Name: Właściwości transportowe ibuprofenu zamkniętego w hydrożelach z nanogąbek cyklodekstryny: badanie spektroskopii protonów HR-MAS NMR (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 10 s
Description: Poznaj syntezę nanogąbek cyklodekstryny i ich zastosowanie w hydrożelach z ibuprofenem. Metoda HR-MAS NMR pozwala badać dyfuzyjność leku w polimerowym nośniku.

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

playerTrialDesktop

Autorzy dziękują PRIN 2010-2011, NANOMED prot. 2010, FPTBSH i PRIN 2010-2011 PROxy prot. 2010PFLRJR_005 za dofinansowanie.

1. Synteza polimerów CDNSEDTA
<ol>
	<li>Przed użyciem suszyć β-cyklodextrynę (β-CD) w piecu w temperaturze 80 °C przez 4 hr. Osuszyć 50 ml dimetylosulfotlenku (DMSO) i 100 ml trietyloaminy (Et3N) na sitach molekularnych (4 Å) przez 24 hr przed zastosowaniem ich w protokole.</li>
	<li>Wprowadzić 25 ml DMSO do jednoszyjkowej kolby okrągłodennej o pojemności 50 ml. Przy mieszaniu magnetycznym dodać 5,675 g β-CD (5 mmol). Aby ograniczyć powstawanie grudek, proszek β-CD należy dodawać do DMSO małymi porcjami.</li>
	<li>Po około 30 min dodać 6 ml Et3N do jednorodnego roztworu, używając pipety pomiarowej o pojemności 10 ml. Mieszać mieszaninę przez 15 min w RT. Zanurzyć kolbę w kąpieli wodnej w RT. 
	UWAGA: Reakcja pomiędzy β-CD a EDTA jest egzotermiczna. Dlatego zanurzenie kolby w kąpieli wodnej sprzyja wymianie ciepła, zapobiegając przegrzaniu mieszaniny reakcyjnej.</li>
	<li>Pod intensywnym mieszaniem dodać 5,124 g (20 mmol, dla otrzymania CDNSEDTA 1:4) lub 10,248 g (40 mmol, dla otrzymania CDNSEDTA 1:8) bezwodnika EDTA.</li>
	<li>Po 3 hr usunąć materiał stały (CDNSEDTA 1:4 lub CDNSEDTA 1:8) z kolby za pomocą szpatułki i rozgnieść go grubo w moździerzu.</li>
	<li>Przemyć materiał stały na papierze filtracyjnym acetonem w RT (10 ml × 5 razy), 0,1 M HCl (20 ml × 5 razy) oraz wodą dejonizowaną (20 ml × 3 razy).</li>
	<li>Na koniec suszyć cały materiał stały na powietrzu w RT przez 48 hr, rozetrzeć go drobno w moździerzu, a następnie przechowywać w próżni (&lt; 15 mbar) przez 2 hr w temperaturze 45 °C.</li>
</ol>
<img alt="proces sieciowania β-CD; struktura β-CD, reakcja z EDTA, schemat sieci polimerowej." src="/files/ftp_upload/53769/53769fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rycina 1: Schematyczne przedstawienie polimerów CDNSEDTA. Schematyczny przebieg syntezy. Po lewej: struktura cząsteczkowa monomeru β-cyklodekstryny (β-CD) i czynnika sieciującego – dianhydrydu EDTA. Na strzałce ogólne warunki reakcji. Po prawej: szkic polimeru sieciowanego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53769/53769fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
2. Pomiary HR-MAS NMR
<ol>
	<li>Przygotowanie próbek do HR-MAS NMR
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór 0,27 M soli sodowej ibuprofenu (IP) w wodzie deuterowanej (9,8%).</li>
		<li>Do 150 µl roztworu przygotowanego w punkcie 2.1.1) dodać 20 mg CDNSEDTA 1:4 oraz 2 mg bezwodnego węglanu sodu (Na2CO3) do szklanej fiolki o pojemności 2 ml. Zawartość fiolki wymieszać małą szpatułką w celu ujednorodnienia. Odczekać 2 h przed użyciem żelu otrzymanego w tej procedurze. Powtórzyć ten krok dla polimeru CDNSEDTA 1:8.</li>
		<li>Za pomocą małej szpatułki wprowadzić żel do rotora NMR o średnicy 5 mm, odpowiedniego do eksperymentów HR-MAS NMR. Całkowita ilość użytego żelu zależy od objętości wewnętrznej rotora (zalecane 12 μl).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Eksperymenty HR-MAS 1H NMR
	<ol>
		<li>Ustawić następujące parametry instrumentalne: prędkość wirowania rotora 4 KHz w pneumatycznej jednostce sterującej MAS oraz temperaturę próbki 305 K w jednostce zmiennej temperatury.</li>
