Name: Transport eigenschappen van Ibuprofen ingekapseld in Cyclodextrine Nanosponge Hydrogels: A Proton HR-MAS NMR-spectroscopie Studie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 10 s
Description: Ontdek de synthese van cyclodextrine nanosponzen en hun omzetting in geneesmiddelgeladen hydrogels. Deze studie analyseert de diffusiviteit van ibuprofen binnen het hydrogel met behulp van hoogresolutie magische hoekspinning NMR-spectroscopie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs danken PRIN 2010-2011 NANOMED prot. 2010 FPTBSH en PRIN 2010-2011 PROxy prot. 2010PFLRJR_005 voor de financiering.

1. Synthese van CDNSEDTA Polymers <ol><li> Droge β-cyclodextrine (β-CD) in een stoof bij 80 ° C gedurende 4 uur voor gebruik. Droge 500 ml dimethylsulfoxide (DMSO) en 100 ml triethylamine (Et3N) over moleculaire zeven (4 A) gedurende 24 uur alvorens ze in het protocol. </li><li> Introduceren 25 ml DMSO in een ml één-hals rondbodem kolf 50. Onder magnetisch roeren, voeg 5,675 g β-CD (5 mmol). Om klontvorming te verminderen, voeg de β-CD poeder in kleine porties DMSO. </li><li> Na ongeveer 30 minuten, voeg 6 ml Et3N aan de homogene oplossing met een 10 ml maatpipet. Houd het mengsel onder roeren gedurende 15 minuten bij kamertemperatuur. Duik de kolf in een waterbad bij kamertemperatuur. OPMERKING: De reactie tussen β-CD en EDTA is exotherm. Daarom stort de kolf in het waterbad begunstigt de warmtewisseling vermijden van oververhitting van het reactiemengsel. </li><li> Voeg 5,124 g (20 mmol, de voorbereiding van CDNSEDTA 1: 4) en 10,248 g (40 mmol, bereiding van CDNSEDTA 1: 8) van EDTA-dianhydride onder intens roeren. </li><li> Na 3 uur, verwijder het vaste materiaal (CDNSEDTA 1: 4 of CDNSEDTA 1: 8) uit de kolf met een spatel en pletten grove met een mortier en een stamper. </li><li> Was het vaste materiaal op filtreerpapier met aceton bij kamertemperatuur (100 ml x 5 maal) met 0,1 M HCl (200 ml x 5 maal) en gedeïoniseerd water (200 ml x 3 keer). </li><li> Tenslotte wordt de vaste stof in lucht bij kamertemperatuur gedurende 48 uur, pletten fijn in een vijzel en houden vervolgens onder vacuüm (&lt;15 mbar) gedurende 2 uur bij 45 ° C. </li></ol><img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/53769/53769fig1.jpg" /> Figuur 1. Schematische weergave van de CDNSEDTA Polymers Schematische syntheseroute. Links: moleculaire structuur van het monomeer β-cyclodextrine (β-CD) en verknopingsmiddel EDTA-dianhydride. Op de pijl de algemene reactieomstandigheden. Rechts:. Schets van het verknoopte polymeer <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53769/53769fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> 2. HR-MAS NMR metingen <ol><li> HR-MAS NMR Monstervoorbereidingstesten <ol><li> Bereid een oplossing 0,27 M van ibuprofen natriumzout (IP) in gedeutereerd water (99,8%). </li><li> Voeg 20 mg CDNSEDTA 1: 4 en 2 mg watervrij natriumcarbonaat (Na 2 CO 3) aan 150 gl van de oplossing bereid in punt 2.1.1) in een 2 ml glazen flesje. Meng de inhoud van het flesje met een kleine spatel om het te homogeniseren. Wacht 2 uur alvorens de gel gevormd met deze procedure. Herhaal dit voor de CDNSEDTA 1: 8 polymeer. </li><li> Plaats de gel in een 5 mm NMR rotor geschikt voor HR-MAS NMR experimenten met een kleine spatel. Het totale bedrag van de gel te gebruiken, hangt af van het interne volume van de rotor (12 ul aanbevolen). </li></ol></li><li> HR-MAS 1H NMR Experimenten <ol><li> Stel de volgende instrumentele parameters: rotor spinnen snelheid van 4 kHz bij de MAS pneumatische besturingseenheid, monster temperatuur op 305 K in de variabele temperatuur unit. </li><li> Het verwerven van de 1 H-HR MAS NMR spectra van ibuprofen in CDNSEDTA (1: 4) en CDNSEDTA (1: 8) polymeersystemen via een conventionele pulssequentie op de protonresonantie. <ol><li> Maak een nieuwe dataset. Klik op het tabblad &quot;AcquPars&quot;. Selecteer de PULPROG: zg. </li><li> Selecteer het aantal scans (NS = 4) en de vertraging tussen hen (D1 = 5 sec) .Stel de spectrale breedte (SW = 8 ppm), de tijd domein (TD = 16K) en de ontvanger gain (RG = 32 ). </li><li> Type &quot;zg&quot; op het bedieningspaneel en zal er een vrije inductieverval (FID) op het scherm. Om het verwerken van de gegevens, klik op het tabblad &quot;ProcPars&quot;. Stel de spectrale grootte (SI = 32K), een exponentiële vermenigvuldiging venster functie (WDW = EM) en lijn verbreding (LB = 1).Type &quot;ft&quot; naar de Fourier transformatie uit te voeren. Fase het spectrum met het tabblad fase op het scherm. Het verkrijgen van een hoge resolutie goed opgelost spectrum. </li></ol></li></ol></li></ol><img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/53769/53769fig2.jpg" /> Figuur 2: het bipolair pulsparen Longitudinaal Eddy Current Delay (BPPLED) Impulsvolgorde Schematische weergave van de pulssequentie gebruikt om de PFGSE experimenten.. De fase cyclus voor de 90 ° pulsen is: P1: (0) 16, P2: (0022) 4, P3: (0) 4 (2) 4 (1) 4 (3) 4, P4: (0202 2020 1313 3131 ), P5: (0) 4 (2) 4 (1) 4 (3) 4. De 180 ° pulsen worden + X. (gewijzigd ten opzichte van ref.18) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53769/53769fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <ol start="3"><li> HR-MAS 1 </sup&gt; H NMR PGSE Experimenten OPMERKING: De PGSE experimenten worden uitgevoerd met de BPPLED pulsreeks 18 weergegeven in figuur 2. Dit is een pseudo tweedimensionale experiment met een gradiënt helling lineair toeneemt van 2% tot 100% in de indirecte dimensie. De signaalintensiteit wordt verzwakt afhankelijk van de diffusietijd Δ en de gradiëntpuls δ. Het optimaliseren van deze parameters is vereist voordat goed werkt een PGSE experiment. De optimalisatie wordt uitgevoerd door het uitvoeren van een aantal metingen 1D waarin Δ constant wordt gehouden, terwijl δ wordt gevarieerd. <ol><li> parameters Optimization <ol><li> Maak een nieuwe dataset - experiment nummer 1. Klik op het tabblad &quot;AcquPars&quot;. Selecteer de PULPROG: ledbpgp2s1d de 1D pulssequentie voor diffusie optimalisatie. </li><li> Selecteer het aantal scans (NS = 16) en de tijdvertraging tussen hen (D1 = 10 