방법 논문

Electrospraying 기술을 사용한 Black Seed Oil-loaded-, Alginate-based, pH-sensitive beads의 합성

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DOI:

10.3791/66958

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2024년 10월 18일

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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

이 논문에서

요약

높은 전압과 표적화된 활성 성분 부하 에멀젼을 사용하여 pH에 반응하는 균일한 마이크로비즈를 제조하는 기술이 제시됩니다.

초록

Nigella sativa 식물의 씨앗에서 추출한 블랙 씨드 오일(BSO)은 특히 대장암과 관련하여 잠재적인 항암 특성으로 주목을 받았습니다. 활성 화합물인 티모퀴논은 암세포 성장을 억제하고 대장암 세포의 세포사멸을 유도하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 블랙씨드 오일의 항염증 및 항산화 효과는 더 건강한 장 환경에 기여하여 잠재적으로 암 위험을 줄일 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 pH 1.2(위)에서 약물을 방출하지 않고 통제된 방출 방식으로 BSO를 결장에 전달하기 위해 pH에 민감한 알긴산 비드를 합성하여 pH 6.8에서 잘 정의된 방출 패턴을 제공했습니다. 전기 분무 기술을 사용하면 위장 배지에서 더 높은 팽창 및 확산 속도를 가진 작고 균일한 비드를 더 쉽게 공식화할 수 있으므로 공정 성능이 향상됩니다.

제형화된 비드는 생체 외 점액접착 강도 테스트, 비드 크기, 구형도 계수(SF), 캡슐화 효율(EE), 주사 전자 현미경(SEM), 체외 팽창 거동(SB) 및 산성 및 완충 배지에서 체외 약물 방출을 특징으로 합니다. 이 모든 제조 된 비드는이 테스트에서 0.58 ± 0.01 mm의 적당한 크기와 0.03 ± 0.00 mm의 구형 모양을 보여주었습니다. 이 제형은 시험관 내에서 유망한 부유 및 방출 특성을 보여주었습니다. 비드의 누적 비율이 매우 낮아 오일 EE가 90.13%± 0.93%로 높았으며, 방출 연구에서는 pH 6.8에서 90% 이상이 이상이며 위장에 부유성이 양호함을 보였다. 또한, 구슬은 장 전체에 걸쳐 균일한 간격으로 분포되어 있었습니다. 이 프로토콜에 사용된 전기 분무 접근법은 재현 가능하여 일관된 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 이 프로토콜은 상용화 목적의 대규모 생산에 사용할 수 있습니다.

서론

블랙 씨드, 특히 BSO는 잘 확립된 약효로 인해 다양한 질병을 치료하는 데 오랫동안 사용되어 왔습니다. 티모퀴논은 아마도 BSO1에서 발견되는 가장 중요한 식물 화학 물질 중 하나일 것입니다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 티모퀴논의 생체 내 및 체외에서의 잠재적인 치료 효과를 연구하여 BSO의 사용을 뒷받침하는 경험적 증거를 제시했습니다. 항고혈압, 항균, 항히스타민제, 항진균제, 진통제, 항당뇨병제, 지질 저하 및 항염증 특성은 모두 습진, 고혈압, 천식, 기침, 두통, 인플루엔자, 발열, 항암, 현기증 및 활동과 같은 증상을 치료하는 데 사용될 수 있는 BSO에 대한 이러한 연구를 통해 입증되었습니다 2,3.

액체와 분산액의 작은 방울 또는 고체 물질 입자에 비교적 얇은 덮개를 적용하는 것을 마이크로 캡슐화라고 합니다. 오일의 경우 BSO와 같은 일부 형태의 오일은 영양가 있는 식품으로 간주되고 의약상의 이점을 제공하기 때문에 미세캡슐화 오일은 일반적으로 매우 가치가 있습니다4. 그러나 식품의 매트릭스에 오일을 직접 첨가하면 휘발이 발생할 수 있으며, 이는 산소와 자외선에 노출되어 활동을 빠르게 사라지게 할 수 있습니다5. 더욱이, 오일의 방출 속도에 대한 통제의 부족은 즉각적이고 일시적인 효과를 초래합니다. 마이크로 캡슐화 또는 마이크로 스페리케이션을 통해 에센셜 오일 주위에 고분자 코팅을 만드는 것은 이러한 단점을 극복하는 한 가지 방법입니다6.

마이크로스피어(microsphere)라고도 하는 마이크로캡슐은 유해한 환경 조건으로부터 오일을 보호합니다7. 이 공정은 약물 효능을 증가시키고, 약물 함량을 보존하고, 서방형 정제를 가능하게 하고, 미각 마스킹을 개선하고, 제품 유통 기간 동안 풍미 손실을 줄이고, 식감을 연장하고, 단일 용량으로 호환되지 않는 성분을 분리하는 데 널리 사용되었습니다8. 마이크로 캡슐화는 또한 대사 흡수를 유지하고, 오일 방출 속도를 제어하며, 특정 위치에서 의도한 결과를 얻을 수 있도록 적절한 농도를 유지하는 데 도움이 됩니다9.

