Un metodo di congelamento-thawing per preparare idrogel chitosan-Poly (alcool vinile) senza agenti cross-linking e studi di rilascio diflunisali
14 gennaio 2020
Il metodo di congelamento-scongelamento viene utilizzato per produrre idrogel chitosan-polio(alcool vinile) senza agenti intertrainanti. Per questo metodo, è importante considerare le condizioni di congelamento (temperatura, numero di cicli) e il rapporto polimerico, che possono influenzare le proprietà e le applicazioni degli idrogel ottenuti.
Questo protocollo è significativo perché il nostro metodo di congelamento-scongelamento è un processo adatto per preparare idrogel biocompatibili da utilizzare in applicazioni biomediche, farmaceutiche o cosmetiche. Il vantaggio principale di questo metodo è che non utilizza agenti chimici di collegamento incrociato che possono causare un difetto alla nascita. Inoltre, le condizioni di congelamento utilizzate in questo metodo controllano la proprietà finale degli idrogel come i gradi.
Questo metodo può essere applicato agli idrogel con altre applicazioni. Questo fa uso per trattare l'inquinamento delle acque. In effetti, potrebbe essere utilizzato per produrre perline polimeriche utilizzate come contenitore d'acqua per una nuova cultura.
È importante omogeneizzare completamente la soluzione polimerica che misura. Altrimenti, gli idrogel presenteranno punti di cracking. Inoltre, è necessario fare attenzione ai tempi di congelamento in ogni ciclo.
Per iniziare questa procedura sciogliere 0,2 grammi di chitosano e 10 millilitri di acido acetico molare 0,1 a temperatura ambiente e mantenere l'agitazione meccanica continua durante la notte per preparare una soluzione chitosana al 2%. Il giorno dopo, sciogliere un grammo di PVA e 10 millilitri di acqua distillata e mescolare a 80 gradi Celsius per un'ora. Utilizzare un agitatore magnetico per mescolare una quantità uguale di entrambe le soluzioni a temperatura ambiente fino a quando non sono omogenee.
Versare le miscele sulle piastre di Petri. Lasciare i campioni a pressione atmosferica per due ore a degas. Congelare gli idrogel a meno quattro gradi Celsius, meno 20 gradi Celsius o meno 80 gradi Celsius per 20 ore e quattro cicli.
Congelare un altro idrogel a meno 80 gradi Celsius per 20 ore utilizzando cinque o sei cicli di congelamento. Dopo il terzo ciclo di congelamento, lavare gli idrogel con acqua deionizzata. Alla fine dell'ultimo ciclo di congelamento congelare asciugare gli idrogel a meno 50 gradi Celsius per 48 ore e mescolare per un'ulteriore caratterizzazione.
Quando sei pronto per eseguire la caratterizzazione FT-IR, posiziona un piccolo pezzo di idrogel nello spettrofotometro FT-IR in modalità ATR. Prendi lo spettro FT-IR da 4000 a 600 lunghezze d'onda. In primo luogo, ritagliare i dischi dall'idrogel che hanno un diametro di 13 millimetri e un'altezza di 10 millimetri.
Pesateli. Incubare i dischi in 50 millilitri di acqua deionizzata a 25 gradi Celsius mentre si trema. Ogni 30 minuti rimuovere il campione dal mezzo.
Asciugare il campione per eliminare l'acqua in eccesso e pesarla. Quindi calcola il grado di gonfiore ed esegui la microscopia elettronica e l'asimmetria dei pori come delineato nel protocollo di testo. Prima del caricamento, preparare quattro litri di soluzione diflunisale a 15 milligrammi per litro e mescolare durante la notte.
Confermare la concentrazione della soluzione mediante spettroscopia UV-Vis. Quindi gonfiare 400 milligrammi di campioni di idrogel liofilizzato e sei millilitri di acqua distillata per 24 ore. Per il caricamento, riempire un pallone con 50 millilitri di soluzione diflunisale e mantenere a 25 gradi Celsius con agitazione costante.
Immergere ogni idrogel gonfiato nel pallone. Successivamente, prendere 2 aliquote millilitri della soluzione diflunisale rimanente in momenti diversi per determinare la regione dell'altopiano della curva. Dopo 24 ore, sostituire la soluzione con una nuova.
Misurare l'assorbanza di ogni aliquota a 252 nanometri e determinare la concentrazione di Diflunisal presente nella soluzione utilizzando la curva di calibrazione di Diflunisal. Determinare la quantità di Diflunisal trattenuta nell'idrogel e l'efficienza di incapsulamento come delineato nel protocollo di testo. Quindi congelare gli idrogel caricati a meno 80 gradi Celsius e li lifilizzare a meno 50 gradi Celsius.
Per il rilascio di farmaci, immergere 300 milligrammi di idrogel liofilizzato caricato con Diflunisal e 50 millilitri di tampone fosfato a pH 7,4 e a 25 gradi Celsius. Mantenere l'agitazione costante. Prelevare due aliquote millilitri in momenti diversi e sostituirle con mezzo fresco per mantenere un volume costante.