sec). Stel de spectrale breedte (SW = 8 ppm), thij tijd domein (TD = 16K) en de ontvanger gain (RG = 32). </li><li> Stel Δ (D20 in de sequentie) gelijk is aan een constante waarde en δ (p30) op een proces waarde. Start waarde Δ = 50 msec, δ = 3 msec (maximum toegestane waarde voor hoge resolutie instrumenten). </li><li> Lees de waarde van de spectrale frequentie (SFO1) vanaf het 1 H experiment en gebruiken nu deze waarde. Stel de GPZ6 gradiëntsterkte tot 2%. Herhaal stap 2.2.2.3. Gebruik spectrum als referentie voor de optimalisatie. </li><li> In dezelfde dataset maken het experiment nummer 2. Neem alle experimentele parameters. Verhoog de GPZ6 gradiënt kracht tot 95%. Herhaal stap 2.2.2.3. Vergelijk dit spectrum met de referentie-spectrum via het display icoon dual en observeer de verandering in het signaal intensiteit. OPMERKING: Een goed verzwakte spectrum moet ongeveer 5% resterende signaalintensiteit hebben ten opzichte van de referentie-spectrum. Als de intensiteit van het signaal verloren gaat, vermindering van de waarde van δ en restaart de sectie 2.3.1 procedure vanaf punt 2.3.1.3 tot de juiste waarde voor δ is gevonden. </li><li> Herhaal de parameters optimalisatie procedure in paragraaf 2.3.1 voor alle vijf Δ waarden. OPMERKING: Kies vijf waarde Δ = 50, 80, 110, 140 en 170 msec en geoptimaliseerd de overeenkomstige δ met 3, 2,7, 2,4, 2,1, 1,8 msec (voor IP in CDNSEDTA 1: 8) en ó 2,7, 2,4 , 2, 1,7, 1,4 (voor IP in in CDNSEDTA 1: 4). </li></ol></li><li> Overname van de 2D Diffusion Data Set <ol><li> In dezelfde gegevensset maakt het experiment nummer 3, worden alle 1D experimentele parameters worden geladen. Typ &quot;eda&quot;. Selecteer de PULPROG: ledbpgp2s de 2D-pulssequentie en verander de parmode naar 2D. </li><li> Stel FnMODE = QF. Stel het tijdsdomein TD in F2 gelijk moet zijn aan 32 het aantal gradientstappen. Alle andere parameters correct zijn ingesteld. Type &quot;DOSY&quot; en het verloop tijden worden gegenereerd en opgeslagen in een bestand. de start en de definitieve waarden van de helling (2-95) worden gegeven als input parameters. De overname is nu begonnen. </li></ol></li></ol></li><li> data Processing <ol><li> Type &quot;XF2&quot; naar de Fourier transformatie uitvoeren F2 dimensie. Type &quot;ABS2&quot; naar de basislijn correctie uitvoeren in de F2 dimensie. Type &quot;setdiffparm&quot; om de experimentele parameters (Δ, δ en gradiënt lijst) voor de volgende processtap te roepen. </li><li> Klik &quot;T1 / T2 relaxatie&quot; onder het tabblad analyse en pieken worden aangebracht met de eerste spectrum van het 2D experiment definiëren. Definieer de piek bereiken en uitvoeren van de fitting. Het signaal intensiteiten bij iedere aangevraagde gradiëntstap verkregen. Opmerking: Het signaal intensiteiten I (q, t d) voor elke Δ waarde, afhankelijk van de experimentele variabelen toegepast pulse ingediende gradiënt (g), tijdsvariabele (δ), magnetogyric verhouding (γ) q = (γgδ) volgens de following vergelijking: <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/53769/53769equation1.jpg" /> de moleculaire MSD = z 2. </li><li> Exporteren signaalintensiteiten in een spreadsheet en uitvoeren van een lineaire regressie van de gegevens aan de waarde van z 2 te verkrijgen voor elke waargenomen diffusietijd t d. OPMERKING: De MSD waarde wordt gerelateerd aan de observatietijd td volgens: <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/53769/53769equation2.jpg" /></li><li> Voer de log-log grafiek van z 2 versus t d voor elke experimentele t d waarde. De exponent α waarde is de helling van de lineaire regressie. Een uitvoerige bespreking van de fysische aspecten van de bovenvermelde vergelijkingen kunnen worden gevonden in ref. 21 en in de referenties daarin. Opmerking: Afhankelijk van de waarde van de exponent α, wordt de diffusie regime verstaan: i) isotrope onbeperkte diffusie voor α = 1, ii) abnormaal subdiffusive regeling voor 0 &lt;α &lt;1, iii) abnormale superdiffusive regeling voor α&gt; 1. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Sharpe, L. A., Daily, A. M., Horava, S. D., Peppas, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Therapeutic+applications+of+hydrogels+in+oral+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+Opin.+Drug+Deliv%22%5BJournal%5D)">Therapeutic applications of hydrogels in oral drug delivery.</a> Expert Opin. Drug Deliv. 11, 901-915 (2014).</li>
<li>Hennik, W. E., van Nostrum, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+crosslinking+methods+to+design+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">Novel crosslinking methods to design hydrogels.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 54, 13-36 (2002).</li>
<li>Yu, L., Ding, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injectable+hydrogels+as+unique+biomedical+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Injectable hydrogels as unique biomedical materials.</a> Chem. Soc. Rev. 37, 1473-1481 (2008).</li>
<li>Ma, M., Kuang, Y., Gao, Y., Zhang, Y., Gao, P., Xu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aromatic-Aromatic+Interactions+Induce+the+Self-Assembly+of+Pentapeptidic+Derivatives+in+Water+To+Form+Nanofibers+and+Supramolecular+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Aromatic-Aromatic Interactions Induce the Self-Assembly of Pentapeptidic Derivatives in Water To Form Nanofibers and Supramolecular Hydrogels.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 2719-2728 (2010).</li>
<li>Trotta, F., Tumiatti, W. Patent WO. , 03/085002 (2003).</li>
<li>Trotta, F., Tumiatti, W., Cavalli, R., Zerbinati, O., Roggero, C. M., Vallero, R. Ultrasound-assisted synthesis of cyclodextrinbased nanosponges. Patent WO. , 06/002814 (2006).</li>
<li>Trotta, F., Cavalli, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+and+applications+of+new+hyper-cross-linked+cyclodextrins%5BTitle%5D)+AND+%22Compos.+Interface%22%5BJournal%5D)">Characterization and applications of new hyper-cross-linked cyclodextrins.</a> Compos. Interface. 16, 39-48 (2009).</li>