		<li>Nabyć widma 1H HR-MAS NMR ibuprofenu w systemach polimerowych CDNSEDTA (1:4) i CDNSEDTA (1:8), stosując konwencjonalną sekwencję jednopulsującą dla rezonansu protonowego.
		<ol>
			<li>Utworzyć nowy zestaw danych. Kliknąć zakładkę „AcquPars”. Wybrać PULPROG: zg.</li>
			<li>Wybrać liczbę skanów (NS = 4) oraz odstęp czasowy między nimi (D1 = 5 s). Ustawić szerokość widma (SW = 8 ppm), domenę czasu (TD = 16K) oraz wzmocnienie odbiornika (RG = 32).</li>
			<li>Wpisać „zg” w konsoli, aby uzyskać sygnał swobodnej indukcji (FID) na ekranie. W celu przetworzenia danych kliknąć zakładkę „ProcPars”. Ustawić rozmiar widma (SI = 32K), funkcję okna mnożenia wykładniczego (WDW = EM) oraz poszerzenie linii (LB = 1). Wpisać „ft”, aby wykonać transformację Fouriera. Przesunąć fazę widma, korzystając z zakładki fazy na ekranie. Uzyskać wysokorozdzielcze, dobrze rozdzielone widmo.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Schemat spektroskopii NMR, sekwencja impulsów do analizy dyfuzji z bipolarnymi impulsami gradientowymi." src="/files/ftp_upload/53769/53769fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Sekwencja impulsowa Bipolar Pulse Pairs Longitudinal Eddy Current Delay (BPPLED). Schematyczny przebieg sekwencji impulsów zastosowanej do przeprowadzenia eksperymentów PFGSE. Cykl fazowy dla 90° impulsy: P1: (0)16, P2: (022)4, P3: (0)4 (2)4 (1)4 (3)4, P4: (0202 2020 1313 3131), P5: (0)4 (2)4 (1)4 (3)4. The 180° impulsy wynoszą + x (zmodyfikowano na podst. ref.18) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53769/53769fig2large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ilustracji.</a>
<ol start="3">
	<li>HR-MAS 1Doświadczenia PGSE w spektroskopii 1H NMR 
	UWAGA: Eksperymenty PGSE są przeprowadzane przy użyciu sekwencji impulsów BPPLED18 opisano w Rysunek 2Jest to eksperyment pseudodwuwymiarowy z rampą gradientową wzrastającą liniowo od 2% do 10% w wymiarze pośrednim. Intensywność sygnału ulega osłabieniu w zależności od czasu dyfuzji Δ oraz impulsu gradientowego δ. Przed właściwym przeprowadzeniem eksperymentu PGSE niezbędna jest optymalizacja tych parametrów. Optymalizację przeprowadza się poprzez wykonanie kilku pomiarów 1D, w których wartość Δ pozostaje stała, podczas gdy wartość δ jest zmieniana.
	<ol>
		<li>Optymalizacja parametrów
		<ol>
			<li>Utwórz nowy zestaw danych – eksperyment nr 1. Kliknij kartę „AcquPars”. Wybierz PULPROG: ledbpgp2s1d, jednowymiarową (1D) sekwencję impulsów do optymalizacji dyfuzji.</li>
			<li>Wybierz liczbę skanów (NS = 16) oraz opóźnienie czasowe między nimi (D1 = 10 s). Ustaw szerokość widma (SW = 8 ppm), domenę czasu (TD = 16K) oraz wzmocnienie odbiornika (RG = 32).</li>
			<li>Przyjmij stałą wartość dla Δ (D20 w sekwencji) oraz wartość próbną dla δ (p30). Wartości początkowe: Δ = 50 ms, δ = 3 ms (maksymalna dopuszczalna wartość dla instrumentów o wysokiej rozdzielczości).</li>
			<li>Odczytaj wartość częstotliwości widmowej (SFO1) z 1Przeprowadź eksperyment i wykorzystaj uzyskaną wartość. Ustaw natężenie gradientu GPZ6 na 2%. Powtórz krok 2.2.2.3. Wykorzystaj to widmo jako referencyjne do optymalizacji.</li>
			<li>W tym samym zestawie danych utwórz eksperyment nr 2. Zachowaj wszystkie parametry eksperymentalne. Zwiększ natężenie gradientu GPZ6 do 95%. Powtórz krok 2.2.2.3. Porównaj to widmo z widmem referencyjnym, korzystając z ikony podwójnego wyświetlania, i zaobserwuj zmianę intensywności sygnału. 
			UWAGA: Dobrze tłumione widmo powinno wykazywać około 5% pozostałej intensywności sygnału w porównaniu z widmem referencyjnym. Jeśli intensywność sygnału zostanie utracona, należy zmniejszyć wartość δ i ponownie przeprowadzić procedurę z sekcji 2.3.1, zaczynając od punktu 2.3.1.3, aż do znalezienia właściwej wartości δ.</li>