Determinare lo spettrofotometrico rilasciato da Diflunisal a 252 nanometri in base a una curva di calibrazione. Successivamente, dedurre il meccanismo predominante di rilascio del farmaco negli idrogel come delineato nel protocollo di testo. Qui gli idrogel CSPVA vengono preparati senza agenti retiche utilizzando un metodo di congelamento-scongelamento.
Lo spettro FT-IR mostra sette segnali caratteristici di entrambi i polimeri. Tutti gli idrogel CSPVA mostrano una superficie altamente porosa e si osservano cambiamenti distintivi in base alle condizioni di preparazione. Gli idrogel preparati a meno quattro gradi Celsius presentano i pori più grandi.
Gli idrogel preparati a meno 80 gradi Celsius sembrano avere una rete più porosa e il numero di cicli di congelamento sembra promuovere pori più definiti e circolari. Tuttavia, gli idrogel preparati con sei cicli di congelamento a meno 80 gradi Celsius mostrano meno permeabilità rispetto a quelli preparati con quattro cicli di congelamento a meno 80 gradi Celsius probabilmente a causa della loro elevata tortuosità, che si rifletteva nel minore volume totale di intrusione. Nel comportamento di gonfiore gli idrogel assorbono rapidamente grandi quantità di acqua, mantenendo dieci volte il loro peso per le prime cinque ore e fino a 15 volte il loro peso dopo 20 ore.
Osservando l'effetto della temperatura si vede che l'idrogel preparato con quattro cicli di congelamento a meno 80 gradi Celsius mostra meno capacità di gonfiore nelle prime cinque ore. Il numero di cicli di congelamento non è visto per creare differenze in nessun momento. La cinetica di rilascio di Diflunisal dagli idrogel viene mantenuta per circa 30 ore in tutti i casi con l'idrogel preparato con quattro cicli di congelamento a meno 80 gradi Celsius, rilasciando la quantità più alta.
Non c'è differenza nel rilascio tra l'idrogel preparato con quattro cicli di congelamento a meno 80 gradi Celsius e l'idrogel preparato con sei cicli di congelamento a meno 80 gradi Celsius. La cosa più importante da ricordare quando si tenta questa procedura sono le condizioni di congelamento. È necessario iniziare da quasi tre cicli di congelamento per ottenere un idrogel completato e formato.
Questo metodo potrebbe essere combinato con la coltura cellulare per valutare la biocompatibilità in vitro. Potrebbe anche essere combinato con studi di degradazione. Dopo lo sviluppo di queste procedure ci siamo resi conto che potevamo esplorare la possibilità di incorporare altri polimeri nella miscela o anche composti naturali come l'aloe vera.
Ciò ci consentirebbe di incorporare nuove proprietà in questi materiali.
Visualizza la trascrizione completa e accedi a migliaia di video scientifici
Panoramica
Il metodo di congelamento-scongelamento è un processo significativo per la produzione di idrogeli biocompatibili a base di chitosano-poli(alcol vinilico) senza l'uso di agenti di reticolazione chimica. Questo metodo è fondamentale per controllare le proprietà e le applicazioni degli idrogeli, rendendoli adatti a diverse utilizzazioni nel campo biomedico, farmaceutico e cosmetico.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito Scientifico
- Biomateriali
- Idrogeli
- Applicazioni biomediche
Sfondo
- Il metodo di congelamento-scongelamento evita l'uso di agenti chimici di reticolazione dannosi.
- È importante ottimizzare le condizioni di congelamento per ottenere le proprietà desiderate dell'idrogel.
- Questo metodo può essere adattato a diverse applicazioni, inclusa il trattamento delle acque.
- Gli idrogel prodotti possono essere utilizzati in svariati campi come farmaceutica e cosmetica.
Scopo dello studio
- Sviluppare un metodo per la creazione di idrogeli biocompatibili.
- Esplorare gli effetti delle condizioni di congelamento sulle proprietà degli idrogeli.
- Indagare le possibili applicazioni degli idrogeli in diversi settori industriali.
Metodi Utilizzati
- Cicli di congelamento-scongelamento per creare idrogeli.
- Regolazione dei rapporti tra i polimeri per modificare le caratteristiche degli idrogeli.
- Valutazione della biocompatibilità degli idrogeli prodotti.
- Test degli idrogeli per diverse applicazioni, inclusi il trattamento dell'inquinamento delle acque.
Risultati principali
- Gli idrogeli prodotti erano biocompatibili e adatti ad applicazioni biomedicali.
- Le condizioni di congelamento hanno influenzato in modo significativo le proprietà degli idrogeli.
- Il metodo ha dimostrato versatilità per altre applicazioni, come il trattamento delle acque.
