Mikrokristályos cellulóz alapú hidrogélek kifejlesztése a Cephalexin in vitro szállításához

Absztrakt

Három hidrogélt, nevezetesen a mikrokristályos cellulózt (MCC), a mikrokristályos cellulóz-karboxi-metil-cellulózt (MCC-CMC) és a mikrokristályos cellulóz-xilánt (MCC-xilán) szintetizálják térhálósítószerként etilén-glikol-diglicidil-éterrel. A kémiai jellemzéshez FT-IR spektroszkópiát alkalmaznak, míg a hidrogélek fizikai jellemzéséhez gélfrakciót és duzzadási arányt alkalmaznak. A hidrogélek durva morfológiáját mikroszkópos megfigyeléssel tovább szemléltetjük. A reológiai jellemzés azt bizonyítja, hogy az MCC-CMC gél nagyobb ellenálló képességgel bír, hogy ellenálljon a maradandó deformációnak, mint a másik két gél. A hidrogéleket a Cephalexin betöltésére és in vitro felszabadítására használják. Az in vitro szállítást különféle szimulált testfolyadékokban hajtják végre, például foszfátpuffer sóoldatban (PBS), mesterséges bélfolyadékban (AIF) és mesterséges gyomorfolyadékban (AGF). Az MCC-CMC megfigyelése szerint a Cephalexin egyenként 15% -ot juttat AGF-ben, 86% -ot AIF-ben, 98% -ot PBS-ben és 98% -ot egymást követő pufferekben (AGF, majd AIF és PBS).

1. Bemutatkozás

A cellulóz természetes biopolimer, lineárisan rendezett β- (1 → 4) -kötésű D-anhidroglüko-piranóz ismétlődő egységekkel, és megtalálható növényekben, baktériumokban, gombákban és tengeri állatokban [1]. A cellulóz kiemelkedő osztálya a mikrokristályos cellulóz (MCC), amelyet az alfa-cellulóz felesleges mennyiségű ásványi savval történő kezelésével állítanak elő. Csökkentett polimerizációs fokú (

100) és ennélfogva rövidebb polimer láncokkal rendelkezik. Az MCC olyan jellemző tulajdonságokkal rendelkezik, mint a nem toxikus, nagy mechanikai szilárdság, alacsony sűrűség, nagy felület, biológiai lebonthatóság és biokompatibilitás. A lenyűgöző mechanikai és kémiai tulajdonságok felhívták a tudományos közösség, valamint a különféle iparágak figyelmét. Az MCC-t széles körben használják sűrítőként, kötőanyagként és adszorbensként a gyógyszeriparban és a kozmetikai iparban; gélképző szerek, stabilizátorok és csomósodásgátlók az élelmiszer- és italgyártásban [2]. Az előnyök mellett az MCC hátrányt szenved a polimer mátrixok többségével való összeférhetetlenség, a nedvesíthetőség, a szerves és vizes közegben való oldhatatlanság miatt a benne rejlő kristályosság miatt. Ennek a gátnak a leküzdése érdekében különféle oldószereket, például mély eutektikus oldószert, ionos folyadékot és alkáli/karbamid rendszereket alkalmaznak az MCC szolubilizálására [3]. Az MCC szolubilizálásának különféle stratégiái megnyitják annak lehetőségét, hogy hidrogéleket képezzenek az MCC-ből.

A hidrogélek háromdimenziós polimer hálózat fizikailag vagy kémiailag térhálósítva. A hálózat megduzzad, ha nagy mennyiségű vizet vesz fel. Biokompatibilitással rendelkező szintetikus vagy természetes polimereket használnak hidrogélképző anyagként. A víz és a háromdimenziós hálózat nagy retenciós képessége utánozza az extracelluláris mátrixot. Ez a tulajdonság elengedhetetlen eltömődéssé teszi őket az orvosbiológiai alkalmazásokban, a szövetek tervezésében, a gyógyszerek és fehérjék szállításában [4]. A benne rejlő oldhatatlan természet korlátozza az MCC-t mint hidrogél prekurzort. Choe és mtsai. számolt be tiszta MCC alapú hidrogélt, miután feloldottuk tetrabutil-ammónium-fluorid/dimetil-szulfoxid oldószerben, és ezt követően a viszkozitást beállítottuk [5]. Vezetőképes hidrogélről is beszámolnak az MCC ionos folyadékban történő feloldásával és a polipirrol segítésével [6]. A tiol-én klikk kémiai alapú MCC hidrogéleket úgy állítják elő, hogy az allil-funkcionalizált MCC-t UV-expozíciónak teszik ki [7].

