Siklodekstrin Nanosponge Hidrojeller İbuprofen Encapsulated Ulaştırma Özellikleri: Bir Proton HR-MAS NMR Spektroskopisi Çalışması

Bu çalışmanın genel amacı, siklodekstrin nanosüngerlerin sentezini göstermek, bunları ilaç yüklü hidrojellere dönüştürmek ve yüksek çözünürlüklü sihirli açı döndürmeli (magic angle spinning) nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ile hidrojel içindeki ilaç difüzyonunu incelemektir. Siklodekstrin nanosüngerler, siklodekstrinler (veya CD'ler) ile EDTA DNA kurutulmuş arasındaki basamaklı büyüme polimerizasyonu ile hazırlanır. Aksi belirtilmedikçe, CD birimlerinden oluşan ağımız, organik ve inorganik türleri absorbe edebilen ve salabilen formik yapıdadır.

Yüksek çözünürlüklü sihirli açı dönmeli (magic angle spinning) NMR'ın temel avantajı, ilaç iletimi açısından potansiyel ilgi uyandıran polimerik bir konakçı içerisine kapsüllenmiş ilacın transfer özelliğini izleyebilmektir. Sentetik yaklaşım oldukça basittir ve oda sıcaklığında gerçekleştirilir. Basamaklı büyüme polimerizasyon reaksiyonu yaklaşık 10 dakika sürer.

Polimerik hidrojen matrislerine hapsedilmiş bir ilaç örneği olarak ve gerçek bir altı katlı salınımı temsil etmesi amacıyla ibuprofen seçilmiştir. Kuru beta siklodekstrini, sabit bir ağırlığa ulaşana kadar 100 °C'deki bir fırında kurutun. Ayrıca, protokolde kullanmadan önce 250 mL DMSO ve 100 mL trietilamin'i dört Angstrom moleküler elekler üzerinden 24 saat boyunca kurutun.

50 mL'lik, tek boyunlu yuvarlak tabanlı bir balona 25 mililitre DMSO ekleyin. Manyetik karıştırma altında, 5,675 gram beta-siklodekstrin ilave edin. Topaklanmayı önlemek için beta-siklodekstrin tozunu DMSO'ya küçük porsiyonlar halinde ekleyin.

Yaklaşık 30 dakika sonra, 10 ml'lik mezür pipet kullanarak homojen çözeltiye altı mililitre trietilamin ekleyin. Balonu oda sıcaklığında tutulan bir su banyosuna daldırın ve karışımı 15 dakika boyunca karıştırmaya devam edin. Bir-dört numaralı siklodekstrin nanosüngerin hazırlanması için, şiddetli karıştırma altında 5,124 gram EDTA dianhidrit ekleyin.

Siklodekstrin nanosünger bir-sekiz'in hazırlanması için, şiddetli karıştırma altında 10,248 gram EDTA dianhidrit ekleyin. Üç saat sonra, siklodekstrin nanosünger olan katı maddeyi bir spatula yardımıyla balondan çıkarın ve havan ile eliyle kaba şekilde ezin. Katı maddeyi bir aseton banyosunda yıkayın, ardından katı maddeyi yıkayıp süzgeç kağıdı üzerinde süzün.

Tüm katı materyal oda sıcaklığında havada 48 saat boyunca kurutulduktan sonra, kurutulmuş materyali bir havan ve havan eli kullanarak ince şekilde ezin. Ardından, materyali 45 °C'de iki saat boyunca vakum altında tutun. Yüksek çözünürlüklü sihirli açılı dönme (magic angle spinning) NMR numune hazırlığı için, öncelikle döteryumlanmış su içerisinde 0,27 molar ibuprofen sodyum tuzu çözeltisi hazırlayın.

İki mililitrelik cam bir viyale 20 mg siklodekstrin nanosünger bir-dört ve 2 mg susuz sodyum karbonat ekleyin, ardından üzerine 150 µL çözelti ilave edin. İçeriği homojenize etmek için küçük bir spatula ile karıştırın. Bu işlemi siklodekstrin nanosünger bir-sekiz polimeri için tekrarlayın.

Homojen ve mükemmel şekilde şişmiş bir hidrojel elde etmek, iyi bir yüksek çözünürlüklü (HR) kütle NMR spektrumu için ilk kritik adımdır. Hidrojel, rotorun hatalı dönmesine neden olabilecek hava kabarcıklarından kaçınılarak NMR rotoruna çok dikkatli bir şekilde yerleştirilmelidir. Jeli, küçük bir spatula kullanarak yüksek çözünürlüklü kütle deneylerine uygun beş milimetrelik bir NMR rotoruna yerleştirin.