<li>Cavalli, R., Trotta, F., Tumiatti, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclodextrin-based+nanosponges+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Incl.+Phenom.+Macrocycl.+Chem%22%5BJournal%5D)">Cyclodextrin-based nanosponges for drug delivery.</a> J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 56, 209-213 (2006).</li>
<li>Trotta, F., et al. Cyclodextrin-based nanosponges as a vehicle for antitumoral drugs. Patent WO. , 09/003656 (2009).</li>
<li>Vyas, A., Shailendra, S., Swarnlata, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclodextrin+based+novel+drug+delivery+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Incl.+Phenom.+Macrocycl.+Chem%22%5BJournal%5D)">Cyclodextrin based novel drug delivery systems.</a> J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 62, 23-42 (2008).</li>
<li>Swaminathan, S., Vavia, P. R., Trotta, F., Torne, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formulation+of+beta-cyclodextrin+based+nanosponges+of+itraconazole%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Incl.+Phenom.+Macrocycl.+Chem%22%5BJournal%5D)">Formulation of beta-cyclodextrin based nanosponges of itraconazole.</a> J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 57, 89-94 (2007).</li>
<li>Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J., Gericke, G., Sithole, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclodextrin+nanosponges+in+the+removal+of+organic+matter+to+produce+water+for+power+generation%5BTitle%5D)+AND+%22Water+SA%22%5BJournal%5D)">Cyclodextrin nanosponges in the removal of organic matter to produce water for power generation.</a> Water SA. 34, 657-660 (2008).</li>
<li>Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J., Nxumalo, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monofunctionalized+cyclodextrin+polymers+for+the+removal+of+organic+pollutants+from+water%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Monofunctionalized cyclodextrin polymers for the removal of organic pollutants from water.</a> Environ.Chem. Lett. 5, 79-84 (2007).</li>
<li>Mhlanga, S. D., Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+organic+contaminants+from+water+using+nanosponge+cyclodextrin+polyurethanes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Technol.+Biot%22%5BJournal%5D)">Removal of organic contaminants from water using nanosponge cyclodextrin polyurethanes.</a> J. Chem. Technol. Biot. 82, 382-388 (2007).</li>
<li>Lehmann, S., Seiffert, S., Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatially+Resolved+Tracer+Diffusion+in+Complex+Responsive+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Spatially Resolved Tracer Diffusion in Complex Responsive Hydrogels.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 15963-15969 (2012).</li>
<li>Ferrer, G. G., Pradas, M. M., Ribelles, J. L. G., Colomer, F. R., Castilla-Cortazar, I., Vidaurre, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+nature+of+the+porous+confining+network+on+the+sorption%2C+diffusion+and+mechanical+properties+of+hydrogel+IPNs%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Polym.+J%22%5BJournal%5D)">Influence of the nature of the porous confining network on the sorption, diffusion and mechanical properties of hydrogel IPNs.</a> Eur. Polym. J. 46, 774-782 (2010).</li>
<li>Santoro, M., Marchetti, P., Rossi, F., Perale, G., Castiglione, F., Mele, A., Masi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Smart+approach+to+evaluate+drug+diffusivity+in+injectable+agar-carbomer+hydrogels+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem+B%22%5BJournal%5D)">Smart approach to evaluate drug diffusivity in injectable agar-carbomer hydrogels for drug delivery.</a> J. Phys. Chem B. 115, 2503-2510 (2011).</li>
<li>Johnson, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+ordered+nuclear+magnetic+resonance+spectroscopy%3A+principles+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Nucl.+Magn.+Reson.+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Diffusion ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy: principles and applications.</a> Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectroscopy. 34, 203-256 (1999).</li>
<li>Viel, S., Ziarelli, F., Caldarelli, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+diffusion-edited+NMR+spectroscopy+of+mixtures+using+chromatographic+stationary+phases%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">Enhanced diffusion-edited NMR spectroscopy of mixtures using chromatographic stationary phases.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 9696-9698 (2003).</li>
<li>Alam, T. M., Hibbs, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+heterogeneous+solvent+diffusion+environments+in+anion+exchange+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Characterization of heterogeneous solvent diffusion environments in anion exchange membranes.</a> Macromolecules. 47, 1073-1084 (2014).</li>
<li>Ferro, M., Castiglione, F., Punta, C., Melone, L., Panzeri, W., Rossi, B., Trotta, F., Mele, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+diffusion+of+Ibuprofen+in+cyclodextrin+nanosponges+hydrogels%3A+an+HR-MAS+NMR+study%5BTitle%5D)+AND+%22Beilstein+J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Anomalous diffusion of Ibuprofen in cyclodextrin nanosponges hydrogels: an HR-MAS NMR study.</a> Beilstein J. Org. Chem. 10, 2715-2723 (2014).</li>
<li>Wolf, G., Kleinpeter, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+Field+Gradient+NMR+Study+of+Anomalous+Diffusion+in+a+Lecithin-Based+Microemulsion%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Pulsed Field Gradient NMR Study of Anomalous Diffusion in a Lecithin-Based Microemulsion.</a> Langmuir. 21, 6742-6752 (2005).</li>
<li>Rossi, F., Castiglione, F., Ferro, M., Marchini, P., Mauri, E., Moioli, M., Mele, A., Masi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drug-Polymer+interactions+in+hydrogel-based+drug-delivery+systems%3A+an+experimental+and+theoretical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Drug-Polymer interactions in hydrogel-based drug-delivery systems: an experimental and theoretical study.</a> Chem. Phys. Chem. , (2015).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

