Przedstawiono technikę wykorzystującą wysokie napięcie elektryczne i ukierunkowaną, aktywną emulsję do wytwarzania jednolitych mikrogranulek reagujących na pH.
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.
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)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. Wyniki potwierdziły, że większy wpływ na stabilność emulsji BSO miał surfaktant, a nie wirowanie. Potencjał zeta oraz rozkład wielkości cząstek emulsji charakteryzowano zgodnie z treścią Tabeli 1 i Ryciny 2.
Charakterystyka kulek
Rozmiar, kształt i EE
Rozmiar, kształt i EE sformułowanych mikrokulek podsumowano w Tabeli 2. Rozmiar wysuszonych kulek wynosił od 1,86 ± 0,02 mm (F2 i F3) do 0,58 ± 0,01 mm (F8), natomiast kulki mokre miały rozmiar od 4,76 ± 0,01 mm (F3) do 1,50 ± 0,02 mm (F8). Napięcie elektryczne oraz szybkość przepływu emulsji były dwoma głównymi parametrami wpływającymi na rozmiar i sferyczność kulek. Zarówno SF, jak i rozmiar kulek zwiększały się wraz ze wzrostem szybkości przepływu, podczas gdy zmienne te malały przy zwiększonym napięciu elektrycznym. Niemniej jednak SF i rozmiar kulek nie spadały w pewnym punkcie, gdy napięcie elektryczne i szybkość przepływu były zwiększane proporcjonalnie. Badanie wykazało, że kulki wytwarzane przy szybkości przepływu 2 mL/min i napięciu elektrycznym 7 kV mają jednolity rozmiar, kształt i masę. Badacze zmierzyli rozmiar kulek i stwierdzili, że wynosi on 0,58 ± 0,01 mm. W przypadku sformułowań kulek mokrych i suchych, EE wynosiło odpowiednio od 67,20 ± 1,46% (F1) do 104,50 ± 4,04% (F8) oraz od 59,92 ± 0,90% (F1) do 90,13 ± 0,93% (F8). Udział EE rósł wraz z napięciem i szybkością przepływu, co można wyjaśnić wysokim napięciem, które zwiększyło wiązanie sieciowania z żelującym roztworem CaCl2 i stworzyło dodatkowe przestrzenie dla sieciowania jonowego. W rezultacie uwięziono więcej oleju i zapobieżono jego wyciekowi z macierzy polimerowej.
Jednorodność masy kulek
Współczynniki zmienności masy kulek alginianowych obciążonych BSO wynosiły od 1,37% do 3,93%. Zgodnie z najnowszymi badaniami średnia masa wszystkich kulek obciążonych BSO nie różniła się o więcej niż 5%.
ATR-FTIR
Aby określić oddziaływania między składnikami, przeprowadzono analizę ATR-FTIR (Rysunek 3). Alginian sodu wykazywał charakterystyczne pasma widmowe przy 3400 cm−1 dla drgań rozciągających O-H oraz przy 1595 i 1408 cm−1 dla grup C=O i C-C w wyniku drgań rozciągających. Wcześniejsze badania wykazały również dwa wyraźne pasma przy 1600 i 1405 cm−1, które powiązano odpowiednio z symetrycznymi i asymetrycznymi drganiami rozciągającymi grup -COOH. Ponadto za pasma widoczne w widmach alginianu sodu przy 1316 i 1025 cm−1 odpowiedzialna była grupa C-H. W przeciwieństwie do tego, widma lecytyny ujawniły trzy pasma przy 2922, 2853 i 1465 cm−1, odpowiadające grupom C=O, C-H i C-C. Najbardziej wyróżniające się piki BSO znaleziono przy 2953 i 2853 cm−1 (odpowiednio C-H w CH2 i C=C-H). Ponadto, ze względu na powszechność łańcuchów węglowych w kwasach tłuszczowych, pasma pojawiające się przy 1,753, 1,653 i 1,453 cm−1 sugerowały obecność odpowiednio grup C=O, C=C i C-H.
DSC
Analizę DSC wykorzystano do określenia zachowania temperaturowego kulek alginianowych obciążonych BSO oraz ich oddziaływań z innymi ekstrahentami podczas procesu przygotowania i rozwoju. Rozpad polielektrolitu jest spowodowany procesami depolimeryzacji i dehydratacji, najprawdopodobniej reakcjami utleniania polielektrolitu oraz częściową dekarboksylacją protonowanych grup karboksylowych (Rysunek 4).
SEM
Za pomocą SEM wykonano zdjęcia powierzchni wysuszonych kulek zoptymalizowanych pod kątem załadunku BSO. Wykazano, że kulki posiadały gładką powierzchnię, kształt sferyczny oraz liczne pory i kanały w ich zewnętrznej warstwie (Rysunek 5).
