フシジン酸を充填したヒドロゲルフィルムの製剤を、異なる アロエベラ 比で開発し、この研究で特徴付けました。
フシジン酸を充填したヒドロゲルフィルムの製剤を、異なる アロエベラ 比で開発し、この研究で特徴付けました。
新しいフシジン酸を充填したヒドロゲルフィルムを、アルギン酸塩とアロエベラを用いた溶媒鋳造技術によって調製しました。ヒドロゲルフィルムは、アルギン酸ナトリウム、アロエベラ、グリセリンの異なる比率を使用して最適化しました。10%グリセリン(アルギン酸w/w)を含有するフィルムが最高の外観を示しました。アロエベラを組み込むと、ハイドロゲル膜の厚さ、膨潤挙動、水蒸気透過性、および薬物放出プロファイルに影響を与えました。アロエベラの含有量が高いと、フィルムが厚くなり(一定の割合まで)、膨潤が増加し、水蒸気透過性が低下し、12時間で最大93%の薬物放出が延長されました。フーリエ変換赤外分光法(FTIR)分析により、主要な官能基の存在とハイドロゲル成分間の相互作用が確認されました。この研究は、アルギン酸ナトリウム、アロエベラ、およびグリセリンの組み合わせが、ハイドロゲルフィルムの機械的特性と薬物放出プロファイルを改善できることを示唆しており、ハイドロゲルフィルムを局所薬物送達および創傷治癒アプリケーションの強化のための有望な選択肢にしています。
フシジン酸は、Fusidium coccineumに由来する強力なステロイド系抗生物質です。ブドウ球菌性皮膚感染症や膿痂疹の治療に広く使用されています。本剤は、抗生物質耐性株に対しても高い有効性を有し、毒性も低いため、皮膚感染症1の管理に適した薬剤です1。他の局所抗生物質とは異なり、フシジン酸は皮膚の奥深くまで浸透し、特に皮膚の保護バリアが損傷している領域で抗菌効果を高めます。その構造は、汎用性の高い溶解性特性を可能にし、体組織全体に広く分布することを可能にし、これはさらに、より優れた水溶解性と浸透率2,3のために、そのフシジン酸ナトリウムの形で強化されます。フシジン酸は、経口、静脈内、局所など、さまざまな方法で投与でき、さまざまな治療ニーズに適応し、さまざまな感染症に柔軟に対応できます4。
ハイドロゲルは、その高い含水量と生体適合性により、創傷治療における抗生物質の革新的な担体として浮上し、水分保持、薬物放出の制御、および患者の転帰の改善を実現します。それらは、アルギン酸のような天然または合成ポリマーから作られており、アルギン酸は、その強力な生体適合性、手頃な価格、および天然組織の細胞外マトリックスを模倣するゲル化特性で好まれています5。特にアルギン酸ベースのハイドロゲルは、創傷治癒を助長する湿った環境を提供し、創傷に付着せず、容易に除去できるため、生理活性物質の送達や組織再生のサポートに最適です。抗生物質をカプセル化するハイドロゲルの開発は、創傷ケアにおける大きな進歩を表しており、標的薬物送達と持続的な治療効果を確保しています6,7。
提案されたフシジン酸を充填したアルギン酸/アロエベラハイドロゲルは、フシジン酸の溶解性の課題を克服し、その皮膚浸透を強化することを目的としています。肌にやさしく、保湿性があり、抗菌性があることで知られるアロエベラは、化学浸透促進剤としても機能し、皮膚感染症の治療におけるフシジン酸の有効性を向上させる可能性があります8,9。この革新的な製剤は、アロエベラとアルギン酸ヒドロゲルの相乗効果を活用して、治癒を助長する環境を作り出し、薬物送達を最適化し、皮膚感染症の治療を強化するための有望なソリューションを提供します。フシジン酸の強力な抗菌活性を最大限に活用し、送達と治癒結果を改善します10。
本試験で使用した試薬および装置の詳細は、 材料表に記載されています。
1. フシジン酸ハイドロゲル膜の作製
2. 膜厚の決定
3.腫れ指数の決定

4.水蒸気透過性または閉塞試験

5. フーリエ変換赤外分光法(FTIR)
6. 示差走査熱量測定(DSC)
7. 薬物放出試験
アルギン酸/アロエベラ ヒドロゲルフィルムの調製