We presenteren een experimentele methode om de verspreiding regime van een kleine molecule drug ingekapseld binnen twee representatieve formuleringen van CDNSEDTA hydrogels te bepalen. HR-MAS NMR PGSE maakt de bepaling van de gemiddelde kwadratische verplaatsing van kleine moleculen in een bepaalde diffusie tijd (in de orde van enkele milliseconden tot seconde), dan controle afstanden in de micrometer schaal. In het traject waargenomen (50-170 msec) slechts één type beweging wordt waargenomen voor elke onderzochte syste...

Er is een groeiende belangstelling voor het ontwerp en formulering van polymere systemen die vangende via niet-covalente binding, kleine moleculen met potentiële biochemische activiteit. Dergelijke materialen zullen naar verwachting toepassingen op het transport van de werkzame selectieve doel te vinden kort na het optreden van externe stimuli, zoals schommelingen in de pH, temperatuur, etc. Hierbij hydrogels bleek veelzijdig en krachtig materialen zijn nanomedicine gezien gecontroleerde afgifte van geneesmiddelen 1. De vorming van polymere hydrogelen kunnen worden bereikt door het onderling verbinden van de macromoleculaire ketens door i) fysische, non-covalente interacties zoals waterstofbindingen, ii) covalente verknoping van de keten leidt tot een driedimensionaal netwerk kunnen zwellen in de aanwezigheid van een waterige oplossing of iii) een combinatie van beide genoemde werkwijzen 2-4. Een bijzonder veelzijdige klasse van drie-dimensional, zwelbare polymeren voor het inkapselen van organische en anorganische componenten kunnen worden verkregen uitgaande van natuurlijke β-cyclodextrine (β-CD) via condensatie met geschikte geactiveerde derivaten van een tetracarbonzuur 5-8 die tot cyclodextrine nanosponges (CDN). De synthese, karakterisering en toepassing van CDN&#39;s is een geconsolideerde onderzoeksthema van onze groep. Resultaten De afgelopen jaren blijkt dat CDN tonen intrigerende eigenschappen van zwelling, absorptie / opname van chemicaliën en afgifte van kleine geneesmiddel moleculen met toepassingen in gecontroleerde afgifte van farmaceutische werkzame bestanddelen 9-11 en milieuchemie 12-14. Gezien deze gebouwen, twee belangrijke problemen die moeten worden aangepakt betreffen de efficiënt laden van de actieve verbinding in de polymere gel en een beter begrip van de mobiliteit opgeloste stoffen in de gel matrices 15 </sup&gt;. De literatuur biedt zowel experimentele studies en theorieën met betrekking tot de diffusie mechanismen van kleine moleculen in macromoleculaire netwerken 16,17. Een gepulseerd veld-gradiënt spin-echo (PGSE) NMR spectroscopie is een gevestigde methode structurele wijd gebruikt om de translationele diffusie van kleine moleculen in oplosmiddelen 18 of zelfdiffusie zuivere vloeistoffen bestuderen. De recente ontwikkelingen van hoge resolutie magic angle spinning (HR-MAS) NMR-technologie maakt het mogelijk om hoge resolutie NMR-gegevens van de mobiele moleculen te verzamelen in heterogene schorsingen 19, gels en zwelbare polymeren 20,21. Inderdaad, de experimentele opstelling combinatie van HR-MAS NMR-spectroscopie en de PGSE pulssequentie biedt een unieke gelegenheid om de opgeloste moleculen waarnemen in moleculaire omgeving van de gastheer. Belangrijke gegevens over de transporteigenschappen van de omsloten geneesmiddel molecuul binnen een gelmatrix kan aldus worden verkregen. Hoge kwaliteit experimentele gegevens kan dus obtai zijnned waardoor een meer rationele ontwerp van nanogestructureerde gastheer-gast systemen. In dit werk beschrijven we de gedetailleerde protocollen voor de volgende stappen: i) synthese en zuivering van twee verschillende formulering van CDN verknoopt met EDTA polymeren (figuur 1), aangeduid als CDNSEDTA en gekenmerkt door verschillende CD / verknoper molair verhouding: 1: 4 (CDNSEDTA 1: 4) en 1: 8 (CDNSEDTA 1: 8); ii) de bereiding van met geneesmiddel beladen hydrogels zowel CDNSEDTA 1: 4 en CDNSEDTA 1: 8. In deze stap gebruik gemaakt, als model geneesmiddelmolecuul de populaire niet-steroïdale anti-inflammatoire ibuprofen natriumzout (IP); iii) het grondig onderzoek van de transport eigenschappen van IP binnen de CDNSEDTA hydrogels via PGSE-HRMAS NMR-spectroscopie. De werkwijze die we voorstellen is hier gebaseerd op de meting van de gemiddelde kwadratische verplaatsing (MSD) van het ingekapselde geneesmiddel in de hydrogel, gevolgd door de analyse van de tijdsafhankelijkheid van de MSD. we wish benadrukken dat de bovengenoemde methode - die gericht is op de tijdsafhankelijkheid van MDS het geneesmiddel in de matrix - wordt een breder spectrum van informatie in vergelijking met de geconsolideerde methode berust op het bepalen van alleen de drug diffusiecoëfficiënt. We hebben onlangs aangetoond 21 dat deze aanpak toegestaan ​​voor de discriminatie van normale en abnormale diffusie regimes ervaren door IP opgesloten in CDN hydrogels. Wij geloven een dat de stap-voor-stap beschrijving van polymeersynthese / zuivering vorming van de met geneesmiddel beladen hydrogels, HR-MAS NMR karakterisatie en verwerken van MDS data, is een krachtige toolkit voor wetenschappers vindt het karakteriseren nanogestructureerde systemen voor de opsluiting en het vrijkomen van kleine moleculen.

