Представлена методика с использованием высокого электрического напряжения и целенаправленной эмульсии, наполненной активными ингредиентами, для получения pH-чувствительных, однородных микрогранул.
Методическая статья
Синтез гранул с высоким содержанием масла черного тмина, альгината, чувствительных к pH с использованием метода электронапыления
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Масло черного тмина (BSO), полученное из семян растения Nigella sativa , привлекло внимание благодаря своим потенциальным противораковым свойствам, особенно в контексте рака толстой кишки. Его активное соединение, тимохинон, может помочь ингибировать рост раковых клеток и индуцировать апоптоз в клетках рака толстой кишки. Кроме того, противовоспалительное и антиоксидантное действие масла черного тмина может способствовать улучшению окружающей среды кишечника, потенциально снижая риск развития рака. Таким образом, в этом исследовании были синтезированы pH-чувствительные альгинатные гранулы для доставки BSO в толстую кишку контролируемым образом без высвобождения препарата при pH 1,2 (желудок), тем самым обеспечивая четко определенную схему высвобождения при pH 6,8. Использование технологии электрораспыления улучшает производительность процесса, упрощая составление мелких, однородных гранул с более высокой скоростью набухания и диффузии в желудочно-кишечной среде.
Разработанные гранулы характеризовались тестом на прочность мукоадгезивного слоя ex-vivo , размер гранул, фактор сферичности (SF), эффективность инкапсуляции (EE), сканирующий электронный микроскоп (SEM), поведение набухания in vitro (SB) и высвобождение препарата in vitro в кислых и буферных средах. Все эти изготовленные бусины показали скромные размеры 0,58 ± 0,01 мм и сферическую форму 0,03 ± 0,00 мм. Рецептура показала многообещающие плавающие и высвобождающие свойства in vitro. При очень низком кумулятивном проценте гранул, ЭЭ масла 90,13% ± 0,93% было высоким, а исследование выпуска показало более 90% pH 6,8 с хорошим плавающим характером в желудке. Кроме того, бусины были равномерно распределены по всему кишечнику. Подход к электрораспылению, используемый в этом протоколе, может быть воспроизводимым, что дает стабильные результаты. Таким образом, этот протокол может быть использован для крупномасштабного производства в целях коммерциализации.
Введение
Черный тмин, и особенно БСО, веками использовался для лечения широкого спектра заболеваний благодаря своим хорошо известным лечебным свойствам. Тимохинон, пожалуй, является одним из самых важных фитохимических веществ, обнаруженных в BSO1. В последние годы исследователи изучали потенциальные терапевтические преимущества тимохинона in vivo и in vitro, получив эмпирические доказательства в поддержку использования BSO. Антигипертензивные, антибактериальные, антигистаминные, противогрибковые, обезболивающие, антидиабетические, гиполипидемические и противовоспалительные свойства были продемонстрированы в этих исследованиях для БСО, которые могут быть использованы для лечения таких симптомов, как экзема, высокое кровяное давление, астма, кашель, головная боль, грипп, лихорадка, противораковые средства, головокружение и активность 2,3.
Нанесение относительно тонких покрытий на мелкие капли жидкостей и дисперсий или частиц твердого материала известно как микрокапсулирование. Когда дело доходит до масла, микрокапсулированное масло обычно довольно ценно, потому что некоторые формы масла, такие как BSO, считаются питательными продуктами и обладают лечебнымисвойствами. Однако добавление масел непосредственно в матрицу пищи может привести к испарению, что может быстро привести к исчезновению активности в результате воздействия кислорода и ультрафиолетового излучения5. Кроме того, отсутствие контроля над скоростью выделения масел приводит к немедленному и кратковременному эффекту. Создание полимерного покрытия вокруг эфирного масла с помощью микрокапсулирования или микросферификации является одним из методов преодоления этих недостатков6.
Микрокапсулы, также известные как микросферы, защищают масла от вредных условий окружающей среды7. Этот процесс широко используется для повышения эффективности лекарств, сохранения содержания лекарств, обеспечения возможности выпуска таблеток с замедленным высвобождением, улучшения маскировки вкуса, уменьшения потери вкуса в течение срока годности продукта, продления вкусовых ощущений во рту и отделения несовместимых ингредиентов в одной дозировке8. Микрокапсулирование также помогает поддерживать метаболическую абсорбцию, контролировать скорость выделения масла и поддерживать соответствующие концентрации для получения желаемого результата в определенном месте9.
Электрогидродинамическая инкапсуляция является простым и адаптируемым методом. Активное вещество находится во внутреннем ядре микрокапсулы, которая состоит из внешней оболочки. В связи с этим он имеет достаточно прочную матрицу, гарантирующую более эффективную диссеминацию активного компонента, а не четко определенного ядра. Перед сферициклизацией активное вещество и полимерный раствор должны быть соединены для получения микросфер9. С другой стороны, поскольку масло летучее, его микрокапсулирование может быть чрезвычайно сложным и требует тщательного контроля температуры.