アルギン酸ナトリウム、 アロエベラ、およびグリセリンの異なる比率を使用して、ヒドロゲルフィルムの製剤を調製しました。製剤の最終調製および評価は、10%グリセリン(アルギン酸w/w)のみを用いて行った。 図1 は、 アロエベラ の比率が異なるヒドロゲルフィルムを示しています。この選択は、他のグリセリン比では必要な接着性と柔軟性が得られず、フィルムの形成が不適切になるために行われました。フィルムの強い接着性と弾力性は、アルギン酸ナトリウムとグリセリンの存在によるものでした。 アロエベラ の添加は外観を変えませんでしたが、調製中の溶液の粘度に影響を与えました。
厚さ
厚さの結果を 表1に示します。アルギン酸塩のみを含有する対照試料Aの厚さは0.11mmであった。サンプルBとCで アロエベラ の割合が増加すると、膜厚は増加し、それぞれ0.13mmと0.12mmでした。しかし、 アロエベラの割合が最も高いサンプルDは、0.09mmと最も薄いフィルムを持っていました。これらの結果から、 アロエベラ の添加は、膜厚にある程度の影響がある可能性があると思われます。
膨潤指数
ハイドロゲルがさまざまな液体を吸収する能力を評価することは、この研究の重要な側面です。焦点は、ポリマーがさまざまな条件下で膨潤する能力を理解することにあります。 図2に示すように、経時的な膨潤指数の結果は、 アロエベラ の濃度の変化がアルギン酸塩ベースのフィルムの吸水能力に及ぼす影響を明らかにしています。 アロエベラ (A)が0%のフィルムは、24時間後に最も低い膨潤指数(364.8%)を示しました。対照的に、 アロエベラ の含有量が増加したサンプルは、膨潤指数が徐々に高くなり、25:75のフィルム(D)は最高値の約549%に達しました。これらの結果は、 アロエベラ の親水性がフィルムの膨潤挙動を高めるのに重要な役割を果たしていることを示しています。 図3 は膨潤前と膨潤後のハイドロゲル膜を示しています。
水蒸気透過性または閉塞試験
フィルムの水蒸気透過性は、フィルムがある場合とない場合でビーカー内の水の量を比較することによって評価されました。 表2に示す結果によると、 アロエベラ を含まない対照サンプルは閉塞効果を示さなかったが、他のサンプルは アロエベラの添加により閉塞因子の増加を示した。サンプルBの閉塞率は13.2で、サンプルCとDの閉塞率は20と最も高かった。これは、 アロエベラ の添加がアルギン酸塩フィルムの水蒸気透過性(WVP)を低下させるのに役立ったことを示しています。
FTIRによる構造解析
図4は、フシジン酸を含むハイドロゲル製剤のFTIRスペクトルと、アルギン酸ナトリウム、アロエベラ、グリセリン、フシジン酸などの原材料のスペクトルを示しています。ハイドロゲル製剤のスペクトルは、約3200〜3400cm-1の広い吸収帯と約1636cm-1の帯を示しており、これはアルギン酸ナトリウム、アロエベラ、およびグリセリンに起因するO-H基の伸張、ならびにアルギン酸COO基の非対称伸張振動、それぞれに対応する13。さらに、約1330-1340 cm-1の吸収ピークはC-H基の曲げ振動を反映しており、1171 cm-1のピークはアルギン酸ナトリウムのC-O伸縮振動に関連しています。
示差走査熱量測定(DSC)
示差走査熱量測定(DSC)を使用して、アルギン酸ナトリウム、アロエベラ、純粋なフシジン酸、および薬物を充填したヒドロゲルフィルムの熱挙動を分析しました。アルギン酸ナトリウムのサーモグラムは、約 132 °C で吸熱ピークを示しました( 図 5 を参照)。一方、 アロエベラ のサーモグラムは複数のピークを示しました。純粋なフシジン酸の DSC 分析では、184.5 °C でシャープで明確な吸熱ピークが示されました。 薬物を充填したハイドロゲルフィルムでは、103 °C から 170 °C の間に幅の広いピークのみが検出され、成分や薬物の融解ピークはありませんでした。
薬物放出
in vitro 薬物放出は、pH 7.4 の PBS 溶液を使用して、24 時間を超えるすべてのサンプルについて調べました。フィルムサンプルは、おそらくコンパクトなヒドロゲル構造による薬物の緩やかな放出を示しました。図6に示すように、アロエベラを含むサンプルは12時間以内に89.7〜93%のフシジン酸放出を示しましたが、アロエベラを含まない対照フィルムは12時間後にすべての薬物を放出しました。フシジン酸について、異なる放出速度論モデルを評価しました。結果を表3に示します。薬物放出の結果は、最も高いR2値を示したゼロ次放出モデルに最も適合しました。