<table><tbody><tr><td>HR-MAS probe</td><td>BRUKER</td><td>N/A</td><td>Probe voor NMR-metingen op semi-solide monsters</td></tr><tr><td>NMR Spectrometer</td><td>BRUKER</td><td>DRX 500</td><td>FT NMR-spectrometer voor vloeibare en semi-solide toestand</td></tr><tr><td>&beta;-cyclodextrine (&beta;-CD)</td><td>Alfa-Aesar</td><td>J63161</td><td>Reagens</td></tr><tr><td>Ethyleendiaminetetracetisch (EDTA) dianhydride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>332046</td><td>Reagens</td></tr><tr><td>Dimethylsulfoxide (DMSO)</td><td>Alfa-Aesar</td><td>D0798</td><td>Solvent</td></tr><tr><td>Triethylamine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>471283</td><td>Base (reagens)</td></tr><tr><td>Ibuprofen (IP) natriumzout</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I1892</td><td>Ontstekingsremmend medicijn</td></tr><tr><td>Excel 2010</td><td>Microsoft</td><td>N/A</td><td>Spreadsheet voor gegevensanalyse</td></tr><tr><td>Origin 8 SR0</td><td>OriginLab Co.</td><td></td><td>Spreadsheet voor gegevensanalyse</td></tr></tbody></table>

transport eigenschappen van ibuprofen ingekapseld in cyclodextrine nanosponge hydrogels: a proton hr-mas nmr-spectroscopie studie

Transport Properties of Ibuprofen Encapsulated in Cyclodextrin Nanosponge Hydrogels: A Proton HR-MAS NMR Spectroscopy Study

