Summary
משטרי התנועה של איבופרופן גלום ברשת פולימר nanosponges β-cyclodextrin נחקרים באמצעות טכניקה פעם שדה-שיפוע ספין הד (PGSE) תמ"ג. סינתזה, טיהור, טעינת סמים, יישום רצף דופק NMR וניתוח נתונים כדי לחשב את העקירה המרובעת הממוצעת של התרופה בזמני תצפית מספר מתוארת בפירוט.
Abstract
החומר הכימי cross-linking של-cyclodextrin β (β-CD) עם dianhydride ethylenediaminetetraacetic (EDTA) הוביל פולימרים מסועפים המכונים nanosponges cyclodextrin (CDNSEDTA). שני תכשירים שונים מתוארים עם 1: 4 ו -1: 8 יחסי טוחנת CD-EDTA. הפולימרים הצולבים המקבילים נוצרו קשר עם 0.27 M בתמיסה מימית של מלח נתרן איבופרופן (IP) שמובילים הומוגנית, חסר צבע, הידרוג טעון בסמים.
המערכות התאפיינו זווית הקסם ברזולוציה גבוהה ספינינג (HR-MAS) NMR ספקטרוסקופיה. הד ספין שיפוע שדה פעם (PGSE) ספקטרוסקופיה NMR שמשה כדי לקבוע את העקירה המרובעת הממוצעת (MSD) של IP בתוך הג'ל פולימריים בזמני תצפית שונים t ד. נתוני עובדו נוסף על מנת ללמוד את התלות בזמן של MSD: MSD = f (d t). המתודולוגיה המוצעת שימושית לאפיין המשטרים דיפוזיה השונים,באופן עקרוני, המומס עלול להיתקל בתוך הידרוג'ל, דיפוזיה רגילה או חריגה כלומר. הפרוטוקולים המלאים כולל הכנת פולימר הטיהור, הקניית הידרוג טעון סמים, הכנת מדגם NMR, מדידת MSD ידי ספקטרוסקופיה HR-MAS NMR ואת עיבוד הנתונים הסופי כדי להשיג את התלות בזמן של MSD הם כאן מדווחים ונדונו . הניסויים שהוצגו מייצגי מקרה פרדיגמטי והנתונים נדונים מבחינת גישה חדשנית לאפיון מאפייני התחבורה של אורח כמוס בתוך שורה פולימריים של יישום פוטנציאל עבור משלוח סמים.
Introduction
יש התעניינות גוברת בעיצוב וגיבוש מערכות פולימריות מסוגלות כולא, באמצעות קישור לא קוולנטי, מולקולות קטנות עם פעילות ביוכימית פוטנציאלית. חומרים אלה צפויים למצוא יישומים להובלת העיקרון הפעיל ליעד סלקטיבית ולשחרר על הפעולה של גירויים חיצוניים, כגון וריאציות pH, טמפרטורה, וכו 'בהקשר זה, הידרוג התבררה חומרים תכליתיים ורב עצמה עבור ננו-רפואה לאור שחרורו של תרופות מבוקרת 1. היווצרות הידרוג פולימריות יכולה להיות מושגת על ידי מקשרות רשתות macromolecular ידי i) אינטראקציות פיסיות, שאינן קוולנטיים כגון קשרי מימן, ii) קוולנטיים cross-linking של הרשתות המובילות לרשת תלת ממדים מסוגלת להתנפח בנוכחות בתמיסה מימית או iii) שילוב של שתי השיטות שהוזכרו 2-4.
כיתה צדדית במיוחד של שלוש אגורהnsional, פולימרי swellable אנקפסולציה של רכיבים אורגניים ואי-אורגניים ניתן להשיג החל β-cyclodextrin הטבעי (β-CD) באמצעות עיבוי עם נגזרים מתאימים, מופעלים של חומצת tetracarboxylic 5 - 8 והוליד nanosponges cyclodextrin (CDNS). הסינתזה, האפיון והיישום של CDNS הוא נושא למחקר מאוחד של הקבוצה שלנו. התוצאות "בעבר כמה השנים עולות כי CDNS להציג מאפייני מסקרן של נפיחות, קליטה / הכללת כימיקלים, ושחרור של מולקולות תרופה קטנות, עם יישומי שחרור מבוקר של חומרים פעילים תרופות 9 - 11 וכימיה סביבה 12 - 14.