			<li>Powtórz procedurę optymalizacji parametrów opisaną w sekcji 2.3.1 dla wszystkich pięciu wartości Δ. 
			UWAGA: Wybrano pięć wartości dla Δ = 50, 80, 10, 140 oraz 170 ms i zoptymalizowano odpowiadające im wartości δ na 3, 2,7, 2,4, 2,1 i 1,8 ms (dla IP w CDNSEDTA 1:8) oraz δ na 2,7, 2,4, 2, 1,7 i 1,4 ms (dla IP w CDNSEDTA 1:4).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Pozyskiwanie dwuwymiarowego zestawu danych dyfuzyjnych
		<ol>
			<li>W tym samym zestawie danych utwórz eksperyment numer 3, wszystkie parametry eksperymentu 1D zostaną załadowane. Wpisz „eda”. Wybierz PULPROG: ledbpgp2s (sekwencję impulsów 2D) i zmień parmode na 2D.</li>
			<li>Ustaw FnMODE=QF. Ustaw dziedzinę czasową TD w wymiarze F2 na 32, co odpowiada liczbie kroków gradientu. Pozostałe parametry są ustawione prawidłowo. Po wpisaniu „DOSY” zostanie wygenerowana i zapisana w pliku rampa gradientu. Jako parametry wejściowe podaje się wartości początkową i końcową rampy (2 - 95). Następnie rozpoczyna się akwizycję.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przetwarzanie danych
	<ol>
		<li>Wpisz „xf2”, aby wykonać transformację Fouriera w wymiarze F2. Wpisz „abs2”, aby przeprowadzić korekcję linii bazowej w wymiarze F2. Wpisz „setdiffparm”, aby przywołać parametry eksperymentalne (Δ, δ oraz listę gradientów) dla kolejnego etapu przetwarzania.</li>
		<li>W karcie analizy kliknij „T1/T2 relaxation module” i zdefiniuj piki do dopasowania, korzystając z pierwszego widma eksperymentu 2D. Określ zakresy pików i wykonaj dopasowanie. W ten sposób uzyskuje się intensywności sygnału dla każdego zastosowanego stopnia gradientu. 
		UWAGA: Intensywności sygnału I(q, t)d), dla każdej wartości Δ, zależy od zmiennych eksperymentalnych: zastosowanego gradientu pola impulsowego (g), zmiennej czasu (δ), stosunku gyromagnetycznego (γ) q = (γgδ) zgodnie z następującym równaniem: 
		<img alt="Równania statycznego rozpraszania światła, wzory związane z analizą wielkości cząstek i badaniem dyfuzji." src="/files/ftp_upload/53769/53769equation1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 1"> 
		z cząsteczkowym MSD=z2.</li>
		<li>Wyeksportuj intensywności sygnałów do arkusza kalkulacyjnego i przeprowadź liniową regresję danych, aby wyznaczyć wartość z2 dla każdego zaobserwowanego czasu dyfuzji td. 
		UWAGA: Wartość MSD jest powiązana z czasem obserwacji td zgodnie z: <img alt="Równanie dyfuzji: ⟨z²(td)⟩=2Dtd^α, symbol, opisuje dynamikę dyfuzji cząsteczek." src="/files/ftp_upload/53769/53769equation2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 2"></li>
		<li>Wykonaj wykres w skali logarytmicznej dla z2 w stosunku do td dla każdej grupy eksperymentalnejd wartość. Wartość wykładnika α stanowi nachylenie regresji liniowej. Bardziej wyczerpującą dyskusję na temat aspektów fizycznych powyższych równań można znaleźć w ref. 21 oraz w literaturze tam cytowanej. 
		UWAGA: W zależności od wartości wykładnika α, reżim dyfuzji definiuje się jako: i) izotropową dyfuzję nieograniczoną dla α = 1, ii) anomalny reżim subdyfuzyjny dla 0 &lt; α &lt; 1, iii) anomalny reżim superdyfuzyjny dla 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Przedstawiamy eksperymentalną metodologię określania reżimu dyfuzji małej cząsteczki leku zamkniętej w dwóch reprezentatywnych preparatach hydrożeli CDNSEDTA. HR-MAS PGSE NMR pozwala na wyznaczenie średniego kwadratu przemieszczenia małych cząsteczek w danym czasie dyfuzji (w zakresie od kilku milisekund do sekundy), a następnie monitorowanie odległości w skalach mikrometrycznych. W obserwowanym zakresie (50 - 170 ms) dla każdego badanego układu obserwuje się tylko jeden rodzaj ruchu. Należy jednak podkreślić, że przy dł...

