Articolo metodologico

Sintesi di perle sensibili al pH caricate con olio di semi neri, a base di alginato utilizzando la tecnica dell'elettrospruzzatura

928 visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/66958

⸱

18 ottobre 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Pharmacy, University College of MAIWP International, 2Faculty of Pharmacy, MAHSA University, 3Department of Parasitology and Medical Entomology, Faculty of Medicine, Universiti Kebangsaan Malaysia, 4Department of Medical Sciences, School of Medical and Life Sciences, Sunway University, 5Department of Biology, College of Science, Princess Nourah bint Abdulrahman University, 6Department of Zoology, College of Science, King Saud University, 7Department of Medicine and Infectious Diseases, Faculty of Veterinary Medicine, Cairo University, 8Department of Pharmaceutical Sciences, Pharmacy Program, Batterjee Medical College, 9Pharmacology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Suez Canal University, 10Department of Pharmacy, Pharmaceutical Technology and Physical-Chemistry, Faculty of Pharmacy and Food Sciences, University of Barcelona, 11Research and Development, Sabrena Experience, 12Alphastar Lab Systems

In questo articolo

Sommario

Viene presentata una tecnica che impiega un'alta tensione elettrica e un'emulsione mirata caricata con principio attivo per fabbricare microsfere uniformi e sensibili al pH.

Abstract

L'olio di semi neri (BSO), derivato dai semi della pianta Nigella sativa , ha attirato l'attenzione per le sue potenziali proprietà antitumorali, in particolare nel contesto del cancro del colon. Il suo composto attivo, il timochinone, può aiutare a inibire la crescita delle cellule tumorali e indurre l'apoptosi nelle cellule tumorali del colon. Inoltre, gli effetti antinfiammatori e antiossidanti dell'olio di semi neri potrebbero contribuire a un ambiente intestinale più sano, riducendo potenzialmente il rischio di cancro. Pertanto, questo studio ha sintetizzato perle di alginato sensibili al pH per fornire BSO nel colon in modo a rilascio controllato senza rilasciare il farmaco a pH 1,2 (stomaco), fornendo così un modello di rilascio ben definito a pH 6,8. L'uso della tecnologia elettrospray migliora le prestazioni del processo facilitando la formulazione di microsfere piccole e omogenee con un tasso più elevato di rigonfiamento e diffusione nel mezzo gastrointestinale.

Le perle formulate sono state caratterizzate da un test di forza mucoadesiva ex-vivo , dimensione delle perline, fattore di sfericità (SF), efficienza di incapsulamento (EE), microscopio elettronico a scansione (SEM), comportamento di rigonfiamento in vitro (SB) e rilascio di farmaci in vitro in terreni acidi e tampone. Tutte queste perle prodotte hanno dimostrato dimensioni modeste di 0,58 ± 0,01 mm e una forma sferica di 0,03 ± 0,00 mm in questo test. La formulazione ha mostrato promettenti proprietà di galleggiamento e rilascio in vitro. Con una percentuale cumulativa molto bassa di perline, l'EE dell'olio del 90,13% ± 0,93% era alto e lo studio di rilascio ha dimostrato oltre il 90% in pH 6,8 con una buona natura fluttuante nello stomaco. Inoltre, le perle erano uniformemente distanziate in tutto l'intestino. L'approccio di elettrospruzzatura utilizzato in questo protocollo può essere riproducibile, producendo risultati coerenti. Pertanto, questo protocollo può essere utilizzato per la produzione su larga scala a scopo di commercializzazione.

Introduzione

Il seme nero, e più in particolare il BSO, è stato utilizzato per secoli per curare una vasta gamma di malattie grazie alle sue proprietà medicinali ben consolidate. Il timochinone è forse una delle sostanze fitochimiche più importanti presenti nella BSO1. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno studiato i potenziali benefici terapeutici del timochinone in vivo e in vitro, producendo prove empiriche a sostegno dell'uso della BSO. Le proprietà antipertensive, antibatteriche, antistaminiche, antimicotiche, analgesiche, antidiabetiche, ipolipemizzanti e antinfiammatorie sono state tutte dimostrate da questi studi per la BSO, che può essere utilizzata per trattare sintomi come eczema, ipertensione, asma, tosse, mal di testa, influenza, febbre, antitumorale, vertigini e attività 2,3.

L'applicazione di coperture relativamente sottili su piccole goccioline di liquidi e dispersioni, o particelle di materiale solido, è nota come microincapsulazione. Quando si tratta di olio, l'olio microincapsulato è solitamente molto prezioso perché alcune forme di olio, come il BSO, sono considerate alimenti nutrienti e offrono vantaggi medicinali4. Tuttavia, l'aggiunta di oli direttamente alla matrice dell'alimento può portare alla volatilizzazione, che può causare la rapida scomparsa delle attività a causa dell'esposizione all'ossigeno e ai raggi UV5. Inoltre, la mancanza di controllo sulla velocità di rilascio degli oli si traduce in un effetto immediato e transitorio. La creazione di un rivestimento polimerico attorno all'olio essenziale mediante microincapsulazione o microsferificazione è un metodo per superare questi inconvenienti6.

Le microcapsule, note anche come microsfere, proteggono gli oli dalle condizioni ambientali dannose7. Questo processo è stato ampiamente utilizzato per aumentare l'efficacia dei farmaci, preservare il contenuto dei farmaci, consentire compresse a rilascio prolungato, migliorare il mascheramento del gusto, ridurre la perdita di sapore durante la durata di conservazione del prodotto, prolungare la sensazione in bocca e separare gli ingredienti incompatibili in un unico dosaggio8. La microincapsulazione aiuta anche a mantenere l'assorbimento metabolico, a controllare la velocità di rilascio dell'olio e a mantenere le concentrazioni appropriate per ottenere il risultato desiderato in una particolare posizione9.