על-סמך ההנחות האלה, שני נושאים עיקריים לטפל דאגת ההעמסה ביותר של המתחם הפעיל ג'ל פולימריים, הבנה משופרת של ניידות מומסת בתוך מטריצות ג'ל 15 16,17. שדה-שיפוע פעם ספין הד (PGSE) NMR ספקטרוסקופיה היא שיטה מבנית ומבוססת בשימוש נרחב ללמוד דיפוזיה translational של מולקולות קטנות ממיס 18 או דיפוזיה העצמית של נוזלים טהורים. ההתפתחויות האחרונות של זווית קסם ברזולוציה גבוהה ספינינג (HR-MAS) טכנולוגיית NMR אפשרו לאסוף ברזולוציה גבוהה נתוני תמ"ג של מולקולות ניידות השעיות הטרוגנית 19, ג'לים ופולימרי swellable 20,21. ואכן, הגדרת ניסוי שילוב HR-MAS ספקטרוסקופיה NMR ואת רצף דופק PGSE מספקת הזדמנות ייחודית לבחון את המולקולות המומסות בסביבה המולקולרית של המארח. נתונים חשובים על תחבורת המאפיינים של מולקולת תרופה בפח בתוך מטריצת ג'ל ניתן להשיג כך. איכות גבוהה נתוני ניסוי ולכן יכולים להיות obtaiנד המאפשר תכנון רציונלי יותר של מערכות מארחות-אורח nanostructured.
בעבודה הנוכחית אנו מתארים את הפרוטוקולים המפורטים הצעדים הבאים: i) סינתזה וטיהור שני בניסוח שונה של CDNS צולב עם פולימרי EDTA (איור 1), המכונה CDNSEDTA, ומאופיינת תקליטורים שונים / טוחנת מקשר צלב יחס: 1: 4 (CDNSEDTA 1: 4) ו -1: 8 (CDNSEDTA 1: 8); ii) הכנת הידרוג טעון סמים עבור שניהם 1 CDNSEDTA: 4 ו -1 CDNSEDTA: 8. בשלב זה השתמשנו, כמו מולקולת תרופת מודל, מלח נתרן סטרואידיות הפופולרי אנטי הדלקתי איבופרופן (IP); iii) החקירה היסודית של מאפייני התחבורה של IP בתוך CDNSEDTA הידרוג באמצעות PGSE-HRMAS ספקטרוסקופיה NMR. השיטה שאנו מציעים כאן מבוססת על מדידת התזוזה המרובעת הממוצעת (MSD) של התרופה הכמוסה בתוך הידרוג'ל ואחריו הניתוח של התלות בזמן של MSD.
אנחנו Wish להדגיש כי המתודולוגיה שתואר לעיל - אשר מתמקד את התלות בזמן של MDS התרופה במטריצה - מספק קשת רחבה של מידע לעומת המתודולוגיה המאוחד בוסס על קביעת מקדם הדיפוזיה של התרופה היחידה. הראינו לאחרונה 21 שגישה זו היא שאפשרה את האפליה של משטרים דיפוזיה נורמלים וחריגים שחווים IP כלוא בתוך הידרוג CDNS.
כך אנו מאמינים כי צעד-אחר-צעד התיאור של סינתזת פולימר / טיהור, היווצרות של הידרוג טעון הסמים, HR-MAS אפיון NMR ועיבוד נתונים של נתוני MDS, הוא ערכת כלים רב עצמה עבור מדענים מעוניינים באפיון מערכות nanostructured עבור כליאה ושחרור של מולקולות קטנות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. סינתזה של פולימרים CDNSEDTA
- β-cyclodextrin יבש (β-CD) בתנור על 80 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות לפני השימוש. יבש 500 מ"ל של dimethylsulfoxide (DMSO) ו -100 מ"ל של triethylamine (Et 3 N) על הנפות מולקולרית (4 א) למשך 24 שעות לפני השימוש בהם בפרוטוקול.
- הציגו 25 מ"ל של DMSO לתוך 50 מ"ל בבקבוק אחד-צוואר מסביב לתחתית. תחת בחישה מגנטית, להוסיף 5.675 גרם של β-CD (5 מילימול). על מנת להפחית את היווצרות גושים, מוסיפים את אבקת β-CD במנות קטנות כדי DMSO.
- לאחר כ -30 דקות, מוסיפים 6ml של Et 3 N לפתרון הומוגנית באמצעות 10 מ"ל סיים פיפטה. לשמור את התערובת תחת בחישה במשך 15 דקות ב RT. לצלול את הבקבוק לתוך אמבט מים ב RT.
