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

Ogólnym celem tej pracy jest pokazanie syntezy nanogąbek cyklodekstryny, przekształcenie ich w hydrożele obciążone lekiem oraz zbadanie dyfuzyjności leku wewnątrz hydrożelu za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu magnetycznego o wysokiej rozdzielczości z magicznym kątem. Nanogąbka cyklodekstryny jest wytwarzana przez polimeryzację krokową między cyklodekstrynami lub CD a wysuszonym DNA EDTA. Jeśli nie wspomnimy, nasza sieć jednostek CD jest mrówkowa, zdolna do wchłaniania i uwalniania gatunków organicznych i nieorganicznych.

Główną zaletą NMR z wirowaniem pod magicznym kątem o wysokiej rozdzielczości jest monitorowanie właściwości przenoszenia kapsułkowanego leku w obrębie polimerowego gospodarza o potencjalnym zainteresowaniu dostarczaniem leku. Podejście syntetyczne jest bardzo proste i wykonuje się je w temperaturze pokojowej. Reakcja polimeryzacji krokowej zachodzi w ciągu około 10 minut.

Wybraliśmy ibuprofen jako przykład leku uwięzionego w polimerowych wskaźnikach wodoru, reprezentatywny dla naprawdę sześciowagonowej dostawy składanej. Suszyć beta-cyklodekstrynę w piekarniku w temperaturze 100 stopni Celsjusza do stałej wagi. Ponadto wysuszyć 250 mililitrów DMSO i 100 mililitrów trietyloaminy na czterech sitach molekularnych Angstrom przez 24 godziny przed użyciem ich w protokole.

Wprowadzić 25 mililitrów DMSO do 50-mililitrowej kolby okrągłodennej z jedną szyjką. Pod mieszaniem magnetycznym dodaj 5,675 grama beta-cyklodekstryny. Dodaj proszek beta-cyklodekstryny w małych porcjach do DMSO, aby zmniejszyć tworzenie się grudek.

Po około 30 minutach dodać sześć mililitrów trietyloaminy do jednorodnego roztworu za pomocą 10-mililitrowej pipety z podziałką. Zanurzyć kolbę w łaźni wodnej utrzymywanej w temperaturze pokojowej i mieszać mieszaninę przez 15 minut. Do przygotowania nanogąbki cyklodekstrynowej jeden-cztery dodać 5,124 grama bezwodnika EDTA pod intensywnym mieszaniem.

A do przygotowania nanogąbki cyklodekstrynowej jedna ósma dodaj 10,248 grama bezwodnika EDTA pod intensywnym mieszaniem. Po trzech godzinach usunąć materiał stały, którym jest nanogąbka cyklodekstrynowa, z kolby za pomocą szpatułki i rozdrobnić go grubo moździerzem i tłuczkiem. Umyj materiał stały w kąpieli acetonowej, a następnie umyj i przefiltruj materiał stały na bibule filtracyjnej.

Po wysuszeniu całego materiału stałego na powietrzu w temperaturze pokojowej przez 48 godzin, wysuszony materiał drobno rozdrobnić za pomocą moździerza i tłuczka. Następnie trzymaj go w próżni przez dwie godziny w temperaturze 45 stopni Celsjusza. W celu przygotowania próbki NMR z wirowaniem pod magicznym kątem o wysokiej rozdzielczości, najpierw przygotuj roztwór 0,27 molowej soli sodowej ibuprofenu w wodzie deuterowanej.

Dodać 20 miligramów nanogąbki cyklodekstryny jeden-cztery i dwa miligramy bezwodnego węglanu sodu do 150 mikrolitrów roztworu w szklanej fiolce o pojemności dwóch mililitrów. Wymieszać zawartość fiolki z małą szpatułką w celu jej homogenizacji. Powtórz ten proces dla polimeru jeden-ósemka nanogąbki cyklodekstryny.

Uzyskanie jednorodnego, idealnie spęczniałego hydrożelu jest pierwszym kluczowym krokiem do uzyskania dobrego widma masy HR NMR. Hydrożel należy bardzo ostrożnie umieszczać w wirniku NMR, unikając pęcherzyków, które mogą powodować nieprawidłowe obracanie się wirnika. Włóż żel do pięciomilimetrowego wirnika NMR odpowiedniego do eksperymentów masowych HR za pomocą małej szpatułki.

Następnie włóż wirnik do magnesu spektrometru NMR. Po umieszczeniu w magnesie ustaw wirnik w ruchu obrotowym za pomocą jednostki pneumatycznej do 4 000 herców. Aby przeprowadzić eksperymenty HR z masą protonów NMR, należy ustawić parametry instrumentalne z prędkością wirowania wirnika wynoszącą cztery kiloherce w pneumatycznej jednostce sterującej masą i temperaturą próbki na poziomie 305 kelwinów w jednostce zmiennej temperatury.

Uruchom jednowymiarowe widmo, zmierz dyfuzyjne widma masowe HR ibuprofenu w nanogąbce cyklodekstrynowej jeden-czwórce i nanogąbce cyklodekstrynowej jeden-osiem hydrożeli za pomocą pulsacyjnej gradientowej sekwencji impulsów spinowo-echa na rezonansie protonowym. Eksperymenty dyfuzyjne przeprowadzane są przy użyciu sekwencji impulsów LED BP. Jest to pseudo dwuwymiarowy eksperyment z rampą gradientu zwiększającą się liniowo od 2% do 100% siły gradientu w wymiarze pośrednim.

Natężenie sygnału jest tłumione w zależności od czasu dyfuzji i impulsu gradientu P30. Optymalizacja tych parametrów jest wymagana przed prawidłowym przeprowadzeniem eksperymentu. Optymalizacja odbywa się poprzez przeprowadzenie dwóch jednowymiarowych pomiarów, w których czas dyfuzji jest utrzymywany na stałym poziomie, podczas gdy P30 jest zmienny.

Pomiary zmiennego czasu dyfuzji przeprowadza się poprzez inkrementację czasu dyfuzji w zakresie od 50 do 200 milisekund. Dla każdego eksperymentu zbierana jest tablica 32 widm. Następnie należy przetworzyć dane zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Podstawowy eksperyment z gradientem pola pulsacyjnego i echem spinowym pozwala na pomiar średniokwadratowego przemieszczenia cząsteczkowego ibuprofenu w hydrożelach. Intensywność sygnału NMR zanika wraz ze wzrostem siły gradientu. Złączka rozpadu zapewnia przemieszczenie molekularne średniokwadratowe, oznaczone jako Z-kwadrat.

Z kolei przemieszczenie średniokwadratowe jest związane z rodzajem reżimu dyfuzji. Wykładnik alfa uzyskuje się doświadczalnie przez logarytmiczną regresję liniową przemieszczenia średniokwadratowego w funkcji czasu dyfuzji. Wartość wykładnika alfa jest deskryptorem reżimu dyfuzyjnego obserwowanego dla ibuprofenu w matrycy hydrożelowej.

Nieograniczona dyfuzja izotropowa występuje, gdy alfa jest równa jeden. Reżim subdyfuzyjny jest wskazany dla wartości alfa mniejszej niż jeden. A reżim superdyfuzyjny jest reprezentowany przez wartość alfa większą niż jeden.

Ibuprofen uwięziony w matrycy hydrożelowej wykazuje dwa różne reżimy dyfuzji w zależności od preparatu polimerowego. Hydrożele nanogąbek jeden-cztery są reprezentowane przez reżim subdyfuzyjny. I odwrotnie, hydrożele nanogąbek jeden-osiem charakteryzują się lekko superdyfuzyjnym reżimem.

Po opanowaniu reakcję tę można przeprowadzić z wysoką wydajnością i czystością w ciągu jednej godziny, jeśli zostanie przeprowadzona prawidłowo. Materiały te wykazują interesującą zdolność do wchłaniania wody poprzez tworzenie lepkich hydrożeli, w których łatwo można wbudować cząsteczki biologicznie czynne. Stan molekularny we właściwościach przenoszenia biologicznie aktywnej cząsteczki zamkniętej w takich matrycach polimerowych można badać eksperymentalnie przy użyciu technik HMS NMR.

Wyniki NMR dotyczące dyfuzji ibuprofenu w hydrożelach przygotowanych z nanogąbek cyklodekstrynowych wskazują, że dyfuzja może być modulowana przez odpowiednie przygotowanie polimerów. Ibuprofen wykazuje zarówno reżim subdyfuzyjny, jak i superdyfuzyjny w hydrożelach z nanogąbek cyklodekstryny. Odkrycie to może być wykorzystane do oryginalnego zaprojektowania właściwości uwalniania rusztowania wodorowego z nanogąbek cyklodekstrynowych.