Существуют различные методы капсулирования масел. Например, некоторые масла необходимо инкапсулировать при низких температурах, чтобы предотвратить разрушение или испарение их биологически активных компонентов. Для создания микро- и наноразмерныхструктур исследователи широко изучали электрогидродинамическую распыленность (ЭГДА). В этом смысле условия обработки, которые включают скорость потока, приложенное напряжение и размер сопла, а также свойства расстояния сбора полимерного раствора, являются двумя основными факторами, которые должны быть приняты во внимание для получения желаемого размера или морфологии частиц11,12.
В этом исследовании альгинаты — тип встречающихся в природе полисахаридов, пригодных для перорального приема внутрь — были использованы для инкапсуляции BSO. Бурые водоросли содержат альгинат, анионный полимер, который встречается в природе. Он состоит из двух мономерных структур: α-L-гулуроновой (G) и 1-4βD-маннуроновой (M) кислоты13. Его полимер не токсичен14, имеет высокую степень биосовместимости, недорог и эффективно разлагается15. Поэтому он часто используется в биотехнологическом и инженерном секторах.
Альгинаты являются предпочтительным материалом для инкапсуляции методом ионного гелеобразования, поскольку они могут создавать сшитую структуру между G-группами различных альгинатных цепей, образуя ионные связи с двухвалентными катионами, такими как ионы Sr2+, Ca2+ или Zn2+. Процесс гелеобразования можно адекватно охарактеризовать с помощью модели яйцеклетки, которая ограничивает двухвалентный катион двумя карбоксильными группами на параллельных молекулах альгината. Было высказано предположение, что гидрогелевые характеристики гранул альгината натрия могут регулировать высвобождение макромолекул и малых молекул. Гранулы альгината натрия могут прилипать к слизистой оболочке кишечника в течение длительного периода времени благодаря своим слизисто-адгезивным свойствам. Кроме того, альгинат представляет собой защитный экран, который может защищать масла от внешних элементов, таких как кислые среды16, и переносить масла в каналы доставки желудочно-кишечного тракта17. С тех пор он был использован в исследованиях для помощи в местно-специфическом введении лекарственного препарата в ткани слизистых оболочек18,19.
Электрогидродинамический подход был использован в данном исследовании для изучения жизнеспособности эмульгирования коммерческих масел для создания капсул20. Здесь был использован электрогидродинамический подход для генерации и анализа микросфер20, нагруженных альгинат-BSO. В этом исследовании оценивался ряд других факторов, включая SF микросфер, ex-vivo, слизистые адгезивные свойства, EE%, внешний вид, распределение по размерам и дзета-потенциал; инфракрасная спектроскопия с аттенуированным полным отражением и преобразованием Фурье (ATR-FTIR) была использована для проверки химической совместимости20.
Протокол
1. Приготовление эмульсии альгинат-БСО
- Диспергируйте 10% по мас.% BSO в 1% по мас.v раствору альгината натрия, содержащему 1, 3 и 5% по объему лецитина, в стакане объемом 50 мл.
- Получить наноэмульсию можно с помощью ультразвукового гомогенизатора. Установите уровень мощности на 20%. Запустите гомогенизатор в течение 55 с, нажав кнопку «Пуск », чтобы завершить процесс.
2. Характеристика альгинат-BSO эмульсии
- Анализ дзета-потенциала и распределения частиц по размерам
- Возьмите 0,1 мл свежеприготовленной эмульсии в стеклянную мензурку объемом 25 мл и разбавьте ее 9,9 мл дистиллированной воды.
- Возьмите 2,5 мл этого разбавленного раствора в кварцевую кювету объемом 3 мл и поместите кювету в измерительную камеру.
- Откройте крышку и поместите кювету внутрь устройства, убедившись, что кювета правильно ориентирована по отношению к траектории светового луча. Нажмите на значок измерения .
- Выньте кювету. Извлеките образец или утилизируйте его надлежащим образом.
- Сохраните данные в виде pdf-файла в личной папке для дальнейшего использования.
- Определение стабильности эмульсии (ES)
- Возьмите 5 мл свежеприготовленной эмульсии в центрифужных пробирках объемом 10 мл. Центрифугируйте эмульсии (n = 3) в течение 5 мин при 894 × г.
- С помощью уравнения (1) определите ЭС на основе положения раздела раздела фаз.
(1)
Где Vemul – объем оставшейся эмульсии после центрифугирования, а Vinitial – объем исходной эмульсии.
- Подготовка швов
- Альгинатные бусины БСО
- Приготовьте альгинатные шарики BSO с помощью технологии электронапыления, называемой EHDA. Используйте массовую эмульсию BSO, состоящую из 10% BSO, 1% альгината натрия и 3% раствора лецитина.
- Используя шприцевой насос для регулирования скорости потока, загрузите эмульсию в пластиковый шприц объемом 10 мл и протолкните ее через иглу 22 G. Прикрепите кончик иглы к положительному электроду высоковольтного источника питания.
- В качестве коллектора используйте заземленный стакан с 50 мл 1% по мас.мас.хлорида кальция (желирующая ванна). Чередуйте расход капель от 1 мл/мин до 3 мл/мин при напряжениях 3, 5 и 7 кВ, сохраняя расстояние 10 см над поверхностью раствора хлорида кальция.