전기 유체역학 캡슐화는 간단하고 적응 가능한 방법입니다. 활성 물질은 외부 껍질로 구성된 마이크로캡슐의 내부 코어에 들어 있습니다. 이와 관련하여, 이는 명확하게 정의된 핵보다는 활성 성분이 더 효과적으로 전파될 수 있음을 보장하기 위해 상당히 강력한 매트릭스를 특징으로 합니다. 스페리환화(sphericyclation) 전에, 활성 물질과 고분자 용액은 마이크로스피어(microspheres)를 생성하기 위해 결합되어야 한다9. 반면에 오일은 휘발성이기 때문에 오일을 마이크로 캡슐화하는 것은 매우 어려울 수 있으며 신중한 온도 제어가 필요합니다.

오일을 캡슐화하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 특정 오일은 생체 활성 성분의 분해 또는 휘발을 방지하기 위해 저온에서 캡슐화해야 합니다. 마이크로 및 나노 크기의 구조를 만들기 위해 연구자들은 전기유체역학적 분무(EHDA)를 광범위하게 연구했습니다10. 이러한 의미에서, 고분자 용액의 수집 거리 특성뿐만 아니라 유량, 인가 전압 및 노즐 크기를 포함하는 가공 조건은 원하는 입자 크기 또는 형태를 생성하기 위해 고려해야 하는 두 가지 주요 요소입니다11,12.

이 조사에서는 경구 섭취에 적합한 자연 발생 다당류의 일종인 알긴산염을 사용하여 BSO를 캡슐화했습니다. 갈색 해초에는 자연적으로 발생하는 음이온 성 중합체인 알긴산이 포함되어 있습니다. 그것은 두 개의 단량체 구조로 구성됩니다 : α-L-guluronic (G) 및 1-4βD-mannuronic (M) 산13. 그것의 중합체는 무독성14 , 높은 수준의 생체 적합성을 가지며 저렴하고 효과적으로 분해됩니다15 . 따라서 생명 공학 및 엔지니어링 분야에서 자주 사용됩니다.

알긴산염은 Sr2+, Ca2+ 또는 Zn2+ 이온과 같은 2가 양이온과 이온 연결을 형성하여 다양한 알긴산 사슬의 G 그룹 사이에 가교 구조를 생성할 수 있기 때문에 이온 겔화에 의한 캡슐화를 위해 선택되는 재료입니다. 겔화 과정은 달걀 상자 모델(egg-box model)에 의해 적절하게 특성화될 수 있으며, 이는 2가 양이온을 나란히 있는 알긴산 분자에서 두 개의 카르복실기로 제한합니다. 알긴산 나트륨 비드의 하이드로겔 특성이 거대분자 및 소분자의 방출을 조절할 수 있다고 제안되었습니다. 알긴산 나트륨 구슬은 점액 접착 특성으로 인해 장 점막에 장기간 달라붙을 수 있습니다. 더욱이, 알기네이트는 산성 매체(16)와 같은 외부 요소로부터 오일을 보호할 수 있는 보호막을 제공하고 오일을 위장관(17)의 전달 채널로 전달합니다. 이후 점막 조직에 대한 약물의 부위 특이적 투여를 돕기 위한 연구에 사용되어 왔습니다18,19.

이 연구에서는 전기 유체역학적 접근법을 사용하여 상업용 오일을 유화하여 캡슐을 만드는 실행 가능성을 조사했습니다20. 여기서, 전기 유체역학 접근법은 알긴산-BSO가 로드된 마이크로스피어(20)를 생성하고 분석하는 데 사용되었습니다. 이 연구는 미세구의 SF, 생체 외, 점막 접착 특성, EE%, 물리적 외관, 크기 분포 및 제타 전위를 포함한 여러 다른 요인을 평가했습니다. 화학적 호환성을 테스트하기 위해 감쇠 전반사-푸리에 변환 적외선(ATR-FTIR) 분광법을 활용했습니다20.

프로토콜

1. 알긴산-BSO 에멀젼의 제조

  1. 50mL 비커에 1, 3 및 5% w/v 레시틴을 함유한 1% w/v 알긴산 나트륨 용액에 10% w/v BSO를 분산시킵니다.
  2. 초음파 균질기를 사용하여 나노 에멀젼을 얻습니다. 전력 수준을 20%로 설정합니다. 시작 버튼을 클릭하여 55초 동안 균질기를 실행하여 프로세스를 완료합니다.