Zachowanie pęcznienia kulek
Pęcznienie kulek jest istotnym zjawiskiem, które wpływa na profil uwalniania leku z materiałów polimerowych21. Aby ocenić SB, kulki zawierające BSO przetestowano w SGF (0,1 N HCl, pH 1,2) oraz SIF (pH 6,8) (Rycina 6).
Kurczenie się alginianu w kwasowym pH może wyjaśniać początkowy spadek wskaźnika pęcznienia formulacji kulek F1 do F9 w SGF w porównaniu z SIF, co wskazuje na pH-zależne pęcznienie (SB). W konsekwencji kulki wykazały wyższy procentowy wskaźnik pęcznienia (SI) w SIF po 30-90 min. SB kulek w zasadowym pH można wyjaśnić wymianą jonów wapnia, w wyniku której obecność jonów fosforanowych będących sekwestrantami wapnia wiąże grupy karboksylowe sieciowanej macierzy alginianowo-lecytynowej z jonami sodu w buforze fosforanowym. Ponadto napęczniałe, sieciowane kulki alginianowe obciążone BSO uległy dezintegracji i erozji w ciągu 100-110 min, a w 120 min wszystkie formulacje uległy całkowitej erozji.
Głównym celem niniejszego badania jest synteza wrażliwych na pH kulek na bazie alginianu obciążonych olejkiem z czarnuszki (Black Seed Oil) przy użyciu techniki elektrospraying, aby umożliwić uwalnianie substancji czynnej w miejscu jej naturalnego wchłaniania – w jelitach. W środowisku o kwaśnym pH 1,2 kulki kurczyły się lub zachowywały swój pierwotny kształt, co zmniejszało ich tendencję do dezintegracji. W przeciwieństwie do tego, kulki alginianowe obciążone BSO szybko pęczniały po wystawieniu na działanie SIF (pH 6,8). Po 120 min wszystkie dziewięć formulacji (F1-F9) całkowicie rozpuściło się w SIF. Było to wynikiem obecności jonów fosforanowych w medium, które zwiększyły rozpuszczalność kompleksu alginianu sodu przy wyższych poziomach pH. Rozdzielenie alginianu sodu i następujący po nim rozpad żelu w buforze fosforanowym zostały spowodowane większym powinowactwem jonów fosforanowych do Ca2+ niż do jonów alginianu.

Rycina 1: Układ eksperymentalny techniki atomizacji elektrohydrodynamicznej do wytwarzania alginianowych mikrokulek. Układ do produkcji kulek w czasie rzeczywistym oraz świeżo przygotowane mokre kulki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Rozkład wielkości cząstek i potencjał zeta emulsji obciążonej olejkiem z czarnuszki. (A) Rozkład wielkości i (B) rozkład potencjału zeta. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Widma podczerwieni z transformacją Fouriera z tłumieniem całkownego odbicia (ATR-FTIR). (A) BSO, (B) alginian sodu, (C) lecytyna, (D) chlorek wapnia, (E) puste kuleczki (bez BSO), (F) kuleczki alginian-BSO oraz (G) mieszanina fizyczna substancji czynnej i substancji pomocniczych (alginianu sodu, lecytyny, chlorku wapnia i BSO). Skrót: BSO = olej z czarnuszki. Rysunek zmodyfikowany na podstawie pracy Azad et al.20. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Termogram różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). (A) kuleczki bez BSO oraz (B) kuleczki z załadowanym BSO. Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Azad et al.20. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5: Mikrofotografie z pomiarem elektronowym (SEM). (A, B) Wysuszone kule alginianowo-BSO wykazujące gładką morfologię powierzchni (25x i 100x); obecność porów i kanałów widoczna w przekroju wysuszonej kuli przy powiększeniu (C) 100x oraz (D) 500x. Paski skali = 100 µm (A-C), 20 µm (D). Rycina zmodyfikowana na podstawie pracy Azad i wsp.20. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 6: Zachowanie pęcznienia zoptymalizowanych kulek alginianowych obciążonych olejem z czarnuszki. (A) Środowisko kwasowe (pH 1.2) i (B) środowisko buforowe (pH 6.8) [średnia ± SD, n = 3). Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
| stężenie lecytyny (%) | Wielkość cząstek (nm) | PDI | Potencjał zeta (mV) | ES (%) | |||
| Przed | Po wirowaniu | Przed | Po odwirCowaniu | Przed | Po wirowaniu | ||
| 1 | 253.32±4.65 | 282.93±14.11 | 0.392±.03 | 0.333±.06 | -43.1±.36 | -37.6±2.2 | 92.50±0.23 |
| 3 | 334.51±12.82 | 347.44±15.14 | 0.315±.04 | 0.358±.12 | -46.9±2.26 | -43.5±1.32 | 94.83±0.42 |
| 5 | 430.13±14.23 | 463.23±8.91 | 0.422±.04 | 0.548±.11 | -51.4±2.75 | -45±1.01 | 96.50±0.40 |
Tabela 1: Analiza rozkładu wielkości cząstek i potencjału zeta emulsji obciążonej olejem z czarnuszki.*(n = 3, średnia ± SD). Skróty: PDI = indeks polidyspersyjności; ES = stabilność emulsji.
