가교제와 디플루니살 방출 연구를 하지 않고 키토산-폴리(비닐 알코올) 하이드로겔을 준비하는 동결 해동 방법
Summary
동결 해동 방법은 가교제없이 키토산 폴리 (비닐 알코올) 하이드로 겔을 생산하는 데 사용됩니다. 이 방법의 경우, 수득된 하이드로겔의 특성 및 용도에 영향을 미칠 수 있는 동결 조건(온도, 사이클 수) 및 폴리머 비율을 고려하는 것이 중요하다.
Abstract
키토산 폴리(비닐 알코올) 하이드로겔은 독성 가교제를 사용하지 않고 동결 해동 방법에 의해 제조될 수 있다. 이러한 시스템의 적용은 동결 조건 및 폴리머의 종류 및 비율에 따라 달라지며 특성(예: 다공성, 유연성, 팽창 용량, 약물 로딩 및 약물 방출 용량)에 의해 제한됩니다. 이 프로토콜은 폴리머 조성의 50/50/w%에서 키토산 및 폴리(비닐 알코올)에서 하이드로겔을 준비하고 동결 온도(-4°C, -20°C, -80°C) 및 동결 해동 주기(4, 5, 6 동결 주기)를 변화하는 방법을 설명합니다. FT-IR 스펙트라, SEM 현미경 및 하이드로겔의 조색측정 데이터를 수득하였다. 또한, 팽창 용량 및 약물 로딩 및 디플루니살의 방출을 평가했다. SEM 현미경 및 porosimetry의 결과는 다공도가 더 낮은 온도에서 증가하는 동안, 공극 의 크기가 감소한다는 것을 보여줍니다. 부종 비율은 경미한 동결 온도에서 더 높았다. 하이드로겔로부터의 디플루니살 방출이 연구되고 있다. 모든 네트워크는 30 시간 동안 약물 방출을 유지하고 간단한 확산 메커니즘이 Korsmeyer-Peppas 및 히구치 모델에 따라 디플루니컬 방출을 조절하는 것으로 관찰되었습니다.
Introduction
최근 하이드로겔은 수분 함량이 높고 부드럽고 유연하기 때문에 생체 의학 분야에서 큰 관심을 끌고 있으며, 따라서 자연 조직을 쉽게 모방할 수 있다1. 또한 생리적 온도와 pH에서 수성 매질에 용해되지 않고 큰 부종2를제시합니다. 하이드로겔은 조직 공학 비계, 위생 제품, 콘택트 렌즈 및 상처 드레싱역할을 할 수 있습니다. 활성 화합물과 약물을 포획하고 방출 할 수 있기 때문에 약물 전달 시스템3으로사용됩니다. 그들의 용도에 따라, 하이드로겔은 최상의 특성을 얻기 위해 천연 또는 합성 중합체, 또는 둘 다의 조합으로 만들어질 수 있다4.
하이드로 겔의 특성은 많은 물리적 및 화학적 요인의 결과입니다. 물리적 인 수준에서, 그들의 구조와 형태는 그들의 다공성, 기공 크기 및 기공 분포에 따라 달라집니다5. 화학적 및 분자적 수준에서, 중합체 유형, 중합체 사슬내의 친수성 군 함량, 가교점 유형 및 가교 밀도는 팽윤 용량 및 기계적성질을결정하는 인자이다6,7.
네트워크를 형성하는 데 사용되는 가교제의 종류에 따라, 하이드로겔은 화학적 하이드로겔 또는 물리적 하이드로겔로 분류된다. 화학적 하이드로겔은 UV 및 감마 조사를 통해 형성되거나 가교제7,8을사용하여 형성되는 그들의 사슬 들 사이의 공유 상호작용에 의해 결합된다. 화학 하이드로겔은 일반적으로 강하고 내성이 있지만, 일반적으로 가교제는 세포에 독성이 있으며 제거가 어렵기 때문에 적용이 제한됩니다. 한편, 물리적 하이드로겔은 비공유 상호작용을 통해 중합체 사슬의 연결에 의해 형성되어,가교제4,9의사용을 피한다. 네트워크의 주요 비 공유 상호 작용은 소수성 상호 작용, 정전기력, 상보및 수소 경계7입니다.
폴리(비닐 알콜) (PVA, 도 1a)는동결 해동 방법10,11을통해 가교제 무하이드로겔로부터 수 있는 우수한 기계적 성능 및 생체 적합성을 가진 합성 및 수용성 중합체이다. 이 중합체는12를동결할 때 그들의 사슬(결정성 영역)의 -OH 그룹 사이에 수소 결합의 농축 영역을 형성하는 능력을 가지고 있다. 이러한 결정성 영역은 네트워크에서 가교 지점역할을 하며, 이들은 두 가지 사건에 의해 추진된다: 결정물이 팽창할 때 중합체 사슬의 접근과 동결13동안 등방PVA로 의 PVA 형태 변화. 동결 건조로 인해, 물 결정이 승화되고,하이드로겔(14)의기공인 공극 공간을 남긴다. 더 나은 특성을 가진 하이드로겔을 얻기 위해 PVA는 다른 폴리머와 쉽게 결합 될 수 있습니다.
