خصائص نقل ايبوبروفين مغلف في سيكلودكسترين Nanosponge الهلاميات المائية: بروتون HR-MAS NMR الطيفي دراسة
Summary
الأنظمة حركة ايبوبروفين مغلفة في شبكة البوليمر nanosponges-β سيكلودكسترين يتم التحقيق باستخدام تدور الصدى (PGSE) NMR تقنية نابض الميدان-الانحدار. ويرد التوليف، وتنقية والتحميل المخدرات، وتنفيذ تسلسل نبض الرنين المغناطيسي النووي وتحليل البيانات للعمل على تشريد مربع متوسط من المخدرات في عدة مرات المراقبة في التفاصيل.
Abstract
قاد الكيميائية عبر ربط β-سيكلودكسترين (β-CD) مع dianhydride ethylenediaminetetraacetic (EDTA) لالبوليمرات تشعبت يشار إلى nanosponges سيكلودكسترين (CDNSEDTA). ووصف اثنان من الاستعدادات المختلفة مع 4: 1 و 1: 8 CD-EDTA النسب المولية. تم الاتصال البوليمرات عبر ربط المقابلة مع 0.27 M محلول مائي من ملح الصوديوم إيبوبروفين (IP) مما يؤدي إلى المخدرات تحميل الهلاميات المائية متجانسة، عديم اللون.
تميزت أنظمة التي كتبها عالية الدقة زاوية السحر الغزل (HR-MAS) مطيافية الرنين النووي المغناطيسي. تم استخدام نابض المجال التدرج تدور الصدى (PGSE) مطيافية الرنين النووي المغناطيسي لتحديد تشريد يعني مربع (MSD) للملكية الفكرية داخل هلام البوليمر في أوقات المراقبة المختلفة ر د. كما تمت معالجة البيانات من أجل دراسة الاعتماد وقت MSD: MSD = و (ر د). المنهجية المقترحة هي مفيدة لتوصيف الأنظمة نشر المختلفة التي،من حيث المبدأ، المذاب قد تواجه داخل هيدروجيل، وهي نشر الطبيعي أو الشاذ. وهنا ذكرت البروتوكولات الكاملة بما في ذلك إعداد البوليمر وتنقية، وحصولهم الهلاميات المائية محملة بالمخدرات، وإعداد العينات NMR، وقياس MSD التي كتبها HR-MAS مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ومعالجة البيانات النهائية لتحقيق الاعتماد وقت MSD ومناقشتها . تمثل تجارب عرضوا قضية نموذجية وتناقش البيانات من حيث النهج المبتكر على توصيف خصائص النقل للضيف مغلفة ضمن مجموعة البوليمرية من التطبيق المحتمل لتسليم المخدرات.
Introduction
هناك اهتمام متزايد في تصميم وصياغة الأنظمة البوليمرية قادرة على entrapping، عن طريق التفاعلات غير التساهمية، جزيئات صغيرة مع النشاط الكيميائي الحيوي المحتملين. ومن المتوقع أن تجد تطبيقات في نقل نشاطا من حيث المبدأ على الهدف انتقائية والافراج على عمل مؤثرات الخارجية، مثل تغيرات درجة الحموضة، ودرجة الحرارة، الخ وفي هذا السياق مثل هذه المواد، تحولت الهلاميات المائية إلى أن تكون المواد تنوعا وقوية لالنانوي في ضوء الإفراج تسيطر المخدرات 1. تشكيل الهلاميات المائية البوليمرية يمكن أن يتحقق عن طريق الربط بين سلاسل الجزيئات التي كتبها i) المادية، والتفاعلات غير التساهمية مثل السندات الهيدروجين، والثاني) التساهمية عبر ربط السلاسل مما يؤدي إلى شبكة ثلاثية الأبعاد قادرة على الانتفاخ في وجود محلول مائي أو ج) مزيج من اثنين من الطرق المذكورة أعلاه 2-4.
وهناك فئة متعددة الاستعمالات خاصة من ثلاثة سنتات،nsional، والبوليمرات swellable لتغليف الأنواع العضوية وغير العضوية ويمكن الحصول بدءا من الطبيعي β-سيكلودكسترين (β-CD) عن طريق التكثيف مع مناسبة والمشتقات تفعيلها من حمض tetracarboxylic 5-8 مما أدى إلى nanosponges سيكلودكسترين (شبكات تقديم المحتوى). التوليف، وتوصيف وتطبيق شبكات تقديم المحتوى هو موضوع البحث الموحد من مجموعتنا. وتشير النتائج السنوات القليلة الماضية "أن شبكات تقديم المحتوى إظهار الخصائص المثيرة للاهتمام من تورم، وامتصاص / إدراج المواد الكيميائية، والإفراج عن جزيئات الدواء الصغيرة، مع تطبيقات في الإفراج رقابة من المكونات النشطة الدوائية 9-11 والكيمياء البيئية 12-14.