L'incapsulamento elettro-idrodinamico è un metodo semplice e adattabile. Il principio attivo è alloggiato nel nucleo interno di una microcapsula, che è composta da un guscio esterno. A questo proposito, è dotato di una matrice abbastanza forte per garantire che il componente attivo possa essere diffuso in modo più efficace piuttosto che un nucleo chiaramente definito. Prima della sfericazione, il principio attivo e la soluzione polimerica devono essere combinati per produrre le microsfere9. D'altra parte, poiché l'olio è volatile, la sua microincapsulazione può essere estremamente difficile e richiede un attento controllo della temperatura.

Esistono vari metodi per incapsulare gli oli. Ad esempio, alcuni oli devono essere incapsulati a basse temperature per evitare la rottura o la volatilizzazione dei loro componenti bioattivi. Per creare strutture di dimensioni micro e nanometriche, l'atomizzazione elettroidrodinamica (EHDA) è stata ampiamente studiata dai ricercatori10. In questo senso, le condizioni di lavorazione, che includono la portata, la tensione applicata e la dimensione dell'ugello, nonché le proprietà della distanza di raccolta della soluzione polimerica, sono i due fattori primari che devono essere presi in considerazione per produrre la dimensione o la morfologia delle particelle desiderata11,12.

In questa indagine, gli alginati, un tipo di polisaccaridi presenti in natura adatti all'ingestione orale, sono stati utilizzati per incapsulare il BSO. Le alghe brune contengono alginato, un polimero anionico che si trova in natura. È costituito da due strutture monomeriche: acido α-L-guluronico (G) e acido 1-4βD-mannuronico (M)13. Il suo polimero non è tossico14, ha un alto grado di biocompatibilità, è poco costoso e si degrada efficacemente15. È, quindi, frequentemente impiegato nei settori delle biotecnologie e dell'ingegneria.

Gli alginati sono il materiale preferito per l'incapsulamento mediante gelificazione ionica perché possono creare una struttura reticolata tra i gruppi G di varie catene di alginato formando connessioni ioniche con cationi bivalenti come ioni Sr2+, Ca2+ o Zn2+. Il processo di gelificazione può essere adeguatamente caratterizzato dal modello a scatola di uova, che limita il catione bivalente a due gruppi carbossilici sulle molecole di alginato affiancate. È stato suggerito che le caratteristiche dell'idrogel delle perle di alginato di sodio possano regolare il rilascio di macromolecole e piccole molecole. Le perle di alginato di sodio possono aderire alla mucosa intestinale per un periodo di tempo prolungato a causa delle loro qualità muco-adesive. Inoltre, l'alginato offre uno scudo che può proteggere gli oli da elementi esterni come i mezzi acidi16 e trasferisce gli oli nei canali di erogazione del tratto gastrointestinale17. Da allora è stato impiegato nella ricerca per aiutare nella somministrazione sito-specifica di farmaci ai tessuti mucosi18,19.

L'approccio elettro-idrodinamico è stato utilizzato in questo studio per studiare la fattibilità dell'emulsione di oli commerciali per creare capsule20. Qui, l'approccio elettro-idrodinamico è stato utilizzato per generare e analizzare microsfere caricate con alginato-BSO20. Questo studio ha valutato una serie di altri fattori, tra cui l'SF, ex-vivo, le proprietà muco-adesive delle microsfere, l'EE%, l'aspetto fisico, la distribuzione dimensionale e il potenziale zeta; la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier a riflettanza totale attenuata (ATR-FTIR) è stata utilizzata per testare la compatibilità chimica20.

Protocollo

1. Preparazione dell'emulsione di alginato-BSO

  1. Disperdere il 10% p/v BSO in una soluzione di alginato di sodio all'1% p/v contenente lecitina 1, 3 e 5% p/v in un becher da 50 mL.
  2. Ottenere una nano-emulsione utilizzando un omogeneizzatore ad ultrasuoni. Impostare il livello di potenza al 20%. Eseguire l'omogeneizzatore per 55 s facendo clic sul pulsante di avvio per completare il processo.

2. Caratterizzazione dell'emulsione di alginato-BSO

  1. Analizzare il potenziale zeta e la distribuzione granulometrica
    1. Prelevare 0,1 mL dell'emulsione appena preparata in un becher di vetro da 25 mL e diluirla con 9,9 mL di acqua distillata.
    2. Prelevare 2,5 mL di questa soluzione diluita in una cuvetta di quarzo da 3 mL e collocare la cuvetta in una camera di misurazione.
    3. Aprire il coperchio e posizionare la cuvetta all'interno del dispositivo, assicurandosi che la cuvetta sia orientata correttamente rispetto al percorso del fascio di luce. Fare clic sull'icona di misurazione .
    4. Estrarre la cuvetta. Recuperare il campione o smaltirlo correttamente.
    5. Salva i dati come file pdf in una cartella personale per un ulteriore utilizzo.
  2. Determinare la stabilità dell'emulsione (ES)
    1. Assumere 5 ml di emulsione appena preparata in provette da centrifuga da 10 ml. Centrifugare le emulsioni (n = 3) per 5 minuti a 894 × g.
    2. Utilizzando l'equazione (1), determinare l'ES in base alla posizione dell'interfaccia di separazione di fase.
      figure-protocol-1(1)
      Dove Vemul è il volume dell'emulsione rimanente dopo la centrifugazione e Vinitial è il volume dell'emulsione iniziale.
  3. Preparazione delle perline
    1. Perline di alginato BSO
      1. Preparare le perle di alginato BSO utilizzando la tecnica elettrospray chiamata EHDA. Utilizzare un'emulsione BSO in peso/volume (p/v) composta da 10% BSO, 1% di alginato di sodio e 3% di lecitina).
      2. Utilizzando una pompa a siringa per regolare la portata, caricare l'emulsione in una siringa di plastica da 10 ml e spingerla attraverso un ago da 22 G. Collegare la punta dell'ago all'elettrodo positivo di un alimentatore ad alta tensione.
      3. Come collettore, utilizzare un becher messo a terra con 50 mL di cloruro di calcio all'1% p/p (bagno gelificante). Alternare la velocità di gocciolamento tra 1 mL/min e 3 mL/min a tensioni di 3, 5 e 7 kV mantenendo una distanza di 10 cm sopra la superficie della soluzione di cloruro di calcio.
      4. Per confermare la gelificazione completa, lasciare le perle nel bagno gelificante per 30 minuti mentre le si agita. Utilizzare un filtro in acciaio inossidabile per rimuovere le perle dal bagno di gelificazione e lavare le perle raccolte con acqua distillata ultrapura.
      5. Lasciare asciugare le perle per 16 ore a temperatura ambiente su un banco da laboratorio. Utilizzare l'equazione (2) per calcolare la resa percentuale delle perline.
        figure-protocol-2 (2)
    2. Perle di alginato senza BSO
      1. Preparare una soluzione all'1% p/v di alginato di sodio. Aggiungere alla soluzione lecitina a concentrazioni dell'1%, 3% e 5% p/v. Mescolare accuratamente la soluzione fino a quando la lecitina non si sarà completamente sciolta.
      2. Utilizzare la soluzione del passaggio 2.3.2.1 per preparare perle di alginato prive di BSO come descritto nei passaggi 2.3.1.2-2.3.1.5. Calcolare la resa utilizzando l'equazione (2).