Rośnie zainteresowanie projektowaniem i formułowaniem systemów polimerowych zdolnych do uwięzienia, poprzez oddziaływania niekowalencyjne, małych cząsteczek o potencjalnej aktywności biochemicznej. Oczekuje się, że takie materiały znajdą zastosowanie w transporcie substancji czynnej do selektywnego celu i uwalniania pod wpływem bodźców zewnętrznych, takich jak zmiany pH, temperatura itp. W tym kontekście hydrożele okazały się wszechstronnymi i potężnymi materiałami dla nanomedycyny w celu kontrolowanego uwalniania leków1. Tworzenie hydrożeli polimerowych można osiągnąć poprzez połączenie łańcuchów makromolekularnych poprzez i) fizyczne, niekowalencyjne oddziaływania, takie jak wiązania wodorowe, ii) kowalencyjne sieciowanie łańcuchów prowadzące do trójwymiarowej sieci zdolnej do pęcznienia w obecności roztworu wodnego lub iii) połączenie dwóch wymienionych metod2-4.
Szczególnie wszechstronna klasa trójwymiarowych, pęczniejących polimerów do enkapsulacji organicznych i nieorganicznych gatunków może być uzyskana zaczynając od naturalnej β-cyklodekstryny (β-CD) poprzez kondensację z odpowiednimi, aktywowanymi pochodnymi kwasu tetrakarboksylowego 5-8, co daje początek cyklodekstrynowym nanogąbkom (CDNS). Synteza, charakterystyka i zastosowanie CDNS jest skonsolidowanym tematem badawczym naszej grupy. Wyniki uzyskane w ciągu ostatnich kilku lat wskazują, że CDNS wykazują intrygujące właściwości pęcznienia, wchłaniania/włączania substancji chemicznych i uwalniania małych cząsteczek leków, z zastosowaniem w kontrolowanym uwalnianiu farmaceutycznych składników aktywnych 9-11 i chemii środowiskowej12-14.
Biorąc pod uwagę te przesłanki, dwie główne kwestie, które należy rozwiązać, dotyczą efektywnego ładowania aktywnego związku w żelu polimerowym oraz lepszego zrozumienia ruchliwości substancji rozpuszczonych w matrycach żelowych15. W piśmiennictwie znajdują się zarówno badania eksperymentalne, jak i teorie związane z mechanizmami dyfuzji małych cząsteczek w sieciach makromolekularnych16,17. Spektroskopia NMR z gradientem pola pulsacyjnego (PGSE) NMR jest dobrze znaną metodą strukturalną szeroko stosowaną do badania dyfuzji translacyjnej małych cząsteczek w rozpuszczalnikach18 lub samodyfuzji czystych cieczy. Najnowsze osiągnięcia technologii NMR o wysokiej rozdzielczości z wykorzystaniem magicznego kąta wirowania (HR-MAS) umożliwiły zbieranie danych NMR o wysokiej rozdzielczości ruchomych cząsteczek w heterogenicznych zawiesinach19, żelach i pęczniejących polimerach20,21. Rzeczywiście, układ eksperymentalny łączący spektroskopię HR-MAS NMR i sekwencję impulsów PGSE zapewnia wyjątkową okazję do obserwacji cząsteczek substancji rozpuszczonej w środowisku molekularnym gospodarza. W ten sposób można uzyskać ważne dane na temat właściwości transportowych cząsteczki leku uwięzionej w matrycy żelowej. W ten sposób można uzyskać wysokiej jakości dane eksperymentalne, co pozwala na bardziej racjonalne projektowanie nanostrukturalnych systemów host-gość.
W niniejszej pracy opisujemy szczegółowe protokoły dla następujących kroków: i) synteza i oczyszczanie dwóch różnych formuł CDNS usieciowanych polimerami EDTA (Rysunek 1), określanych jako CDNSEDTA, i charakteryzujących się różnymi stosunkami molowymi CD/linkera: 1:4 (CDNSEDTA 1:4) i 1:8 (CDNSEDTA 1:8); ii) przygotowanie hydrożeli zawierających lek zarówno dla CDNSEDTA 1:4, jak i CDNSEDTA 1:8. W tym etapie wykorzystaliśmy, jako modelową cząsteczkę leku, popularną niesteroidową przeciwzapalną sól sodową ibuprofenu (IP); iii) dokładne zbadanie właściwości transportowych IP w hydrożelach CDNSEDTA za pomocą spektroskopii PGSE-HRMAS NMR. Proponowana przez nas metoda opiera się na pomiarze średniego kwadratowego przemieszczenia (MSD) kapsułkowanego leku w hydrożelu, a następnie analizie zależności MSD od czasu.
Pragniemy podkreślić, że metodologia opisana powyżej - która skupia się na zależności MDS leku w matrycy w czasie - dostarcza szerszego spektrum informacji w porównaniu do skonsolidowanej metodologii opartej wyłącznie na określaniu współczynnika dyfuzji leku. Niedawno wykazaliśmy21, że takie podejście pozwoliło na rozróżnienie normalnych i anomalnych reżimów dyfuzji doświadczanych przez IP zamknięte w hydrożelach CDNS.
Uważamy zatem, że opis krok po kroku syntezy/oczyszczania polimerów, tworzenia hydrożeli naładowanych lekiem, charakterystyki HR-MAS NMR i przetwarzania danych MDS, jest potężnym zestawem narzędzi dla naukowców zainteresowanych charakteryzacją nanostrukturalnych systemów do zatrzymywania i uwalniania małych cząsteczek.