図1:フシジン酸を充填したヒドロゲルフィルムの物理的外観。 フシジン酸を充填したアルギン酸/アロエベラ ヒドロゲルフィルムを、(A)100:0、(B)90:10、(C)80:20、(D)75:25のさまざまな比率で、4倍の倍率で観察した写真。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:ハイドロゲルフィルムの膨潤指数。 フシジン酸を充填したアルギン酸/アロエベラ ヒドロゲルフィルムの膨潤指数の割合を、(A)100:0、(B)90:10、(C)80:20、(D)75:25のさまざまな比率で示しました。エラーバーは標準偏差(SD)を表し、n = 3です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:膨潤前後のハイドロゲルフィルム。 膨潤前と膨潤後(B)のハイドロゲル膜の比較により、膨潤過程による物理的外観の変化を示す。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:FTIRスペクトル解析。 さまざまな成分および製剤のFTIRスペクトル:(A)フシジン酸、(B)アルギン酸ナトリウム、(C) アロエベラ、(D)グリセリン、(E)製剤100:0、(F)製剤90:10、(G)製剤80:20、および(H)製剤75:25。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:ハイドロゲル製剤のDSCサーモグラム。 ヒドロゲル製剤、フシジン酸、アルギン酸塩、 およびアロエベラの示差走査熱量測定(DSC)サーモグラム、熱特性と遷移を示します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:ハイドロゲルフィルムからの累積薬物放出。 フシジン酸を充填したアルギン酸/アロエベラ ハイドロゲルフィルムからの累積薬物放出を、(A)100:0、(B)90:10、(C)80:20、(D)75:25の異なる比率で。エラーバーは標準偏差(SD)を表し、n = 3です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| フィルムサンプル | 厚さ(mm) |
| A(100:0) | 0.11 ± 0.01 |
| B(90:10) | 0.13 ± 0.01 |
| C(80分20秒) | 0.12 ± 0.01 |
| D(75分25秒) | 0.09±0.01 |
表1:ヒドロゲルフィルム配合の厚さ。 さまざまなアルギン酸/アロエベラ ヒドロゲルフィルム配合物の厚さの測定、n = 3。
| サンプル | 水量(mL)の削減 | オクルーシビティファクター |
| コントロール | 2.50±0.00 | - |
| A(100:0) | 2.50±0.41 | 0 |
| B(90:10) | 2.17 ± 0.24 | 13.2 ± 0.5 |
| C(80分20秒) | 2.00 ± 0.11 | 20.0 ± 0.3* |
| D(75分25秒) | 2.00±0.02 | 20.0 ± 0.21* |
表2:水量と閉塞率の減少。 アルギン酸/アロエベラ ハイドロゲルフィルム製剤の水量(mL)と閉塞率の減少に関するデータ(n = 3)。*p≤ 0.005。
| ゼロオーダー | ファーストオーダー | コルスマイヤー・ペッパス | 樋口 | ||
| F1の(100:0) | Rの2 | 0.995 | 0.6607 | 0.9925 | 0.9142 |
| F2の (90:10) | Rの2 | 0.995 | 0.667 | 0.9917 | 0.9141 |
| F3 (80:20) | Rの2 | 0.995 | 0.6674 | 0.9917 | 0.9141 |
| F4 (75分25秒) | Rの2 | 0.995 | 0.6674 | 0.9917 | 0.9141 |
表3:フシジン酸の放出速度。 ヒドロゲル製剤からのフシジン酸の相関係数と放出速度論は、分析に使用された数学的モデルを実証しています。