3. Caratterizzazione del tallone

  1. Determinazione delle dimensioni e della forma
    1. Per accertare le dimensioni e la forma delle perline, utilizzare un analizzatore di immagini. Scatta foto con una fotocamera digitale delle perline bagnate e asciugate.
    2. Quindi, misurare il diametro del cordone utilizzando la barra graduata preinstallata dello strumento. Utilizzando i valori del diametro, calcolare l'SF dai valori del diametro ottenuti utilizzando l'equazione (3):
      SF = figure-protocol-3 (3)
      Dove Dmax rappresenta il diametro più grande che passa per il centro di un cordone (in mm), mentre Dper si riferisce al diametro che è perpendicolare a Dmax e passa per il centro del cordone (in mm).
      NOTA: Un SF pari a zero denota un cordone idealmente sferico, con valori di SF crescenti che indicano una maggiore deviazione da una forma sferica. Inoltre, le perline sono considerate sferiche se il loro SF è 0,05 o inferiore.

4. Determinazione della percentuale EE

  1. Disintegrare le perle in soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) per rimetterle in emulsione. Misurare l'assorbanza dell'emulsione risultante a 600 nm utilizzando uno spettrofotometro UV-vis.
  2. Utilizzare il valore di assorbanza per rappresentare la torbidità dell'emulsione. Create una curva standard utilizzando una quantità nota di BSO nell'emulsione.
  3. Calcolare l'EE% utilizzando l'equazione (4):
    figure-protocol-4(4)

5. Microscopia elettronica a scansione (SEM)

NOTA: Utilizzare il SEM per osservare la microstruttura e la morfologia superficiale delle perle di alginato BSO.

  1. Per ispezionare l'interno delle perline essiccate, tagliatene alcune. Individua le perline tagliate su tronchetti di alluminio e incollale usando nastri adesivi in carbonio.
  2. Rivestire le perle con un modulo sputter in carbonio in un evaporatore sottovuoto in un'atmosfera di argon. Applicare uno spessore di 100 Å e 50 Å per il rivestimento in carbonio.
  3. Acquisire immagini delle perle rivestite ad alto vuoto con un acceleratore di tensione compreso tra 10 kV e 15 kV.

6. Determinare l'interazione farmaco-eccipiente utilizzando ATR-FTIR

  1. Impostare i numeri d'onda dello strumento tra 4.000 cm−1 e 400 cm−1 utilizzando l'aria ambiente come sfondo e una risoluzione di 1 cm−1. Vedere il file supplementare 1.
  2. Registrare separatamente gli spettri di BSO, alginato di sodio, lecitina, cloruro di calcio, perle prive di BSO, perle di alginato-BSO e miscela fisica di principio attivo ed eccipienti (alginato di sodio, lecitina, cloruro di calcio e BSO).
    1. Posizionare il campione (5-10 mg) sull'area di campionamento. Regola 20 scansioni, risoluzione 4, forza manometrica 80, braccio di pressione con punta piatta. Verificare che l'opzione Incremento automatico rimanga impostata sull'opzione Vuoto in modo che lo spettro venga memorizzato automaticamente nella cartella desiderata.
    2. Per iniziare la misurazione del campione, fare clic sul pulsante [Campione]. Dopo aver selezionato [Campione], poiché non è previsto alcun periodo di attesa, assicurarsi di avere il campione pronto e la pinza di pressione ridotta. Analizza tutti i campioni singolarmente. Analizza individualmente tutti gli spettri registrati utilizzando il software di spettroscopia.

7. Calorimetria differenziale a scansione (DSC)

NOTA: Le proprietà termiche e la compatibilità delle perle caricate con BSO sono state studiate utilizzando DSC (Supplemental File 1).

  1. Sigillare le perle del peso di ~3,20 mg in una normale padella di alluminio. Riscaldare i campioni a una velocità di 10 °C/min mentre vengono analizzati a una temperatura compresa tra 50 e 350 °C sotto un flusso di azoto che scorre a una velocità di 20 L/min.