وبالنظر إلى هذه الأماكن، واثنين من المسائل الرئيسية التي يتعين معالجتها القلق تحميل الفعال للمركب نشط في هلام البوليمر وتحسين فهم المواد المذابة التنقل في المصفوفات هلام 15 </sتصل>. يقدم الأدب على حد سواء الدراسات التجريبية والنظريات المتعلقة آليات نشر جزيئات صغيرة في شبكات الجزيئات 16،17. نابض تدور الصدى (PGSE) مطيافية الرنين النووي المغناطيسي الانحدار الميدان هو طريقة الهيكلي راسخة تستخدم على نطاق واسع لدراسة نشر متعدية من جزيئات صغيرة في المذيبات 18 أو نشر الذاتي من السوائل النقية. جعلت التطورات الأخيرة في عالية الدقة زاوية السحر الغزل (HR-MAS) التكنولوجيا NMR من الممكن جمع البيانات الرنين المغناطيسي عالية الدقة من الجزيئات المحمولة في تعليق غير متجانسة 19، والمواد الهلامية والبوليمرات swellable 20،21. والواقع أن الإعداد التجريبية الجمع بين HR-MAS مطيافية الرنين النووي المغناطيسي وتسلسل نبض PGSE يوفر فرصة فريدة لرصد جزيئات المذاب في بيئة الجزيئية المضيف. وبالتالي يمكن الحصول على بيانات هامة حول خصائص النقل للجزيء المخدرات شرك داخل مصفوفة هلام. وبالتالي يمكن للبيانات التجريبية جودة عالية يكون obtaiنيد السماح لتصميم أكثر عقلانية من أنظمة المضيف ضيفا ذات البنية النانومترية.
في هذا العمل ونحن تصف بروتوكولات مفصلة للخطوات التالية: أ) تجميع وتنقية اثنين من صياغة مختلفة من شبكات تقديم المحتوى عبر ربط مع البوليمرات EDTA (الشكل 1)، ويشار إلى CDNSEDTA، وتتميز CD مختلفة / عبر الرحى رابط نسبة: 1: 4 (CDNSEDTA 1: 4) و 1: 8 (CDNSEDTA 1: 8). ب) إعداد الهلاميات المائية محملة المخدرات على حد سواء CDNSEDTA 1: 4 و CDNSEDTA 1: 8. في هذه الخطوة كنا، كما جزيء نموذج المخدرات، وشعبية غير الستيرويدية المضادة للالتهابات ملح الصوديوم إيبوبروفين (IP)؛ ج) تحقيق شامل لخصائص النقل للملكية الفكرية داخل CDNSEDTA الهلاميات المائية عبر PGSE-HRMAS مطيافية الرنين النووي المغناطيسي. وتستند هذه الطريقة التي نقترحها هنا على قياس تشريد يعني مربع (MSD) من المخدرات مغلفة ضمن هيدروجيل تليها تحليل الاعتماد وقت MSD.
نحن ثإيش التأكيد على أن المنهجية المذكورة أعلاه – والتي تركز على الاعتماد وقت MDS الدواء في المصفوفة – توفر مجموعة واسعة من المعلومات مقارنة منهجية موحدة على أساس تحديد معامل انتشار الدواء فقط. نحن في الآونة الأخيرة أظهرت 21 أن هذا النهج يسمح للتمييز الأنظمة نشر العادية والشاذة التي تعيشها الملكية الفكرية محصورة في الهلاميات المائية شبكات تقديم المحتوى.
وبالتالي فإننا نعتقد أن وصف خطوة بخطوة من التوليف البوليمر / تنقية، تشكيل الهلاميات المائية محملة بالمخدرات، HR-MAS NMR توصيف ومعالجة البيانات من البيانات MDS، هو مجموعة أدوات قوية للعلماء المهتمين في وصف الأنظمة ذات البنية النانومترية ل الحبس والإفراج عن جزيئات صغيرة.
Protocol
Representative Results
Discussion
نقدم منهجية تجريبية لتحديد نظام نشر جزيء صغير المخدرات مغلفة داخل صيغتين تمثيلية من الهلاميات المائية CDNSEDTA. HR-MAS PGSE NMR يسمح بتحديد تشريد مربع متوسط من جزيئات صغيرة في وقت نشر معين (في حدود أجزاء قليلة من الثانية الى المركز الثاني)، مسافات مراقبة ثم في جداول ميكرون. ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge PRIN 2010-2011 NANOMED prot. 2010 FPTBSH and PRIN 2010-2011 PROxy prot. 2010PFLRJR_005 for funding.
Materials
| 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 |
Referenzen
- 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. , (2003).
- Trotta, F., Tumiatti, W., Cavalli, R., Zerbinati, O., Roggero, C. M., Vallero, R. Ultrasound-assisted synthesis of cyclodextrinbased nanosponges. Patent WO. , (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. , (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. Formulation of beta-cyclodextrin based nanosponges of itraconazole. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 57, 89-94 (2007).
- 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).