フシジン酸は、 アロエベラ とグリセリンのさまざまな比率でアルギン酸ヒドロゲルフィルムに組み込まれました。 アロエベラ の存在は外観に影響を与えませんでしたが、調製中に アロエベラ を含有する溶液中の粘度の低下が観察されました。厚さ試験の結果は、 アロエベラ の含有がある程度フィルムの厚さに何らかの影響を与える可能性があることを示唆していますが、それは重要とは見なされていません。一般に、すべての用途に適した理想的な厚さは1つではありません。しかし、研究によると、フィルムの接着特性と機械的特性は厚さの影響を受け、フィルムが薄いほど水蒸気の遷移速度が速くなり、創傷治癒のための湿った環境がより適切に維持される可能性があることが示されました14。
ハイドロゲルの膨潤能力に関する研究は、ポリマーがさまざまな液体を吸収する能力を評価することを目的としており、研究の重要な焦点です。その結果、 アロエベラの 親水性がフィルムの膨潤挙動の改善に大きく寄与していることが分かっています。増加した膨潤指数は、 アロエベラ が、おそらく水分を保持し、フィルムマトリックス15内に水和ゲル状構造を作り出すことによって、より大きな吸水を促進したことを示している。ヒドロゲルフィルムの観察された膨潤挙動は、 アロエベラの多糖類含有量によるものかもしれません。低レベルでは、多糖類はアルギン酸鎖間の結合を妨げる可能性があり、その結果、構造がコンパクトでなくなり、初期膨潤が少なくなる可能性があります。しかし、高濃度では、これらの多糖類は架橋を助け、より多くの水分を保持し、膨潤指数16を増加させることができるより密度の高いネットワークを作り出すことができる。
食用フィルムの水蒸気透過性(WVP)は、フィルムに含まれる親水性基と非親水性基の割合によって決まります。この比率は、フィルムマトリックスが水の分子とどのように相互作用するかにおいて主要な役割を果たす17。 アロエベラ の組み込みにより、アルギン酸塩フィルムのWVPが減少しました。同様の結果は、キトサンおよび アロエベラ 抽出物濃度がキトサンバイオフィルムの物理化学的特性に及ぼす影響を調査する別の研究でも得られ、 アロエベラ18の添加により水蒸気透過性の低下が報告されました。WVPの減少は、 アロエベラ とアルギン酸に見られる高分子サイズの多糖類との間の相互作用から生じる可能性があり、これにより水の移動に利用可能な全分子間空間が最小限に抑えられる19。その結果、効果は軽微ですが、 アロエベラ を組み込んだハイドロゲルフィルムは、対照フィルムと比較して強化された閉塞効果を示しました。これにより、創傷部位内に暖かく湿った環境を作り出すことができ、組織の壊死を減らし、細胞コミュニケーションを促進することにより創傷治癒を助ける可能性がある20。
全てのヒドロゲルフィルムサンプルは、おそらくハイドロゲル21のコンパクトな構造に起因するであろう、緩やかな薬物放出を示した。その結果、アロエベラの含有量が増加すると、薬物放出がわずかに遅くなり、薬物放出効果が持続することが明らかになった。これは、Mahmoodらの知見と一致しており、アロエベラベースのポリマーネットワークを利用することが、持続的な薬物送達を達成するための効果的な方法を提供することを示しています22。FTIR分析は、カプセル化された化学分子を迅速かつ効率的に同定するために不可欠です。これは、薬物の取り込み23に起因するバンドの伸張または曲げの変化など、ポリマー内の化学的変化を調べるために特に価値があります。フシジン酸に関連するすべてのピークは、すべてのフシジン酸を充填したハイドロゲルに存在しないことがわかり、フシジン酸がハイドロゲルにうまく取り込まれたことが示されました。図4に示す所見によれば、フシジン酸を充填したハイドロゲル膜は、103°Cから170°Cの間に広いピークを示し、明らかな成分や薬物融解ピークはありませんでした。これは、薬物および成分が分子レベルでハイドロゲル内に均一に分布していたことを示しており、これは、ハイドロゲル系が首尾よく形成され、成分がハイドロゲル22の架橋硬質ポリマーネットワークに良好に組み込まれたことを示唆している。フシジン酸の放出速度は、最も高い回帰係数(R2)値23に基づいて決定した。R2値の知見は、ゼロ次モデルがポリマーからのフシジン酸の放出を最も正確に記述し、残りの薬物量とは無関係に一貫した放出速度を示すことを示唆しています。これは、薬物が一定の速度でポリマー膜を介して拡散する経皮パッチなどの修正放出系におけるゼロ次動力学の既知の用途と一致しています。ゼロオーダードラッグデリバリーシステムは、患者のコンプライアンスを改善し、頻繁な投与による有害な副作用を減らす可能性を秘めています24,25。0.5 MのCaCl2を含む架橋アルギン酸/キトサンハイドロゲル膜は、以前にゼロ次放出速度を示すことが報告されています。CaCl2架橋を下げると、ゼロオーダーからKorsmeyer-Peppasモデル26に移行しました。