2. 알긴산-BSO 에멀젼의 특성화

  1. 제타 전위 및 입자 크기 분포 분석
    1. 25mL 유리 비커에 갓 준비한 에멀젼 0.1mL를 넣고 증류수 9.9mL로 희석합니다.
    2. 이 희석된 용액 2.5mL를 3mL 석영 큐벳에 넣고 큐벳을 측정 챔버에 넣습니다.
    3. 덮개를 열고 큐벳을 장치 내부에 놓고 큐벳이 광선의 경로에 대해 올바른 방향인지 확인합니다. 측정 아이콘을 클릭합니다.
    4. 큐벳을 꺼냅니다. 샘플을 회수하거나 적절하게 폐기하십시오.
    5. 나중에 사용할 수 있도록 개인 폴더에 데이터를 pdf 파일로 저장합니다.
  2. 에멀젼 안정성(ES) 측정
    1. 10mL 원심분리 튜브에 갓 준비한 에멀젼 5mL를 넣습니다. 에멀젼(n = 3)을 894 × g에서 5분 동안 원심분리합니다.
    2. 식 (1)을 사용하여 위상 분리 인터페이스 위치를 기반으로 ES를 결정합니다.
      figure-protocol-1(1)
      여기서 Vemul은 원심분리 후 남아 있는 에멀젼의 부피이고 Vinitial은 초기 에멀젼의 부피입니다.
  3. 비드 준비
    1. BSO 알긴산 비드
      1. EHDA라는 전기 분무 기술을 사용하여 BSO 알긴산 비드를 준비합니다. 10% BSO, 1% 알긴산나트륨 및 3% 레시틴 용액으로 구성된 부피별 중량(w/v) BSO 에멀젼을 사용합니다.
      2. 주사기 펌프를 사용하여 유속을 조절하고 10mL 플라스틱 주사기에 에멀젼을 넣고 22G 바늘로 밀어 넣습니다. 바늘 끝을 높은 볼륨의 양극에 부착합니다.tag전자 전원 공급 장치.
      3. 수집기로 50% w/w 염화칼슘(겔화 수조) 50mL가 들어 있는 접지된 비커를 사용하십시오. 염화칼슘 용액 표면에서 10cm 이상의 거리를 유지하면서 3, 5 및 7kV의 전압에서 1mL/분과 3mL/분 사이에서 적하 유속을 번갈아 가며 사용합니다.
      4. 완전한 겔화를 확인하려면 구슬을 교반하는 동안 겔화 욕조에 30분 동안 그대로 두십시오. 스테인리스 스틸 필터를 사용하여 겔화 수조에서 비드를 제거하고 수집된 비드를 초순수 증류수로 세척합니다.
      5. 실험실 벤치에서 실온에서 16시간 동안 비드를 건조시킵니다. 방정식 (2)를 사용하여 비드의 수율 백분율을 계산합니다.
        figure-protocol-2 (2)
    2. BSO가 없는 알긴산 비드
      1. 1% w/v 알긴산 나트륨 용액을 준비합니다. 용액에 1%, 3% 및 5% w/v 농도의 레시틴을 추가합니다. 레시틴이 완전히 용해될 때까지 용액을 철저히 혼합합니다.
      2. 2.3.1.2-2.3.1.5단계에 설명된 대로 2.3.2.1단계의 용액을 사용하여 BSO가 없는 알긴산 비드를 준비합니다. 방정식 (2)를 사용하여 수율을 계산합니다.

3. 비드 특성화

  1. 크기와 모양의 결정
    1. 비드의 크기와 모양을 확인하려면 이미지 분석기를 사용하십시오. 디지털 카메라를 사용하여 젖은 구슬과 말린 구슬의 사진을 찍습니다.
    2. 그런 다음 기기에 사전 설치된 스케일 바를 사용하여 비드 직경을 측정합니다. 지름 값을 사용하여 방정식 (3)을 사용하여 얻은 지름 값에서 SF를 계산합니다.
      SF = figure-protocol-3 (3)
      여기서 Dmax는 비드의 중심을 통과하는 가장 큰 직경(mm)을 나타내고, Dper는 Dmax에 수직이고 비드의 중심을 통과하는 직경(mm)을 나타냅니다.
      참고: SF가 0이면 이상적인 구형 비드를 나타내며, SF 값이 증가하면 구형 모양에서 편차가 크다는 것을 의미합니다. 또한 구슬은 SF가 0.05 이하인 경우 구형으로 간주됩니다.

4. EE%의 결정

  1. 비드를 인산염 완충 식염수(PBS)에서 분해하여 에멀젼으로 되돌립니다. UV-vis 분광 광도계를 사용하여 600nm에서 생성된 에멀젼의 흡광도를 측정합니다.
  2. 흡광도 값을 사용하여 에멀젼의 탁도를 나타냅니다. 에멀젼에서 알려진 양의 BSO를 사용하여 표준 곡선을 만듭니다.
  3. 방정식 (4)를 사용하여 EE%를 계산합니다.
    figure-protocol-4(4)

5. 주사 전자 현미경 (SEM)

참고: SEM을 사용하여 BSO 알긴산 비드의 미세 구조 및 표면 형태를 관찰합니다.