De chemische verknoping van β-cyclodextrine (β-CD) met ethyleendiaminetetraazijnzuurdianhydride (EDTA) tot genoemd cyclodextrine nanosponges (CDNSEDTA) vertakte polymeren. Twee verschillende preparaten worden beschreven onder 1: 4 en 1: 8 CD-EDTA molverhoudingen. De overeenkomstige verknoopte polymeren werden in contact gebracht met 0,27 M waterige oplossing van ibuprofen natriumzout (IP) leidt tot homogene kleurloze geneesmiddel geladen hydrogels. De systemen werden gekenmerkt door een hoge resolutie magic angle spinning (HR-MAS) NMR-spectroscopie. Gepulseerd veldgradiënt spin-echo (PGSE) NMR spectroscopie werd gebruikt om de gemiddelde kwadratische verplaatsing (MSD) van IP binnen de polymere gel bepalen in verschillende observatietijdstippen td. De data werden verder verwerkt om de tijdsafhankelijkheid van MSD bestuderen VIB = f (t d). De voorgestelde werkwijze is nuttig om de verschillende diffusie regimes die karakteriserenin principe kan de opgeloste ervaren in de hydrogel, namelijk normale of abnormale diffusie. De volledige protocols zoals de polymeerbereiding en zuivering, het verkrijgen van met geneesmiddel beladen hydrogels, de NMR monsterbereiding, de meting van MSD door HR-MAS NMR spectroscopie en de uiteindelijke gegevensverwerking de tijdsafhankelijkheid van MSD bereiken worden hier vermeld en besproken . De gepresenteerde experimenten vormen een paradigmatische zaak en de gegevens worden besproken in termen van innovatieve benadering van de karakterisering van de transport eigenschappen van een ingekapselde gast binnen een polymere scala aan mogelijke toepassing voor drug delivery.

We eerst heeft deze methode toegepast op de IP geneesmiddelmolecuul opgelost in water oplossing om de levensvatbaarheid van deze benadering te controleren. Een volledige beschrijving van de representatieve resultaten kan worden gevonden in ref. 21. In plaats daarvan zullen we hier focussen op de methodologische aspecten en de noten-en-bouten aanpak van gegevensverzameling en analyse. Figuur 3 toont, op een semi-logaritmische schaal, het genormaliseerde experimentele sign...

De beweging regimes ibuprofen ingekapseld in β-cyclodextrine nanosponges polymeer netwerk worden bestudeerd met behulp van pulsed-field-gradient spin-echo (PGSE) NMR-techniek. Synthese, zuivering, geneesmiddelbelading, uitvoering van de NMR pulssequentie en gegevensanalyse uitwerken de gemiddelde kwadratische verplaatsing van het geneesmiddel op verschillende observatietijdstippen worden beschreven.

Transport eigenschappen van Ibuprofen ingekapseld in Cyclodextrine Nanosponge Hydrogels: A Proton HR-MAS NMR-spectroscopie Studie

The chemical cross-linking of &#946;-cyclodextrin (&#946;-CD) with ethylenediaminetetraacetic dianhydride (EDTA) led to branched polymers referred to as ...