הערה: התגובה בין β-CD ו- EDTA פולטת חום. לכן, מציף את הבקבוק לתוך האמבטיה במים מעדיף את חילופי חום הימנעות התחממות היתר של תערובת התגובה. - הוסף 5.124 גרם (20 מילימול, הכנת CDNSEDTA 1: 4) או 10.248 גרם (40 מילימול, הכנת CDNSEDTA 1: 8) של EDTA-dianhydride תחת ערבוב אינטנסיבי.
- אחרי 3 שעות, להסיר את החומר המוצק (CDNSEDTA 1: 4 או 1 CDNSEDTA: 8) מהבקבוק בעזרת מרית ולרסק אותו בגסות עם ובמכתש.
- שטפו את חומר מוצק על נייר פילטר עם אצטון ב RT (100 מ"ל × 5 פעמים), עם HCl 0.1 M (200 מ"ל × 5 פעמים), וכן מים ללא יונים (200 מ"ל × 3 פעמים).
- לבסוף, יבש כל חומר מוצק באוויר ב RT במשך 48 שעות, למחוץ אותו בעדינות לתוך במכתש ועלי ולאחר מכן לשמור אותו תחת ואקום (<15 mbar) עבור שעה 2 ב 45 מעלות צלזיוס.
איור 1:. ייצוג סכמטי של פולימרי CDNSEDTA במסלול סינטטי סכמטי. מימין: המבנה המולקולרי של מונומר β-cyclodextrin (β-CD) ו EDTA-dianhydride סוכן cross-linking. על חץ תנאי התגובה הכולל. ימין:. סקיצה של הפולימר צולב אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
2. מדידות NMR HR-MAS
- HR-MAS לדוגמא כנה NMR
- כן פתרון 0.27 M של מלח נתרן איבופרופן (IP) במי deuterated (99.8%).
- הוסף 20 מ"ג של CDNSEDTA 1: 4 ו -2 מ"ג סודיום קרבונט נטול מים (Na 2 CO 3) 150 μl של פתרון מוכן בנקודת 2.1.1) לתוך בקבוקון זכוכית 2 מ"ל. מערבבים את התוכן של הבקבוקון עם מרית קטנה כדי homogenize זה. חכה 2 hr לפני השימוש בג'ל הקים עם הליך זה. חזור על נקודה זו עבור 1 CDNSEDTA: פולימר 8.
- הכנס את הג'ל רוטור 5 מ"מ NMR מתאים לניסוי HR-MAS NMR בעזרת מרית קטנה. הסכום הכולל של ג'ל לשימוש תלוי הנפח הפנימי של הרוטור (12 μl מומלץ).
- HR-MAS 1 ניסויים H NMR
- הגדר את הפרמטרים אינסטרומנטלי הבאים: מהירות ספינינג הרוטור של 4 קילוהרץ ביחידת בקרה פנאומטי MAS, הטמפרטורה מדגם ב 305 K ביחידת הטמפרטורה משתנה.
- רוכש את ספקטרום NMR 1 H HR-MAS של איבופרופן ב CDNSEDTA (1: 4) ו CDNSEDTA (1: 8) מערכות פולימר באמצעות רצף דופק קונבנציונלי על תהודת הפרוטון.
- יצירת ערכת נתונים חדשה. לחץ על הכרטיסייה "AcquPars". בחר את PULPROG: ZG.
- בחר את מספר סריקות (NS = 4) ו השהיית זמן בין אותם (D1 = 5 שניות) .Set רוחב ספקטרלי (SW = 8 עמודים לדקה), במישור הזמן (TD = 16K) ורווח מקלט (RG = 32 ).
- הקלד "ZG" על הקונסולה ותהיה דעיכת אינדוקציה חינם (FID) על המסך. כדי לעבד את לחץ שבכרטיסיה "ProcPars". הגדרת גודל ספקטרלי (SI = 32K), פונקצית חלון כפל מעריכים (WDW = EM) ורחבת קו (LB = 1).הקלד "רגל" כדי לבצע את השינוי הפורה. ביטול הדרגתי הספקטרום באמצעות הכרטיסייה שלב על המסך. השג ברזולוציה גבוהה גם ספקטרום נפתר.
