ג מסתובב בזווית קסם ברזולוציה גבוהה הוא ניטור תכונת ההעברה של התרופה העטופה בתוך מארח פולימרי עם עניין פוטנציאלי להעברת תרופה. הגישה הסינתטית פשוטה מאוד, והיא מבוצעת בטמפרטורת החדר. תגובת הפילמור של צמיחת השלבים מתרחשת תוך כ -10 דקות.

בחרנו באיבופרופן כדוגמה לתרופה הלכודה במדדי מימן פולימריים, המייצגת משלוח מתקפל של שש מכוניות. יבש בטא ציקלודקסטרין בתנור בחום של 100 מעלות צלזיוס עד למשקל קבוע. כמו כן, יש לייבש 250 מיליליטר של DMSO, ו-100 מיליליטר של טריאתילאמין על ארבע מסננות מולקולריות של אנגסטרום למשך 24 שעות לפני השימוש בהן בפרוטוקול.

הכניסו 25 מיליליטר של DMSO לבקבוק תחתון עגול בנפח 50 מיליליטר עם צוואר אחד. תחת ערבוב מגנטי מוסיפים 5.675 גרם בטא-ציקלודקסטרין. הוסף את אבקת הבטא-ציקלודקסטרין במנות קטנות ל-DMSO כדי להפחית את היווצרות הגושים.

לאחר כ- 30 דקות, הוסף שישה מיליליטר טריאתילמין לתמיסה ההומוגנית באמצעות פיפטה מדורגת של 10 מיליליטר. טובלים את הבקבוק לאמבט מים שנשמר בטמפרטורת החדר, ושומרים את התערובת תוך ערבוב למשך 15 דקות. להכנת ננו-ספוג ציקלודקסטרין אחד-ארבע, הוסף 5.124 גרם של EDTA dianhydride תחת ערבוב אינטנסיבי.

ולהכנת ננו-ספוג ציקלודקסטרין אחד-שמונה, הוסף 10.248 גרם של EDTA dianhydride תחת ערבוב אינטנסיבי. לאחר שלוש שעות, הוציאו את החומר המוצק, שהוא ננו-ספוג הציקלודקסטרין, מהבקבוק בעזרת מרית ומועכים אותו בגסות בעזרת מרגמה ועלי. שוטפים את החומר המוצק באמבט אצטון, ואז שוטפים ומסננים את החומר המוצק על נייר פילטר.

לאחר ייבוש כל החומר המוצק באוויר בטמפרטורת החדר למשך 48 שעות, מועכים את החומר המיובש דק בעזרת מרגמה ועלי. לאחר מכן, שמור אותו בוואקום למשך שעתיים בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס. להכנת דגימת NMR מסתובבת בזווית קסם ברזולוציה גבוהה, הכינו תחילה תמיסה של מלח נתרן איבופרופן 0.27 מולארי במים דה-אוטראטים.

הוסף 20 מיליגרם של ננו-ספוג ציקלודקסטרין אחד-ארבע, ושני מיליגרם של נתרן פחמתי נטול מים ל-150 מיקרוליטר של התמיסה בבקבוקון זכוכית של שני מיליליטר. מערבבים את תכולת הבקבוקון בעזרת מרית קטנה כדי להפוך אותו להומוגניזציה. חזור על תהליך זה עבור פולימר ננו-ספוג ציקלודקסטרין אחד-שמונה.

השגת הידרוג'ל הומוגני ונפוח לחלוטין הוא צעד המפתח הראשון לספקטרום תמ"ג טוב של מסת HR. יש למקם את ההידרוג'ל ברוטור ה-NMR בזהירות רבה, ולהימנע מבועות שעלולות לגרום לסיבוב רוטור שגוי. הכנס את הג'ל לרוטור NMR של חמישה מילימטר המתאים לניסויי מסת HR באמצעות מרית קטנה.

לאחר מכן, הכנס את הרוטור למגנט של ספקטרומטר ה-NMR. לאחר המגנט, הגדר את הרוטור בסיבוב על ידי יחידה פנאומטית עד 4,000 הרץ. כדי לבצע ניסויי תמ"ג פרוטון מסה HR, הגדר את הפרמטרים האינסטרומנטליים עם מהירות סיבוב רוטור של ארבעה קילו-הרץ ביחידת הבקרה הפנאומטית המסה, וטמפרטורת דגימה ב-305 קלווין ביחידת הטמפרטורה המשתנה.