<table><tbody><tr><td>Sonda HR-MAS</td><td>BRUKER</td><td>N/A</td><td>Sonda do pomiarów NMR na próbkach półstałych</td></tr><tr><td>Spektrometr NMR</td><td>BRUKER</td><td>DRX 500</td><td>FT Spektrometr NMR do stanu ciekłego i półsolisowego</td></tr> <tr><td>i beta;-cyklodekstryny (&beta;-CD)</td><td>Alfa-Aesar</td><td>J63161</td><td></td></tr><tr><td>Odczynnik Ethylenodiaminetetracetic (EDTA) dwuwodnik</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>332046</td><td></td></tr><tr><td>Dimetylosulfotlenek (DMSO)</td><td>Alfa-Aesar</td><td>D0798</td><td>Rozpuszczalnik</td></tr><tr><td>Trietyloamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>471283</td><td>Baza (odczynnik)</td></tr><tr><td>Ibuprofen (IP) Sól sadowa</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I1892</td><td>Lek przeciwzapalny</td></tr><tr><td>Excel 2010</td><td>Microsoft</td><td>N/A</td><td>arkusz speadsheet do analizy danych</td></tr><tr><td>Origin 8 SR0</td><td>OriginLab Co.</td><td></td><td>Arkusz speadsheet do analizy danych</td></tr></tbody></table>