- Gli idrogeli possono essere utilizzati per creare microsfere polimeriche per nuovi sistemi di coltura.
Conclusioni
- Il metodo di congelamento-scongelamento è efficace per produrre idrogeli di chitosano-poli(vinil alcol).
- Questo approccio elimina la necessità di agenti di reticolazione chimici, migliorando la sicurezza.
- Ulteriori ricerche possono ampliare le applicazioni di questi idrogeli in vari settori.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
Il metodo di congelamento-scongelamento consente la produzione di idrogeli biocompatibili a base di chitosano-poli(vinile alcol) senza l'uso di agenti di reticolazione tossici, affrontando le preoccupazioni relative alla sicurezza nello sviluppo di materiali farmaceutici. Controllando la temperatura di congelamento e il numero di cicli, i ricercatori possono regolare la porosità dell'idrogel, la capacità di rigonfiamento e i profili di rilascio del farmaco, garantendo prestazioni prevedibili nei sistemi di somministrazione di farmaci. Questo approccio supporta la selezione in fase iniziale delle formulazioni, fornendo una piattaforma regolabile e riproducibile per la valutazione di vettori a base polimerica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Permette una riduzione del rischio meccanicistica dei sistemi di somministrazione a base di idrogel isolando l'effetto delle condizioni di congelamento sulle proprietà del materiale.
- Valore operativo: Fornisce un processo standardizzato e privo di reagenti per la produzione di lotti di idrogel omogenei, da utilizzare nelle valutazioni preliminari di biocompatibilità e di carico del farmaco.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera idrogeli con cinetiche di rigonfiamento e di rilascio del farmaco quantificabili, adatti alla valutazione ad alto rendimento dell'efficienza di incapsulamento del diflunisal.
- Valore operativo: Favorisce la riproducibilità del saggio attraverso parametri controllati di congelamento-scongelamento che minimizzano la variabilità tra lotti nella struttura porosa e nel comportamento di rigonfiamento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Dimostra un rilascio prolungato di diflunisal per oltre 30 ore attraverso meccanismi mediati dalla diffusione, supportando la modellizzazione predittiva delle prestazioni in vivo.
- Valore operativo: Consente decisioni di avanzamento basate sulla valutazione del rischio, correlando le condizioni di congelamento con i profili di rilascio del farmaco e l'integrità dell'idrogel.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si inserisce nel percorso iniziale della scoperta, in cui la formulazione dell'idrogel guida l'identificazione del composto promettente e la valutazione preclinica dei sistemi di somministrazione dei farmaci.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi su come le proprietà dei materiali influenzino la cinetica di rilascio del farmaco e la biodisponibilità.
- Screening: Fornisce piattaforme di idrogel riproducibili con parametri misurabili di rigonfiamento e rilascio, utili per lo screening delle formulazioni dei composti.
- Analisi: Fornisce dati quantitativi sulle percentuali di rigonfiamento e sul rilascio del farmaco, che consentono il confronto tra diverse variabili di formulazione.
- Ricerca traslazionale: Collega la progettazione dell'idrogel alla continuità preclinica attraverso profili dimostrati di ritenzione e rilascio del farmaco.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce un metodo di produzione di idrogel riutilizzabile e non tossico, applicabile a diversi candidati farmaceutici e sistemi polimerici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Previsione affidabile del comportamento di rilascio del farmaco mediante modellizzazione meccanicistica (Korsmeyer-Peppas, Higuchi) e riduzione dell'ambiguità formulativa.
- Valore operativo: Standardizzazione e scalabilità grazie a condizioni di congelamento e numero di cicli definiti, che garantiscono coerenza tra i lotti.
- Valore strategico: Miglioramento delle decisioni di avanzamento o interruzione dello sviluppo, consentendo una valutazione precoce della capacità di carico del farmaco e della cinetica di rilascio, senza l'uso di agenti di reticolazione citotossici.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione basata sul rischio delle formulazioni di idrogel, in funzione dei profili di rigonfiamento e di rilascio regolabili, allineati ai requisiti terapeutici.
Considerazioni relative all'implementazione
- Richiede competenze nella preparazione e omogeneizzazione di soluzioni polimeriche per evitare punti di frattura nei idrogeli.
- È dipendente da un controllo preciso della temperatura (-4°C, -20°C, -80°C) e dei tempi (20 ore per ciclo) per ottenere risultati riproducibili.
- Necessita della standardizzazione dei cicli di congelamento-scongelamento (4–6) e delle fasi di post-elaborazione (lavaggio, liofilizzazione) tra diversi gruppi di lavoro.
- Le considerazioni per l'adattamento includono la regolazione dei rapporti polimerici e dei parametri di congelamento per diverse molecole farmacologiche o applicazioni biomediche.
- I limiti pratici comprendono la necessità di tempi prolungati di lavorazione (più cicli di 20 ore) e una manipolazione accurata durante la liofilizzazione per mantenere l'integrità dell'idrogel.