Het algemene doel van dit werk is het tonen van de synthese van cyclodextrine-nanosponzen, het omzetten daarvan in met geneesmiddelen geladen hydrogels, en het bestuderen van de diffusiviteit van het geneesmiddel binnen de hydrogel middels high-resolution magic angle spinning nucleaire magnetische resonantiespectroscopie. Cyclodextrine-nanosponzen worden bereid door stapsgewijze polymerisatie tussen cyclodextrines, of CD's, en gedroogde EDTA DNA. Tenzij anders vermeld, is ons netwerk van CD-eenheden vormig, in staat om organische en anorganische soorten te absorberen en vrij te geven.Het belangrijkste voordeel van NMR met high-resolution magic angle spinning is het kunnen monitoren van de transporteigenschappen van het ingekapselde geneesmiddel binnen een polymere gast met potentieel belang voor drug delivery. De synthetische aanpak is zeer eenvoudig en wordt bij kamertemperatuur uitgevoerd. De stapsgewijze polymerisatiereactie vindt plaats in ongeveer 10 minuten.We hebben ibuprofen gekozen als voorbeeld van een geneesmiddel dat is ingesloten in polymere waterstofmatrixen, representatief voor een werkelijk zesvoudige afgifte. Droog bèta-cyclodextrine in een oven bij 100 °C tot een constant gewicht. Droog daarnaast 250 ml DMSO en 100 ml triethylamine gedurende 24 uur over moleculaire zeven van 4 Å voordat ze in het protocol worden gebruikt.Voeg 25 milliliters DMSO toe aan een ronde kolf van 50 milliliters met één hals. Voeg onder magnetisch roeren 5,675 grams bèta-cyclodextrine toe. Voeg het bèta-cyclodextrinepoeder in kleine porties toe aan de DMSO om de vorming van klonten te verminderen.Voeg na ongeveer 30 minuten zes milliliter triethylamine toe aan de homogene oplossing met een maatpipet van 10 milliliter. Plaats de kolf in een waterbad op kamertemperatuur en houd het mengsel 15 minuten lang onder roering. Voor de bereiding van cyclodextrine-nanospons één-vier wordt onder intensief roeren 5,124 gram EDTA-dianhydride toegevoegd.En voor de bereiding van cyclodextrine-nanospons één-acht, voegt u 10,248 gram EDTA-dianhydride toe onder intensief roeren. Verwijder na drie uur het vaste materiaal, wat de cyclodextrine-nanospons is, met een spatel uit de kolf en verbrijzel dit grof met een vijzel en stamper. Was het vaste materiaal in een acetonbad, waarna het vaste materiaal wordt gewassen en gefiltreerd op filterpapier.Nadat al het vaste materiaal 48 uur aan de lucht bij kamertemperatuur is gedroogd, wordt het gedroogde materiaal fijngecrushed met een vijzel en stamper. Bewaar het vervolgens gedurende twee uur onder vacuüm bij 45 °C. Voor de monsterbereiding van NMR met magic angle spinning met een hoge resolutie wordt eerst een oplossing van 0,27 M ibuprofen-natriumzout in gedeutereerd water bereid.Voeg 20 mg cyclodextrine-nanospons één-vier en 2 mg watervrij natriumcarbonaat toe aan 150 µL van de oplossing in een glazen flacon van 2 mL. Meng de inhoud van de flacon met een kleine spatel om deze te homogeniseren. Herhaal dit proces voor het cyclodextrine-nanospons één-acht polymeer.Het verkrijgen van een homogene, perfect gezwollen hydrogel is de eerste cruciale stap voor een goed HR mass NMR-spectrum. De hydrogel moet zeer zorgvuldig in de NMR-rotor worden geplaatst, waarbij luchtbellen moeten worden vermeden omdat deze een onjuiste rotatie van de rotor kunnen veroorzaken. Breng de gel met een klein spatel in een vijf millimeter NMR-rotor die geschikt is voor HR mass-experimenten.Plaats vervolgens de rotor in de magneet van de NMR-spectrometer. Zodra deze zich in de magneet bevindt, wordt de rotor door een pneumatische eenheid in rotatie gebracht tot 4 000 hertz. Om HR mass proton NMR-experimenten uit te voeren, worden de instrumentele parameters ingesteld op een rotorsnelheid van vier kilohertz bij de pneumatische massabesturingsunit en een monstertemperatuur van 305 kelvin in de variabele temperatuureenheid.Voer een eendimensionaal spectrum uit om de diffusie HR-massaspectra van ibuprofen in cyclodextrine-nanospons één-vier en cyclodextrine-nanospons één-acht hydrogels te verkrijgen, door gebruik te maken van de pulsed gradient spin-echo pulssequentie op de protonresonantie. De diffusie-experimenten worden uitgevoerd met gebruik van de BP led-pulssequentie. Dit is een pseudo-tweedimensionaal experiment met een gradiënthelling die lineair toeneemt van 2% tot 100% gradiëntsterkte in de indirecte dimensie.De signaalintensiteit wordt gedempt afhankelijk van de diffusietijd en de gradiëntpuls P30. De optimalisatie van deze parameters is vereist voordat een experiment correct kan worden uitgevoerd. De optimalisatie gebeurt door twee eendimensionale metingen uit te voeren, waarbij de diffusietijd constant wordt gehouden terwijl P30 wordt gevarieerd.Metingen met variabele diffusietijd worden uitgevoerd door de diffusietijd stapsgewijs te verhogen in het bereik van 50 tot 200 milliseconden. Voor elk experiment wordt een reeks van 32 spectra verzameld. Verwerk vervolgens de gegevens zoals beschreven in het tekstprotocol.Het basispulsveld-gradiënt spin-echo-experiment maakt het mogelijk om de moleculaire gemiddelde kwadratische verplaatsing van ibuprofen in de hydrogelen te meten. De NMR-signaalintensiteit neemt af naarmate de gradiëntsterkte toeneemt. De fitting van dit verval levert de moleculaire gemiddelde kwadratische verplaatsing op, aangeduid als Z-kwadraat.Op hun beurt is de gemiddelde kwadratische verplaatsing gerelateerd aan het type diffusieregime. De alpha-exponent wordt experimenteel verkregen via een log-log lineaire regressie van de gemiddelde kwadratische verplaatsing als functie van de diffusietijd. De waarde van de alpha-exponent is een descriptor van het diffusieregime dat wordt waargenomen voor ibuprofen in de hydrogelmatrix.Isotrope onbeperkte diffusie treedt op wanneer alpha gelijk is aan één. Een subdiffusief regime wordt aangegeven door een alpha-waarde van minder dan één. En een superdiffusief regime wordt weergegeven door een alpha-waarde van meer dan één.Ibuprofen ingesloten in de hydrogelmatrix vertoont twee verschillende diffusieregimes, afhankelijk van de polymeerbereiding. Hydrogels van nanosponzen één-vier worden gekenmerkt door een subdiffusief regime. Omgekeerd worden hydrogels van nanosponzen één-acht gekenmerkt door een licht superdiffusief regime.Zodra deze reactie onder de knie is, kan deze bij een correcte uitvoering binnen één uur met een hoog rendement en hoge zuiverheid worden voltooid. De materialen vertonen een interessante capaciteit voor wateropname door de vorming van viskeuze hydrogels, waarin biologisch actieve moleculen eenvoudig kunnen worden ingebouwd. De moleculaire toestand in de transporteigenschappen van een biologisch actief molecuul dat is ingekapseld in dergelijke polymere matrices kan experimenteel worden bestudeerd met behulp van HMS NMR-technieken.De NMR-resultaten met betrekking tot de diffusie van ibuprofen in de hydrogels die zijn bereid uit cyclodextrine-nanosponzen geven aan dat de diffusie kan worden gemoduleerd door een geschikte bereiding van de polymeren. Ibuprofen vertoont zowel een subdiffusief als een superdiffusief regime in cyclodextrine-nanospons-hydrogels. Deze bevinding kan worden benut voor het originele ontwerp van de afgifte-eigenschappen van een hydrogel-steunstructuur op basis van cyclodextrine-nanosponzen.

transport-properties-ibuprofen-encapsulated-cyclodextrin-nanosponge

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Het gebruik van fluoroforen voor in vivo beeldvorming kan sterk beperkt worden door opsonisatie, snelle klaring, lage detectiegevoeligheid en cytotoxische effecten op de gastheer. Encapsulatie van fluoroforen in liposomen door filmhydratie en extrusie leidt tot fluorescentiekwelving en bescherming, wat in vivo beeldvorming met hoge detectiegevoeligheid mogelijk maakt.