właściwości transportowe ibuprofenu zamkniętego w hydrożelach z nanogąbek cyklodekstryny: badanie spektroskopii protonów hr-mas nmr

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

Chemiczne sieciowanie β-cyklodekstryny (β-CD) z dwuwodnikiem etylenodiaminotetraoctowym (EDTA) doprowadziło do powstania rozgałęzionych polimerów określanych jako nanogąbki cyklodekstrynowe (CDNSEDTA). Opisano dwa różne preparaty o proporcjach molowych CD-EDTA 1:4 i 1:8. Odpowiednie usieciowane polimery zetknięto z 0,27 M wodnym roztworem soli sodowej ibuprofenu (IP), co doprowadziło do uzyskania jednorodnych, bezbarwnych, naładowanych lekiem hydrożeli.
Systemy charakteryzowały się spektroskopią NMR z wykorzystaniem wysokiej rozdzielczości z wirowaniem magicznego kąta (HR-MAS). Spektroskopia NMR z gradientem pola pulsacyjnego (PGSE) została wykorzystana do wyznaczenia średniego przemieszczenia kwadratowego (MSD) IP wewnątrz żelu polimerowego w różnych czasach obserwacji td. Dane zostały następnie przetworzone w celu zbadania zależności MSD od czasu: MSD = f(td). Proponowana metodologia jest przydatna do scharakteryzowania różnych reżimów dyfuzji, które w zasadzie mogą wystąpić w substancji rozpuszczonej wewnątrz hydrożelu, a mianowicie dyfuzji normalnej lub anomalnej. Przedstawiono i omówiono pełne protokoły, w tym przygotowanie i oczyszczanie polimerów, otrzymywanie hydrożeli zawierających leki, przygotowanie próbki NMR, pomiar MSD za pomocą spektroskopii HR-MAS NMR oraz końcowe przetwarzanie danych w celu osiągnięcia zależności od czasu MSD. Przedstawione eksperymenty stanowią przypadek paradygmatyczny, a uzyskane dane zostały omówione pod kątem innowacyjnego podejścia do charakterystyki właściwości transportowych zamkniętego gościa w obrębie polimerowego hosta o potencjalnym zastosowaniu w dostarczaniu leków.

W pierwszej kolejności zastosowaliśmy tę metodologię do cząsteczki leku IP rozpuszczonej w roztworze wodnym, aby zweryfikować wykonalność tego podejścia. Pełny opis reprezentatywnych wyników znajduje się w ref. 21. Tutaj skupimy się natomiast na aspektach metodologicznych oraz praktycznym podejściu do gromadzenia i analizy danych. Rysunek 3 przedstawia, w skali półlogarytmicznej, znormalizowane spadki sygnału eksperymentalnego I(q, td)/I(0, td) jako ...

