Замораживание-Thawing Метод для подготовки Chitosan-Поли (виниловый спирт) Гидрогели без перекрестных агентов и Diflunisal релиз исследований

Summary

Метод замораживания-оттаивания используется для производства гидрогелей хитозано-поли (виниловый спирт) без перекрестных агентов. Для этого метода важно учитывать условия замерзания (температура, количество циклов) и соотношение полимеров, которые могут повлиять на свойства и применение полученных гидрогелей.

Abstract

Гидрогели хитозан-поли (виниловый спирт) могут быть произведены методом замораживания-оттаивания без использования токсичных перекрестных агентов. Применение этих систем ограничено их характеристиками (например, пористость, гибкость, отек потенциала, загрузка наркотиков и способность к выпуску лекарств), которые зависят от условий замораживания и вида и соотношения полимеров. В этом протоколе описывается, как готовить гидрогели из хитозана и поли (виниловый спирт) на 50/50 вт/ч% полимерного состава и изменяя температуру замерзания (-4 кВ, -20 градусов по Цельсию, -80 градусов по Цельсию) и циклы замораживания (4, 5, 6 циклов замораживания). Были получены спектры FT-IR, микрограф SEM и данные порисиметрии гидрогелей. Кроме того, были оценены отек и загрузка наркотиков и высвобождение дифлюнисала. Результаты микрографов SEM и порисиметрии показывают, что размер пор уменьшается, в то время как пористость уменьшается при более низких температурах. Процент отеков был выше при незначительной температуре замерзания. Изучен асеификаль из гидрогелей. Все сети поддерживают выпуск препарата в течение 30 ч, и было отмечено, что простой механизм диффузии регулирует дифлюнизал релиз в соответствии с Korsmeyer-Peppas и Хигути моделей.

Introduction

В последнее время гидрогели вызвали большой интерес в биомедицинской области, потому что они являются трехмерными сетями с высоким содержанием воды и мягкие и гибкие, поэтому они могут легко имитировать естественные ткани¹. Кроме того, они не растворяются в вавочной среде при физиологической температуре и рН, но представляют собой большой отек². Гидрогель может выступать в качестве тканевых инженерных лесов, средств гигиены, контактных линз и раневых повязок; потому что они могут ловушки и выпуска активных соединений и наркотиков, они используются в качестве системы доставки лекарств³. В зависимости от их применения, гидрогели могут быть сделаны из натуральных или синтетических полимеров, или сочетание обоих, для того, чтобы получить лучшие характеристики⁴.

Свойства гидрогелей являются следствием многих физических и химических факторов. На физическом уровне их структура и морфология зависят от их пористости, размера пор и распределения пор^5. На химическом и молекулярном уровне, тип полимера, содержание гидрофильной группы в^{полимерной}цепи, тип перекрестного точечного типа, и плотность перекрестного соединения являются факторами, которые определяют отек потенциала и механические свойства⁶,⁷.

В зависимости от типа перекрестного агента, используемого для формирования сети, гидрогели классифицируются как химические гидрогели или физические гидрогели. Химические гидрогели соединяются ковалентными взаимодействиями между их цепями, которые образуются в результате УФ-излучения и гамма-облучения или с помощью перекрестного агента^7,8. Химические гидрогели обычно сильны и устойчивы, но, как правило, перекрестный агент токсичен для клеток и его удаление затруднено, поэтому его применение ограничено. С другой стороны, физические гидрогели образуются путем соединения полимерных цепей через нековалентные взаимодействия, избегая использования перекрестных агентов^4,9. Основными нековалентными взаимодействиями в сети являются гидрофобные взаимодействия, электростатические силы, взаимодополняющие и водородные границы^7.