| Kod | Napięcie (kV) | Szybkość przepływu (ml/min) | Rozmiar kuleka (mm) | Współczynnik sferycznościa (mm) | Efektywność enkapsulacjia (%) | |||
| Mokre | Suche | Mokre | Suche | Mokre | Suche | |||
| F1 | 3 | 1 | 4.47±0.01 | 1.82±0.01 | 0.02±0.00 | 0.04±0.00 | 67.20±1.46 | 59.92±0.90 |
| F2 | 3 | 2 | 4.52±0.03 | 1.86±0.02 | 0.01±0.00 | 0.03±0.00 | 68.22±3.09 | 65.89±1.57 |
| F3 | 3 | 3 | 4.76±0.01 | 1.86±0.01 | 0.02±0.01 | 0.04±0.00 | 70.76±0.86 | 66.34±1.89 |
| F4 | 5 | 1 | 3.12±0.01 | 0.99±0.04 | 0.02±0.01 | 0.01±0.01 | 70.11±0.51 | 70.11±0.51 |
| F5 | 5 | 2 | 2.83±0.05 | 0.80±0.02 | 0.02±0.01 | 0.02±0.02 | 86.89±1.67 | 86.89±1.67 |
| F6 | 5 | 3 | 3.30±0.01 | 0.90±0.02 | 0.03±0.01 | 0.01±0.01 | 86.63±0.83 | 86.12±0.15 |
| F7 | 7 | 1 | 1.86±0.02 | 0.72±0.01 | 0.01±0.00 | 0.04±0.00 | 82.16±2.50 | 78.67±0.90 |
| F8 | 7 | 2 | 1.50±0.02 | 0.58±0.01 | 0.02±0.00 | 0.03±0.00 | 104.50±4.04 | 90.13±0.93 |
| F9 | 7 | 3 | 2.58±0.05 | 0.93±0.01 | 0.02±0.00 | 0.03±0.01 | 96.04±3.61 | 89.82±154 |
Tabela 2: Wpływ napięcia (kV) i szybkości przepływu (mL/min) na rozmiar kulek, współczynnik sferyczności i wydajność enkapsulacji.n = 3, średnia ± S.D. Tabela została zmodyfikowana na podstawie pracy Azad et al.20.
Plik uzupełniający 1: Pomiar wielkości i rozkładu cząstek, ATR-FTIR oraz DSC. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
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 zawierających BSO. Odkrycia te sugerują, że kulki obciążone BSO mogą zapewnić bezpieczną metodę doustnego dostarczania leków w celu lepszego, ukierunkowanego podawania leków do jelit.
Wielkość cząstek emulsji zwiększała się wraz ze wzrostem stężenia lecytyny. Zjawisko to można przypisać wzrostowi lepkości związanemu z wyższymi poziomami lecytyny, co może wpływać na możliwości rozdrabniania homogenizatora ultradźwiękowego. Co więcej, zwiększone stężenia lecytyny przyczyniają się do gęstszej warstwy środka powierzchniowo czynnego wokół kropelek oleju, co skutkuje większymi rozmiarami cząstek. Mikroskopijny wygląd emulsji sugeruje, że emulsje dobrze zachowały swoją stabilność. Stężenie lecytyny może wpływać na rozkład wielkości cząstek i potencjał zeta20. Emulsje wykazywały niejednorodny rozkład wielkości cząstek, co może być spowodowane ręczną procedurą sonikacji. Potencjał Zeta odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu stabilności układów koloidalnych21. Kropelki w emulsji wykazywały znacznie ujemny ładunek, który można przypisać ujemnemu ładunkowi alginianu wynikającemu z hydroksylowych i karboksylowych grup funkcyjnych w jego strukturze molekularnej22.