8. Caratteristiche di rigonfiamento delle perle

  1. Preparare 100 mg di perle di alginato-BSO essiccate.
  2. Preparare il fluido intestinale simulato (SIF) e il liquido gastrico simulato (SGF) in un recipiente di miscelazione pulito e asciutto di dimensioni adeguate: 6 L, 10 L o 25 L. Aggiungere acqua purificata a circa il 33% del volume richiesto: 2 L, 3 L o 8 L, e trasferire il contenuto del flacone di concentrato nel recipiente. Sciacquare la bottiglia con acqua purificata e aggiungere i risciacqui e l'acqua purificata al recipiente di miscelazione per ottenere il volume richiesto; Mescolare accuratamente. Misurare il pH e procedere se entro le specifiche; regolare il pH se necessario.
  3. Immergere le microsfere in 50 ml di terreno contenente fluido intestinale simulato (SIF) e liquido gastrico simulato (SGF). Mantenere le condizioni per 2 ore a 37 ± 0,5 °C.
    1. Rimuovere le perline gonfiate e filtrarle attraverso una rete metallica a intervalli predefiniti di 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 e 120 minuti o più. Usa un tovagliolo di carta per rimuovere il liquido in eccesso dalle perline gonfie.
    2. Misurare il peso delle perle pulite utilizzando una bilancia analitica elettronica. Determinare la percentuale di indice di rigonfiamento (%SI) utilizzando l'equazione (5):
      figure-protocol-5 (5)

Risultati

Preparazione di microsfere di alginato caricate con BSO
La Figura 1 rappresenta la configurazione sperimentale per preparare microsfere di alginato caricate con BSO. La quantità di lecitina utilizzata ha avuto un impatto considerevole sulla stabilità dell'emulsione BSO. Le emulsioni realizzate con tutte e tre le concentrazioni di lecitina erano relativamente stabili. Il metodo di centrifugazione (894 × g, 5 min) è stato utilizzato in questo esperimento per valutare la stabilità dell'emulsione20. I risultati hanno verificato che il tensioattivo, non la centrifugazione, ha un impatto maggiore sulla stabilità dell'emulsione BSO. Il potenziale zeta e la distribuzione granulometrica dell'emulsione sono stati caratterizzati come mostrato nella Tabella 1 e nella Figura 2.

Caratterizzazione delle perle

Dimensioni, forma ed EE
Le dimensioni, la forma e l'EE delle microsfere formulate sono riassunte nella Tabella 2. Le perle essiccate variavano da 1,86 ± 0,02 mm (F2 e F3) a 0,58 ± 0,01 mm (F8) e le perle bagnate erano comprese tra 4,76 ± 0,01 mm (F3) e 1,50 ± 0,02 mm (F8). La tensione elettrica e la portata dell'emulsione erano due dei principali parametri che influenzavano le dimensioni e la sfericità delle perle. Sia l'SF che la dimensione delle perle aumentavano con l'aumentare della portata, mentre queste variabili diminuivano con l'aumentare della tensione elettrica. Tuttavia, l'SF e la dimensione del cordone non sono diminuiti a un certo punto in cui la tensione elettrica e la portata sono state entrambe aumentate proporzionalmente. Questo studio rileva che le perle prodotte a una velocità di flusso di 2 mL/min e una tensione elettrica di 7 kV hanno costantemente le stesse dimensioni, forma e peso. I ricercatori hanno misurato la dimensione del perlato e hanno scoperto che era di 0,58 ± 0,01 mm. Sia per le formulazioni di perle umide che secche, l'EE variava da 67,20 ± 1,46% (F1) a 104,50 ± 4,04% (F8) e da 59,92 ± 0,90% (F1) a 90,13 ± 0,93% (F8), in quest'ordine. La proporzione di EE è aumentata insieme alla tensione e alla portata, il che potrebbe essere spiegato dall'alta tensione, che ha aumentato il legame della reticolazione alla soluzione gelificante di CaCl2 e ha prodotto spazi aggiuntivi per la reticolazione ionica. Di conseguenza, è rimasto intrappolato più olio ed è stata evitata la fuoriuscita di olio dalla matrice polimerica.

Uniformità del peso del tallone
I coefficienti di variazione del peso delle perle di alginato caricate con BSO variavano dall'1,37% al 3,93%. Secondo le ultime ricerche, il peso medio di tutte le perle caricate con BSO non differiva di oltre il 5%.

ATR-FTIR
Per determinare l'interazione all'interno degli ingredienti, è stato eseguito ATR-FTIR (Figura 3). L'alginato di sodio ha mostrato bande spettrali caratteristiche a 3400 cm-1 per lo stretching O-H e a 1595 e 1408 cm-1 per i gruppi C=O e C-C come risultato della vibrazione di stretching. Due bande distinte sono state trovate anche a 1600 e 1405 cm-1 in una precedente indagine, che erano collegate alle vibrazioni di allungamento simmetriche e asimmetriche dei gruppi -COOH, rispettivamente. Inoltre, il gruppo C-H era responsabile delle bande osservate negli spettri dell'alginato di sodio a 1316 e 1025 cm-1. Al contrario, gli spettri della lecitina hanno rivelato tre bande a 2922, 2853 e 1465 cm-1, corrispondenti ai gruppi C=O, C-H e C-C. I picchi di BSO che si sono distinti di più sono stati trovati a 2953 e 2853 cm-1 (C-H in CH2 e C=C-H, rispettivamente). Inoltre, poiché le catene di carbonio sono comuni negli acidi grassi, le bande che sono emerse a 1.753, 1.653 e 1.453 cm-1 suggerivano rispettivamente C=O, C=C e C-H.

DSC
L'analisi DSC è stata utilizzata per determinare il comportamento alla temperatura delle perle di alginato caricate con BSO e le loro interazioni con altri estrattori durante il processo di preparazione e sviluppo. La degradazione del polielettrolita è causata da processi di depolimerizzazione e disidratazione, molto probabilmente reazioni di ossidazione del polielettrolita e parziale decarbossilazione dei gruppi carbossilici protonati (Figura 4).

