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

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.