Ardından, rotoru NMR spektrometresinin mıknatısına yerleştirin. Mıknatısa yerleştirildikten sonra, bir pnömatik ünite aracılığıyla rotoru 4,000 hertz hıza kadar döndürün. Yüksek çözünürlüklü kütle proton NMR deneylerini gerçekleştirmek için, kütle pnömatik kontrol ünitesinde rotor dönüş hızını dört kilohertz ve değişken sıcaklık ünitesinde numune sıcaklığını 305 kelvin olarak ayarlayın.

Proton rezonansı üzerinde darbeli gradyan spin-eko darbe dizisi kullanarak, siklodekstrin nanosünger bir-dört ve siklodekstrin nanosünger bir-sekiz hidrojellerindeki ibuprofenin difüzyon HR kütle spektrumlarını elde etmek için tek boyutlu bir spektrum çalıştırın. Difüzyon deneyleri, BP led darbe dizisi kullanılarak gerçekleştirilir. Bu, dolaylı boyutta gradyan gücü %2'den %100'e doğrusal olarak artan bir gradyan rampasına sahip sözde iki boyutlu bir deneydir.

Sinyal şiddeti, difüzyon süresine ve gradyan darbesi P30'a bağlı olarak zayıflar. Deneyin uygun şekilde yürütülmeden önce bu parametrelerin optimizasyonu gereklidir. Optimizasyon, difüzyon süresinin sabit tutulduğu ve P30'un değiştirildiği iki tek boyutlu ölçüm yapılarak gerçekleştirilir.

Değişken difüzyon süresi ölçümleri, difüzyon süresi 50 ile 200 milisaniye aralığında artırılarak gerçekleştirilir. Her deney için 32 spektrumlu bir dizi toplanır. Ardından, verileri metin protokolünde açıklandığı şekilde işleyin.

Temel darbeli alan gradyanı spin-eko deneyi, hidrojeller içindeki ibuprofenin moleküler ortalama kare yer değiştirmesinin ölçülmesine olanak tanır. NMR sinyal yoğunluğu, gradyan gücü arttıkça azalır. Sönümleme uyumu, Z-kare olarak belirtilen moleküler ortalama kare yer değiştirmeyi sağlar.

Sırasıyla, ortalama kare yer değiştirme, difüzyon rejiminin türü ile ilişkilidir. Alfa eksponenti, ortalama kare yer değiştirmenin difüzyon süresinin bir fonksiyonu olarak log-log doğrusal regresyonu ile deneysel olarak elde edilir. Alfa eksponentinin değeri, hidrojel matrisindeki ibuprofen için gözlemlenen difüzyon rejiminin bir tanımlayıcısıdır.

Alpha bir olduğunda izotropik kısıtlanmamış difüzyon meydana gelir. Bir'den küçük bir alpha değeri subdifüzyon rejimine işaret eder. Bir'den büyük bir alpha değeri ise süperdifüzyon rejimi ile temsil edilir.

Hidrojel matrisine hapsedilen ibuprofen, polimer hazırlama yöntemine bağlı olarak iki farklı difüzyon rejimi göstermektedir. Bir-dört arası nanosüngerlerin hidrojelleri alt-difüzyon (subdiffusive) rejimi ile temsil edilir. Buna karşılık, bir-sekiz arası nanosüngerlerin hidrojelleri, hafif süper-difüzyon (superdiffusive) rejimi ile karakterize edilir.

Bu reaksiyon bir kez kavrandığında, uygun şekilde gerçekleştirilirse bir saat içinde yüksek verim ve saflıkta tamamlanabilir. Elde edilen materyaller, biyolojik olarak aktif moleküllerin kolayca dahil edilebildiği viskoz hidrojeller oluşturarak ilgi çekici bir su tutma kapasitesi sergiler. Bu tür polimerik matrislere kapsüllenen biyolojik olarak aktif bir molekülün transfer özelliklerindeki moleküler durum, HMS NMR teknikleri kullanılarak deneysel olarak incelenebilir.

Siklodekstrin nanosüngerlerden hazırlanan hidrojellerde ibuprofen difüzyonuna ilişkin NMR sonuçları, difüzyonun polimerlerin uygun bir hazırlama yöntemiyle modüle edilebileceğini göstermektedir. İbuprofen, siklodekstrin nanosünger hidrojellerinde hem subdifizif hem de süperdifüzif rejim sergilemektedir. Bu bulgu, siklodekstrin nanosünger hidrojen iskelelerinin salım özelliklerinin özgün tasarımı için kullanılabilir.