制限
溶媒キャスティングとCaCl2による架橋は、ハイドロゲル膜調製の簡単なアプローチを提供しますが、限界があります。CaCl2濃度、アルギン酸塩組成、鋳造条件などの要因が架橋に影響を与える一方で、正確な制御を実現することは困難です。CaCl2との過度の架橋は、亀裂や破損しやすい脆性フィルムにつながると報告されています。フィルムの機械的特性(強度、弾性)は、達成された架橋の程度によって異なる場合があり、不整合につながる可能性があります27,28。結論として、機械的強度、水感受性、均一性、処理条件、接着性、バリア特性、および環境への影響に関連する多くの制限がありますが、アルギン酸塩とアロエベラを使用した溶剤鋳造には生体適合性や潜在的な生物活性などの利点があります。さらに、ソルベントキャスティング法はシンプルなため、ラボスケールでの生産に適しています。したがって、より広い表面積で適切な溶媒蒸発と膜形成を保証するために、スケールアップには特定のツールと調整が必要になる場合があります。
著者は何も開示していません。
この研究は、サウジアラビアのリヤドにあるプリンセス・ヌーラ・ビント・アブドゥルラーマン大学のプリンセス・ヌーラ・ビント・アブドゥルラーマン大学の研究者支援プロジェクト番号(PNURSP2024R30)の支援を受けました。この研究は、サウジアラビアのリヤドにあるキングサウード大学の研究者支援プロジェクト番号(RSPD2024R811)によって資金提供されました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アロエベラ | 現地サプライヤー、クアラルンプール、マレーシア | 生のアロエベラの樹皮であり、私たちの研究室で材料を準備し | |
| 塩化カルシウム | R&M Chemicals | ||
| 示差走査熱量測定 | Netzsch-Gruppe | DSC 300 Caliris | |
| FTIR 分光法 | Perkin Elmer | 107914 | |
| Fusidic Acid | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | PHR2810 | Certified Standardized Standard, Pharmaceutical secondary |
| Standard Glycerin | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | PHR1020 | United States Pharmacopeia (USP) Reference Standard |
| Micrometer Screw Gauge | Blomker Industries, Malaysia | ||
| NETZSCH proteus software | Netzsch-Gruppe | DSC 300 Caliris | |
| Phosphate Buffer Saline | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | P4417 | Tablets |
| Sodium Alginate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | W201502 | |
| 熱分析装置 | NETZSCH | DSC Caliris | |
| 紫外線分光光度計 / UV LINE-9400 | セコマム | / 8512047 |
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