  1. 건조된 구슬의 내부를 검사하려면 그 중 몇 개를 자릅니다. 자른 구슬을 알루미늄 스텁에 찾아 탄소 접착 테이프를 사용하여 붙입니다.
  2. 아르곤 대기의 진공 증발기에서 탄소 스퍼터 모듈로 비드를 스퍼터 코팅합니다. 탄소 코팅을 위해 100 Å 및 50 Å의 두께를 적용하십시오.
  3. 10kV와 15kV 사이의 전압 가속기를 사용하여 고진공에서 코팅된 비드의 이미지를 획득합니다.

6. ATR-FTIR을 사용하여 약물-부형제 상호 작용 확인

  1. 주변 공기를 배경으로 사용하여 4,000cm-1에서 400cm-1 사이로 계측기 파수를 설정하고 1cm-1의 해상도를 설정합니다. 보충 파일 1을 참조하십시오.
  2. BSO, 알긴산 나트륨, 레시틴, 염화칼슘, BSO가 없는 비드, 알긴산-BSO 비드 및 활성 성분 및 부형제(알긴산 나트륨, 레시틴, 염화칼슘 및 BSO)의 물리적 혼합물의 스펙트럼을 별도로 기록합니다.
    1. s를 놓습니다.amp링 영역에 le(5-10mg). 20 스캔, 해상도 4, 게이지 힘 80, 평평한 팁이 있는 압력 암을 조정합니다. 스펙트럼이 원하는 폴더에 자동으로 저장되도록 Auto Increment(자동 증가 )가 Blank(공백 ) 옵션으로 설정되어 있는지 확인합니다.
    2. 샘플 측정을 시작하려면 [Sample] 버튼을 클릭합니다. [Sample]을 선택한 후에는 대기 시간이 없으므로 반드시 샘플을 준비하고 압력 클램프를 줄이십시오. 모든 샘플을 개별적으로 분석합니다. 분광학 소프트웨어를 사용하여 기록된 모든 스펙트럼을 개별적으로 분석합니다.

7. 시차 주사 열량계(DSC)

참고: BSO-로딩 비드의 열적 특성 및 호환성은 DSC(Supplemental File 1)를 사용하여 조사되었습니다.

  1. 일반 알루미늄 팬에 ~3.20mg 무게의 구슬을 밀봉합니다. 20 L/min의 속도로 흐르는 질소 흐름에서 50-350 °C의 온도 범위에서 분석하면서 샘플을 10 °C/min의 속도로 가열합니다.

8. 구슬의 팽윤 특성

  1. 건조 알긴산-BSO 비드 100mg을 준비합니다.
  2. 적절한 크기-6 L, 10 L 또는 25 L의 깨끗하고 건조한 혼합 용기에 모의 장액(SIF) 및 모의 위액(SGF)을 준비합니다. 필요한 부피-2L, 3L 또는 8L의 약 33%에 정제수를 추가하고 농축액 병의 내용물을 용기로 옮깁니다. 정제수로 병을 헹구고 헹굼과 정제수를 혼합 용기에 추가하여 필요한 부피를 얻습니다. 철저히 섞는다. pH를 측정하고 사양 내에 있는 경우 계속 진행합니다. 필요한 경우 pH를 조정하십시오.
  3. SIF(simulated intestinal fluid) 및 SGF(simulated gastric fluid)가 포함된 50mL의 배지에 비드를 담그십시오. 37 ± 0.5 °C에서 2 시간 동안 조건을 유지하십시오.
    1. 팽창된 비드를 제거하고 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120분 이상의 미리 정의된 간격으로 금속 메쉬를 통해 필터링합니다. 종이 타월을 사용하여 부풀어 오른 구슬에서 여분의 액체를 제거하십시오.
    2. 전자 분석 저울을 사용하여 닦은 비드의 무게를 측정합니다. 방정식 (5)를 사용하여 팽창 지수의 백분율(%SI)을 계산합니다.
      figure-protocol-5 (5)

결과

BSO가 로드된 알기네이트 마이크로비드의 제조
그림 1은 BSO가 로드된 알기네이트 마이크로비드를 제조하기 위한 실험 설정을 나타냅니다. 사용된 레시틴의 양은 BSO 에멀젼의 안정성에 상당한 영향을 미쳤습니다. 세 가지 레시틴 농도 모두로 만든 에멀젼은 비교적 안정적이었습니다. 이 실험에서는 원심분리 방법(894 × g, 5분)을 사용하여 에멀젼20의 안정성을 평가하였다. 그 결과 원심분리가 아닌 계면활성제가 BSO 에멀젼의 안정성에 더 큰 영향을 미친다는 것이 확인되었습니다. 에멀젼의 제타 전위 및 입자 크기 분포는 표 1 및 그림 2와 같이 특성화되었습니다.