SEM
Utilizzando il SEM, le immagini della superficie delle perle essiccate ottimizzate con il caricamento BSO sono state catturate dalla telecamera. Ciò ha dimostrato che le perline avevano una superficie liscia, erano di forma sferica e avevano numerosi pori e canali attraverso il loro strato esterno (Figura 5).

Comportamento di gonfiore del tallone
Il rigonfiamento del tallone è un comportamento significativo che influenza il modello di rilascio del farmaco dei materiali polimerici21. Per valutare l'SB, le perle contenenti BSO sono state testate in SGF (0,1 N HCl, pH 1,2) e SIF (pH 6,8) (Figura 6).

Il restringimento dell'alginato a pH acido può spiegare la prima diminuzione dell'indice di rigonfiamento delle formulazioni di perline da F1 a F9 in SGF rispetto a SIF, che indica un SB sensibile al pH. Di conseguenza, le perle hanno mostrato una percentuale più elevata di SI in SIF dopo 30-90 minuti. L'SB delle perle in un pH alcalino può essere spiegato dallo scambio di ioni calcio, per cui la presenza di ioni fosfato sequestrante il calcio lega i gruppi carbossilici della matrice di lecitina di alginato reticolato agli ioni sodio nel tampone fosfato. Inoltre, le perle di alginato caricate con BSO reticolate gonfiate si sono disintegrate ed erose in 100-110 minuti e, a 120 minuti, tutte le formulazioni erano completamente erose.

L'obiettivo principale di questo studio è sintetizzare perle sensibili al pH caricate con olio di semi neri, a base di alginato, utilizzando la tecnica dell'elettrospruzzatura per rilasciare il farmaco dove viene normalmente assorbito: nell'intestino. Con un pH acido di 1,2, le perle si sono ridotte o hanno mantenuto la loro forma originale, il che ha diminuito la loro propensione a disintegrarsi. Al contrario, le perle di alginato caricate con BSO si gonfiano rapidamente se esposte a SIF (pH 6,8). Dopo 120 minuti, tutte e nove le formulazioni (F1-F9) si erano completamente dissolte nel SIF. Ciò è il risultato della presenza di ioni fosfato nel mezzo, che hanno aumentato la solubilità del complesso di alginato di sodio a livelli di pH più elevati. Il disaccoppiamento di alginato-sodio e la successiva rottura del gel nel tampone fosfato sono stati causati dalla maggiore affinità degli ioni fosfato per il Ca2+ rispetto agli ioni alginato.

figure-results-1
Figura 1: Configurazione sperimentale della tecnica di atomizzazione elettroidrodinamica per la fabbricazione di microsfere di alginato. Configurazione in tempo reale per la produzione di perline e perline bagnate appena preparate. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-2
Figura 2: Distribuzione granulometrica e potenziale zeta dell'emulsione caricata con olio di semi neri. (A) Distribuzione dimensionale e (B) distribuzione del potenziale zeta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-3
Figura 3: Riflettanza totale attenuata-Spettri infrarossi in trasformata di Fourier. (A) BSO, (B) alginato di sodio, (C) lecitina, (D) cloruro di calcio, (E) perle prive di BSO, (F) perline di alginato-BSO e (G) miscela fisica di principio attivo ed eccipienti (alginato di sodio, lecitina, cloruro di calcio e BSO). Abbreviazione: BSO = olio di semi neri. Questa cifra è stata modificata da Azad et al.20. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-4
Figura 4: Termogramma con calorimetria differenziale a scansione (DSC). (A) Perle prive di BSO e (B) Perle caricate con BSO. Questa cifra è stata modificata da Azad et al.20. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-5
Figura 5: Microfotografie elettroniche a scansione. (A, B) Perle essiccate in alginato-BSO che mostrano una morfologia superficiale liscia (25x e 100x); la presenza di pori e canali osservati nella fetta di perlina essiccata con un ingrandimento di (C) 100x e (D) 500x. Barre di scala = 100 μm (A-C), 20 μm (D). Questa cifra è stata modificata da Azad et al.20. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-6
Figura 6: Comportamento di rigonfiamento di perle di alginato caricate con olio di semi neri ottimizzate. (A) Mezzi acidi (pH 1,2) e (B) mezzi tampone (pH 6,8) [media ± SD, n = 3). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

% lecitina conc.Dimensione delle particelle (nm)PDIPotenziale zeta (mV)ES (%)
PrimaDopo la centrifugazionePrimaDopo la centrifugazionePrimaDopo la centrifugazione
1253,32±4,65282,93±14,110,392±,030,333±,06-43,1±,36-37,6±2,292,50±0,23
3334,51±12,82347.44±15.140,315±,040,358±,12-46,9±2,26-43,5±1,3294,83±0,42
5430.13±14.23463.23±8.910,422±,040,548±,11-51,4±2,75-45±1,0196,50±0,40

Tabella 1: Distribuzione granulometrica e analisi del potenziale zeta dell'emulsione caricata con olio di semi neri. *(n = 3, media ± SD). Abbreviazioni: PDI = indice di polidispersione; ES = stabilità dell'emulsione.