- Чтобы подтвердить полное гелеобразование, оставьте шарики в желирующей ванне на 30 минут, перемешивая их. Используйте фильтр из нержавеющей стали, чтобы удалить шарики из желирующей ванны, и промойте собранные шарики сверхчистой дистиллированной водой.
- Дайте шарикам высохнуть в течение 16 часов при комнатной температуре на лабораторном столе. Используйте Уравнение (2) для расчета процентного выхода бусин.
(2)
- Альгинатные шарики без BSO
- Приготовьте 1% w/v раствор альгината натрия. Добавьте в раствор лецитин в концентрациях 1%, 3% и 5% мас.v. Тщательно перемешайте раствор до полного растворения лецитина.
- Используйте раствор из шага 2.3.2.1 для приготовления альгинатных шариков, не содержащих BSO, как описано в шагах 2.3.1.2-2.3.1.5. Рассчитайте урожайность с помощью уравнения (2).
- Альгинатные бусины БСО
3. Характеристика швов
- Определение размера и формы
- Чтобы определить размер и форму бусин, используйте анализатор изображений. Сфотографируйте с помощью цифровой камеры влажные и высушенные бусины.
- Затем измерьте диаметр борта с помощью предустановленной шкалы прибора. Используя значения диаметров, рассчитаем SF из полученных значений диаметров с помощью уравнения (3):
СФ =
(3)
Где Dmax представляет собой наибольший диаметр, проходящий через центр бусины (в мм), в то время как Dper относится к диаметру, который перпендикулярен Dmax и проходит через центр бусины (в мм).
ПРИМЕЧАНИЕ: Нулевое значение SF обозначает идеально сферическую бусину, а возрастающие значения SF означают большее отклонение от сферической формы. Кроме того, бусины считаются сферическими, если их SF составляет 0,05 или ниже.
4. Определение EE%
- Разложите шарики в фосфатно-солевом буфере (PBS), чтобы вернуть их в эмульсию. Измерьте поглощение полученной эмульсии на длине волны 600 нм с помощью УФ-видимого спектрофотометра.
- Используйте значение абсорбции для представления мутности эмульсии. Создайте стандартную кривую с использованием известного количества BSO в эмульсии.
- Рассчитаем EE% с помощью уравнения (4):
(4)
5. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте SEM для наблюдения за микроструктурой и морфологией поверхности альгинатных шариков BSO.
- Чтобы осмотреть внутреннюю часть высушенных бусин, отрежьте несколько из них. Нанесите нарезанные бусины на алюминиевые пряди и наклейте их с помощью углеродных клейких лент.
- Нанесите покрытие на шарики с помощью модуля напыления углерода в вакуумном испарителе в атмосфере аргона. Нанесите на углеродное покрытие толщиной 100 Å и 50 Å.
- Получение изображений покрытых валиков в условиях высокого вакуума с помощью ускорителя напряжения от 10 кВ до 15 кВ.
6. Определение лекарственного взаимодействия со вспомогательным веществом с помощью ATR-FTIR
- Установите значения инструментальной волны в диапазоне от 4 000 см-1 до 400 см-1 , используя окружающий воздух в качестве фона и разрешение 1 см-1. Смотрите Дополнительный файл 1.
- Запишите спектры БСО, альгината натрия, лецитина, хлорида кальция, гранул без БСО, гранул альгината-БСО и физической смеси активного ингредиента и вспомогательных веществ (альгината натрия, лецитина, хлорида кальция и БСО) отдельно.
- Поместите образец (5-10 мг) на место отбора проб. Отрегулируйте 20 сканирований, разрешение 4, усилие 80, прижимной рычаг с плоским наконечником. Убедитесь, что для параметра Автоприращение по-прежнему установлено значение Пусто , чтобы спектр автоматически сохранялся в нужной папке.
- Чтобы начать измерение образца, нажмите кнопку [Образец] . После выбора [Образец], поскольку периода ожидания нет, убедитесь, что образец готов, а давление зажима уменьшено. Анализируйте все образцы по отдельности. Индивидуально анализируйте все записанные спектры с помощью программного обеспечения для спектроскопии.
7. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
ПРИМЕЧАНИЕ: Термические свойства и совместимость шариков, загруженных BSO, были исследованы с помощью DSC (Дополнительный файл 1).
- Запечатайте бусины весом ~3,20 мг в обычную алюминиевую кастрюлю. Образцы нагревают со скоростью 10 °С/мин при анализе в диапазоне температур 50-350 °С под потоком азота, протекающего со скоростью 20 л/мин.
8. Характеристики набухания бусин
- Приготовьте 100 мг высушенных шариков альгината-BSO.
- Приготовьте имитированную кишечную жидкость (SIF) и имитированную желудочную жидкость (SGF) в чистом сухом емкости для смешивания подходящего размера - 6 л, 10 л или 25 л. Добавьте очищенную воду примерно на 33% от требуемого объема - 2 л, 3 л или 8 л, и перелейте содержимое флакона с концентратом в сосуд. Промойте бутылку очищенной водой и добавьте ополаскиватели и очищенную воду в емкость для смешивания для получения необходимого объема; Тщательно перемешайте. Измерьте pH и действуйте, если это не соответствует спецификации; При необходимости отрегулируйте pH.