비드의 특성화

크기, 모양 및 EE
제형화된 마이크로비드의 크기, 형태 및 EE는 표 2에 요약되어 있습니다. 건조 된 비드는 1.86 ± 0.02 mm (F2 및 F3)에서 0.58 ± 0.01 mm (F8) 범위였으며 젖은 비드는 4.76 ± 0.01 mm (F3) 및 1.50 ± 0.02 mm (F8) 사이였습니다. 전기 전압과 에멀젼 유량은 비드의 크기와 구형도에 영향을 미치는 두 가지 주요 매개변수였습니다. SF와 비드의 크기는 모두 유속이 증가함에 따라 증가한 반면, 이러한 변수는 전압 증가에 따라 감소했습니다. 그럼에도 불구하고, SF와 비드 크기는 전압과 유량이 모두 비례적으로 증가했을 때 특정 지점에서 떨어지지 않았습니다. 이 연구는 2mL/분의 유속과 7kV의 전기 전압에서 생산된 비드가 일관되게 동일한 크기, 모양 및 무게임을 발견했습니다. 연구진은 구슬 크기를 측정한 결과 0.58mm± 0.01mm임을 발견했습니다. 습식 및 건식 비드 제형의 경우, EE는 67.20 ± 1.46%(F1)에서 104.50 ± 4.04%(F8)까지, 그리고 59.92 ± 0.90%(F1)에서 90.13 ± 0.93%(F8) 순이었습니다. EE의 비율은 전압 및 유속과 함께 증가했으며, 이는 고전압으로 설명될 수 있으며, 이는 CaCl2 겔화 용액에 대한 가교 결합의 결합을 증가시키고 이온 가교를 위한 추가 공간을 생성했습니다. 그 결과, 더 많은 오일이 갇히고 폴리머 매트릭스에서 오일 누출을 방지할 수 있었습니다.

비드 중량 균일성
BSO가 적재된 알긴산 비드의 중량 변동 계수는 1.37%에서 3.93% 사이였습니다. 최신 연구에 따르면 모든 BSO 로드 비드의 평균 중량은 5% 이상 차이가 나지 않았습니다.

ATR-FTIR
성분 내 상호 작용을 결정하기 위해 ATR-FTIR을 수행했습니다(그림 3). 알긴산 나트륨은 O-H 스트레칭의 경우 3400cm-1, 스트레칭 진동의 결과로 C = O 및 C-C 그룹의 경우 1595 및 1408cm-1에서 특징적인 스펙트럼 대역을 나타냈습니다. 이전 조사에서 1600 및 1405 cm-1에서 두 개의 뚜렷한 띠가 발견되었으며, 이는 각각 -COOH 그룹의 대칭 및 비대칭 스트레칭 진동과 관련이 있습니다. 또한, C-H 그룹은 1316 및 1025cm-1에서 알긴산 나트륨 스펙트럼에서 볼 수 있는 띠를 담당했습니다. 대조적으로, 레시틴 스펙트럼은 2922, 2853 및 1465cm-1에서 C=O, C-H 및 C-C 그룹에 해당하는 세 개의 띠를 보여주었습니다. 가장 두드러진 BSO 피크는 2953 및 2853cm-1에서 발견되었습니다(CH2의 C-H 및 C=C-H, 해당). 더욱이, 탄소사슬은 지방산에서 흔하기 때문에 1,753, 1,653, 1,453cm-1에서 나타난 띠는 각각 C=O, C=C, C-H를 암시했다.

DSC (디씨에스케이터
DSC 분석은 BSO가 주입된 알기네이트 비드의 온도 거동과 준비 및 개발 과정에서 다른 추출제와의 상호 작용을 측정하는 데 사용되었습니다. 고분자 전해질 파괴는 탈중합 및 탈수 과정, 가장 가능성이 높은 고분자 전해질 산화 반응 및 양성자화된 카르복실기의 부분적 탈카르복실화에 의해 발생합니다(그림 4).

세엠
SEM을 사용하여 BSO 로딩으로 최적화된 건조된 비드 표면의 이미지를 카메라에 캡처했습니다. 이것은 구슬의 표면이 매끄럽고 구형이며 바깥 층을 가로 질러 수많은 기공과 채널을 가지고 있음을 보여주었습니다 (그림 5).

비드 팽창 거동
비드 팽창(bead swelling)은 고분자 물질의 약물 방출 패턴에 영향을 미치는 중요한 행동입니다21. SB를 평가하기 위해 BSO를 함유한 비드를 SGF(0.1N HCl, pH 1.2) 및 SIF(pH 6.8)에서 테스트했습니다(그림 6).

산성 pH에서 알긴산 수축은 pH에 민감한 SB를 나타내는 SIF와 비교하여 SGF에서 비드 제형 F1 - F9의 첫 번째 감소된 팽창 지수를 설명할 수 있습니다. 결과적으로, 비드는 30-90분 후에 SIF에서 더 높은 SI 비율을 나타냈습니다. 알칼리성 pH에서 비드의 SB는 칼슘 이온의 교환으로 설명할 수 있으며, 이에 따라 칼슘 격리 인산염 이온의 존재는 가교 알기네이트 레시틴 매트릭스의 카르복실기를 인산염 완충액의 나트륨 이온에 결합합니다. 또한, 팽창 된 가교 결합 BSO 로딩 알기네이트 비드는 100-110 분 내에 분해 및 침식되었으며, 120 분에 모든 제형이 완전히 침식되었습니다.