איור 2: הזוגות דופקים Bipolar אורך אד נוכחי עיכוב (BPPLED) רצף דופק ייצוג סכמטי של רצף הדופק המשמש לביצוע ניסויי PFGSE.. מחזור שלב עבור 90 ° פולסים הוא: P1: (0) 16, P2: (0022) 4, P3: (0) 4 (2) 4 (1) 4 (3) 4, P4: (0202 2020 1313 3131 , P5): (0) 4 (2) 4 (1) 4 (3) 4. 180 ° פולסים + X. (שונה מן ref.18) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
- HR-MAS 1 הערה: ניסויי PGSE מבוצעים באמצעות דופק רצף BPPLED 18 דיווח באיור 2. זהו ניסוי דו ממדים פסאודו עם רמפת שיפוע להגדיל באופן ליניארי בין 2% ל 100% בממד העקיף. עוצמת האות נחלשה תלוי בזמן דיפוזיה Δ ואת δ דופק השיפוע. אופטימיזציה של הפרמטרים הללו נדרש לפני הפעלת ניסוי PGSE כראוי. אופטימיזציה נעשתה על ידי הפעלה כמה מדידות 1D שבו Δ נשמר קבוע, בעוד δ היא מגוונת.
- אופטימיזציה פרמטרים
- יצירת ערכת נתונים חדשה - מספר ניסוי 1. לחץ על הכרטיסייה "AcquPars". בחר את PULPROG: ledbpgp2s1d רצף הדופק 1D לאופטימיזציה דיפוזיה.
- בחר את מספר סריקות (NS = 16) ו השהיית זמן בין אותם (D1 = 10 שניות). הגדר את רוחב ספקטרלי (SW = 8 עמודים לדקה), tהוא במישור הזמן (TD = 16K) ורווח מקלט (RG = 32).
- הגדר Δ (D20 ברצף) שווה לערך קבוע δ (P30) לשווי לדין. התחל ערך Δ = 50 msec, δ = 3 msec (מהמקסימום המותר למכשירים ברזולוציה גבוהה).
- קרא את הערך של תדר ספקטרלי (SFO1) מהניסוי 1 H ולהשתמש כעת ערך זה. הגדר את כוח שיפוע GPZ6 עד 2%. חזור על שלב 2.2.2.3. השתמש הספקטרום הזה כנקודת התייחסות עבור אופטימיזציה.
- באותו סט נתונים ליצור מספר הניסוי 2. שימו את כל הפרמטרים של הניסוי. להגדיל את כוחו שיפוע GPZ6 עד 95%. חזור על שלב 2.2.2.3. השוואת הספקטרום הזה עם ספקטרום ההתייחסות באמצעות סמל התצוגה הכפול ולבחון את השינוי בעוצמת האות.
הערה: קשת נחלשה גם צריכה על עוצמת אות שיורית 5% לעומת ספקטרום ההתייחסות. אם עוצמת האות לאיבוד, להפחית את הערך של δ מילטארט ההליך 2.3.1 סעיף מנקודה 2.3.1.3 עד הערך הנכון עבור δ נמצא. - חזור על תהליך אופטימיזציה פרמטרים בסעיף 2.3.1 עבור כל חמישה Δ הערכים.
הערה: בחר חמישה ערך עבור Δ = 50, 80, 110, 140 ו -170 אלפיות שנייה ו אופטימיזציה δ המתאימה 3, 2.7, 2.4, 2.1, 1.8 msec (עבור IP ב CDNSEDTA 1: 8) וכדי δ ל -2.7, 2.4 2,, 1.7, 1.4 (עבור IP ב ב CDNSEDTA 1: 4).
- רכישת מערך הנתונים דיפוזיה 2D
- באותה קבוצת הנתונים ליצור מספר הניסוי 3, כל הפרמטרים של ניסוי 1D יהיו טעונים. הקלד "EDA". בחר את PULPROG: ledbpgp2s רצף הדופק 2D ולשנות את parmode כדי 2D.
- גדר FnMODE = QF. הגדר את TD במישור הזמן בממד F2 השווה ל 32, את מספר צעדי שיפוע. כל יתר הפרמטרים מוגדרים כראוי. הקלד "DOSY" ואת כבש השיפוע יופק מאוחסן בקובץ. The Stאמנות וערכים סופיים של הרמפה (2 - 95) מקבלים כפרמטרי קלט. הרכישה הוא התחיל עכשיו.