- Погрузите шарики в 50 мл среды, содержащей имитированную кишечную жидкость (SIF) и имитируемую желудочную жидкость (SGF). Поддерживать условия в течение 2 ч при температуре 37 ± 0,5 °C.
- Удалите надутые шарики и отфильтруйте их через металлическую сетку с заранее заданными интервалами 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 и 120 минут или более. Используйте бумажное полотенце, чтобы удалить лишнюю жидкость из набухших шариков.
- Измерьте вес вытертых бусин с помощью электронных аналитических весов. Определите процент индекса набухания (%СИ) с помощью уравнения (5):
(5)
Результаты
Приготовление альгинатных микрогранул с нагрузкой на BSO
На рисунке 1 представлена экспериментальная установка для получения альгинатных микрогранул, загруженных BSO. Количество используемого лецитина оказывало значительное влияние на стабильность эмульсии BSO. Эмульсии, изготовленные со всеми тремя концентрациями лецитина, были сравнительно стабильными. Метод центрифугирования (894 × г, 5 мин) использовали в этом эксперименте для оценки стабильности эмульсии20. Результаты подтвердили, что поверхностно-активное вещество, а не центрифугирование, оказывает большее влияние на стабильность эмульсии BSO. Дзета-потенциал и распределение частиц эмульсии по размерам были охарактеризованы, как показано в таблице 1 и на рисунке 2.
Характеристика бусин
Размер, форма и EE
Размер, форма и ЭЭ разработанных микрогранул приведены в таблице 2. Размер высушенных бусин варьировался от 1,86 ± 0,02 мм (F2 и F3) до 0,58 ± 0,01 мм (F8), а влажные бусины — от 4,76 ± 0,01 мм (F3) до 1,50 ± 0,02 мм (F8). Электрическое напряжение и расход эмульсии были двумя основными параметрами, которые влияли на размер и сферичность шариков. Как SF, так и размер шариков увеличивались с увеличением скорости потока, в то время как эти переменные уменьшались с увеличением электрического напряжения. Тем не менее, SF и размер валика не уменьшались в определенный момент, когда электрическое напряжение и расход увеличивались пропорционально. Это исследование показало, что гранулы, произведенные со скоростью потока 2 мл/мин и электрическим напряжением 7 кВ, имеют одинаковый размер, форму и вес. Исследователи измерили размер бусины и обнаружили, что он составляет 0,58 ± 0,01 мм. Как для влажных, так и для сухих составов гранул EE варьировался от 67,20 ± 1,46% (F1) до 104,50 ± 4,04% (F8) и от 59,92 ± 0,90% (F1) до 90,13 ± 0,93% (F8) в указанном порядке. Доля EE увеличивалась вместе с напряжением и скоростью потока, что можно объяснить высоким напряжением, которое увеличивало связывание сшивки с гелеобразующим раствором CaCl2 и создавало дополнительные пространства для ионной сшивки. В результате было захвачено больше масла и удалось избежать утечки масла из полимерной матрицы.
Равномерность веса борта
Весовые коэффициенты альгинатных шариков, загруженных БСО, варьировали от 1,37% до 3,93%. Согласно последним исследованиям, средний вес всех бусин, загруженных BSO, отличался не более чем на 5%.
НПВО-ИК-Фурье
Чтобы определить взаимодействие внутри ингредиентов, был проведен ATR-FTIR (рис. 3). Альгинат натрия проявлял характерные спектральные полосы на 3400 см-1 для растяжения O-H и на 1595 и 1408 см-1 для групп C=O и C-C в результате растягивающей вибрации. В предыдущем исследовании также были обнаружены две различные полосы на уровнях 1600 и 1405 см-1, которые были связаны с симметричными и асимметричными растягивающими вибрациями -COOH-групп соответственно. Кроме того, группа C-H была ответственна за полосы, наблюдаемые в спектрах альгината натрия на 1316 и 1025 см-1. В противоположность этому, спектры лецитина выявили три полосы на 2922, 2853 и 1465 см-1, соответствующие группам C=O, C-H и C-C. Наибольшие пики БСО были обнаружены на отметках 2953 и 2853 см−1 (C-H в CH2 и C=C-H соответственно). Более того, поскольку углеродные цепи распространены в жирных кислотах, полосы, которые появились на 1753, 1653 и 1453 см-1, предполагают C=O, C=C и C-H соответственно.
ДСК
Анализ ДСК был использован для определения температурных характеристик альгинатных гранул, загруженных BSO, и их взаимодействия с другими экстрагентами в процессе приготовления и разработки. Распад полиэлектролита обусловлен процессами деполимеризации и обезвоживания, вероятнее всего реакциями окисления полиэлектролитов и частичным декарбоксилированием протонированных карбоновых групп (рис. 4).
СЭМ
С помощью SEM на камеру были сняты изображения поверхности высушенных бусин, оптимизированной с помощью загрузки BSO. Это продемонстрировало, что бусины имели гладкую поверхность, сферическую форму и многочисленные поры и каналы по всему внешнему слою (рис. 5).
Набухание бусин
Набухание шариков является существенным поведением, которое влияет на характер высвобождения лекарственного препарата из полимерных материалов21. Для оценки SB гранулы, содержащие BSO, были протестированы в SGF (0,1 N HCl, pH 1,2) и SIF (pH 6,8) (рис. 6).
Сокращение альгината при кислом pH может быть причиной первого снижения индекса набухания гранул F1-F9 в SGF по сравнению с SIF, что указывает на pH-чувствительный SB. Следовательно, бусины показали более высокий процент SI в SIF через 30-90 минут. SB гранул в щелочном pH можно объяснить обменом ионов кальция, в результате чего присутствие ионов фосфата с севестрантом кальция связывает карбоксильные группы матрицы сшитого альгинатного лецитина с ионами натрия в фосфатном буфере. Кроме того, раздутые сшитые альгинатные шарики с нагрузкой BSO распадались и разрушались за 100-110 мин, а через 120 мин все рецептуры полностью разрушались.
Основной целью данного исследования является синтез гранул с высоким содержанием масла черного тмина, альгината, чувствительных к pH, с использованием техники электрораспыления для высвобождения препарата там, где он обычно всасывается - в кишечнике. При кислом pH 1,2 бусины уменьшались или сохраняли свою первоначальную форму, что уменьшало их склонность к распаду. В отличие от этого, альгинатные шарики, загруженные BSO, быстро разбухали при воздействии SIF (pH 6,8). Через 120 мин все девять составов (F1-F9) полностью растворились в SIF. Это произошло из-за присутствия в среде фосфат-ионов, которые увеличивали растворимость комплекса альгината натрия при более высоких уровнях pH. Разрыв связи альгинат-натрий и последующий распад геля в фосфатном буфере были вызваны более высоким сродством фосфат-ионов кCa2+ , чем к альгинат-ионам.
Рисунок 1: Экспериментальная установка метода электрогидродинамического распыления для изготовления альгинатных микрогранул. Настройка в режиме реального времени для производства бисера и свежеприготовленных влажных бусин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 2: Распределение частиц по размерам и дзета-потенциал эмульсии с маслом черного тмина. (А) Распределение по размерам и (Б) Распределение дзета-потенциала. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 3: Инфракрасные спектры с ослабленной суммарной отражательной способностью и преобразованием Фурье. (A) BSO, (B) альгинат натрия, (C) лецитин, (D) хлорид кальция, (E) гранулы без BSO, (F) гранулы альгината-BSO и (G) физическая смесь активного ингредиента и вспомогательных веществ (альгинат натрия, лецитин, хлорид кальция и BSO). Аббревиатура: BSO = масло черного тмина. Эта цифра была изменена по сравнению с Azad et al.20. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Иллюстрация 4: Термограмма дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). (A) гранулы без BSO и (B) бусины, загруженные BSO. Эта цифра была изменена по сравнению с Azad et al.20. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 5: Сканирующие электронные микрофотографии. (A, B) Высушенные гранулы альгината-BSO с гладкой морфологией поверхности (25x и 100x); наличие пор и каналов, видимых в высушенном ломтике шарика с увеличением (C) 100x и (D) 500x. Масштабные линейки = 100 μм (A-C), 20 μм (D). Эта цифра была изменена по сравнению с Azad et al.20. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 6: Набухающие свойства оптимизированных альгинатных шариков с добавлением альгинатного масла черного тмина. (A) кислые среды (pH 1,2) и (B) буферные среды (pH 6,8) [среднее значение ± SD, n = 3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| % лецитин конц. | Размер частиц (нм) | ПДИ | Дзета-потенциал (мВ) | ES (%) | |||
| Перед | После центрифугирования | Перед | После центрифугирования | Перед | После центрифугирования | ||
| 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 | No 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 |
Таблица 1: Распределение частиц по размерам и дзета-потенциал эмульсии с маслом черного тмина. *(n = 3, среднее значение ± SD). Сокращения: PDI = индекс полидисперсности; ES = стабильность эмульсии.
| Код | Напряжение (кВ) | Расход (мл/мин) | Размерборта a (мм) | Коэффициент сферичностиa (мм) | Эффективность инкапсуляцииa (%) | |||
| Мокрый | Сухой | Мокрый | Сухой | Мокрый | Сухой | |||
| Формула-1 | 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 |
Таблица 2: Влияние напряжения (кВ) и расхода (мл/мин) на размер валика, коэффициент сферичности и эффективность инкапсуляции. n = 3, среднее значение ± S.D. Эта таблица была изменена по Azad et al.20.
Дополнительный файл 1: Измерение размера и распределения частиц, ATR-FTIR и DSC. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Обсуждение
С помощью процесса EHDA были созданы альгинатные микрогранулы, загруженные BSO, в качестве pH-чувствительного носителя. Сеть шариков демонстрировала pH-зависимое набухание и поведение высвобождения лекарств из-за обильного присутствия групп карбоновых кислот. Было выявлено, что сильная межмолекулярная водородная связь между полимерными цепями является причиной снижения характера набухания гранул, загруженных BSO, при pH 1,2. Гранулы, загруженные BSO, могут извлечь пользу из этого сниженного SB при введении pH-чувствительных лекарств. pH оказывал влияние на BSO, выделяемый из гранул, содержащих BSO. Эти результаты свидетельствуют о том, что шарики, загруженные BSO, могут обеспечить безопасный метод пероральной доставки лекарств для лучшего целенаправленного введения лекарств в кишечник.
Размер частиц эмульсии увеличивался с увеличением концентрации лецитина. Это явление может быть связано с повышением вязкости, связанным с повышением уровня лецитина, что может повлиять на возможности ультразвукового гомогенизатора по уменьшению размера. Кроме того, повышенная концентрация лецитина способствует более плотному слою поверхностно-активного вещества вокруг капель масла, что приводит к увеличению размера частиц. Микроскопический вид эмульсии говорит о том, что эмульсии хорошо сохраняли свою стабильность. Концентрация лецитина может влиять на распределение размеров частиц и дзета-потенциала20. Эмульсии показали неоднородное распределение частиц по размерам, что может быть связано с процедурой ручной ультразвука. Дзета-потенциал играет ключевую роль в поддержании стабильности коллоидных систем21. Капли внутри эмульсии демонстрировали значительно отрицательный заряд, что можно объяснить отрицательным зарядом альгината, возникающим из-за гидроксильных и карбоксильных функциональных групп в его молекулярной структуре22.
При определении характеристик микрогранул размер, форма и EE являются значимыми параметрами, на которые влияют условия обработки. Взаимосвязь между электрическим напряжением, скоростью потока эмульсии и результирующими характеристиками микрогранул указывает на сложное взаимодействие, определяющее конечные свойства гранул. При увеличении скорости потока размер валика и SF также увеличиваются. С другой стороны, увеличение электрического напряжения уменьшает размер валика и SF, но увеличивает EE. Однако, если электрическое напряжение и расход увеличиваются пропорционально, размер валика и SF не уменьшаются в определенной точке20. Способность к сшиванию на внешней стороне альгинатных шариков также играет важную роль в повышении ЭЭ масел внутри альгината. Предыдущее исследование показало оптимальную ЭЭ 98,30% для льняного масла, инкапсулированного в альгинатные гранулы, высушенные в печи, с размерами гранул от 1,90 мм до 2,94 мм и SF от 0,044 до 0,168. Несмотря на высокую эффективность инкапсуляции, высвобождение препарата в предполагаемое место в пищеварительном тракте составило всего 83%23. Другое исследование показало аналогичную ЭЭ в 98,7%, с размерами валиков 2,13 мм и SF 0,08 мм. И наоборот, сухие, подвергнутые электрораспылению альгинатные шарики, загруженные BSO в этом исследовании, продемонстрировали EE 90,13 ± 0,93%, при этом более 90% вещества было успешно высвобождено в предполагаемом месте в SIF, согласно нашему исследованию выбросов. Это говорит о том, что наши альгинатные шарики были эффективно способны инкапсулировать и почти полностью высвобождать BSO в желаемом месте24.
Согласно нормам, установленным Фармакопеей США, все рецептуры (F1-F9) удовлетворяли требованиям по однородности веса25. Эта однородность по весу отражает последовательную инкапсуляцию BSO в альгинатных шариках, чему способствует использование электрогидродинамических методов. Оптимальные размеры и форма шариков, пригодные для перорального приема, были достигнуты в определенных условиях, что раскрывает важность точно контролируемых производственных процессов. Кроме того, EE, который изменяется в зависимости от напряжения и расхода, позволяет предположить, что параметры процесса могут быть точно настроены для максимальной инкапсуляции BSO. Это имеет значительные последствия для биодоступности и эффективности инкапсулированного соединения, при этом более высокая эффективность инкапсуляции потенциально приводит к лучшим терапевтическим результатам.
Однородность массы шариков, наряду с анализами ATR-FTIR и SEM, дает представление о консистенции и химической целостности альгинатных шариков26,27. Анализ ATR-FTIR подтвердил наличие ключевых функциональных групп и успешное включение BSO в альгинатную матрицу28, в то время как изображения SEM иллюстрируют сферическую форму и гладкую поверхность гранул, необходимых для стабильного высвобождения. Исследование SB проиллюстрировало pH-чувствительные свойства шариков к набуханию, что имеет важное значение для целенаправленного высвобождения лекарственного препарата в кишечнике, гарантируя, что BSO высвобождается там, где он может быть наиболее эффективно абсорбирован29. Это pH-чувствительное поведение иллюстрирует потенциал микрогранул на основе альгината в качестве перспективной системы доставки BSO, обеспечивающей целенаправленное, контролируемое высвобождение в желудочно-кишечном тракте.
В результате успешной разработки pH-чувствительных альгинатных гранул для регулируемого высвобождения масла черного тмина, выделена доставка тимохинона для лечения рака толстой кишки. Применение технологии электрораспыления упростило производство шариков одинакового размера с желаемыми свойствами набухания и хорошей эффективностью инкапсуляции. Эти шарики продемонстрировали хорошие плавучие свойства, о чем свидетельствует скорость высвобождения более 90% в среде с pH 6,8, гарантирующая целевую доставку в желудочно-кишечный тракт. Полученные данные указывают на возможную стратегию повышения биодоступности масла черного тмина при одновременном снижении его раннего высвобождения в желудке. Этот метод имеет большой потенциал для широкомасштабного производства, открывая двери для потенциальной коммерциализации методов лечения рака в будущем.
Раскрытие информации
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Благодарности
Это исследование было поддержано Университетом принцессы Нуры бинт Абдулрахман Исследователи Проект поддержки проекта (PNURSP2024R30), Университет принцессы Нуры бинт Абдулрахман, Эр-Рияд, Саудовская Аравия. Это исследование было профинансировано Проектом поддержки исследователей No (RSPD2024R811), Университет короля Сауда, Эр-Рияд, Саудовская Аравия.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Центрифужные пробирки 10 мл | Globe Scientific | 22-171-624 | |
| 22 G игла | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | ||
| 3 мл кварцевой кюветы | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | ||
| Стакан | |||
| Алюминиевые заглушки | |||
| Электронные аналитические весы | |||
| ATR-FTIR | Bruker Malaysia Sdn Bhd, Kawasan Perindustrian Temasya, 40150 Shah Alam, Selangor, Malaysia. | ||
| Масло черного тмина | IKOP Pharmaceutical Ltd. (IKOP, Фармацевтический факультет, IIUM, 25200 Kuantan, Pahang, Malaysia | B182111 | Активный ингредиент |
| Дегидрат хлорида кальция, CaCl2 · 2H2O | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | 21074 | Гелеобразующий агент |
| Углеродные клейкие ленты | |||
| Центрифуга | |||
| Дифференциальная сканирующая калориметрия | |||
| Digital фотоаппарат | |||
| Заземленный стакан | |||
| Высокое содержание гулуроновой кислоты Альгинат натрия (мв. 97 000) со средней вязкостью (40 – 100 мПа с) | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | W201502 | Полимерный |
| высоковольтный источник | |||
| Изопропиловый спирт | Sigma-Aldrich (Сент.Луис, Миссури, США). | W292912 | Цель очистки ATR-FTIR |
| Lecithin | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | P7568 | Поверхностно-активное вещество |
| Микроскоп | |||
| Бумажное полотенце | |||
| Сканирующая электронная микроскопия | |||
| смоделированной желудочной жидкости | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | 1651 | Высвобождающая среда и набухающая среда |
| с имитацией кишечной жидкости | Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). | 84082-64-4 | Разделительные и набухающие фильтрующие среды |
| Программное обеспечение | |||
| Фильтр из нержавеющей стали | |||
| Шприцевой насос | SEN JIN SDN BHD Малайзия, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia | ||
| Ультрачистая дистиллированная вода | Предоставлено институциональной лабораторией | ||
| Ультразвуковой гомогенизатор | SEN JIN SDN BHD Малайзия, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia | ||
| UV-vis спектрофотометр. | |||
| Вакуумный испаритель | SEN JIN SDN BHD Малайзия, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia | ||
| Voltage accelerator | SEN JIN SDN BHD Малайзия, Taman Desaria, 46150 Petaling Jaya, Selangor Darul Ehsan Malaysia | ||
| Zetasizer Nano-ZS | (Malvern Zetasizer Nano series Nano-S и Nano-Z, Malvern Instruments Ltd., Вустершир, Великобритания) |
Ссылки
- Benavides, S., Cortés, P., Parada, J., Franco, W. Development of alginate microspheres containing thyme essential oil using ionic gelation. Food Chem. 204 (8), 77-83 (2016).
- Agbaria, R., Gabarin, A., Dahan, A., Ben-Shabat, S. Anticancer activity of Nigella sativa (black seed) and its relationship with the thermal processing and quinone composition of the seed. Drug Des Devel Ther. 9 (1), 3119(2015).
- Wang, D., Qiao, J., Zhao, X., Chen, T., Guan, D. Thymoquinone inhibits IL-1β-induced inflammation in human osteoarthritis chondrocytes by suppressing NF-κB and MAPKs signaling pathway. Inflammation. 38 (7), 2235-2241 (2015).
- Beyki, M., et al. Encapsulation of Mentha piperita essential oils in chitosan-cinnamic acid nanogel with enhanced antimicrobial activity against Aspergillus flavus. Ind Crop Prod. 54 (3), 310-319 (2014).
- Hosseini, S. M., et al. Incorporation of essential oil in alginate microparticles by multiple emulsion/ionic gelation process. Inter J Biol Macromol. 62 (11), 582-588 (2013).
- Banerjee, S., et al. Influence of process variables on essential oil microcapsule properties by carbohydrate polymer-protein blends. Carbohydr Polym. 93 (2), 691-697 (2013).
- Sebe, I., Szabó, E., Zelkó, R. Advances in drug delivery via electrospun and electrosprayed formulations. In Emerging Drug Delivery and Biomedical Engineering Technologies. , CRC Press. 71-104 (2023).
