Proprietà di trasporto di ibuprofene Encapsulated in ciclodestrina Nanosponge idrogel: un protone HR-MAS NMR Spettroscopia di studio
Summary
I regimi di movimento di ibuprofene incapsulata in nanospugne beta-ciclodestrina rete polimero sono studiati con spin-echo tecnica (PGSE) NMR campo pulsato-gradiente. Sintesi, purificazione, droga caricamento, esecuzione della sequenza di impulsi NMR e analisi dei dati per calcolare lo spostamento quadratico medio del farmaco in diversi tempi di osservazione sono descritte in dettaglio.
Abstract
La reticolazione chimica di β-ciclodestrina (β-CD) con etilendiamminotetraacetico dianidride (EDTA) ha portato a polimeri ramificati denominati nanospugne ciclodestrina (CDNSEDTA). Due diverse preparazioni sono descritti con 1: 4 e 1: 8 CD-EDTA rapporti molari. I polimeri reticolati corrispondenti sono stati contattati con soluzione acquosa 0,27 M di sale sodico ibuprofene (IP) che conduce al omogenee, incolori, droga caricata idrogel.
I sistemi sono stati caratterizzati da alta risoluzione angolo di magia filatura (MAS HR-) spettroscopia NMR. Spettroscopia NMR campo pulsato gradient spin echo (PGSE) è stato utilizzato per determinare lo spostamento quadratico medio (MSD) del IP nel gel polimerico a diversi tempi di osservazione t d. I dati sono stati ulteriormente trattati al fine di studiare la dipendenza dal tempo della MSD: MSD = f (t d). La metodologia proposta è utile per caratterizzare i diversi regimi di diffusione che,in linea di principio, il soluto può verificarsi all'interno del idrogel, vale a dire la diffusione normale o anomala. I protocolli completi inclusa la preparazione del polimero e purificazione, l'ottenimento di idrogel droga-caricata, la preparazione del campione NMR, la misura di MSD mediante spettroscopia HR-MAS NMR e trattamento finale per ottenere la dipendenza dal tempo della MSD vengono qui riportati e discussi . Gli esperimenti presentati rappresentano un caso paradigmatico ed i dati sono discussi in termini di approccio innovativo per la caratterizzazione delle proprietà di trasporto di un ospite incapsulato all'interno di un host polimerico di potenziale applicazione per la consegna della droga.
Introduction
Vi è un crescente interesse nella progettazione e nella formulazione di sistemi polimerici in grado di inglobamento, tramite interazioni non covalenti, piccole molecole con potenziale attività biochimica. Tali materiali dovrebbero trovare applicazioni nel trasporto del principio attivo bersaglio selettivo e rilasciare su azione di stimoli esterni, quali variazioni di pH, temperatura, ecc In questo contesto, idrogel si sono rivelati materiali versatili e potenti per nanomedicina in vista del rilascio controllato di farmaci 1. La formazione di idrogel polimerici può essere realizzato collegando le catene macromolecolari da i) fisiche, interazioni non covalenti quali legami idrogeno, ii) covalente reticolazione delle catene che portano ad una rete tridimensionale in grado di rigonfiare in presenza di una soluzione acquosa o iii) una combinazione dei due metodi citati 2-4.
Una classe particolarmente versatile di tre dimensional, polimeri rigonfiabili per l'incapsulamento di specie organiche ed inorganiche possono essere ottenuti partendo da naturale β-ciclodestrina (β-CD) tramite condensazione con opportuni, derivati attivati di un acido tetracarbossilico 5 – 8 generatore nanospugne ciclodestrina (CDN). La sintesi, caratterizzazione e applicazione di CDNS è un tema di ricerca consolidata del nostro gruppo. I risultati degli ultimi anni indicano che CDNS mostrano proprietà intriganti di gonfiore, assorbimento / inclusione di sostanze chimiche, e il rilascio di piccole molecole di droga, con applicazioni in rilascio controllato di principi attivi farmaceutici 9 – 11 e chimica ambientale 12 – 14.
