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

המטרה הכללית של עבודה זו היא להדגים את סינתזת הננו-ספוגים של ציקלודקסטרין, להמיר אותם להידרוגלים טעונים בתרופה, ולחקור את דיפוזיית התרופה בתוך ההידרוג'ל באמצעות NMR (ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית) בסיבוב בזווית קסומה (magic angle spinning) ברזולוציה גבוהה. ננו-ספוגים של ציקלודקסטרין מכינים באמצעות פולימריזציית צמיחה בשלבים בין ציקלודקסטרינים, או CDs, לבין EDTA DNA dried. אלא אם כן צוין אחרת, רשת יחידות ה-CD שלנו היא formic, המסוגלת לספוח ולשחרר מינים אורגניים ואנאורגניים.

היתרון המרכזי של NMR ברזולוציה גבוהה עם סיבוב בזווית קסומה (MAS) הוא היכולת לנטר את תכונות ההעברה של התרופה המעטפת בתוך מאכסן פולימרי בעל פוטנציאל לעניין במערכות להעברת תרופות. הגישה הסינתטית פשוטה מאוד, והיא מבוצעת בטמפרטורת החדר. תגובת הפולימריזציה של צמיחת שלבים (step-growth polymerization) נמשכת כ-10 דקות.

בחרנו באיבופרופן כדוגמה לתרופה הכלואה במטריצות פולימריות של קשרי מימן, המייצגת מערכת לשחרור תרופות בעלת קיפול שש-קר. ייבשו בטא-סיקלודקסטרין בתנור בטמפרטורה של 100 °C עד להגעה למשקל קבוע. כמו כן, ייבשו 250 milliliters של DMSO ו-100 milliliters של טריאתילאמין על נפה מולקולרית של 4 Angstrom למשך 24 שעות לפני השימוש בהם בפרוטוקול.

הוסיפו 25 milliliters של DMSO לבקבוק תחתית עגולה בעל פתח אחד בנפח של 50-milliliters. תחת ערבוב מגנטי, הוסיפו 5.675 grams של beta-cyclodextrin. הוסיפו את אבקת ה-beta-cyclodextrin למסu DMSO במנות קטנות כדי להפחית את היווצרות גושים.

לאחר כ-30 דקות, הוסיפו ששה מיליליטר של triethylamine לתמיסה ההומוגנית באמצעות פיפט מדורג של 10 מיליליטר. טבלו את הבקבוק במקבץ מים השומר על טמפרטורת החדר, והמשיכו לערבב את התערובת במשך 15 דקות. להכנת ננו-ספוג ציקלודקסטרין one-four, הוסיפו 5.124 גרם של EDTA dianhydride תחת ערבוב אינטנסיבי.

ולצורך הכנת ננו-ספוג ציקלודקסטרין one-eight, הוסיפו 10.248 גרם של EDTA dianhydride תחת ערבול אינטנסיבי. לאחר שלוש שעות, הוציאו את החומר המוצק, שהוא ננו-ספוג הציקלודקסטרין, מהבקית באמצעות שפכטל ומעכו אותו גס בעזרת מכתש ועלי. שטפו את החומר המוצק באמבט אצטון, ולאחר מכן שטפו וסננו את החומר המוצק על נייר סינון.

לאחר ייבוש כל החומר המוצק באוויר בטמפרטורת החדר למשך 48 שעות, כרסו את החומר המיובש לדוגמה דקה באמצעות מכתש ועלי. לאחר מכן, שמרו אותו בוואקום למשך שעתיים בטמפרטורה של 45 °C. להכנת דגימה ל-NMR בשיטת magic angle spinning ברזולוציה גבוהה, הכינו תחילה תמיסה של 0.27 molar של מלח נתרשיום של ibuprofen במים דויטריים.

הוסיפו 20 milligrams של cyclodextrin nanosponge one-four ושני milligrams של sodium carbonate ללא מים ל-150 microliters של התמיסה בתוך מבחנה מזכוכית בנפח שני milliliter. ערבב את תוכן המבחנה בעזרת שפכדל (spatula) קטן כדי להומוגניזציה. חזרו על תהליך זה עבור ה-cyclodextrin nanosponge one-eight polymer.

השגת הידרוג'ל הומוגני ונפוח באופן מושלם היא השלב המפתח הראשון לקבלת ספקטרום NMR ברזולוציה גבוהה (HR) איכותי. יש להניח את ההידרוג'ל ברוטור ה-NMR בזהירות רבה, תוך הימנעות מבועות שעלולות לגרום לספינג不 נכון של הרוטור. הכניסו את הג'ל לרוטור NMR של חמישה מילימטרים המתאים לניסויי HR באמצעות שפכטל קטן.