이 연구의 주요 목표는 전기 분무 기법을 사용하여 Black Seed Oil이 로드되고 알긴산 기반의 pH에 민감한 비드를 합성하여 장에서 정상적으로 흡수되는 약물을 방출하는 것입니다. 1.2의 산성 pH에서 구슬은 수축하거나 원래 모양을 유지하여 분해되는 경향을 줄였습니다. 이와는 대조적으로, BSO가 로드된 알긴산 비드는 SIF(pH 6.8)에 노출되었을 때 빠르게 팽창했습니다. 120분 후, 9개의 제형(F1-F9)이 모두 SIF에 완전히 용해되었습니다. 이는 배지에 인산염 이온이 존재하기 때문에 발생했으며, 이는 더 높은 pH 수준에서 알긴산 나트륨 복합체의 용해도를 증가시켰습니다. 알긴산-나트륨의 디커플링과 인산염 완충액에서 겔의 후속 파괴는 인산염 이온이 알긴산 이온보다 Ca2+ 에 대한 인산염 이온의 더 높은 친화력에 의해 발생했습니다.

figure-results-1
그림 1: 알긴산 마이크로비드 제조를 위한 전기유체역학적 분무 기법의 실험적 설정. 비드 생산 및 갓 준비된 습식 비드를 위한 실시간 설정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-2
그림 2: 블랙 씨드 오일이 적재된 에멀젼의 입자 크기 분포 및 제타 전위. (A) 크기 분포 및 (B) 제타 전위 분포. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-3
그림 3: 감쇠된 총 반사율-푸리에 변환 적외선 스펙트럼. (A) BSO, (B) 알긴산 나트륨, (C) 레시틴, (D) 염화칼슘, (E) BSO가 없는 비드, (F) 알긴산-BSO 비드 및 (G) 활성 성분 및 부형제(알긴산 나트륨, 레시틴, 염화칼슘 및 BSO)의 물리적 혼합물. 약어: BSO = 블랙 씨드 오일. 이 그림은 Azad et al.20에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-4
그림 4: 시차 주사 열량계(DSC) 서모그램. (A) BSO가 없는 비드 및 (B) BSO가 로드된 비드. 이 그림은 Azad et al.20에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-5
그림 5: 주사 전자 현미경 사진. (A, B) 매끄러운 표면 형태(25x 및 100x)를 보여주는 Alginate-BSO 건조 비드; 건조된 비드 슬라이스에서 볼 수 있는 기공 및 채널의 존재는 (C) 100x 및 (D) 500x의 배율로 표시됩니다. 스케일 바 = 100μm(AC), 20μm(D). 이 그림은 Azad et al.20에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-6
그림 6: 최적화된 블랙 씨드 오일이 로드된 알긴산 비드의 팽창 거동. (A) 산성 매체(pH 1.2) 및 (B) 완충 매체(pH 6.8) [평균 ± SD, n = 3). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

% 레시틴 농도입자 크기 (nm)PDI제타 전위(mV)어스쉐이커(%)
전에원심분리 후전에원심분리 후전에원심분리 후
1253.32±4.65282.93±14.110.392±.030.333±.06-43.1±.36-37.6±2.292.50±0.23년
3334.51±12.82347.44±15.140.315±.040.358±.12-46.9±2.26-43.5±1.3294.83±0.42초
5430.13±14.23463.23±8.910.422±.040.548±.11-51.4±2.75-45±1.0196.50±0.40분

표 1: 블랙 씨드 오일이 적재된 에멀젼의 입자 크기 분포 및 제타 전위 분석. *(n = 3, 평균 ± SD). 약어: PDI = 다분산 지수; ES = 에멀젼 안정성.

코드전압 (kV)유량(ml/min)구슬 크기a (mm)구형 계수A (mm)캡슐화 효율A (%)
적시다마른적시다마른적시다마른
F1314.47±0.01호1.82±0.010.02±0.000.04±0.00 아니요67.20±1.4659.92±0.90 이하
F2 키324.52±0.03분1.86±0.02초0.01±0.000.03±0.00분68.22±3.0965.89±1.57 아니요
F3 키334.76±0.01분1.86±0.01월0.02±0.010.04±0.00 아니요70.76±0.8666.34±1.89
F4 키513.12±0.01호0.99±0.040.02±0.010.01±0.0170.11±0.5170.11±0.51
F5 키522.83±0.05초0.80±0.020.02±0.010.02±0.0286.89±1.6786.89±1.67
F6 키533.30±0.01월0.90±0.020.03±0.010.01±0.0186.63±0.8386.12±0.15
F7 키711.86±0.02초0.72±0.010.01±0.000.04±0.00 아니요82.16±2.5078.67±0.90
F8 키721.50±0.02초0.58±0.010.02±0.000.03±0.00분104.50±4.04년90.13±0.93호
F9 키732.58±0.05초0.93±0.010.02±0.000.03±0.0196.04±3.61호89.82±154명

표 2: 전압(kV) 및 유속(mL/분)이 비드 크기, 구형도 계수 및 캡슐화 효율에 미치는 영향. n = 3, 평균 ± S.D. 이 표는 Azad et al.20에서 수정되었습니다.