Fluorescentie-blussen van een liposomaal ingekapseld nabij-infrarood Fluorofoor als een instrument voor In Vivo Optical Imaging

Het doel van dit protocol is om de bereiding en karakterisering van fysiek opgesloten, slecht oplosbare geneesmiddelen in micellaire geneesmiddelafgiftesystemen, samengesteld uit amfifiele blokcopolymeren, te beschrijven.

Bereiding en karakterisering van de individuele en multi-geneesmiddel beladen Fysiek Ingesloten Polymeer Micellen

Dit manuscript beschrijft de bereiding van magnetische en thermische gevoelige microgels via een temperatuur geïnduceerde emulsie zonder chemische reactie. Deze gevoelige microgels werden gesynthetiseerd door poly ( N- isopropylacrylamide) (PNIPAAm), polyethyleenimine (PEI) en Fe304 -NH2 nanodeeltjes te mengen voor het potentiële gebruik in magnetisch en thermisch geactiveerde geneesmiddelafgifte.

Magnetische en thermische gevoelige poly (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) -gebaseerde Microgels voor magnetisch uitgezette gecontroleerde vrijgave

Flash NanoPrecipitation (FNP) is een schaalbare benadering voor de productie van polymere core-shell nanodeeltjes. Lab-schaal formuleringen voor de inkapseling van hydrofobe of hydrofiele therapeutics worden beschreven.

NanoPrecipitation Flash voor de inkapseling van hydrofobe en hydrofiele stoffen in polymere nanodeeltjes

Dit artikel beschrijft de inkapseling van falcarindiol in lipide-gecoate 74 nm nanodeeltjes. De mobiele opname van de nanodeeltjes door menselijke stamcellen in lipide druppels wordt gecontroleerd door fluorescerende en confocal beeldvorming. Nanodeeltjes worden vervaardigd door de snelle injectie methode van oplosmiddel verschuiven, en hun grootte wordt gemeten met de Dynamische lichtverstrooiing techniek.

Opname van nieuwe lipide-gecoate nanodeeltjes met Falcarindiol door menselijke mesenchymale stamcellen

De vriesontdooi methode wordt gebruikt voor de productie van Chitosan-poly (vinyl alcohol) hydrogels zonder dwars verbindingsmiddelen. Voor deze methode is het belangrijk om de Vries condities (temperatuur, aantal cycli) en polymeer verhouding te overwegen, wat de eigenschappen en toepassingen van de verkregen hydrogels kan beïnvloeden.

Een Bevriezings methode voor het bereiden van Chitosan-poly (vinyl alcohol) hydrogels zonder dwars verbindingsmiddelen en Diflunisale vrijgave studies

Deze studie beschrijft klassieke hydratatie met behulp van de dunne lipide-film methode voor de bereiding van nanoliposome gevolgd door nanodeeltjes karakterisatie. Een 47 kDa-hydrofiele en bolvormige proteïne, Tarin, is met succes ingekapseld als een strategie om de stabiliteit te verbeteren, snelle klaring te voorkomen en gecontroleerde afgifte te bevorderen. De methode kan worden aangepast aan hydrofobe moleculen inkaping.

Voorbereiding en karakterisering van Nanoliposomes voor de Entrapment van bioactieve hydrofiele bolvormige eiwitten

Het huidige protocol beschrijft een gedetailleerde benchtop-katalytische methode die een uniek geboryleerd derivaat van ibuprofen oplevert.

Synthese van een geboryleerd ibuprofenderivaat door Suzuki-kruiskoppeling en alkeenboracarboxyleringsreacties

Hier beschrijven we de productie en karakterisering van bioactieve stoffen die nanoschijven bevatten. Amfotericine B nanoschijven worden als voorbeeld genomen om het protocol stapsgewijs te beschrijven.

Formulering en karakterisering van bioactieve stof die nanoschijven bevat

Dit protocol beschrijft de synthese, hemoglobine-inkapseling en oppervlakte-PEGylatie van hiërarchisch poreuze UiO-66-nanodeeltjes die ontworpen zijn voor zuurstofafgifte. De procedure combineert defectengineering met rekbevorderde biorthogonale conjugatie om zeer doorlatende en fysiologisch stabiele dragers te genereren die geschikt zijn voor biomedische toepassingen.

Synthese, hemoglobine-inkapseling en biorthogonale PEGylatie in hiërarchisch poreuze uiO-66-nanodeeltjes voor zuurstofafgiftetoepassingen

Ontdek de synthese van cyclodextrine nanosponzen en hun omzetting in geneesmiddelgeladen hydrogels. Deze studie analyseert de diffusiviteit van ibuprofen binnen het hydrogel met behulp van hoogresolutie magische hoekspinning NMR-spectroscopie.

Transport eigenschappen van Ibuprofen ingekapseld in Cyclodextrine Nanosponge Hydrogels: A Proton HR-MAS NMR-spectroscopie Studie (Video) | JoVE Journal

Transport eigenschappen van Ibuprofen ingekapseld in Cyclodextrine Nanosponge Hydrogels: A Proton HR-MAS NMR-spectroscopie Studie

Meer video's verkennen