CodiceTensione (kV)Portata (ml/min)Dimensione del tallonea (mm)Fattore di sfericitàa (mm)Efficienza di incapsulamentoa (%)
BagnatoSeccoBagnatoSeccoBagnatoSecco
F1314.47±0.011.82±0.010,02±0,000,04±0,0067.20±1.4659,92±0,90
F2324.52±0.031.86±0.020,01±0,000,03±0,0068.22±3.0965,89±1,57
F3334,76±0,011.86±0.010,02±0,010,04±0,0070,76±0,8666.34±1.89
F4513.12±0.010,99±0,040,02±0,010,01±0,0170,11±0,5170,11±0,51
F5522,83±0,050,80±0,020,02±0,010,02±0,0286.89±1.6786.89±1.67
F6533.30±0.010,90±0,020,03±0,010,01±0,0186,63±0,8386,12±0,15
F7711.86±0.020,72±0,010,01±0,000,04±0,0082.16±2.5078,67±0,90
F8721,50±0,020,58±0,010,02±0,000,03±0,00104.50±4.0490,13±0,93
F9732,58±0,050,93±0,010,02±0,000,03±0,0196.04±3.6189,82±154

Tabella 2: Effetto della tensione (kV) e della portata (mL/min) sulla dimensione del microslatino, sul fattore di sfericità e sull'efficienza di incapsulamento. n = 3, media ± S.D. Questa tabella è stata modificata da Azad et al.20.

File supplementare 1: Misurazione della dimensione e della distribuzione delle particelle, ATR-FTIR e DSC. Clicca qui per scaricare questo file.

Discussione

Utilizzando il processo EHDA, sono state create microsfere di alginato caricate con BSO come vettore sensibile al pH. La rete di perle mostrava un rigonfiamento pH-dipendente e un comportamento di rilascio del farmaco a causa dell'abbondante presenza di gruppi acidi carbossilici. Il forte legame idrogeno intermolecolare tra le catene polimeriche si è rivelato essere la ragione alla base della diminuzione del carattere di rigonfiamento delle perle caricate con BSO a pH 1,2. Le perle caricate con BSO possono beneficiare di questa riduzione dell'SB per la somministrazione di farmaci sensibili al pH. Il pH ha avuto un impatto sulla BSO rilasciata dalle perle contenenti BSO. Questi risultati suggeriscono che le perle caricate con BSO possono fornire un metodo di somministrazione orale sicuro dei farmaci per una somministrazione migliore e mirata del farmaco nell'intestino.

La dimensione delle particelle dell'emulsione aumentava con l'aumento della concentrazione di lecitina. Questo fenomeno può essere attribuito all'aumento della viscosità associato a livelli più elevati di lecitina, che potrebbe influenzare le capacità di riduzione delle dimensioni dell'omogeneizzatore a ultrasuoni. Inoltre, l'aumento delle concentrazioni di lecitina contribuisce a creare uno strato più denso di tensioattivo attorno alle goccioline di olio, con conseguente aumento delle dimensioni delle particelle. L'aspetto microscopico dell'emulsione suggerisce che le emulsioni hanno mantenuto bene la loro stabilità. La concentrazione di lecitina può influenzare la distribuzione delle dimensioni delle particelle e il potenziale zeta20. Le emulsioni hanno mostrato una distribuzione granulometrica non omogenea, che può essere dovuta alla procedura di sonicazione manuale. Il potenziale zeta ha un ruolo chiave nel mantenimento della stabilità dei sistemi colloidali21. Le goccioline all'interno dell'emulsione hanno mostrato una carica significativamente negativa, che può essere attribuita alla carica negativa dell'alginato derivante dai gruppi funzionali ossidrilici e carbossilici all'interno della sua struttura molecolare22.

Nella caratterizzazione delle microsfere, le dimensioni, la forma e l'EE sono parametri significativi influenzati dalle condizioni di lavorazione. La relazione tra la tensione elettrica, la portata dell'emulsione e le caratteristiche risultanti delle microsfere indica un'interazione complessa che determina le proprietà finali delle microsfere. Quando si aumenta la portata, aumentano anche la dimensione del cordone e l'SF. D'altra parte, l'aumento della tensione elettrica diminuisce la dimensione del cordone e l'SF ma aumenta l'EE. Tuttavia, se la tensione elettrica e la portata vengono aumentate proporzionalmente, la dimensione del cordone e SF non diminuiscono in un punto specifico20. Anche la capacità di reticolazione all'esterno delle perle di alginato gioca un ruolo importante nel migliorare l'EE per gli oli all'interno dell'alginato. Uno studio precedente ha mostrato un EE ottimale del 98,30% per l'olio di lino incapsulato in perle di alginato essiccate in forno, con dimensioni delle perle comprese tra 1,90 mm e 2,94 mm e un SF compreso tra 0,044 e 0,168. Nonostante queste elevate efficienze di incapsulamento, il rilascio del farmaco nel sito previsto nel tratto digestivo è risultato essere solo dell'83%23. Un'altra indagine ha prodotto un EE simile del 98,7%, con dimensioni delle perle a 2,13 mm e un SF di 0,08 mm. Al contrario, le perle di alginato essiccate ed elettrospruzzate caricate con BSO in questo studio hanno dimostrato un EE del 90,13 ± 0,93%, con oltre il 90% della sostanza rilasciata con successo nel sito previsto nel SIF, secondo il nostro studio di rilascio. Ciò suggerisce che le nostre perle di alginato sono state efficacemente in grado di incapsulare e rilasciare quasi completamente BSO nella posizione desiderata24.

Secondo gli standard stabiliti dalla Farmacopea USP, tutte le formulazioni (F1-F9) soddisfacevano i requisiti per l'uniformità del peso25. Questa uniformità di peso riflette l'incapsulamento costante di BSO all'interno delle perle di alginato, facilitato dall'uso di tecniche elettroidrodinamiche. La dimensione e la forma ottimali delle perline, adatte alla somministrazione orale, sono state raggiunte in condizioni specifiche, il che rivela l'importanza di processi di produzione controllati con precisione. Inoltre, l'EE, che variava con la tensione e la portata, suggerisce che i parametri di processo possono essere regolati con precisione per massimizzare l'incapsulamento BSO. Ciò ha implicazioni significative per la biodisponibilità e l'efficacia del composto incapsulato, con efficienze di incapsulamento più elevate che potrebbero portare a migliori risultati terapeutici.