Reżimy ruchu ibuprofenu zamkniętego w sieci polimerowej nanogąbek β-cyklodekstryny są badane za pomocą techniki NMR z gradientem pola pulsacyjnego (PGSE). Szczegółowo opisano syntezę, oczyszczanie, ładowanie leku, realizację sekwencji impulsów NMR oraz analizę danych w celu obliczenia średniego kwadratu przemieszczenia leku w kilku okresach obserwacji.

Właściwości transportowe ibuprofenu zamkniętego w hydrożelach z nanogąbek cyklodekstryny: badanie spektroskopii protonów HR-MAS NMR

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

Ogólnym celem niniejszej pracy jest przedstawienie syntezy nanogąbek cyklodekstrynowych, ich przekształcenie w hydrożele obciążone lekiem oraz badanie dyfuzyjności leku wewnątrz hydrożelu za pomocą wysokorozdzielczej spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego z rotacją w kącie magicznym. Nanogąbki cyklodekstrynowe są przygotowywane poprzez polimeryzację stopniową między cyklodekstrynami (CD) a odwodnionym EDTA. Jeśli nie zaznaczono inaczej, nasza sieć jednostek CD jest formiczna, zdolna do absorpcji i uwalniania związków organicznych i nieorganicznych.Główną zaletą wysokorozdzielczego NMR z magicznym kątem obrotu (MAS NMR) jest możliwość monitorowania właściwości transferu zamkniętego leku wewnątrz polimerowego nośnika, co ma potencjalne znaczenie dla systemów dostarczania leków. Podejście syntetyczne jest bardzo proste i jest przeprowadzane w temperaturze pokojowej. Reakcja polimeryzacji stopniowej zachodzi w ciągu około 10 minut.Jako przykład leku uwięzionego w polimerowych matrycach wodorowych, reprezentatywnego dla systemu dostarczania typu „six car fold down”, wybraliśmy ibuprofen. Susz beta-cyklodekstrynę w piekarniku w temperaturze 100 °C aż do uzyskania stałej masy. Do

transport-properties-ibuprofen-encapsulated-cyclodextrin-nanosponge

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Użycie fluoroforów do obrazowania in vivo może być znacznie ograniczone przez opsonizację, szybki klirens, niską czułość wykrywania i cytotoksyczne działanie na gospodarza. Enkapsulacja fluoroforów w liposomach poprzez hydratację i ekstruzję filmu prowadzi do wygaszania i ochrony fluorescencji, co umożliwia obrazowanie in vivo o wysokiej czułości wykrywania.

Wygaszanie fluorescencji fluoroforu bliskiej podczerwieni w obudowie liposomalnej jako narzędzie do obrazowania optycznego in vivo

Celem tego protokołu jest opisanie przygotowania i charakterystyki fizycznie uwięzionych, słabo rozpuszczalnych w wodzie leków w systemach dostarczania leków micelarnych składających się z amfifilowych kopolimerów blokowych.

Przygotowanie i charakterystyka pojedynczych i wielolekowych, fizycznie uwięzionych miceli polimerowych

Ten manuskrypt opisuje przygotowanie magnetycznych i wrażliwych termicznie mikrożeli za pomocą emulsji wywołanej temperaturą bez reakcji chemicznej. Te wrażliwe mikrożele zsyntetyzowano przez zmieszanie nanocząstek poli(N-izopropyloakrylamidu) (PNIPAAm), polietyleniminy (PEI) i Fe3O 4-NH 2 w celu potencjalnego zastosowania w magnetycznym i termicznym uwalnianiu leków.

Magnetyczne i wrażliwe termicznie mikrożele na bazie poli(N-izopropyloakrylamidu) do kontrolowanego uwalniania wyzwalanego magnetycznie

Flash NanoPrecipitation (FNP) to skalowalne podejście do produkcji polimerowych nanocząstek typu rdzeń-powłoka. Opisano preparaty na skalę laboratoryjną do kapsułkowania terapii hydrofobowych lub hydrofilowych.