A cellulóz vízoldható származékát, például a karboxi-metil-cellulózt (CMC) széles körben használják a hidrogél prekurzoraként. A D-glükopiranóz gyűrű hidrogénatomjának karboxi-metil-csoporttal történő helyettesítésével szintetizálódik. A biokompatibilis és pH-érzékeny hidrogéleken kívül a CMC-t élelmiszeripari termékekben (sűrítő és emulzió stabilizálószerként), nem élelmiszeripari termékekben (fogyókúrás tablettákként, fogkrémként, hashajtóként, vizes alapú festékként, papírtermékként stb.) És biomedicinában használják [8]. ]. A hemicellulóz heteropoliszacharid, hajlékony, amorf és a második leggyakoribb anyag, amely a cellulóz után megtalálható az erdőben, és alacsonyabb polimerizációs fokú (

200 maradék), mint a cellulóz. A Xylan a hemicellulóz leggyakoribb formája, és β- (1 → 4) -D-xilopiranóz egységeket alkot gerincként. A hemicellulóz gél- és filmképző tulajdonságai, biokompatibilitásával és biológiai lebonthatóságával párosulva alkalmazhatók biomedicinális alkalmazásokban, gyógyszeradagolásban, ragasztóként, bevonóként és adalékként a gyógyszeriparban és az élelmiszeriparban [9]. Ezenkívül számos inger, például szerves oldószer, ion, pH-érzékeny xilán-alapú gélek figyeltek fel a közelmúltban [10]. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a xilán alapú hidrogéleket hordozóként használták gyógyszerek és biológiai makromolekulák számára [11], bioszorbensként szerves festékeket és fémionokat [12, 13].

2. Anyagok és módszerek

2.1. Anyagok

A Beachwood xylant, karboxi-metil-cellulóz-nátrium-sót Sigma Aldrich-től szereztük be. A mikrokristályos cellulózt a Merck-től szereztük be. Nátrium-kloridot, karbamidot, nátrium-hidroxidot, sósavat (37 tömeg%) (HCl) és kálium-dihidrogén-foszfátot a Merck-től szereztünk be. A PBS-t a Himedia-tól szerezték be. Etilén-glikol-diglicidil-étert és cephalexin-monohidrátot a TCI India-tól szereztek be. A vegyi anyagok analitikai minőségűek voltak, és befogadott állapotban használták őket. A házon belüli víztisztító létesítményt (gyártmány: Millipore, modell: ELix-3) ioncserélt (DI) víz forrásaként alkalmazták.

2.2. Hidrogélek előállítása

Az MCC oldásához 40 tömeg% karbamidot és 60 tömeg% NaOH-ot tartalmazó vizes oldatot használtunk [21]. Külön-külön 1 mol L-1 vizes nátrium-hidroxid-oldatot használtunk a xilan és a CMC oldására. A CMC és a xilán oldatokat egymástól függetlenül összekevertük MCC oldattal 1: 1 mólarányban az MCC-CMC és MCC-xilán prekurzor oldatok előállításához. A homogén oldatot az elegy 50 ° C-ra történő melegítése után kapjuk. Ezután az EGDE térhálósítót cseppenként hozzáadtuk a homogén keverékhez. A tiszta MCC gélt szintetizáltuk úgy, hogy EGDE-t cseppenként adtunk az MCC-oldathoz. A gélesedési folyamat 20 percen belül befejeződött. Ezt követően a gélt főzőpohárba helyeztük, és hagytuk duzzadni DI vízben. Az ezt követő duzzanat eltávolította a felesleges reagálatlan prekurzort a gélről. A gélt 48 órán át a DI vízben tartottuk, naponta hatszor frissítve a vizet. A felesleges prekurzor eltávolítása elengedhetetlen lépés, mivel a reagálatlan prekurzor kimosódik a térhálósított hidrogél mátrixból. Ezt követően 0,1 M sósavoldatot használtunk a felesleges NaOH-mennyiség eltávolítására és ezáltal a pH semlegesítésére. A pH-semleges gélt később liofilizáltuk (gyártmány: Martin Christ, modell: Alpha 2–4 LD) további jellemzés céljából. Mindhárom hidrogél reakcióvázlatát az 1. ábra mutatja .