그런 의미에서 키토산은 천연 공급원에서 유일하게 양전하를 가진 생체 고분자이기 때문에 선택지입니다. 치틴의 탈세틸화에 의해 수득되고 β-1,4 연결된 D-글루코사민(deacetylated unit) 및 N-아세틸-D-글루코사민(acetylated unit)의 무작위 조합으로 구성되며15,16 (도 1b). 키토산은 인간의 효소에 의해 생분해성이며 생체 적합성입니다. 또한, 그 양이온 성질에 의해, 세포 표면의 음전하와 상호 작용할 수 있고, 이 성질은 그 항균활성(17)과연관되어 있다. 이 중합체는 가공이 용이합니다. 그러나, 그들의 기계적 특성은 충분하지 않으며, 일부 재료는 더 나은 특성을 가진 복합체를 형성하기 위해 추가되었습니다.
키토산 및 PVA의 특성을 고려하여, 독성 가교제의 사용을 피하기 위해 동결 해동 방법2,18에 의해 하이드로겔의 성공적인 제조에 도달하였다. 키토산-PVA 하이드로겔에서는 PVA의 결정성 영역도 형성되고, 키토산 사슬은 -NH2 기 및 -OH 그룹과 간단한 수소 결합을 형성합니다. 최종 키토산 -PVA 하이드로 겔은 기계적으로 안정적이며 붓기비율이 높고 독성이 낮으며 항균 효과18. 그러나, 준비에 사용되는 동결 조건(온도, 시간 및 사이클 수)에 따라 최종 특성이 변경될 수 있습니다. 일부 연구는 동결 주기의 수를 증가 붓기 정도를 감소시키고 인장 강도를 증가보고19,20. 네트워크를 강화하기 위해, 감마 및 UV 방사선 및 화학 적 가교와 같은 다른 제제는 동결 해동 제제21,22,23후에 추가로 사용되어 왔다. 키토산 비율이 높은 하이드로겔은 다공성 네트워크와 높은 팽창 용량을 가지고 있지만 강도와 열 안정성은 적습니다. 이러한 맥락에서, 그들의 표적 적용에 적합한 하이드로겔을 얻기 위해 준비 조건을 고려하는 것이 중요하다.
이 작업의 목적은 동결 조건 (동결 온도 및 사이클 수)이 CS-PVA 하이드로 겔의 최종 특성에 미치는 영향을 자세히 제시하는 것입니다. FT-IR 스펙트럼, 형태학적 및 다공성 특성 및 팽윤 용량뿐만 아니라 약물 로딩 및 방출 용량을 평가하였다. 방출 연구에서, 디플루니살(도1c)은하이드로겔 구조에 적합한 크기로 인해 모델 약물로 사용하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
동결 해동 방법은 생체 의학, 제약 또는 미용 응용 분야에서 초점을 맞춘 생체 적합성 하이드로겔을 제조하는 데 적합한공정(34,35,36)이다. 이 방법의 가장 중요한 장점은 하이드로겔을 제조하는 다른 잘 알려진 방법과 비교하여, 가교제 사용이 회피된다는 것입니다, 이는 인체에 염증 반응 또는 부작용을 일으킬 수 있는<sup class…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 공로시측정측정에 대한 지원에 대해 C. Luzuriaga에게 감사드립니다. 저자는 또한 재정 지원을 위한 스페인의 장관 드 Economía y Competitividad 덕분에 (프로젝트 MAT2014-59116-C2-2-R) 및 PIUNA (참조. 2018-15). 저자는 또한 지원과 도움이 의견에 대한 Departamento 드 피시카 – UNISON에서 박사 아미르 말도나도를 인정하고 싶습니다 및 SEM 이미지에 대한 DIPM-UNISON에서 박사 SE 부루엘 -이바라 와 루비오 제약 y Asociados S. De C. C. 재정 지원을 위해. ME Martínez-Barbosa는 CONACyT (멕시코) 프로젝트 No. 104931 및 No. 256753, 레드 테마티카 데 나노시엔시아스 y Nanotecnología del programa 드 Redes Táticas del CONACyT의 재정 지원을 감사하고 싶습니다. 또한 USO316001081을 투영합니다. MD 피게로아-피자노는 재정 지원을 위해 CONACyT를 인정하고 싶습니다 (장학금 373321).
Materials
| Materials: | |||
| Chitosan medium molecular weight | Sigma-Aldrich | 448877 | Mw determined by capillary viscometry (637,000 Da) and deacetylation degree of 70% |
| Diflunisal (2'-4'-difluoro-4-hydroxy-3-biphenyl-carboxylicacid) | Merck | ||
| Glacial acetic acid | Sigma-Aldrich | 1005706 | |
| Poly(vinyl alcohol) | Sigma-Aldrich | 341584 | Mw 89,000-98,000, 99+% hydrolyzed |
| Equipment: | |||
| Cressington Sputter Coater 108 auto | TED PELLA INC | ||
| Cryodos Lyophilizator | Telstar | ||
| Falcon tubes | Thermo Fisher Company | ||
| FT-IR spectroscopy | Nicolet iS50 | in ATR mode | |
| Lyophilizator | LABCONCO | ||
| Micromeritics Autopore IV 9500 | Micromeritics | ||
| Scanning electron microscope | Pemtron SS-300LV | ||
| UV-visible spectrophotometer | Agilent 8453 |
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