- אופטימיזציה פרמטרים
- עיבוד נתונים
- הקלד "xf2" כדי לבצע את השינוי הפורה בממד F2. הקלד "abs2" כדי לבצע את תיקון הבסיס בממד F2. סוג "setdiffparm" להיזכר הפרמטרים של ניסוי (Δ, δ, ורשימת שיפוע) עבור שלב העיבוד הבא.
- לחץ על "מודול הרפיה T1 / T2" בלשונית ניתוח ולהגדיר את פסגות להיות מצויד באמצעות הקשת הראשונה של הניסוי 2D. הגדר את טווחי השיא ולבצע הולם. עוצמות האות בכל שלב שיפוע להחיל מתקבלות.
הערה: עוצמת האות לי (q, t ד), עבור כל ערך Δ, תלויה המשתנים הניסיוני: שיפוע הגיש דופק מיושם (ז), זמן משתנה (δ), יחס magnetogyric (γ) q = (γgδ) פי למשרד החוץמשוואת llowing:
עם MSD = z 2 המולקולרי. - יצא את עוצמת האות בגיליון אלקטרוני ולבצע התאמה ליניארית של הנתונים כדי לקבל את הערך של z 2 לכל ד t זמן דיפוזיה ציין.
הערה: ערך MSD קשורה ד מדידת t על פי:
- בצע את עלילת לוג-לוג של z 2 לעומת t ד עבור כל ערך ד ניסיוני t. שווי α המעריך הוא השיפוע של רגרסיה ליניארית. דיון ממצה יותר של ההיבטים הפיזיים של משוואות שדווחו לעיל ניתן למצוא נ"צ. 21 וב וההפניות בו.
הערה: בהתאם לערך של α המעריך, המשטר דיפוזיה מוגדרת: i) דיפוזיה איזוטרופיים בלתי מוגבלת עבור α = 1, ii) subdiffusiv האנומלימשטר דואר עבור 0 <α <1, iii) משטר superdiffusive חריג α> 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
אנחנו יישמנו לראשונה מתודולוגיה זו אל מולקולת תרופת IP מומסת במי פתרון כדי לאמת את הכדאיות של גישה זו. פירוט מלא של תוצאות הנציג ניתן למצוא נ"צ. 21. במקום זאת, נתמקד כאן על היבטים מתודולוגיים הגישה אגוזים-ו-ברגים כדי ניתוח איסוף נתונים. איור 3 מראה, בקנה מידה חצי-לוגריתמי, האות ניסיוני מנורמל דועך אני (q, t ד) / אני (0, t ד) כפונקציה של q 2 (לפי סעיף 2.4). בלוח 1 מדווחות ערכי MSD הנצפית עבור כל Δ זמן דיפוזיה. עלילת לוג-הלוג של z 2 לעומת t ד (איור 3) נותנת קו עם R 2 = 0.999 (לפי סעיף 2.4). Α מעריך אבני = 1 מתקבל עבור IP מומס בתמיסת D 2 O, מה שמעיד על תנועה גאוס בתמיסה הנוזליתב 0.27 ריכוז M. רק במקרה הזה מקדם דיפוזיה עצמית ניתן לחשב בהתאם כמו D = 4.1 * 10 -10 מ '2 שניות - 1 ו אינו תלוי Δ זמן תצפית.
טבלה 1:. ערכים MSD ו Δ ניסיוני MSD (מ '2) נמדד בכמה Δ (ms) עבור IP בתמיסה D 2 O, IP ב CDNS (1: 4) ו- IP CDNS (1: 8) הידרוג. (שונה מ נ"צ. 21).
איור 3:.. מגרש של התלות בזמן NMR איתותי ריקבון MSD א) אות ריקבון המנורמל NMR אני (q, t ד) כפונקציה של q 2 עבור IP ב D 2 O פתרון ב) לוג-לוג חלק MSD vs דיפוזיה בזמן t d עבורIP בתמיסה D 2 O. (שונה מ נ"צ. 21) נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
הליך הניסוי נעשה שימוש כדי ללמוד את ההצעה דיפוזיה של מולקולת התרופה IP הגלום CDNSEDTA 1: 4 ו CDNSEDTA 1:. 8 הידרוג איור 4 מראה את האות ניסיוני מנורמל דועך אני (q, t ד) / אני (0, t d ) כפונקציה של q 2. השתמש החלק הליניארי של ריקבון עבור התאמה ליניארית ולאחר מכן לחשב את ערכי MSD עבור CDNS 1: 4 ו CDNS 1: 8 דגימות (טבלה 1) מן המדרון של התאמה ליניארית. העלילה לוג-לוג של MSD לעומת t ד (איור 5) נותן קשר לינארי עם R 2 = 0.981 עבור IP ב CDNSEDTA (1: 4) וכן α המעריך אבנית = 0.64 שמעיד על תנועה תת-diffusive של dr UG בתוך הג'ל פולימריים. באמצעות הליך דומה, משטר ובקשת IP ב CDNSEDTA (1: 8) פולימר נקבע. ההתאמה ליניארי של הנתונים נתנה α המעריך אבני = 1.06 עם R 2 = 0.972. רשת הפולימר מטילה תנועת superdiffusive מעט מולקולת התרופה הקטנה. לפיכך המתודולוגיה המוצעת נותנת גישה המעריכה α של המשוואה דיווחה בשלב 2.4.5 על ידי עיבוד שני שלבים של נתונים. שווי α הוא מתאר של משטר diffusive שנצפה עבור מולקולת מטריקס אורח הנתונה.
