Przedstawiono technikę wykorzystującą wysokie napięcie elektryczne i ukierunkowaną, aktywną emulsję do wytwarzania jednolitych mikrogranulek reagujących na pH.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiono technikę wykorzystującą wysokie napięcie elektryczne i ukierunkowaną, aktywną emulsję do wytwarzania jednolitych mikrogranulek reagujących na pH.
Olej z czarnuszki (BSO), pozyskiwany z nasion rośliny Nigella sativa, przyciągnął uwagę ze względu na swoje potencjalne właściwości przeciwnowotworowe, szczególnie w kontekście raka jelita grubego. Jego aktywny związek, tymochinon, może pomóc hamować wzrost komórek rakowych i indukować apoptozę w komórkach raka jelita grubego. Ponadto działanie przeciwzapalne i przeciwutleniające oleju z czarnuszki może przyczynić się do zdrowszego środowiska jelitowego, potencjalnie zmniejszając ryzyko zachorowania na raka. W związku z tym w badaniu zsyntetyzowano wrażliwe na pH kulki alginianowe, aby dostarczyć BSO do jelita grubego w sposób kontrolowany bez uwalniania leku przy pH 1,2 (żołądek), zapewniając w ten sposób dobrze zdefiniowany wzorzec uwalniania przy pH 6,8. Zastosowanie technologii elektronatryskiwania poprawia wydajność procesu, ułatwiając tworzenie małych, jednorodnych kulek o większej szybkości pęcznienia i dyfuzji w podłożu żołądkowo-jelitowym.
Sformułowane koraliki charakteryzowały się testem siły mukoadhezyjnej ex-vivo, rozmiarem kulki, współczynnikiem sferyczności (SF), wydajnością enkapsulacji (EE), skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM), zachowaniem pęcznienia in vitro (SB) oraz uwalnianiem leku in vitro w pożywkach kwaśnych i buforowych. Wszystkie te wyprodukowane koraliki wykazały w tym teście skromne rozmiary 0,58 ± 0,01 mm i kulisty kształt 0,03 ± 0,00 mm. Preparat wykazał obiecujące właściwości unoszenia się i uwalniania in vitro. Przy bardzo niskim skumulowanym odsetku kulek, EE oleju wynoszące 90,13% ± 0,93% było wysokie, a badanie uwalniania wykazało ponad 90% pH 6,8 z dobrym charakterem unoszącym się w żołądku. Dodatkowo koraliki były równomiernie rozmieszczone w całym jelicie. Podejście do elektronatryskiwania zastosowane w tym protokole może być powtarzalne, dając spójne wyniki. Dlatego protokół ten może być wykorzystywany do produkcji na dużą skalę w celach komercjalizacji.
Czarnuszka, a zwłaszcza BSO, była używana od wieków do leczenia wielu chorób ze względu na swoje dobrze znane właściwości lecznicze. Tymochinon jest prawdopodobnie jednym z najważniejszych fitochemikaliów występujących w BSO1. W ostatnich latach naukowcy badali potencjalne korzyści terapeutyczne tymochinonu in vivo i in vitro, przedstawiając dowody empiryczne na poparcie stosowania BSO. Badania wykazały właściwości przeciwnadciśnieniowe, przeciwbakteryjne, przeciwhistaminowe, przeciwgrzybicze, przeciwbólowe, przeciwcukrzycowe, obniżające poziom lipidów i przeciwzapalne dla BSO, które mogą być stosowane w leczeniu objawów takich jak egzema, wysokie ciśnienie krwi, astma, kaszel, ból głowy, grypa, gorączka, przeciwnowotworowe, zawroty głowy i aktywność2,3.
Nakładanie stosunkowo cienkich powłok na małe kropelki płynów i dyspersji, lub cząstek stałego materiału, jest znane jako mikroenkapsulacja. Jeśli chodzi o olej, olej w mikrokapsułkach jest zwykle dość cenny, ponieważ niektóre formy oleju, takie jak BSO, są uważane za pożywne pokarmy i oferują korzyści lecznicze4. Jednak dodawanie olejów bezpośrednio do matrycy żywności może prowadzić do ulatniania się, co może szybko spowodować zanik aktywności w wyniku ekspozycji na tlen i światło UV5. Co więcej, brak kontroli nad szybkością uwalniania olejków skutkuje natychmiastowym i przemijającym efektem. Stworzenie polimerowej powłoki wokół olejku eterycznego poprzez mikrokapsułkowanie lub mikrosferyfikację jest jedną z metod obejścia tych wad6.
