Metoda zamrażania i rozmrażania do przygotowania hydrożeli chitozanowo-poli(alkohol winylowy) bez środków sieciujących i badań uwalniania diflunisalnego
14 stycznia 2020
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.
Protokół ten jest istotny, ponieważ nasza metoda zamrażania i rozmrażania jest odpowiednim procesem do przygotowania biokompatybilnych hydrożeli do stosowania w zastosowaniach biomedycznych, farmaceutycznych lub kosmetycznych. Główną zaletą tej metody jest to, że nie wykorzystuje chemicznych środków sieciujących, które mogą powodować wady wrodzone. Ponadto warunki zamrażania stosowane w tej metodzie kontrolują końcowe właściwości hydrożeli, takie jak stopnie.
Metodę tę można zastosować do hydrożeli o innych zastosowaniach. Służy to do oczyszczania zanieczyszczenia wody. Rzeczywiście, można go wykorzystać do produkcji kulek polimerowych używanych jako pojemnik na wodę dla nowej kultury.
Ważne jest, aby całkowicie ujednolicić mierzony roztwór polimerowy. W przeciwnym razie hydrożele będą miały punkty pękania. Należy również uważać na czasy zamrażania w każdym cyklu.
Aby rozpocząć tę procedurę, rozpuść 0,2 grama chitozanu i 10 mililitrów 0,1 molowego kwasu octowego w temperaturze pokojowej i utrzymuj ciągłe mechaniczne mieszanie przez noc, aby przygotować 2% roztwór chitozanu. Następnego dnia rozpuść jeden gram PVA i 10 mililitrów wody destylowanej i mieszaj w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez godzinę. Za pomocą mieszadła magnetycznego wymieszaj równą ilość obu roztworów w temperaturze pokojowej, aż będą jednorodne.
Wlej mieszaniny na szalki Petriego. Pozostawić próbki pod ciśnieniem atmosferycznym na dwie godziny w celu odgazowania. Zamroź hydrożele w temperaturze minus czterech stopni Celsjusza, minus 20 stopni Celsjusza lub minus 80 stopni Celsjusza przez 20 godzin i cztery cykle.
Zamroź kolejny hydrożel w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza przez 20 godzin, używając pięciu lub sześciu cykli zamrażania. Po trzecim cyklu zamrażania umyj hydrożele wodą dejonizowaną. Pod koniec ostatniego cyklu zamrażania wysuszyć hydrożele w temperaturze minus 50 stopni Celsjusza przez 48 godzin i wymieszać w celu dalszej charakterystyki.
Gdy wszystko będzie gotowe do przeprowadzenia charakterystyki FT-IR, umieść mały kawałek hydrożelu w spektrofotometrze FT-IR w trybie ATR. Weźmy spektro FT-IR o długości fali od 4000 do 600. Najpierw wytnij z hydrożelu krążki o średnicy 13 milimetrów i wysokości 10 milimetrów.
Zważ je. Inkubuj krążki w 50 mililitrach dejonizowanej wody w temperaturze 25 stopni Celsjusza, wstrząsając. Co 30 minut wyjmować próbkę z podłoża.
Zetrzyj próbkę, aby usunąć nadmiar wody, i zważ ją. Następnie oblicz stopień pęcznienia i wykonaj mikroskopię elektroniczną oraz asymetrię porów, jak opisano w protokole tekstowym. Przed załadowaniem przygotuj cztery litry roztworu Diflunisal w ilości 15 miligramów na litr i mieszaj przez noc.
Potwierdzić stężenie roztworu za pomocą spektroskopii UV-Vis. Następnie spęczniać 400 miligramów liofilizowanych próbek hydrożelu i sześć mililitrów wody destylowanej przez 24 godziny. Do załadowania napełnij kolbę 50 mililitrami roztworu Diflunisal i utrzymuj w temperaturze 25 stopni Celsjusza, ciągle mieszając.
Zanurz każdy spęczniejący hydrożel w kolbie. Następnie weź 2 mililitrowe podwielokrotności pozostałego roztworu Diflunisalu w różnym czasie, aby określić obszar plateau krzywej. Po 24 godzinach wymień roztwór na nowy.
Zmierzyć absorbancję każdej podwielokrotności przy 252 nanometrach i oznaczyć stężenie diflunisalu obecnego w roztworze, stosując krzywą kalibracyjną diflunisalu. Określić ilość diflunisalu zatrzymaną w hydrożelu i skuteczność kapsułkowania, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Następnie zamroź załadowane hydrożele w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza i liofilizuj je w temperaturze minus 50 stopni Celsjusza.
W celu uwolnienia leku zanurz 300 miligramów liofilizowanych hydrożeli obciążonych diflunisalem i 50 mililitrów buforu fosforanowego o pH 7,4 i temperaturze 25 stopni Celsjusza. Utrzymuj ciągłe mieszanie. Pobrać dwie mililitrowe porcje w różnym czasie i zastąpić świeżą pożywką, aby utrzymać stałą objętość.