איור 4: מגרש של דעיכה איתותים NMR ריקבון אות תמ"ג מנורמל אני (q, t ד) כפונקציה של q 2 עבור IP ב CDNSEDTA 1:. 4 (א) ו- CDNSEDTA 1: 8 (ב). (שונה מ נ"צ. 21)כחוש וגבוה "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5:. תלות בזמן של MDS לוג-לוג חלק MSD vs דיפוזיה בזמן t d עבור IP הגלום CDNSEDTA 1: 4 (א) ו- CDNSEDTA 1: 8 (ב). (שונה מ נ"צ. 21) נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
אנו מציגים מתודולוגיה ניסיונית לקביעת המשטר דיפוזיה של מולקולת תרופה קטנה הכמוסה בתוך שני ניסוחי נציג הידרוג CDNSEDTA. HR-MAS PGSE NMR מאפשר קביעת העקירה המרובעת הממוצעת של מולקולות קטנות בתוך זמן דיפוזיה נתון (בטווח של כמה אלפיות עד שנייה), ואז מרחקי ניטור המאזניים מיקרומטר. בטווח שנצפה (50 - 170 msec) רק סוג של תנועה אחת הוא ציין עבור כל מערכת למדה. יודגש, עם זאת, כי לזמני תצפית כבר במעבר בין משטרים דיפוזיה השונים ניתן לראות 22. לפיכך, התוצאות המדווחות כאן מופנות בקנה מידת הזמן המוכתב על ידי החומרה זמינה עבור הניסויים עם המכשור העומד לרשותנו.
לכל שלב של עבודה זו - סינתזת פולימר, טעינת הידרוג'ל, איסוף נתוני HR-MAS NMR ועיבוד, אנו מוסיפים כאן שלוש בעיות עיקריותד את הפתרון המתאים.
טָהֳרָה
הטיהור של החומרים על פי ההליך המתואר בנקודה 1.6 מאפשרת חיסול DMSO, Et 3 N ושל EDTA unreacted בסופו של דבר הכלול לתוך מוצר התגובה. בפרט, כביסה עם 0.1 פתרון M HCl מימי מובילה הסרה המלאה של נ Et 3 שטיפת החומרים עם אצטון בלבד אינה יעילה למטרה זו. ואכן, Et 3 N הוא בחלקה נוכח Et 3 NH + בסוף התגובה עם היונים הנגדיים COO- שמספק EDTA הצולב.
הכנת מדגם NMR
מילוי הרוטור הוא השלב הקריטי עבור הכנת מדגם (ראה 2.1.3). הנוכחות של בועות אוויר יש להימנע. אם בועות הן הווה, ספינינג שגוי מזוהה בדרך כלל (למשל, שיעור ספינינג מרבי לא הגיע, המסתובב לא להתחיל בכלל, לא unifשיעור ספינינג ORM). במקרה של ספינינג לא אחיד או כישלון להתחיל ספינינג הרוטור, לחלץ את המדגם וחזור על הרוטור מילוי יותר בזהירות.
ניתוח נתוני תמ"ג
בנקודה 2.4.2 זה מתואר כיצד להשיג ערכי MSD מן עקומות דעיכה בעצמה. לעתים קרובות נקודות ניסיוני לא נראות אחרי מגמה ליניארי לחלוטין vs q 2. במקרה כזה, השתמש רק החלק הליניארי של בסיס הנתונים ולהפעיל את רגרסיה ליניארית.