Date queste premesse, due grandi questioni da affrontare riguardano il carico efficiente del composto attivo nel gel polimerico e una migliore comprensione della mobilità soluti nelle matrici gel 15 </sup>. La letteratura fornisce entrambi gli studi e le teorie legate ai meccanismi di diffusione di piccole molecole nelle reti macromolecolari 16,17 sperimentali. Eco spin-(PGSE) spettroscopia Pulsed campo gradiente NMR è un metodo strutturale consolidata ampiamente utilizzato per studiare la diffusione traslazionale di piccole molecole in solventi 18 o l'auto-diffusione dei liquidi puri. I recenti sviluppi di alta risoluzione angolo di magia filatura (HR-MAS), la tecnologia NMR hanno permesso di raccogliere dati ad alta risoluzione NMR di molecole di telefonia mobile in sospensioni eterogenei 19, gel e polimeri rigonfiabili 20,21. In effetti, l'apparato sperimentale che combina HR-MAS spettroscopia NMR e la sequenza di impulsi PGSE fornisce un'opportunità unica per osservare le molecole di soluto in ambiente molecolare del padrone di casa. I dati importanti sulle proprietà di trasporto della molecola farmaco intrappolato all'interno di una matrice di gel possono così essere ottenuti. dati sperimentali di alta qualità possono quindi essere ottened consentendo un design più razionale dei sistemi host-guest nanostrutturati.
Nel presente lavoro descriviamo i protocolli dettagliati per le seguenti fasi: i) sintesi e la purificazione di due differenti formulazione di CDNS reticolato con polimeri EDTA (Figura 1), denominata CDNSEDTA, e caratterizzata da diversi CD / cross molare linker rapporto: 1: 4 (CDNSEDTA 1: 4) e 1: 8 (CDNSEDTA 1: 8); ii) la preparazione di idrogeli droga-caricata per entrambi CDNSEDTA 1: 4 e CDNSEDTA 1: 8. In questa fase abbiamo utilizzato, come molecola modello di farmaco, il popolare non-steroidei anti-infiammatori sale di sodio ibuprofene (IP); iii) l'indagine approfondita delle proprietà di trasporto di IP all'interno del CDNSEDTA idrogeli tramite spettroscopia NMR PGSE-HRMAS. Il metodo qui proposto si basa sulla misura dello spostamento quadratico medio (MSD) del farmaco incapsulato all'interno idrogel seguita dall'analisi della dipendenza dal tempo della MSD.
noi wish sottolineare che la metodologia sopra descritta – che si concentra sulla dipendenza dal tempo della MDS del farmaco nella matrice – fornisce un più ampio spettro di informazioni rispetto al metodo consolidato basato sulla determinazione di un solo coefficiente di diffusione del farmaco. Abbiamo recentemente dimostrato 21 che questo approccio ha permesso per la discriminazione dei normali e anomale regimi di diffusione sperimentati da IP confinati in idrogel CDN.
Riteniamo quindi che la descrizione step-by-step di sintesi dei polimeri / purificazione, formazione degli idrogel droga-caricato, HR-MAS NMR caratterizzazione e l'elaborazione dei dati dei dati MDS, è un toolkit potente per gli scienziati interessati a caratterizzare i sistemi nanostrutturati per la confino e il rilascio di piccole molecole.
Protocol
Representative Results
Discussion
Presentiamo una metodologia sperimentale per determinare il regime diffusione di una piccola molecola farmaco incapsulato all'interno di due formulazioni rappresentative degli idrogel CDNSEDTA. HR-MAS PGSE NMR permette la determinazione dello spostamento quadratico medio delle piccole molecole in un dato tempo di diffusione (dell'ordine di pochi millisecondi fino al secondo), poi distanze monitoraggio nelle scale micrometriche. Nell'intervallo osservato (50 – 170 msec) si osserva un solo tipo di movimento pe…
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
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