הפעל ספקטרום חד מימדי, שאל את ספקטרום המסה של HR דיפוזיה של איבופרופן בננו-ספוג ציקלודקסטרין אחד-ארבע וננו-ספוג ציקלודקסטרין אחד-שמונה הידרוג'לים על ידי שימוש ברצף פולס הספין-הד הפועם על תהודת הפרוטונים. ניסויי הדיפוזיה מבוצעים באמצעות רצף פולסים לד BP. זהו ניסוי פסאודו-דו-ממדי עם רמפת שיפוע הגדלה באופן ליניארי מ-2% ל-100% חוזק שיפוע בממד העקיף.

עוצמת האות מוחלשת בהתאם לזמן הדיפוזיה ולדופק השיפוע P30. האופטימיזציה של פרמטרים אלה נדרשת לפני הפעלה נכונה של ניסוי. האופטימיזציה נעשית על ידי הפעלת שתי מדידות חד מימדיות, שבהן זמן הדיפוזיה נשמר קבוע בעוד P30 משתנה.

מדידות זמן דיפוזיה משתנה מתבצעות על ידי הגדלת זמן הדיפוזיה בטווח של 50 עד 200 אלפיות השנייה. עבור כל ניסוי, נאסף מערך של 32 ספקטרום. לאחר מכן, עבד את הנתונים כמתואר בפרוטוקול הטקסט.

ניסוי הספין-הד הבסיסי של שיפוע שדה פועם מאפשר מדידה של התזוזה המולקולרית הממוצעת בריבוע של איבופרופן בהידרוג'לים. עוצמת אות ה-NMR דועכת ככל שעוצמת השיפוע עולה. התאמת הדעיכה מספקת את התזוזה המולקולרית הממוצעת בריבוע, המסומנת כריבוע Z.

בתורו, התזוזה הריבועית הממוצעת קשורה לסוג משטר הדיפוזיה. מעריך האלפא מתקבל באופן ניסיוני על ידי רגרסיה ליניארית לוג-לוג של התזוזה הריבועית הממוצעת כפונקציה של זמן הדיפוזיה. הערך של מעריך האלפא הוא מתאר של המשטר הדיפוזי שנצפה עבור איבופרופן במטריצת ההידרוג'ל.

דיפוזיה איזוטרופית בלתי מוגבלת קיימת כאשר אלפא שווה לאחד. משטר תת-דיפוזי מסומן עבור ערך אלפא של פחות מאחד. ומשטר סופר-דיפוזי מיוצג על ידי ערך אלפא של יותר מאחד.

איבופרופן הכלוא במטריצת ההידרוג'ל מראה שני משטרי דיפוזיה שונים בהתאם לתכשיר הפולימר. הידרוג'לים של ננו-ספוגים אחד-ארבע מיוצגים על ידי משטר תת-דיפוזי. לעומת זאת, הידרוג'לים של ננו-ספוגים 1-8 מאופיינים במשטר מעט סופר-דיפוזי.

לאחר שליטה, תגובה זו יכולה להיעשות בתשואה גבוהה ובטוהר תוך שעה אחת אם היא מבוצעת כראוי. החומרים מראים יכולת מעניינת של ספיגת מים על ידי יצירת הידרוג'לים צמיגים, בהם ניתן לשלב בקלות מולקולות פעילות ביולוגית. ניתן לחקור את המצב המולקולרי בתכונות ההעברה של מולקולה פעילה ביולוגית העטופה במטריצות פולימריות כאלה באופן ניסיוני באמצעות טכניקות HMS NMR.

תוצאות ה-NMR על דיפוזיה של איבופרופן בהידרוג'לים שהוכנו מננו-ספוגים ציקלודקסטרין מצביעות על כך שניתן לווסת את הדיפוזיה על ידי הכנה מתאימה של הפולימרים. איבופרופן מראה משטר תת-דיפוזי וסופר-דיפוזי בהידרוג'לים של ננו-ספוגי ציקלודקסטרין. ניתן לנצל ממצא זה לתכנון מקורי של תכונות השחרור של פיגום מימן ננו-ספוג ציקלודקסטרין.