התוצאות שהתקבלו ניתן לסכם כדלקמן:
D 2 O פתרון
במקרה פשוט זה, MSD מראה תלות ליניארית על Δ זמן דיפוזיה מולקולת IP לעבור דיפוזיה חופשית בתמיסה. מקרה זה הוא בדרך כלל המכונה דיפוזיה "נורמלי". מקדם עצמית דיפוזיה ניתן לאמוד ישירות ממדידה אחת בכל t תצפיתIME t ד. בעוד גישה כללית, מדידת דיפוזיה ממס איזוטרופיים, מולקולרי ניתן לקחת כנקודת התייחסות כדי לחקור את ההשפעה של הפיגום על תחבורת המאפיינים של האורח הכמוס.
CDNSEDTA 1: 4 פולימר
ולכידתו של IP לתוך הידרוג'ל פולימריים משפיעה מאפייני תחבורת תרופה לעומת פתרון המים. הצעה subdiffusive עם α = 0.64 מזוהה. תנועת translational של מולקולות התרופה הקשתה על ידי הנוכחות של nanopores בגדלים שונים שמקורם בתהליך cross-linking.
CDNSEDTA (1: 8) פולימר
במקרה זה α ערך לא צפוי = 1.06 נקבע, וכך הוא גם מבטא משטר תנועה superdiffusive מעט. לפיכך, השפעה על האצת חלקיקים MSD הוא ציין (טבלה 1). השפעה זו ניתן לייחס את הפוטנציאל החשמלי השלילי של b פולימרייםackbone שנוצר על ידי קבוצות קרבוקסיליות הטעונות שלילי בחלקים מסוימים של פולימר CDNS. האינטראקציה אלקטרוסטטית עם מולקולות IP טעונים שלילית מספק את הכוח המניע לכל רכיב superdiffusive של תנועה.
המתודולוגיה המתוארת כאן מידע הנמסר על המשטר דיפוזיה שחווה התרופה בסביבה המולקולרית השונה המתאימים לשני הידרוג הניסוח דרך הערך של מעריך α שנדון לעיל. גישה זו של תחולה כללית וניתן המוצע בביטחון כמו חוקרת כלי של תחבורת המאפיינים של התרופה הכמוסה, עם נשורת מעניינת עבור תכנון מערכות שחרור משלוח שבשליטת תרופה. עם זאת, יש לזכור כי התוצאות המוצגות כאן סובלות מגבלת החומרה של המכשור בשימוש.
בנוסף, חלק גורמים מגבילים לתחולה הכללית של השיטה יכולים להיות היפוthesized: הכנת ג'ל טעון התרופה עם תרופות lipophilic ו / או שאינם טעונים, את האפשרות של הדבקה חזקה של התרופה לשדרת פולימר, ובכך מובילה אותות וקושי NMR פתורים לבקרת pH. לבסוף, ראוי לציין, כי נתוני תמ"ג דיפוזיה ההיקף ms-ציר הזמן, בעוד קלאסי בניסויים במבחנה שחרור התרופה לסמוך הרבה יותר חלונות זמן. זהו אובייקט לנקודת מוצא פנוי של מחקר ודיון. כתרומה ניתן לטפל בבעיה זו, אנו לאחרונה בחנו את הנתונים דיפוזיה של תרופת מודל בספרייה של הידרוג מבוסס פחמימות נגזרות מודל מתמטי חיבור המדידות ברמה מולקולרית עם הנתונים הקינטית 23. אוספים גדול של נתונים דיפוזיה וספריות רחבות של פיגומים נמצאים תחת החקירה לעדן לאמת את המודל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| HR-MAS probe | BRUKER | N/A | Probe for NMR measurements on semi-solid samples |
| NMR Spectrometer | BRUKER | DRX 500 | FT NMR spectrometer for liquid ans semi-solis state |
| β-cyclodextrin (β-CD) | Alfa-Aesar | J63161 | Reagent |
| Ethylenediaminetetracetic (EDTA) dianhydride | Sigma-Aldrich | 332046 | Reagent |
| Dimethylsulfoxide (DMSO) | Alfa-Aesar | D0798 | Solvent |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | 471283 | Base (reagent) |
| Ibuprofen (IP) sadium salt | Sigma-Aldrich | I1892 | Antinflammatory drug |
| Excel 2010 | Microsoft | N/A | speadsheet for data analysis |
| Origin 8 SR0 | OriginLab Co. | speadsheet for data analysis |
References
- Sharpe, L. A., Daily, A. M., Horava, S. D., Peppas, N. A. Therapeutic applications of hydrogels in oral drug delivery. Expert Opin. Drug Deliv. 11, 901-915 (2014).