לאחר מכן, הכניסו את הרוטור למגנט של ספקטרומטר ה-NMR. לאחר הכנסתו למגנט, הפעילו את סיבוב הרוטור באמצעות יחידה פנאומטית עד ל-4,000 hertz. לביצוע ניסויי HR mass proton NMR, הגדירו את פרמטרי המכשיר עם מהירות סיבוב של הרוטור של 4 kHz ביחידת הבקרה הפנאומטית של המסה, וטמפרטורת דגימה של 305 kelvin ביחידה לטמפרטורה משתנה.

בצעו ספקטרום חד-ממדי, ובחנו את ספקטרי מסת ה-HR של הדיפוזיה של איבופרופן בתוך הידרוגלים של ננו-ספוג ציקלודקסטרין 1-4 וננו-ספוג ציקלודקסטרין 1-8, באמצעות רצף פולסי spin-echo בעל גרדיאנט פועם על תהודה של פרוטונים. ניסויי הדיפוזיה מבוצעים באמצעות רצף פולסי BP led. זהו ניסוי פסאודו-דו-ממדי עם רמפת גרדיאנט העולה ליניארית מ-2% עד 100% בעוצמת הגרדיאנט בממד העקיף.

עוצמת האות נחלשת בהתאם לזמן הדיפוזיה ולפולס הגרדיאנט P30. אופטימיזציה של פרמטרים אלו נדרשת לפני הרצה תקינה של ניסוי. האופטימיזציה מבוצעת על ידי הרצת שתי מדידות חד-ממדיות, שבהן זמן הדיפוזיה נשמר קבוע בעוד ש-P30 משתנה.

מדידות של זמני דיפוזיה משתנים מבוצעות על ידי הגדלה של זמן הדיפוזיה בטווח של 50 עד 200 milliseconds. עבור כל ניסוי, נאסף מערך של 32 ספקטרומים. לאחר מכן, יש לעבד את הנתונים כפי שמתואר בפרוטוקול הטקסט.

ניסוי ה-spin-echo הבסיסי עם מדרג שדה פולסטי מאפשר מדידה של ההעתק המרובע הממוצע המולקולרי של ibuprofen בתוך ההידרוגלים. עוצמת אות ה-NMR דועכת ככל שעוצמת המדרג עולה. התאמת הדעיקה מספקת את ההעתק המרובע הממוצע המולקולרי, המסומן כ-Z-squared.

בתורו, ההעתק הריבועי הממוצע קשור לסוג משטר הדיפוזיה. את המעריך alpha מקבלים באופן ניסיוי באמצעות רגרסיה ליניארית של log-log של ההעתק הריבועי הממוצע כפונקציה של זמן הדיפוזיה. ערכו של המעריך alpha משמש כמתאר של משטר הדיפוזיה שנצפה עבור ibuprofen במטריצת ההידרוג'ל.

דיפוזיה איזוטרופית ללא הגבלה קיימת כאשר alpha שווה לאחד. משטר תת-דיפוזיבי (subdiffusive) מצוין עבור ערך alpha הקטן מאחד. ומשטר על-דיפוזיבי (superdiffusive) מיוצג על ידי ערך alpha הגדול מאחד.

איבופרופן הכלוא במטריצת ההידרוג'ל מציג שני משטרי דיפוזיה שונים בהתאם להכנת הפולימר. הידרוג'לים של ננו-ספוגים 1-4 מיוצגים על ידי משטר סוב-דיפוזיבי. לעומת זאת, הידרוג'לים של ננו-ספוגים 1-8 מאופיינים על ידי משטר סופר-דיפוזיבי קל.

לאחר השליטה בתהליך, ניתן לבצע תגובה זו עם נבחיות גבוהה ודרגת טוהר גבוהה בתוך שעה אחת, בתנאי שהיא מבוצעת כראוי. החומרים מפגינים יכולת מעניינת של ספיגת מים על ידי יצירת הידרוגלים צמיגיים, שבהם ניתן לשלב בקלות מולקולות פעילות ביולוגית. ניתן לבחון ניסיונית את המצב המולקולרי בתכונות ההעברה של מולקולה פעילה ביולוגית המעטפת במטריצות פולימריות כאלה באמצעות טכניקות HMS NMR.

תוצאות ה-NMR בנוגע לדיפוזיה של ibuprofen בתוך ההידרוג'לים שהוכנו מננוספוג'ים של ציקלודקסטרין מעידות כי ניתן לווסת את הדיפוזיה באמצעות הכנה מתאימה של הפולימרים. ibuprofen מראה משטרי תת-דיפוזיה ועל-דיפוזיה להידרוג'לים של ננוספוג'ים של ציקלודקסטרין. ממצא זה יכול להיות מנוצל לתכנון מקורי של תכונות השחרור של פיגום הידרוג'ל מננוספוג'ים של ציקלודקסטרין.