보충 파일 1: 입자 크기 및 분포, ATR-FTIR 및 DSC 측정. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

토론

EHDA 공정을 사용하여 BSO 로딩 알기네이트 마이크로비드를 pH 민감성 담체로 만들었습니다. 비드의 네트워크는 카르복실산기의 풍부한 존재로 인해 pH 의존성 팽창 및 약물 방출 거동을 보였습니다. 폴리머 사슬 사이의 강력한 분자간 수소 결합은 pH 1.2에서 BSO 로딩 비드의 팽창 특성이 감소한 원인으로 밝혀졌습니다. BSO가 로드된 비드는 pH에 민감한 약물 투여를 위해 이러한 감소된 SB의 이점을 얻을 수 있습니다. pH는 BSO를 함유한 비드에서 방출되는 BSO에 영향을 미쳤습니다. 이러한 연구 결과는 BSO가 함유된 비드가 장에 더 나은 표적 약물 투여를 위한 안전한 경구 약물 전달 방법을 제공할 수 있음을 시사합니다.

에멀젼의 입자 크기는 레시틴 농도의 증가에 따라 증가했습니다. 이러한 현상은 더 높은 레시틴 수치와 관련된 점도의 상승에 기인할 수 있으며, 이는 초음파 균질기의 크기 감소 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 레시틴 농도가 증가하면 오일 방울 주위에 더 조밀한 계면활성제 층이 형성되어 입자 크기가 커집니다. 에멀젼의 미세한 모양은 에멀젼이 안정성을 잘 유지했음을 시사합니다. 레시틴의 농도는 입자 크기와 제타 전위의 분포에 영향을 미칠 수 있습니다20. 에멀젼은 비균질한 입자 크기 분포를 보였는데, 이는 수동 초음파 처리 절차 때문일 수 있습니다. 제타 전위는 콜로이드 시스템의 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다21. 에멀젼 내의 액적은 상당히 음전하를 나타냈는데, 이는 분자 구조22 내의 수산기 및 카르복실 작용기에서 발생하는 알긴산의 음전하에 기인할 수 있습니다.

마이크로비드의 특성화에서 크기, 모양 및 EE는 공정 조건의 영향을 받는 중요한 매개변수입니다. 전기 전압, 에멀젼 유속 및 그에 따른 마이크로비드 특성 간의 관계는 비드의 최종 특성을 결정하는 복잡한 상호 작용을 나타냅니다. 유속을 증가시키면 비드 크기와 SF도 증가합니다. 반면에, 전압을 높이면 비드 크기와 SF는 감소하지만 EE는 증가한다. 그러나, 전기적 전압 및 유량이 비례적으로 증가하면, 비드 크기 및 SF는 특정 지점(20)에서 감소하지 않는다. 알긴산 비드 외부의 가교 능력은 또한 알긴산 내 오일에 대한 EE를 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이전 연구에서는 오븐 건조된 알긴산 구슬에 캡슐화된 아마인유에 대해 98.30%의 최적 EE를 보여주었으며 구슬 크기는 1.90mm에서 2.94mm 사이이고 SF는 0.044에서 0.168 사이였습니다. 이러한 높은 캡슐화 효율에도 불구하고 소화관의 의도된 부위로의 약물 방출은 83%23에 불과한 것으로 나타났습니다. 또 다른 조사에서는 비드 크기가 2.13mm이고 SF가 0.08mm인 98.7%의 유사한 EE가 나왔습니다. 반대로, 본 연구에서 BSO가 로드된 건조 전기 분무 알긴산 비드는 90.13 ± 0.93%의 EE를 보여주었으며, 방출 연구에 따르면 물질의 90% 이상이 SIF의 의도된 부위에서 성공적으로 방출되었습니다. 이는 알긴산 비드가 원하는 위치에서 BSO를 효과적으로 캡슐화하고 거의 완전히 방출할 수 있었음을 시사합니다24.

USP 약전(USP Pharmacopeia)에서 정한 표준에 따르면 모든 제형(F1-F9)은 중량 균일성25에 대한 요구 사항을 충족했습니다. 이러한 무게의 균일성은 전기유체역학 기술의 사용에 의해 촉진된 알긴산 비드 내 BSO의 일관된 캡슐화를 반영합니다. 경구 투여에 적합한 최적의 비드 크기와 모양은 특정 조건에서 달성되었으며, 이는 정밀하게 제어된 제조 공정의 중요성을 보여줍니다. 또한 전압 및 유량에 따라 변하는 EE는 BSO 캡슐화를 최대화하기 위해 프로세스 매개변수를 미세 조정할 수 있음을 시사합니다. 이는 캡슐화된 화합물의 생체이용률과 효과에 상당한 영향을 미치며, 캡슐화 효율이 높을수록 잠재적으로 더 나은 치료 결과를 얻을 수 있습니다.