Oznaczyć uwalniany diflunisal spektrofotometrycznie przy 252 nanometrach zgodnie z krzywą kalibracyjną. Następnie należy wywnioskować dominujący mechanizm uwalniania leku w hydrożelach, jak opisano w protokole tekstowym. Tutaj hydrożele CSPVA są przygotowywane bez środków sieciujących metodą zamrażania i rozmrażania.
Spektro FT-IR pokazuje siedem charakterystycznych sygnałów obu polimerów. Wszystkie hydrożele CSPVA mają bardzo porowatą powierzchnię i obserwuje się charakterystyczne zmiany w zależności od warunków przygotowania. Hydrożele przygotowane w temperaturze minus czterech stopni Celsjusza prezentują największe pory.
Hydrożele przygotowane w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza wydają się mieć bardziej porowatą sieć, a liczba cykli zamrażania wydaje się sprzyjać bardziej zdefiniowanym i okrągłym porom. Jednak hydrożele przygotowane w sześciu cyklach zamrażania w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza wykazują mniejszą przepuszczalność niż te przygotowane w czterech cyklach zamrażania w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza, prawdopodobnie ze względu na ich dużą krętość, co znalazło odzwierciedlenie w mniejszej całkowitej objętości intruzji. W zachowaniu pęcznienia hydrożele szybko wchłaniają duże ilości wody, zatrzymując dziesięciokrotność swojej wagi przez pierwsze pięć godzin i do 15 razy więcej niż waga po 20 godzinach.
Obserwując wpływ temperatury, można zauważyć, że hydrożel przygotowany w czterech cyklach zamrażania w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza wykazuje mniejszą zdolność pęcznienia w ciągu pierwszych pięciu godzin. Nie widać, aby liczba cykli zamrażania w żadnym momencie powodowała żadnych różnic. Kinetyka uwalniania Diflunisalu z hydrożeli utrzymuje się we wszystkich przypadkach przez około 30 godzin, przy czym hydrożel przygotowany w czterech cyklach zamrażania w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza, uwalniając największą ilość.
Nie ma różnicy w uwalnianiu między hydrożelem przygotowanym z czterema cyklami zamrażania w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza a hydrożelem przygotowanym w sześciu cyklach zamrażania w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza. Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać podczas wykonywania tej procedury, są warunki zamarzania. Należy zacząć od prawie trzech cykli zamrażania, aby uzyskać kompletne, uformowane hydrożele.
Metodę tę można połączyć z hodowlą komórkową w celu oceny biokompatybilności in vitro. Można go również połączyć z badaniami degradacji. Po opracowaniu tych procedur zdaliśmy sobie sprawę, że możemy zbadać możliwość włączenia do mieszanki innych polimerów, a nawet naturalnych związków, takich jak aloes.
Pozwoliłoby nam to na nadanie tym materiałom nowych właściwości.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Metoda zamrażania i rozmrażania jest istotnym procesem wytwarzania biokompatybilnych hydrożeli z chitozanu i poli(alkoholu winylowego) bez użycia chemicznych środków sieciujących. Metoda ta ma kluczowe znaczenie dla kontrolowania właściwości i zastosowań hydrożeli, dzięki czemu nadają się one do różnych celów biomedycznych, farmaceutycznych i kosmetycznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biomateriały
- Hydrożele
- Zastosowania biomedyczne
Wprowadzenie
- Metoda zamrażania i rozmrażania pozwala uniknąć stosowania szkodliwych chemicznych czynników sieciujących.
- Ważna jest optymalizacja warunków zamrażania w celu uzyskania pożądanych właściwości hydrożelu.
- Metoda ta może zostać dostosowana do różnych zastosowań, w tym do oczyszczania wody.
- Wytworzone hydrożele mogą być wykorzystywane w różnych dziedzinach, takich jak farmaceutyka i kosmetyka.
Cel badania
- Opracowanie metody tworzenia biokompatybilnych hydrożeli.
- Zbadanie wpływu warunków zamrażania na właściwości hydrożeli.
- Zbadanie potencjalnych zastosowań hydrożeli w różnych gałęziach przemysłu.
Zastosowane metody
- Cykle zamrażania i rozmrażania w celu wytworzenia hydrożeli.
- Dostosowanie proporcji polimerów w celu modyfikacji właściwości hydrożeli.
- Ocena biokompatybilności otrzymanych hydrożeli.
- Testowanie hydrożeli w różnych zastosowaniach, w tym w oczyszczaniu wody z zanieczyszczeń.
Główne wyniki
- Wytworzone hydrożele były biokompatybilne i odpowiednie do zastosowań biomedycznych.
- Warunki zamrażania miały istotny wpływ na właściwości hydrożeli.
- Metoda ta wykazała wszechstronność w innych zastosowaniach, takich jak oczyszczanie wody.
- Hydrożele mogą być wykorzystywane do tworzenia polimerowych kulek do nowych systemów hodowli.