Mikrokapsułki, znane również jako mikrosfery, chronią oleje przed szkodliwymi warunkami środowiskowymi7. Proces ten jest szeroko stosowany w celu zwiększenia skuteczności leku, zachowania zawartości leku, umożliwienia tabletek o przedłużonym uwalnianiu, poprawy maskowania smaku, zmniejszenia utraty smaku w okresie trwałości produktu, przedłużenia odczucia w ustach i oddzielenia niekompatybilnych składników w jednej dawce8. Mikrokapsułkowanie pomaga również w utrzymaniu absorpcji metabolicznej, kontrolowaniu szybkości uwalniania oleju i utrzymywaniu odpowiednich stężeń, aby uzyskać zamierzony wynik w określonym miejscu9.
Enkapsulacja elektrohydrodynamiczna jest prostą i elastyczną metodą. Substancja czynna znajduje się w wewnętrznym rdzeniu mikrokapsułki, który składa się z zewnętrznej otoczki. Pod tym względem charakteryzuje się dość mocną matrycą, która gwarantuje, że składnik aktywny może być rozprowadzany bardziej efektywnie, a nie jasno określone jądro. Przed sferycyklacją substancja czynna i roztwór polimeru muszą zostać połączone w celu wytworzenia mikrosfer9. Z drugiej strony, ponieważ olej jest lotny, jego mikrokapsułkowanie może być niezwykle trudne i wymaga starannej kontroli temperatury.
Istnieją różne metody kapsułkowania olejów. Na przykład niektóre oleje muszą być kapsułkowane w niskich temperaturach, aby zapobiec rozkładowi lub ulatnianiu się ich bioaktywnych składników. Aby stworzyć struktury o rozmiarach mikro i nano, atomizacja elektrohydrodynamiczna (EHDA) była szeroko badana przez naukowców10. W tym sensie warunki przetwarzania, które obejmują natężenie przepływu, przyłożone napięcie i rozmiar dyszy, a także właściwości odległości zbierania roztworu polimerowego, są dwoma podstawowymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, aby uzyskać pożądaną wielkość lub morfologię cząstek11,12.
W tym badaniu, alginiany -- rodzaj naturalnie występujących polisacharydów nadających się do doustnego spożycia -- zostały użyte do enkapsulacji BSO. Brązowe wodorosty zawierają alginian, anionowy polimer, który występuje naturalnie. Składa się z dwóch struktur monomerycznych: kwasu α-L-guluronowego (G) i kwasu 1-4βD-mannuronowego (M)13. Jego polimer jest nietoksyczny14, ma wysoki stopień biokompatybilności, jest niedrogi i skutecznie ulega degradacji15. Dlatego jest często stosowany w sektorach biotechnologii i inżynierii.
Alginiany są materiałem wybieranym do enkapsulacji przez żelowanie jonowe, ponieważ mogą tworzyć usieciowaną strukturę między grupami G różnych łańcuchów alginianowych, tworząc połączenia jonowe z kationami dwuwartościowymi, takimi jak jony Sr2+, Ca2+ lub Zn2+. Proces żelowania można odpowiednio scharakteryzować za pomocą modelu egg-box, który ogranicza kation dwuwartościowy do dwóch grup karboksylowych na cząsteczkach alginianu znajdujących się obok siebie. Zasugerowano, że właściwości hydrożelowe kulek alginianu sodu mogą regulować uwalnianie makrocząsteczek i małych cząsteczek. Kulki alginianu sodu mogą przylegać do błony śluzowej jelit przez dłuższy czas ze względu na ich właściwości śluzowe. Co więcej, alginian zapewnia osłonę, która może chronić oleje przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak media kwaśne16 i przenosi oleje do kanałów doprowadzających przewód pokarmowy17. Od tego czasu został wykorzystany w badaniach, aby pomóc w specyficznym dla miejsca podawaniu leków do tkanek błony śluzowej18,19.
Podejście elektrohydrodynamiczne zostało użyte w tym badaniu do zbadania opłacalności emulgowania olejów komercyjnych w celu stworzenia kapsułek20. W tym przypadku zastosowano podejście elektrohydrodynamiczne do generowania i analizowania mikrosfer obciążonych alginianem BSO20. W badaniu tym oceniono szereg innych czynników, w tym SF mikrosfer, ex-vivo, właściwości mukoadhezyjne, EE%, wygląd fizyczny, rozkład wielkości i potencjał zeta; Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (ATR-FTIR) o tłumieniu całkowitego odbicia została wykorzystana do przetestowania kompatybilności chemicznej20.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie emulsji alginian-BSO
2. Charakterystyka emulsji alginian-BSO
(1)
(2)3. Charakterystyka kulek
(3)4. Wyznaczenie EE%
(4)5. Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)
UWAGA: Należy użyć SEM do obserwacji mikrostruktury i morfologii powierzchni kulek alginianowych BSO.