L'uniformità del peso delle perle, insieme alle analisi ATR-FTIR e SEM, fornisce informazioni sulla consistenza e l'integrità chimica delle perle di alginato26,27. L'analisi ATR-FTIR ha confermato la presenza di gruppi funzionali chiave e il successo dell'incorporazione di BSO all'interno della matrice di alginato28, mentre le immagini SEM hanno illustrato la forma sferica e la superficie liscia delle perle, essenziali per un comportamento di rilascio coerente. Lo studio SB ha illustrato le proprietà di gonfiore sensibili al pH delle sfere, che sono significative per il rilascio mirato del farmaco nell'intestino, assicurando che il BSO venga rilasciato dove può essere assorbito più efficacemente29. Questo comportamento sensibile al pH esemplifica il potenziale delle microsfere a base di alginato come promettente sistema di somministrazione di BSO, consentendo un rilascio mirato e controllato all'interno del tratto gastrointestinale.

Come risultato del successo dello sviluppo dello studio di perle di alginato sensibili al pH per il rilascio regolato di olio di semi neri, viene evidenziata la somministrazione di timochinone per il trattamento del cancro del colon. La produzione di perle di dimensioni uniformi con le proprietà di rigonfiamento desiderate e una buona efficienza di incapsulamento è stata facilitata dall'applicazione della tecnologia elettrospray. Queste perle hanno mostrato buone proprietà galleggianti, come dimostrato da un tasso di rilascio superiore al 90% in un ambiente con pH 6,8, garantendo una somministrazione mirata all'interno del tratto gastrointestinale. I risultati indicano una possibile strategia per aumentare la biodisponibilità dell'olio di semi neri riducendo il suo rilascio precoce nello stomaco. Questa tecnica ha un grande potenziale per la produzione su larga scala, aprendo le porte a una potenziale commercializzazione di trattamenti antitumorali in futuro.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Ringraziamenti

Questo studio è stato supportato dai ricercatori dell'Università Princess Nourah bint Abdulrahman che sostengono il progetto numero (PNURSP2024R30), Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riyadh, Arabia Saudita. Questa ricerca è stata finanziata dal Researchers Supporting Project number (RSPD2024R811), King Saud University, Riyadh, Arabia Saudita.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Provette da centrifuga da 10 mlGlobe Scientific 22-171-624
Ago da 22 gSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). 
cuvetta al quarzoSigma-Aldrich da 3 mL (St.Louis, Missouri, USA). 
becher
Tronchetti in alluminio 
Una bilancia
ATR-FTIRBruker Malaysia Sdn Bhd, Kawasan Perindustrian Temasya, 40150 Shah Alam, Selangor, Malesia.
Olio di semi neri         IKOP Pharmaceutical Ltd. (IKOP, Facoltà di Farmacia, IIUM, 25200 Kuantan, Pahang, MalesiaB182111Principio attivo
Cloruro di calcio disidratato, CaCl2 · 2H2O Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA).21074Gelificante
Nastri adesivi al
Centrifuga
Calorimetria differenziale a scansione 
Digitale    macchina fotografica 
Bicchiere a terra 
Alto contenuto di acido guluronico Alginato di sodio (mw. 97.000) con viscosità media (40 - 100 mPa s)Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). W201502Alimentatore
ad alta tensione
Alcool isopropilicoSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA).   W292912Pulizia ATR-FTIR
LecitinaSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). P7568Tensioattivo 
Microscopio
Tovagliolo di carta 
Microscopia
a scansione Fluido gastrico simulatoSigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). 1651Mezzi di rilascio e mezzi di gonfiore
Fluido intestinale simulato Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA).84082-64-4Mezzi di rilascio e mezzi di rigonfiamento
spettroscopia
Filtro in acciaio inossidabile 
Pompa a siringa SEN JIN SDN BHD Malesia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia
Acqua distillata ultrapura Fornito dal laboratorio
Omogeneizzatore ad ultrasuoniSEN JIN SDN BHD Malaysia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia
UV-vis spectrophotometer.
Evaporatore sottovuoto SEN JIN SDN BHD Malesia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malesia
Acceleratore di tensione SEN JIN SDN BHD Malesia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia
Zetasizer Nano-ZS(Malvern Zetasizer Nano series Nano-S e Nano-Z, Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, Regno Unito)
CAD4172Z276669da 50 mlanalitica elettronicacarbonio in polimero elettronicaSoftware peristituzionale