W charakterystyce mikrogranulek rozmiar, kształt i EE są istotnymi parametrami, na które wpływają warunki przetwarzania. Zależność między napięciem elektrycznym, natężeniem przepływu emulsji i wynikającą z niej charakterystyką mikrokulek wskazuje na złożoną zależność, która określa końcowe właściwości kulek. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu zwiększa się również rozmiar ściegu i SF. Z drugiej strony, zwiększenie napięcia elektrycznego zmniejsza rozmiar ściegu i SF, ale zwiększa EE. Jeśli jednak napięcie elektryczne i natężenie przepływu zostaną proporcjonalnie zwiększone, rozmiar ściegu i SF nie zmniejszają się w określonym punkcie20. Zdolność do sieciowania na zewnętrznej stronie kulek alginianowych również odgrywa ważną rolę w zwiększaniu EE dla olejów zawartych w alginianie. Poprzednie badanie wykazało optymalne EE na poziomie 98,30% dla oleju lnianego zamkniętego w kulkach alginianowych, które były suszone w piecu, o rozmiarach kulek od 1,90 mm do 2,94 mm i SF od 0,044 do 0,168. Pomimo tych wysokich skuteczności kapsułkowania, stwierdzono, że uwalnianie leku do zamierzonego miejsca w przewodzie pokarmowym wynosi tylko 83%23. Inne badanie wykazało podobne EE na poziomie 98,7%, przy rozmiarach ściegów 2,13 mm i SF 0,08 mm. I odwrotnie, suche, rozpryskiwane elektrolitycznie kulki alginianowe załadowane BSO w tym badaniu wykazały EE 90,13 ± 0,93%, przy czym ponad 90% substancji zostało pomyślnie uwolnione w zamierzonym miejscu w SIF, zgodnie z naszym badaniem uwalniania. Sugeruje to, że nasze kulki alginianowe były w stanie skutecznie otoczyć i prawie całkowicie uwolnić BSO w pożądanym miejscu24.
Zgodnie z normami określonymi przez Farmakopeę USP, wszystkie preparaty (F1-F9) spełniały wymagania dotyczące jednorodności masy25. Ta jednorodność masy odzwierciedla konsekwentną enkapsulację BSO w kulkach alginianowych, co jest możliwe dzięki zastosowaniu technik elektrohydrodynamicznych. Optymalny rozmiar i kształt kulek, odpowiedni do podawania doustnego, został osiągnięty w określonych warunkach, co ujawnia znaczenie precyzyjnie kontrolowanych procesów produkcyjnych. Co więcej, EE, które różniło się w zależności od napięcia i natężenia przepływu, sugeruje, że parametry procesu można precyzyjnie dostosować, aby zmaksymalizować enkapsulację BSO. Ma to znaczący wpływ na biodostępność i skuteczność kapsułkowanego związku, przy czym wyższa skuteczność kapsułkowania może prowadzić do lepszych wyników terapeutycznych.
Jednorodność masy kulki, wraz z analizami ATR-FTIR i SEM, zapewnia wgląd w konsystencję i integralność chemiczną kulek alginianowych26,27. Analiza ATR-FTIR potwierdziła obecność kluczowych grup funkcyjnych i pomyślne włączenie BSO do matrycy alginianowej28, podczas gdy obrazy SEM zilustrowały kulisty kształt i gładką powierzchnię kulek, niezbędne do spójnego zachowania uwalniania. Badanie SB zilustrowało wrażliwe na pH właściwości pęcznienia kulek, co ma znaczenie dla ukierunkowanego uwalniania leku w jelicie, zapewniając, że BSO jest uwalniane tam, gdzie może być najskuteczniej wchłaniane29. To zachowanie reagujące na pH jest przykładem potencjału mikrogranulek na bazie alginianów jako obiecującego systemu dostarczania BSO, umożliwiającego ukierunkowane, kontrolowane uwalnianie w przewodzie pokarmowym.
W wyniku pomyślnego opracowania wrażliwych na pH kulek alginianowych do regulowanego uwalniania oleju z czarnuszki, zwrócono uwagę na dostarczanie tymochinonu w leczeniu raka jelita grubego. Wytwarzanie kulek o jednolitych rozmiarach i pożądanych właściwościach pęcznienia oraz dobrej skuteczności enkapsulacji stało się łatwiejsze dzięki zastosowaniu technologii elektronatryskiwania. Kulki te wykazywały dobre właściwości pływające, o czym świadczy szybkość uwalniania ponad 90% w środowisku o pH 6,8, gwarantując ukierunkowane dostarczanie do przewodu pokarmowego. Odkrycia wskazują na możliwą strategię zwiększania biodostępności oleju z czarnuszki przy jednoczesnym zmniejszeniu jego wczesnego uwalniania w żołądku. Technika ta ma duży potencjał w produkcji na dużą skalę, otwierając drzwi do potencjalnej komercjalizacji metod leczenia raka w przyszłości.
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.
| 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) |