Поли (виниловый спирт) (PVA, Рисунок 1a) является синтетическим и водорастворимым полимером с отличной механической производительностью и биосовместимостью, которая может от кросслинков без гидрогелей через метод замораживания оттаивания^10,11. Этот полимер имеет возможность формировать концентрированные зоны водородных связей между -OH групп их цепей (кристаллических зон), когда они замораживают¹². Эти кристаллические зоны выступают в качестве перекрестных точек в сети, и они способствуют два события: приближение полимерных цепей, когда кристаллическая вода расширяется и PVA конформационных изменений от изотаксических к синдиотаксической ПВА во время замораживания¹³. Из-за замораживания сушки, кристаллы воды сублимируются, оставляя пустоты пространства, которые являются порами в гидрогеле¹⁴. Для получения гидрогелей с лучшими свойствами, ПВА можно легко комбинировать с другими полимерами.

В этом смысле хитозан представляет собой вариант, поскольку он является единственным биополимером из природных источников с положительными зарядами. Он получается путем деацетилирования хитина и состоит из случайных комбинаций из 1,4 связанных D-глюкозамина (деацетилированной единицы) и N-ацетил-D-глюкозамина (ацетилированный блок)^15,16 (Рисунок 1b). Хитозан биоразлагается человеческими ферментами и биосовместим. Кроме того, по своей катионной природе, он может взаимодействовать с отрицательным зарядом поверхности клетки, и это свойство было связано с его антимикробной активности¹⁷. Этот полимер прост в обработке; однако их механических свойств недостаточно, и некоторые материалы были добавлены в комплексы с лучшими характеристиками.

Учитывая специфические характеристики хитозана и ПВА, успешное производство гидрогелей было достигнуто методом замораживания оттаивания^2,18, чтобы избежать использования токсичных перекрестных агентов. В гидрогелях хитозана-ПВА также образуются кристаллические зоны ПВА, а цепи хитозана взаимопронижаются и образуют простые водородные связи с группами -NH₂ и -OH-группами в ПВА. Окончательный гидрогель хитозана-ПВА механически стабилен, с высокими показателями отеков и низкой токсичности, и с антибактериальным эффектом¹⁸. Однако, в зависимости от условий замораживания, используемых в подготовке (температура, время и количество циклов), конечные характеристики могут меняться. Некоторые исследования сообщают, что увеличение числа циклов замораживания уменьшает степень отеки и увеличивает прочность растяжения^19,20. Для укрепления сети, другие агенты, такие как гамма и УФ-излучения и химических кросслинкеров были использованы дополнительно после замораживания оттаять подготовки^21,22,23. Гидрогели с более высокой пропорцией хитозана имеют более пористую сеть и высокую мощность отеков, но меньшую прочность и тепловую стабильность. В этом контексте важно рассмотреть условия подготовки к получению подходящих гидрогелей для их целевого применения.

Цель этой работы состоит в том, чтобы подробно представить, как условия замораживания (температура замерзания и количество циклов) влияют на конечные характеристики гидрогелей CS-PVA. Были оценены спектры FT-IR, характеристики морфологических и пористости и отековая способность, а также способность к погрузке и высвобождению лекарств. В исследованиях выпуска, diflunisal(Рисунок 1c) был использован как снадобье модели, из-за своего размера пригодного к структуре гидрогеля.

Protocol

1. Приготовление гидрогелей хитозана-ПВА Подготовка 2% (w/w) хитозана и 10% (w/w) PVA решений. Растворите 0,2 г хитозана в 10 мл раствора 0,1 М СЧ3COOH (ранее фильтруемый) при комнатной температуре и поддерживайте непрерывное механическое перемешивание на ночь. Растворите 1 г ПВА в 10 мл дисти?…

Representative Results

Подготовка гидрогелейГидрогели Chitosan-PVA были получены при -4 градусах по Цельсию, -20 градусов по Цельсию и -80 градусов с 4 циклами замораживания и при -80 градусов по Цельсию с 5 и 6 циклами замораживания методом замораживания2. Все гидрогели были одн?…

Discussion

Метод замораживания-оттаивания является подходящим процессом для подготовки биосовместимых гидрогелей, сосредоточенных в биомедицинских, фармацевтических или косметических приложений^34,35,36. Наиболее важным преимуществом этого мето…

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