Riferimenti

  1. Benavides, S., Cortés, P., Parada, J., Franco, W. Development of alginate microspheres containing thyme essential oil using ionic gelation. Food Chem. 204 (8), 77-83 (2016).
  2. Agbaria, R., Gabarin, A., Dahan, A., Ben-Shabat, S. Anticancer activity of Nigella sativa (black seed) and its relationship with the thermal processing and quinone composition of the seed. Drug Des Devel Ther. 9 (1), 3119(2015).
  3. Wang, D., Qiao, J., Zhao, X., Chen, T., Guan, D. Thymoquinone inhibits IL-1β-induced inflammation in human osteoarthritis chondrocytes by suppressing NF-κB and MAPKs signaling pathway. Inflammation. 38 (7), 2235-2241 (2015).
  4. Beyki, M., et al. Encapsulation of Mentha piperita essential oils in chitosan-cinnamic acid nanogel with enhanced antimicrobial activity against Aspergillus flavus. Ind Crop Prod. 54 (3), 310-319 (2014).
  5. Hosseini, S. M., et al. Incorporation of essential oil in alginate microparticles by multiple emulsion/ionic gelation process. Inter J Biol Macromol. 62 (11), 582-588 (2013).
  6. Banerjee, S., et al. Influence of process variables on essential oil microcapsule properties by carbohydrate polymer-protein blends. Carbohydr Polym. 93 (2), 691-697 (2013).
  7. Sebe, I., Szabó, E., Zelkó, R. Advances in drug delivery via electrospun and electrosprayed formulations. In Emerging Drug Delivery and Biomedical Engineering Technologies. , CRC Press. 71-104 (2023).
  8. Akram, N., et al. Fabrication and characterization of PVA-WPI based nanofiber mats for improved viability of Lactobacillus rhamnosus GG. Foods. 12 (21), 3904(2023).
  9. Azad, A. K., Sinan, M. A. A., John, F. K., Bappaditya, C., Hriday, B. Electro-hydrodynamic assisted synthesis of lecithin-stabilized peppermint oil-loaded alginate microbeads for intestinal drug delivery. Int J Biol Macromol. 185 (8), 861-875 (2021).
  10. Chan, E. S. Preparation of Ca-alginate beads containing high oil content: Influence of process variables on encapsulation efficiency and bead properties. Carbohydr Polym. 84 (4), 1267-1275 (2011).
  11. Xie, J., Jiang, J., Davoodi, P., Srinivasan, M. P., Wang, C. H. Electrohydrodynamic atomization: A two-decade effort to produce and process micro-/nanoparticulate materials. Chem Eng Sci. 125 (3), 32-57 (2015).
  12. Zamani, M., Prabhakaran, M. P., Ramakrishna, S. Advances in drug delivery via electrospun and electrosprayed nanomaterials. Int J Nanomed. 8 (8), 2997(2013).
  13. Husain, O., Lau, W., Edirisinghe, M., Parhizkar, M. Investigating the particle to fibre transition threshold during electrohydrodynamic atomization of a polymer solution. Mater Sci Eng. C. 65 (8), 240-250 (2016).
  14. Wan, L. Q. Calcium concentration effects on the mechanical and biochemical properties of chondrocyte-alginate constructs. Cell Mol Bioeng. 1 (3), 93-102 (2008).
  15. Baimark, Y., Srisuwan, Y. Preparation of alginate microspheres by water-in-oil emulsion method for drug delivery: Effect of Ca2+ post-cross-linking. Adv Powder Technol. 25 (5), 1541-1546 (2014).
  16. Paques, J. P., Sagis, L. M. C., van Rijn, C. J. M., van der Linden, E. Nanospheres of alginate prepared through w/o emulsification and internal gelation with nanoparticles of CaCO3. Food Hydrocoll. 40 (10), 182-188 (2014).
  17. Suksamran, T. Biodegradable alginate microparticles developed by electrohydrodynamic spraying techniques for oral delivery of protein. J Microencapsul. 26 (7), 563-570 (2009).
  18. Wang, H., et al. Characterization, release, and antioxidant activity of curcumin-loaded sodium alginate/ZnO hydrogel beads. Int J Biol Macromol. 121 (1), 1118-1125 (2019).
  19. Bera, H., Boddupalli, S., Nayak, A. K. Mucoadhesive-floating zinc-pectinate-sterculia gum interpenetrating polymer network beads encapsulating ziprasidone HCl. Carbohydr Polym. 131 (10), 108-118 (2015).
  20. Azad, A. K., et al. Encapsulation of black seed oil in alginate beads as a pH-sensitive carrier for intestine-targeted drug delivery: In vitro, in vivo and ex vivo study. Pharmaceutics. 12 (3), 219(2020).
  21. Azad, A. K., et al. A dataset of microstructure features of electro-hydrodynamic assisted 5-fluorouracil-grafted alginate microbeads and physicochemical properties for effective colon targeted carriers drug delivery. Data in Brief. 53 (4), 110202(2024).
  22. Danaei, M., et al. Impact of particle size and polydispersity index on the clinical applications of lipidic nanocarrier systems. Pharmaceutics. 10 (2), 57(2018).
  23. Piornos, J. A., Burgos-Díaz, C., Morales, E., Rubilar, M., Acevedo, F. Highly efficient encapsulation of linseed oil into alginate/lupin protein beads: Optimization of the emulsion formulation. Food Hydrocoll. 63 (2), 139-148 (2017).
  24. Morales, E. Alginate/Shellac beads developed by external gelation as a highly efficient model system for oil encapsulation with intestinal delivery. Food Hydrocoll. 70 (9), 321-328 (2017).
  25. Nikoo, A. M., Kadkhodaee, R., Ghorani, B., Razzaq, H., Tucker, N. Electrospray-assisted encapsulation of caffeine in alginate microhydrogels. Int J Biol Macromol. 116 (9), 208-216 (2018).
  26. Shao, L., et al. Effect of cold-spray parameters on surface roughness, thickness and adhesion of copper-based composite coating on aluminum alloy 6061 T6 substrate. Processes. 11 (3), 959(2023).
  27. Li, W., et al. Effects of spraying parameters and heat treatment temperature on microstructure and properties of single-pass and single-layer cold-sprayed Cu coatings on Al alloy substrate. Surf Coat Technol. 30 (490), 131184(2024).
  28. US Pharmacopoeia National Formulary, USP 23/NF 18. , States Pharmacopoeia Convention Inc. Rockville, MD, USA. (2000).
  29. Chen, Y. -C., Ho, H. -O., Liu, D. -Z., Siow, W. -S., Sheu, M. -T. Swelling/floating capability and drug release characterizations of gastroretentive drug delivery system based on a combination of hydroxyethyl cellulose and sodium carboxymethyl cellulose. PLoS One. 10 (1), e0116914(2015).

Ristampe e permessi

Tag

Sferule di alginatorilascio di farmaci nel colonrilascio controllatorilascio di timochinoneforza mucoadesivamicroscopio elettronico a scansionerigonfiamento in vitro
Video in arrivo
Contattaci
Raccomanda alla biblioteca

Privacy

Termini di utilizzo

Politiche

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati.