Транспортные свойства ибупрофена инкапсулируется в циклодекстрин Nanosponge гидрогелей: Протон HR-MAS ЯМР-спектроскопия Исследование

Общая цель данной работы — продемонстрировать синтез наногубок из циклодекстрина, их преобразование в гидрогели с лекарственным веществом и изучить диффузионную способность препарата внутри гидрогеля с помощью ядерно-магнитного резонанснoго спектроскопии с магическим углом вращения высокого разрешения. Наногубки из циклодекстрина готовят методом ступенчатой полимеризации между циклодекстринами (ЦД) и осушенным ЭДТА. Если не указано иное, наша сеть единиц ЦД является формированной, способной поглощать и высвобождать органические и неорганические соединения.

Основное преимущество ЯМР с высокоразрешающим вращением под магическим углом заключается в возможности мониторинга свойств переноса инкапсулированного лекарственного вещества внутри полимерного носителя, представляющего интерес для систем доставки лекарств. Синтетический подход очень прост и осуществляется при комнатной температуре. Реакция ступенчатой полимеризации протекает примерно за 10 минут.

В качестве примера препарата, заключенного в полимерные водородные матрицы и представляющего собой систему доставки с постепенным высвобождением, мы выбрали ибупрофен. Высушите бета-циклодекстрин в oven при 100 °C до достижения постоянного веса. Также перед использованием в протоколе высушите 250 мл DMSO и 100 мл триэтиламина над молекулярными ситами с размером пор 4 Å в течение 24 часов.

Влейте 25 миллилитров DMSO в одногорлую круглодонную колбу объемом 50 миллилитров. При магнитном перемешивании добавьте 5,675 грамма бета-циклодекстрина. Добавляйте порошок бета-циклодекстрина в DMSO небольшими порциями, чтобы предотвратить образование комков.

Примерно через 30 минут добавьте шесть миллилитров триэтиламина в гомогенный раствор с помощью мерной пипетки на 10 миллилитров. Поместите колбу в водяную баню при комнатной температуре и перемешивайте смесь в течение 15 минут. Для приготовления наногубки из циклодекстрина один-четыре добавьте 5,124 грамма диангидрида EDTA при интенсивном перемешивании.

Для приготовления наногубки из циклодекстрина один-восемь добавьте 10.248 грамм диангидрида ЭДТА при интенсивном перемешивании. Через три часа извлеките из колбы шпателем твердый материал, представляющий собой наногубку из циклодекстрина, и грубо разотрите его в ступке с пестиком. Промойте твердый материал в ацетоновой бане, затем промойте и отфильтруйте его на фильтровальной бумаге.

После высушивания всего твердого материала на воздухе при комнатной температуре в течение 48 часов тщательно измельчите высушенный материал с помощью ступки и пестика. Затем выдержите его под вакуумом в течение двух часов при 45 °C. Для подготовки образца для ЯМР с магическим углом вращения высокого разрешения сначала приготовьте 0,27 М раствор натриевой соли ибупрофена в дейтерированной воде.

Добавьте 20 mg наногубки из циклодекстрина 1-4 и 2 mg безводного карбоната натрия к 150 µL раствора в стеклянном флаконе объемом 2 mL. Перемешайте содержимое флакона небольшим шпателем до достижения гомогенности. Повторите этот процесс для полимера наногубки из циклодекстрина 1-8.

Получение гомогенного, полностью набухшего гидрогеля является первым ключевым этапом для получения качественного масс-ЯМР-спектра высокого разрешения. Гидрогель следует помещать в ЯМР-ротор очень осторожно, избегая образования пузырьков воздуха, которые могут привести к неправильному вращению ротора. С помощью небольшого шпателя поместите гель в пятимиллиметровый ЯМР-ротор, подходящий для экспериментов по масс-ЯМР с высоким разрешением.

Затем вставьте ротор в магнит ЯМР-спектрометра. После установки в магнит с помощью пневматического устройства разведите ротор до скорости вращения 4 000 герц. Для проведения экспериментов по высокоразрешающему протонному ЯМР установите следующие параметры прибора: скорость вращения ротора 4 килогерца на блоке пневматического управления и температуру образца 305 кельвинов в блоке регулирования температуры.

Снимите одномерный спектр, затем получите масс-спектры диффузии HR ибупрофена в гидрогелях наногубки из циклодекстрина 1-4 и наногубки из циклодекстрина 1-8, используя последовательность импульсов pulsed gradient spin-echo на резонансе протонов. Эксперименты по диффузии проводятся с использованием импульсной последовательности BP led. Это псевдодвумерный эксперимент с линейно возрастающим градиентом от 2% до 100% интенсивности градиента в непрямом измерении.

Интенсивность сигнала затухает в зависимости от времени диффузии и градиентного импульса P30. Перед проведением основного эксперимента необходимо оптимизировать эти параметры. Оптимизация осуществляется путем выполнения двух одномерных измерений, при которых время диффузии остается постоянным, а значение P30 варьируется.

Измерения при различном времени диффузии проводятся путем увеличения времени диффузии в диапазоне от 50 до 200 миллисекунд. Для каждого эксперимента собирается массив из 32 спектров. Затем обработайте данные согласно текстовому протоколу.

Базовый эксперимент спин-эхо с импульсным градиентом магнитного поля позволяет измерить среднеквадратичное смещение молекул ибупрофена в гидрогелях. Интенсивность сигнала ЯМР снижается по мере увеличения напряженности градиента. Аппроксимация затухания позволяет определить среднеквадратичное смещение молекул, обозначаемое как Z-squared.

В свою очередь, среднеквадратичное смещение взаимосвязано с типом режима диффузии. Показатель степени альфа определяется экспериментально с помощью логарифмической линейной регрессии среднеквадратичного смещения как функции времени диффузии. Значение показателя альфа является дескриптором режима диффузии, наблюдаемого для ибупрофена в матрице гидрогеля.

Изотропная неограниченная диффузия наблюдается при значении alpha, равном единице. Субдиффузионный режим характеризуется значением alpha меньше единицы. Режим супердиффузии соответствует значению alpha больше единицы.

Ибупрофен, заключенный в матрицу гидрогеля, демонстрирует два различных режима диффузии в зависимости от способа приготовления полимера. Гидрогели из наногубок один-четыре характеризуются субдиффузионным режимом. Напротив, гидрогели из наногубок один-восемь характеризуются слабовыраженным супердиффузионным режимом.

После освоения данной реакции можно проводить ее с высоким выходом и чистотой в течение одного часа при соблюдении надлежащих условий. Полученные материалы демонстрируют выраженную способность к поглощению воды путем образования вязких гидрогелей, в которые можно легко включать биологически активные молекулы. Молекулярное состояние и транспортные свойства биологически активной молекулы, инкапсулированной в такие полимерные матрицы, могут быть изучены экспериментально с помощью методов ГПМ ЯМР.

Результаты ЯМР-исследований диффузии ибупрофена в гидрогелях, приготовленных из наногубок на основе циклодекстрина, указывают на то, что диффузию можно модулировать путем соответствующего приготовления полимеров. Для ибупрофена в гидрогелях из наногубок на основе циклодекстрина наблюдаются как субдиффузионный, так и супердиффузионный режимы. Эти данные могут быть использованы для оригинального проектирования свойств высвобождения из гидрогелевого каркаса наногубок на основе циклодекстрина.