Wnioski
- Metoda zamrażania i rozmrażania jest skuteczna w otrzymywaniu hydrożeli z chitozanu i poli(alkoholu winylowego).
- Podejście to eliminuje konieczność stosowania chemicznych czynników sieciujących, co zwiększa bezpieczeństwo.
- Dalsze badania mogą rozszerzyć zastosowania tych hydrożeli w różnych dziedzinach.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Metoda zamrażania i rozmrażania umożliwia wytwarzanie biokompatybilnych hydrożeli z chitozanu i poli(alkoholu winylowego) bez użycia toksycznych czynników sieciujących, co rozwiązuje problemy związane z bezpieczeństwem w opracowywaniu materiałów farmaceutycznych. Poprzez kontrolę temperatury zamrażania oraz liczby cykli badacze mogą dostosować porowatość hydrożelu, jego zdolność do pęcznienia oraz profile uwalniania leku, aby uzyskać przewidywalne działanie w systemach dostarczania leków. Podejście to wspomaga wczesne etapy przesiewania formulacji, zapewniając regulowaną i powtarzalną platformę do oceny nośników opartych na polimerach.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia mechanistyczną minimalizację ryzyka w systemach dostarczania opartych na hydrożelach poprzez wyizolowanie wpływu warunków mrożenia na właściwości materiału.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ustandaryzowany proces bez użycia odczynników, pozwalający na wytwarzanie spójnych partii hydrożelu do wstępnych ocen biokompatybilności i ładowania leków.
Przesiewy i rozwój testów
- Wartość naukowa: Pozwala na otrzymanie hydrożeli o mierzalnym pęcznieniu i kinetyce uwalniania leku, odpowiednich do wysokoprzepustowej oceny wydajności enkapsulacji diflunizalu.
- Wartość operacyjna: Wspiera powtarzalność analizy dzięki kontrolowanym parametrom zamrażania i rozmrażania, które minimalizują zmienność struktury porów i zachowania pęcznienia między poszczególnymi partiami.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wykazuje przedłużone uwalnianie diflunizalu przez 30 godzin poprzez mechanizmy dyfuzyjne, co wspiera modelowanie predykcyjne wydajności in vivo.
- Wartość operacyjna: Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszych etapach prac z uwzględnieniem ryzyka poprzez korelację warunków mrożenia z profilami uwalniania leku i integralnością hydrożelu.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta wpisuje się w etap wczesnego odkrywania, w którym opracowanie składu hydrożelu pozwala na identyfikację wiodących związków oraz przedkliniczną ocenę systemów dostarczania leków.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących wpływu właściwości materiałowych na kinetykę uwalniania leku i biodostępność.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne platformy hydrożelowe z mierzalnymi parametrami pęcznienia i uwalniania, służące do przesiewania formulacji związków.
- Analityka: Zapewnia ilościowe dane dotyczące procentu pęcznienia i uwalniania leku, co umożliwia porównania pomiędzy różnymi zmiennymi formulacji.
- Badania translacyjne: Łączy projektowanie hydrożeli z ciągłością przedkliniczną poprzez wykazane profile retencji i uwalniania leków.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanawia powtarzalną, nietoksyczną metodę produkcji hydrożeli, możliwą do zastosowania w przypadku wielu kandydatów na leki i systemów polimerowych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Przewidywalność zachowania uwalniania leku dzięki modelowaniu mechanistycznemu (Korsmeyer-Peppas, Higuchi) oraz ograniczenie niejednoznaczności formulacji.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja i skalowalność poprzez zdefiniowane warunki zamrażania i liczbę cykli, co zapewnia powtarzalność serii.
- Wartość strategiczna: Lepsze decyzje o kontynuowaniu lub przerwaniu badań (go/no-go) dzięki możliwości wczesnej oceny pojemności załadunku leku i kinetyki uwalniania bez użycia cytotoksycznych czynników sieciujących.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja formulacji hydrożeli z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o regulowane profile pęcznienia i uwalniania, dostosowane do wymagań terapeutycznych.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w przygotowywaniu i homogenizacji roztworów polimerowych, aby uniknąć punktów pękania w hydrożelach.
- Zależność od precyzyjnej kontroli temperatury (-4°C, -20°C, -80°C) oraz czasu (20 godzin na cykl) w celu uzyskania powtarzalnych wyników.
- Konieczność standaryzacji cykli zamrażania i rozmrażania (4–6) oraz etapów przetwarzania końcowego (płukanie, liofilizacja) pomiędzy zespołami.
- Kwestie adaptacyjne obejmują dostosowanie proporcji polimerów i parametrów zamrażania dla różnych cząsteczek leków lub zastosowań biomedycznych.
- Ograniczenia praktyczne obejmują konieczność wydłużenia czasu przetwarzania (wielokrotne cykle 20-godzinne) oraz ostrożne obchodzenie się z próbkami podczas liofilizacji w celu zachowania integralności hydrożelu.