- Hennik, W. E., van Nostrum, C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv. Drug Deliv. Rev. 54, 13-36 (2002).
- Yu, L., Ding, J. D. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chem. Soc. Rev. 37, 1473-1481 (2008).
- Ma, M., Kuang, Y., Gao, Y., Zhang, Y., Gao, P., Xu, B. Aromatic-Aromatic Interactions Induce the Self-Assembly of Pentapeptidic Derivatives in Water To Form Nanofibers and Supramolecular Hydrogels. J. Am. Chem. Soc. 132, 2719-2728 (2010).
- Trotta, F., Tumiatti, W. Patent WO. , 03/085002 (2003).
- Trotta, F., Tumiatti, W., Cavalli, R., Zerbinati, O., Roggero, C. M., Vallero, R. Ultrasound-assisted synthesis of cyclodextrinbased nanosponges. Patent WO. , 06/002814 (2006).
- Trotta, F., Cavalli, R. Characterization and applications of new hyper-cross-linked cyclodextrins. Compos. Interface. 16, 39-48 (2009).
- Cavalli, R., Trotta, F., Tumiatti, W. Cyclodextrin-based nanosponges for drug delivery. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 56, 209-213 (2006).
- Trotta, F., et al. Cyclodextrin-based nanosponges as a vehicle for antitumoral drugs. Patent WO. , 09/003656 (2009).
- Vyas, A., Shailendra, S., Swarnlata, S. Cyclodextrin based novel drug delivery systems. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 62, 23-42 (2008).
- Swaminathan, S., Vavia, P. R., Trotta, F., Torne, S.
- Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J., Gericke, G., Sithole, S. P. Cyclodextrin nanosponges in the removal of organic matter to produce water for power generation. Water SA. 34, 657-660 (2008).
- Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J., Nxumalo, E. N. Monofunctionalized cyclodextrin polymers for the removal of organic pollutants from water. Environ.Chem. Lett. 5, 79-84 (2007).
- Mhlanga, S. D., Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J. Removal of organic contaminants from water using nanosponge cyclodextrin polyurethanes. J. Chem. Technol. Biot. 82, 382-388 (2007).
- Lehmann, S., Seiffert, S., Richtering, W. Spatially Resolved Tracer Diffusion in Complex Responsive Hydrogels. J. Am. Chem. Soc. 134, 15963-15969 (2012).
- Ferrer, G. G., Pradas, M. M., Ribelles, J. L. G., Colomer, F. R., Castilla-Cortazar, I., Vidaurre, A. Influence of the nature of the porous confining network on the sorption, diffusion and mechanical properties of hydrogel IPNs. Eur. Polym. J. 46, 774-782 (2010).
- Santoro, M., Marchetti, P., Rossi, F., Perale, G., Castiglione, F., Mele, A., Masi, M. Smart approach to evaluate drug diffusivity in injectable agar-carbomer hydrogels for drug delivery. J. Phys. Chem B. 115, 2503-2510 (2011).
- Johnson, C. S. Diffusion ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy: principles and applications. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectroscopy. 34, 203-256 (1999).
- Viel, S., Ziarelli, F., Caldarelli, S. Enhanced diffusion-edited NMR spectroscopy of mixtures using chromatographic stationary phases. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 9696-9698 (2003).
- Alam, T. M., Hibbs, R. M. Characterization of heterogeneous solvent diffusion environments in anion exchange membranes. Macromolecules. 47, 1073-1084 (2014).
- Ferro, M., Castiglione, F., Punta, C., Melone, L., Panzeri, W., Rossi, B., Trotta, F., Mele, A. Anomalous diffusion of Ibuprofen in cyclodextrin nanosponges hydrogels: an HR-MAS NMR study. Beilstein J. Org. Chem. 10, 2715-2723 (2014).
- Wolf, G., Kleinpeter, E. Pulsed Field Gradient NMR Study of Anomalous Diffusion in a Lecithin-Based Microemulsion. Langmuir. 21, 6742-6752 (2005).
- Rossi, F., Castiglione, F., Ferro, M., Marchini, P., Mauri, E., Moioli, M., Mele, A., Masi, M. Drug-Polymer interactions in hydrogel-based drug-delivery systems: an experimental and theoretical study. Chem. Phys. Chem. , (2015).