- Akram, N., et al. Fabrication and characterization of PVA-WPI based nanofiber mats for improved viability of Lactobacillus rhamnosus GG. Foods. 12 (21), 3904(2023).
- Azad, A. K., Sinan, M. A. A., John, F. K., Bappaditya, C., Hriday, B. Electro-hydrodynamic assisted synthesis of lecithin-stabilized peppermint oil-loaded alginate microbeads for intestinal drug delivery. Int J Biol Macromol. 185 (8), 861-875 (2021).
- Chan, E. S. Preparation of Ca-alginate beads containing high oil content: Influence of process variables on encapsulation efficiency and bead properties. Carbohydr Polym. 84 (4), 1267-1275 (2011).
- Xie, J., Jiang, J., Davoodi, P., Srinivasan, M. P., Wang, C. H. Electrohydrodynamic atomization: A two-decade effort to produce and process micro-/nanoparticulate materials. Chem Eng Sci. 125 (3), 32-57 (2015).
- Zamani, M., Prabhakaran, M. P., Ramakrishna, S. Advances in drug delivery via electrospun and electrosprayed nanomaterials. Int J Nanomed. 8 (8), 2997(2013).
- Husain, O., Lau, W., Edirisinghe, M., Parhizkar, M. Investigating the particle to fibre transition threshold during electrohydrodynamic atomization of a polymer solution. Mater Sci Eng. C. 65 (8), 240-250 (2016).
- Wan, L. Q. Calcium concentration effects on the mechanical and biochemical properties of chondrocyte-alginate constructs. Cell Mol Bioeng. 1 (3), 93-102 (2008).
- Baimark, Y., Srisuwan, Y. Preparation of alginate microspheres by water-in-oil emulsion method for drug delivery: Effect of Ca2+ post-cross-linking. Adv Powder Technol. 25 (5), 1541-1546 (2014).
- Paques, J. P., Sagis, L. M. C., van Rijn, C. J. M., van der Linden, E. Nanospheres of alginate prepared through w/o emulsification and internal gelation with nanoparticles of CaCO3. Food Hydrocoll. 40 (10), 182-188 (2014).
- Suksamran, T. Biodegradable alginate microparticles developed by electrohydrodynamic spraying techniques for oral delivery of protein. J Microencapsul. 26 (7), 563-570 (2009).
- Wang, H., et al. Characterization, release, and antioxidant activity of curcumin-loaded sodium alginate/ZnO hydrogel beads. Int J Biol Macromol. 121 (1), 1118-1125 (2019).
- Bera, H., Boddupalli, S., Nayak, A. K. Mucoadhesive-floating zinc-pectinate-sterculia gum interpenetrating polymer network beads encapsulating ziprasidone HCl. Carbohydr Polym. 131 (10), 108-118 (2015).
- Azad, A. K., et al. Encapsulation of black seed oil in alginate beads as a pH-sensitive carrier for intestine-targeted drug delivery: In vitro, in vivo and ex vivo study. Pharmaceutics. 12 (3), 219(2020).
- Azad, A. K., et al. A dataset of microstructure features of electro-hydrodynamic assisted 5-fluorouracil-grafted alginate microbeads and physicochemical properties for effective colon targeted carriers drug delivery. Data in Brief. 53 (4), 110202(2024).
- Danaei, M., et al. Impact of particle size and polydispersity index on the clinical applications of lipidic nanocarrier systems. Pharmaceutics. 10 (2), 57(2018).
- Piornos, J. A., Burgos-Díaz, C., Morales, E., Rubilar, M., Acevedo, F. Highly efficient encapsulation of linseed oil into alginate/lupin protein beads: Optimization of the emulsion formulation. Food Hydrocoll. 63 (2), 139-148 (2017).
- Morales, E. Alginate/Shellac beads developed by external gelation as a highly efficient model system for oil encapsulation with intestinal delivery. Food Hydrocoll. 70 (9), 321-328 (2017).
- Nikoo, A. M., Kadkhodaee, R., Ghorani, B., Razzaq, H., Tucker, N. Electrospray-assisted encapsulation of caffeine in alginate microhydrogels. Int J Biol Macromol. 116 (9), 208-216 (2018).
- Shao, L., et al. Effect of cold-spray parameters on surface roughness, thickness and adhesion of copper-based composite coating on aluminum alloy 6061 T6 substrate. Processes. 11 (3), 959(2023).
- Li, W., et al. Effects of spraying parameters and heat treatment temperature on microstructure and properties of single-pass and single-layer cold-sprayed Cu coatings on Al alloy substrate. Surf Coat Technol. 30 (490), 131184(2024).
- US Pharmacopoeia National Formulary, USP 23/NF 18. , States Pharmacopoeia Convention Inc. Rockville, MD, USA. (2000).
- Chen, Y. -C., Ho, H. -O., Liu, D. -Z., Siow, W. -S., Sheu, M. -T. Swelling/floating capability and drug release characterizations of gastroretentive drug delivery system based on a combination of hydroxyethyl cellulose and sodium carboxymethyl cellulose. PLoS One. 10 (1), e0116914(2015).
Перепечатки и разрешения
Теги
