Аналіз кінетики вивільнення лікарських засобів з біорозкладних модифікованих наночастинками матеріалів на основі хітозану
Анотація
Актуальність. Проблема доставлення лікарських засобів у зону уражень тканин людського організму залишається наразі актуальною. Гідроксиапатит (НА), як одна з найбільш відомих кальцій фосфатних (СаР) сполук, використовується як неорганічна складова композитних матеріалів для завантаження ліків. Органічною частиною у композитних матеріалах виступають біополімери, такі як альгінат, агароза, хітозан (CS), колаген і желатин. Наночастинки С60 широко застосовуються як антибактеріальні агенти й здатні зміцнювати структуру композитів. Мікрохвильове опромінення (MW) є методом впливу, який скорочує час синтезу, значно збільшуючи кількість центрів зародкоутворення та зменшуючи розмір утворених кристалітів, що впливає на адсорбційну здатність продукту.
Мета роботи. Більшість сучасних форм доставлення лікарських засобів демонструють швидке вивільнення Цефтріаксону (ЦФТ) та Анестезину (АНА) упродовж 2 днів, яке характеризується «вибуховим вивільненням», що може викликати передозування у перші години використання. Метою даної роботи було дослідити та порівняти кінетику вивільнення лікарських засобів з класично (конвекційно) та MW-синтезованих CS матриць модифікованих HA, мультифазними CaP та наночастинками фулерену С60 для відновлення пошкоджень кісткової тканини впродовж тривалого часу.
Матеріали і методи. Дослідження проводили методом високоефективної рідинної хроматографії (HPLC) з використанням приладу Agilent 1200 з DAD-детектором (λ = 210–270 нм) і хроматографічної колонки C18 (Zorbax SB-C18 4,6×150 мм, 5 мкм) за температури навколишнього середовища.
Результати. НА є хорошим адсорбентом, але важкорозчинною речовиною, тому фармакокінетика вивільнення АНА в основному визначалася ступенем адсорбції препарату поверхнею матеріалу і його дифузійним потенціалом. CS і С60 у складі композитів забезпечують пролонговане вивільнення АНА до 18 днів. Вивільнення ЦФТ з СаР/СS матриць залежить від методу його внесення до композиту: під час синтезу або насиченням після синтезу. Метод насичення характеризується ділянкою швидкого вивільнення впродовж 24–48 годин, а внесення під час синтезу відтерміновує активне вивільнення до 48–72 годин (початку деградації матриці). Індекс вивільнення приймав значення від n = 0,56 до n = 0,92, що відповідає кінетиці вивільнення, яка не підпорядковується закону Фіка, тобто наближується до моделі першого порядку.
Висновки. Синтезовані композити на основі CS матриці, модифікованої наноструктурованими частинками СаР та фулерену С60, є потенційними носіями ЦФТ та АНА з функцією їх довготривалого вивільнення у зони уражень кісткової тканини.
Завантаження
Посилання
Liu Z-L, Jia Q-Y, Li X-D, Li S-P, Shen J, Lin J, et al. Synthesis of hollow mesoporous HAp-Au/MTX and its application in drug delivery. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp. 2020;586:124231. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.124231
Fosca M, Rau J V., Uskoković V. Factors influencing the drug release from calcium phosphate cements. Bioact Mater. 2022;7:341–63. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.05.032
Sukhodub LB, Kumeda MA, Sukhodub LF, Prylutskyy YI. Fullerene C60-containing hydroxyapatite/polymer polyelectrolyte composite for dental applications. In: Pogrebnjak, A., Pogorielov, M., Viter, R. (eds) Nanomaterials in Biomedical Application and Biosensors (NAP-2019). Springer Proceedings in Physics. Vol. 244. Springer, Singapore; 2020. p. 129–37. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3996-1_13
Lahiri D, Ghosh S, Agarwal A. Carbon nanotube reinforced hydroxyapatite composite for orthopedic application: A review. Materials Science and Engineering: C. 2012;32:1727–58. https://doi.org/10.1016/j.msec.2012.05.010
Fortner JD, Lyon DY, Sayes CM, Boyd AM, Falkner JC, Hotze EM, et al. C60 in water: Nanocrystal formation and microbial response. Environ Sci Technol. 2005;39:307–16. https://doi.org/10.1021/es048099n
Grebinyk A, Grebinyk S, Prylutska S, Ritter U, Matyshevska O, Dandekar T, et al. C60 fullerene accumulation in human leukemic cells and perspectives of LED-mediated photodynamic therapy. Free Radic Biol Med. 2018;124:319–27. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2018.06.022
Lyon DY, Adams LK, Falkner JC, Alvarez PJJ. Antibacterial Activity of Fullerene Water Suspensions: Effects of Preparation Method and Particle Size. Environ Sci Technol. 2006;40:4360–6. https://doi.org/10.1021/es0603655