Nanoprecypitacja błyskawiczna do enkapsulacji związków hydrofobowych i hydrofilowych w nanocząstkach polimerowych

Ten artykuł opisuje enkapsulację falkarindiolu w pokrytych lipidami nanocząstkach o długości fali 74 nm. Komórkowy wychwyt nanocząstek przez ludzkie komórki macierzyste do kropelek lipidów jest monitorowany za pomocą obrazowania fluorescencyjnego i konfokalnego. Nanocząstki są wytwarzane metodą szybkiego wstrzykiwania rozpuszczalnika, a ich rozmiar mierzy się za pomocą techniki dynamicznego rozpraszania światła.

Wychwyt nowych nanocząstek pokrytych lipidami zawierających falkarindiol przez ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste

Metoda zamrażania i rozmrażania jest stosowana do produkcji hydrożeli chitozanowo-poli(alkohol winylowy) bez środków sieciujących. W przypadku tej metody ważne jest, aby wziąć pod uwagę warunki zamrażania (temperatura, liczba cykli) i stosunek polimeru, które mogą wpływać na właściwości i zastosowania otrzymanych hydrożeli.

Metoda zamrażania i rozmrażania do przygotowania hydrożeli chitozanowo-poli(alkohol winylowy) bez środków sieciujących i badań uwalniania diflunisalnego

To badanie opisuje klasyczną hydratację przy użyciu metody cienkiego filmu lipidowego do przygotowania nanoliposomów, a następnie charakterystyki nanocząstek. Hydrofilowe i globularne białko o masie 47 kDa, taryna, jest z powodzeniem kapsułkowane jako strategia poprawiająca stabilność, unikająca szybkiego klirensu i promująca kontrolowane uwalnianie. Metoda może być dostosowana do enkapsulacji cząsteczek hydrofobowych.

Otrzymywanie i charakterystyka nanoliposomów do uwięzienia bioaktywnych hydrofilowych białek kulistych

Tutaj opisujemy produkcję i charakterystykę czynników bioaktywnych zawierających nanodyski. Nanodyski amfoterycyny B są traktowane jako przykład, aby opisać protokół w sposób krokowy.

Formulacja i charakterystyka czynnika bioaktywnego zawierającego nanodyski

Protokół ten szczegółowo opisuje syntezę, enkapsulację hemoglobiny oraz powierzchniową PEGylację hierarchicznie porowatych nanocząstek UiO-66 zaprojektowanych do dostarczania tlenu. Procedura łączy inżynierię defektów z koniugacją biortogonalną wspieraną przez odkształcenie, aby uzyskać wysoce przepuszczalne i fizjologicznie stabilne nośniki odpowiednie do zastosowań biomedycznych.

Synteza, enkapsulacja hemoglobiny i biortogonalna PEGylacja w hierarchicznie porowatych nanocząstkach UiO-66 do zastosowań dostarczania tlenu

Opisano metodę fotoenkapsulacji komórek w sieciowanym hydrożelu PEG. Sygnalizację hipoksji wewnątrz enkapsulowanych agregatów mysiego insulinoma (MIN6) śledzono przy użyciu fluorescencyjnego systemu markerów. System ten umożliwia seryjne badanie komórek wewnątrz rusztowania hydrożelowego oraz korelację sygnalizacji hipoksji ze zmianami fenotypu komórek.

Śledzenie sygnalizacji hipoksycznej wewnątrz enkapsulowanych agregatów komórkowych

Poznaj syntezę nanogąbek cyklodekstryny i ich zastosowanie w hydrożelach z ibuprofenem. Metoda HR-MAS NMR pozwala badać dyfuzyjność leku w polimerowym nośniku.

Właściwości transportowe ibuprofenu zamkniętego w hydrożelach z nanogąbek cyklodekstryny: badanie spektroskopii protonów HR-MAS NMR (Wideo) | JoVE Journal

Właściwości transportowe ibuprofenu zamkniętego w hydrożelach z nanogąbek cyklodekstryny: badanie spektroskopii protonów HR-MAS NMR

Przeglądaj więcej filmów