ATR-FTIR 및 SEM 분석과 함께 비드 중량의 균일성은 알긴산 비드26,27의 일관성 및 화학적 무결성에 대한 통찰력을 제공합니다. ATR-FTIR 분석은 주요 작용기의 존재와 알긴산 매트릭스28 내에 BSO의 성공적인 통합을 확인했으며, SEM 이미지는 일관된 방출 거동에 필수적인 비드의 구형 모양과 매끄러운 표면을 보여주었습니다. SB 연구는 장에서 표적 약물 방출에 중요한 비드의 pH에 민감한 팽창 특성을 보여주었으며, BSO가 가장 효과적으로 흡수될 수 있는 곳에서 BSO가 방출되도록 했습니다29. 이러한 pH 반응 거동은 BSO에 대한 유망한 전달 시스템으로서 알긴산 기반 마이크로비드의 잠재력을 예시하며, 위장관 내에서 표적화되고 통제된 방출을 가능하게 합니다.

이 연구는 블랙 씨드 오일의 방출 조절을 위한 pH에 민감한 알긴산 비드를 성공적으로 개발한 결과, 대장암 치료를 위한 티모퀴논 전달이 강조되고 있습니다. 원하는 팽창 특성과 우수한 캡슐화 효율을 가진 균일한 크기의 비드를 제조하는 것은 전기 스프레이 기술의 적용으로 더 쉬워졌습니다. 이 구슬은 pH 6.8 환경에서 90% 이상의 방출률에서 볼 수 있듯이 우수한 부유 특성을 보여 위장관 내 표적 전달을 보장했습니다. 이 연구 결과는 블랙 씨드 오일의 생체 이용률을 높이는 동시에 위장에서 조기 방출되는 것을 줄일 수 있는 가능한 전략을 시사합니다. 이 기술은 대규모 제조에 대한 많은 잠재력을 가지고 있으며 향후 암 치료의 상용화 가능성을 열어줍니다.

공개 사항

저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

이 연구는 사우디아라비아 리야드에 있는 Princess Nourah bint Abdulrahman University의 Princess Nourah bint Abdulrahman University Researchers Supporting Project 번호(PNURSP2024R30)의 지원을 받았습니다. 이 연구는 사우디아라비아 리야드에 있는 King Saud University의 Researchers Supporting Project 번호(RSPD2024R811)의 지원을 받았습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
10 mL 원심분리기 튜브Globe Scientific 22-171-624
22 G 바늘시그마-알드리치 (미국 미주리주 세인트루이스). 
3 mL 석영 큐벳Sigma-Aldrich (미국 미주리주 세인트루이스). 
50 mL 비커
알루미늄 스텁 
전자 분석 저울
ATR-FTIRBruker Malaysia Sdn Bhd, Kawasan Perindustrian Temasya, 40150 Shah Alam, Selangor, Malaysia.
블랙 씨드 오일         IKOP Pharmaceutical Ltd. (IKOP, 약학부, IIUM, 25200 Kuantan, Pahang, MalaysiaB182111활성 성분
염화칼슘 탈수물, CaCl2 · 2H2O Sigma-Aldrich (미국 미주리주 세인트루이스). 21074겔화제
탄소 접착 테이프
원심분리기
시차 주사 열량계 
디지털    카메라 
접지된 비커 
높은 굴루론산 함량 중간 점도(40 – 100 mPa s)의 알긴산 나트륨(mw. 97,000)Sigma-Aldrich(미국 미주리주 세인트루이스). W201502폴리머
고전압 전원 공급 장치
이소프로필 알코올시그마-알드리치 (미국 미주리주 세인트루이스).   W292912ATR-FTIR 세척 목적
레시틴시그마-알드리치(미국 미주리주 세인트루이스). P7568계면활성제 
현미경
종이 타월 
주사 전자 현미경
시뮬레이션 위액Sigma-Aldrich (미국 미주리주 세인트루이스). 1651이형 매체 및 팽창 매체
모의 장액 Sigma-Aldrich (미국 미주리주 세인트루이스). 84082-64-4이형 매체 및 팽창 매체
분광학 소프트웨어
스테인리스 스틸 필터 
주사기 펌프 SEN JIN SDN BHD Malaysia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia
초순수 증류수 기관 실험실
초음파 균질화기SEN JIN SDN BHD 말레이시아, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan 말레이시아
UV-vis 분광 광도계에서
진공 증발기 SEN JIN SDN BHD 말레이시아, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan 말레이시아
전압 가속기 SEN JIN SDN BHD 말레이시아, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan 말레이시아
Zetasizer Nano-ZS(Malvern Zetasizer Nano 시리즈 Nano-S 및 Nano-Z, Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, UK)
CAD4172Z276669 공급합니다.

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