6. Określenie oddziaływania lek-substancja pomocnicza za pomocą ATR-FTIR
7. Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC)
UWAGA: Właściwości termiczne i kompatybilność kulek obciążonych BSO zostały zbadane przy użyciu DSC (Plik uzupełniający 1).
8. Charakterystyka pęcznienia kulek
(5)Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przygotowanie alginianowych mikrokulek obciążonych BSO
Rycina 1 przedstawia układ eksperymentalny służący do przygotowania alginianowych mikrokulek obciążonych BSO. Ilość wykorzystanej lecytyny miała znaczący wpływ na stabilność emulsji BSO. Emulsje przygotowane z zastosowaniem wszystkich trzech stężeń lecytyny były porównywalnie stabilne. W tym doświadczeniu do oceny stabilności emulsji wykorzystano metodę wirowania (894 × g, 5 min)20. W...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W procesie EHDA stworzono mikrogranulki alginianowe obciążone BSO jako nośnik wrażliwy na pH. Sieć kulek wykazywała zależne od pH pęcznienie i uwalnianie leku ze względu na obfitą obecność grup kwasów karboksylowych. Okazało się, że silne międzycząsteczkowe wiązania wodorowe między łańcuchami polimerowymi są przyczyną zmniejszonego charakteru pęcznienia kulek obciążonych BSO przy pH 1,2. Kulki obciążone BSO mogą skorzystać z tego obniżonego SB przy podawaniu leków wrażliwych na pH. pH miało wpływ na BSO uwalniane z kulek...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
To badanie było wspierane przez Princess Nourah bint Abdulrahman University Researchers Supporting Project numer (PNURSP2024R30), Princess Nourah bint Abdulrahman University, Rijad, Arabia Saudyjska. Badania te zostały sfinansowane przez Researchers Supporting Project numer (RSPD2024R811), Uniwersytet Króla Sauda, Rijad, Arabia Saudyjska.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówki wirówkowe 10 ml | Globe Scientific | 22-171-624 | |
| Igła 22 G | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). | ||
| Kuweta kwarcowa 3 ml | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). | ||
| Zlewka | |||
| Króćce aluminiowe | |||
| Elektroniczna waga | |||
| ATR-FTIR | Bruker Malaysia Sdn Bhd, Kawasan Perindustrian Temasya, 40150 Shah Alam, Selangor, Malezja. | ||
| Olej z czarnuszki | IKOP Pharmaceutical Ltd. (IKOP, Wydział Farmaceutyczny, IIUM, 25200 Kuantan, Pahang, Malezja | B182111 | Składnik aktywny |
| Chlorek wapnia odwadniany, CaCl2 · 2H2O | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, Stany Zjednoczone). | 21074 | Środek żelujący |
| Taśmy węglowe | |||
| klejące Wirówka | |||
| Różnicowa kalorymetria skaningowa | |||
| Cyfrowy Aparat fotograficzny | |||
| Zlewka mielona | |||
| Wysoka zawartość kwasu guluronowego Alginian sodu (mw. 97 000) o średniej lepkości (40 – 100 mPa s) | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). | W201502 | Polimerowy |
| zasilacz | |||
| Alkohol izopropylowy | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). | W292912 | Cel czyszczenia ATR-FTIR |
| Lecytyna | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). | P7568 | Środek powierzchniowo czynny |
| do mikroskopu | |||
| Skaningowa mikroskopia elektronowa | |||
| Symulowany płyn żołądkowy | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, USA). | 1651 | Pożywki antyadhezyjne i pęczniejące |
| Symulowany płyn jelitowy | Sigma-Aldrich (St.Louis, Missouri, Stany Zjednoczone). | 84082-64-4 | Pożywki antyadhezyjne i pęczniejące |
| do spektroskopii | |||
| Filtr ze stali nierdzewnej | |||
| Pompa strzykawkowa | SEN JIN SDN BHD Malezja, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malezja | ||
| Ultraczysta woda destylowana | Dostarczane przez laboratorium | ||
| Homogenizator ultradźwiękowy | SEN JIN SDN BHD Malaysia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malezyjski | ||
| spektrofotometr UV-vis. | |||
| Parownik próżniowy | SEN JIN SDN BHD Malaysia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malezja | ||
| Akcelerator napięcia | SEN JIN SDN BHD Malaysia, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia | ||
| Zetasizer Nano-ZS | (Malvern Zetasizer Nano series Nano-S i Nano-Z, Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, Wielka Brytania) |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten artykuł został opublikowany
Film wkrótce dostępny