Zarrintaj P, Seidi F, Youssefi Azarfam M, Khodadadi Yazdi M, Erfani A, Barani M, et al. Biopolymer-based composites for tissue engineering applications: A basis for future opportunities. Compos B Eng. 2023;258:110701. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110701
Krishnaswami V, Rajan E, Dutta G, Muruganantham S, Sugumaran A, SA JR. Chitosan mediated smart photodynamic therapy based novel drug delivery systems- a futuristic view. Carbohydr Polym Technol Appl. 2024;7:100510. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2024.100510
Hwang S-J, Lee J-S, Ryu T-K, Kang R-H, Jeong K-Y, Jun D-R, et al. Alendronate-modified hydroxyapatite nanoparticles for bone-specific dual delivery of drug and bone mineral. Macromol Res. 2016;24:623–8. https://doi.org/10.1007/s13233-016-4094-5
Soares F, Ribeiro N, Baião A, Torres PMC, Sarmento B, Olhero SM. Sustained drug release from sintering-free calcium phosphate-based scaffolds. J Drug Deliv Sci Technol. 2023;88:04906. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2023.104906
Duceac LD, Luca AC, Mitrea G, Banu EA, Ciuhodaru MI, Ciomaga I, et al. Ceftriaxone intercalated nanostructures used to improve medical treatment. Materiale Plastice. 2018;55(4):613–5. https://doi.org/10.37358/mp.18.4.5086
Shrimali JD, Patel H V., Gumber MR, Kute VB, Shah PR, Vanikar A V., et al. Ceftriaxone induced immune hemolytic anemia with disseminated intravascular coagulation. Indian Journal of Critical Care Medicine 2013;17. https://doi.org/10.4103/0972-5229.123465
Hossein abadi AR, Farhadian N, Karimi M, Porozan S. Ceftriaxone sodium loaded onto polymer-lipid hybrid nanoparticles enhances antibacterial effect on gram-negative and gram-positive bacteria: Effects of lipid - polymer ratio on particles size, characteristics, in vitro drug release and antibacterial drug efficacy. J Drug Deliv Sci Technol. 2021;63:102457. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2021.102457
Singh B, Dhiman A, Kumar S. Polysaccharide gum based network hydrogels for controlled drug delivery of ceftriaxone: Synthesis, characterization and biomedical evaluations. Results Chem. 2023;5:100695. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2022.100695
Raza MA, Gull N, Lee SW, Seralathan KK, Park SH. Development of stimuli-responsive chitosan based hydrogels with anticancer efficacy, enhanced antibacterial characteristics, and applications for controlled release of benzocaine. J Ind Eng Chem. 2022;109:210–20. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2022.02.004
Ritter U, Prylutskyy YI, Evstigneev MP, Davidenko NA, Cherepanov VV, Senenko AI, et al. Structural features of highly stable reproducible C60 fullerene aqueous colloid solution probed by various techniques. Fullerenes Nanotubes Carbon Nanostruct. 2015;23:530–34. https://doi.org/10.1080/1536383X.2013.870900
Sukhodub LB, Sukhodub LF, Kumeda MO, Prylutska SV, Deineka V, Prylutskyy YI, et al. C60 fullerene loaded hydroxyapatite-chitosan beads as a promising system for prolonged drug release. Carbohydr Polym. 2019;223:115067. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115067
Sukhodub L, Kumeda M, Sukhodub L, Strelchuk V, Nasieka I, Vovchenko L, et al. Hybrid composite based on chitosan matrix mineralized by polyphasic calcium orthophosphates with enhanced bioactivity and protein adsorption capacity. Mater Today Commun. 2022;31:103696. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103696
Sukhodub LB, Sukhodub LF, Kumeda MO, Prylutskyy YI, Pogorielov M V., Evstigneev MP, et al. Single-walled carbon nanotubes loaded hydroxyapatite–alginate beads with enhanced mechanical properties and sustained drug release ability. Prog Biomater. 2020;9:1–14. https://doi.org/10.1007/s40204-020-00127-2
Korsmeyer RW, Gurny R, Doelker E, Buri P, Peppas NA. Mechanisms of solute release from porous hydrophilic polymers. Int J Pharm. 1983;15:25–35. https://doi.org/10.1016/0378-5173(83)90064-9
Huang X, Brazel CS. On the importance and mechanisms of burst release in matrix-controlled drug delivery systems. J Controlled Release. 2001;73:121–36. https://doi.org/10.1016/S0168-3659(01)00248-6
Dash S, Murthy PN, Nath L, Chowdhury P. Kinetic modeling on drug release from controlled drug delivery systems. Acta Pol Pharm. 2010;67(3):217–23.
Авторське право (c) 2024 М. О. Кумеда, Л. Б. Суходуб, Л. Ф. Суходуб
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
