Vliv formulačních a procesních parametrů na vlastnosti Cu²⁺/alginátových částic připravených vnější iontovou gelací hodnocený analýzou hlavních komponent Miroslava Pavelková

English version České info

V současné době je metoda vnější iontové gelace v přípravě alginátových částic s úspěchem používána nejen na poli farmacie a medicíny, ale zejména v oblasti biotechnologie. Proto byla příprava alginátových částic a jejich následné hodnocení pomocí analýzy hlavních komponent stěžejním cílem našeho experimentu. Kvůli optimalizaci této metody jsme se zaměřili na hodnocení vlivu různých formulačních (koncentrace polymeru, koncentrace tvrdícího roztoku) a procesních parametrů (velikost vnějšího průměru injekční jehly) na vlastnosti vzniklých částic (výtěžek, sféricita, ekvivalentní průměr a bobtnavost při pH 6). Metodou analýzy hlavních komponent byl zásadní vliv na výsledné vlastnosti alginátových částic potvrzen pouze u koncentrace natrium-alginátu. Tyto výsledky potvrdily spolehlivý a bezpečný potenciál vnější iontové gelace v přípravě částicové lékové formy na bázi alginátu.

Klíčová slova:

hydrogelové částice – vnější iontová gelace – natrium-alginát – měďnaté ionty – hodnocení částicové lékové formy – analýza hlavních komponent

Autoři: Miroslava Pavelková; Jakub Vysloužil; Kateřina Kubová; Sylvie Pavloková; Eliška Mašková; David Vetchý
Vyšlo v časopise: Čes. slov. Farm., 2019; 68, 69-77
Kategorie: Original Article

Souhrn

Klíčová slova:

hydrogelové částice – vnější iontová gelace – natrium-alginát – měďnaté ionty – hodnocení částicové lékové formy – analýza hlavních komponent

Zdroje

1. Agnihotri S. A., Mallikarjuna N. N., Aminabhavi T. M. Recent advances on chitosan-based micro- and nanoparticles in drug delivery. J. Control. Release 2004; 100, 5–28.

2. Patil J. S., Kamalapur M. V., Marapur S. C., Kadam D. V. Ionotropic gelation and polyelectrolyte complexation: The novel techniques to design hydrogel particulate sustained, modulated drug delivery system: A review. Dig. J. Nanomater. Bios. 2010; 5, 241–248.

3. Patil P., Chavanke D., Wagh M. A. A review on ionotropic gelation method: Novel approach for controlled gastroretentive gelispheres. Int. J. Pharm. Pharm. Sci. 2012; 4, 27–32.

4. Cerciello A., Auriemma G., Del Gaudio P., Sansone F., Aquino R. P., Russo P. A novel core-shell chronotherapeutic system for the oral administration of ketoprofen. J. Drug Deliv. Sci. Tec. 2016; 32, 126–131.

5. Ahmadi F., Oveisi Z., Samani S. M., Amoozgar Z. Chitosan based hydrogels: characteristics and pharmaceutical applications. Res. Pharm. Sci. 2015; 10, 1–16.

6. Zhang H., Tumarkin E., Peerani R., Nie Z., Sullan R. M. A., Walker G. C., Kumacheva E. Microfluidic production of biopolymer microcapsules with controlled morphology. J. Am. Chem. Soc. 2006; 128, 12205–12210.

7. Smidsrød O., Skjåk-Braek G. Alginate as immobilization matrix for cells. Trends Biotechnol. 1990; 8, 71–78.

8. Alonso B. C., Rayment P., Ciampi E., Ablett S., Marciani L., Spiller R. C., Norton I. T., Gowland P. A. NMR relaxometry and rheology of ionic and acid alginate gels. Carbohyd. Polym. 2010; 82, 663–669.

9. Skjåk-Braek G., Grasdalen H., Smidsrød O. Inhomogeneous polysaccharide ionic gels. Carbohyd. Polym. 1989; 10, 31–54.

10. Vysloužil J., Dvořáčková K., Kejdušová M. Příprava léčivých mikročástic metodou odpařování rozpouštědla. Chem. Listy 2013; 107, 16–23.

11. Lee B.-B., Ravindra P., Chan E.-S. Size and shape of calcium alginate beads produced by extrusion dripping. Chem. Eng. Technol. 2013; 36, 1627–1642.

12. Gombotz W. R., Wee S. F. Protein release from alginate matrices. Adv. Drug Deliver. Rev. 1998; 31, 267–285.

13. Marković D., Zarubica A., Stojković N., Vasić M., Cakić M., Nikolić G. Alginates and similar exopolysaccharides in biomedical application and pharmacy: Controled delivery of drugs. Advanced technologies 2016; 5, 39–52.

14. Lee K. Y., Mooney D. J. Alginate: properties and biomedical applications. Prog. Polym. Sci. 2012; 37, 106–126.

15. Urtuvia V., Maturana N., Acevedo F., Peña C., Díaz-Barrera A. Bacterial alginate production: an overview of its biosynthesis and potential industrial production. World J. Microb. Biot. 2017; 33, 198.

16. Haug A., Larsen B., Smidsrød O. Studies on the sequence of uronic acid residues in alginic acid. Acta Chem. Scand. 1967; 21, 691–704.

17. Haug A., Larsen B. Quantitative determination of the uronic acid composition of alginates. Acta Chem. Scand. 1962; 16, 1908–1918.

18. Agulhon P., Markova V., Robitzer M., Quignard F., Mineva T. Structure of alginate gels: Interaction of diuronate units with divalent cations from density functional calculations. Biomacromolecules 2012; 13, 1899−1907.

19. Mørch Y. A., Donati I., Strand B. L., Skjåk-Braek G. Effect of Ca²⁺, Ba²⁺, and Sr²⁺ on alginate microbeads. Biomacromolecules 2006; 7, 1471−1480.

20. Haug A., Smidsrød O. Selectively of some anionic polymers for divalent metal ions. Acta Chem. Scand. 1970; 24, 843–854.

21. Idota Y., Kogure Y., Kato T., Yano K., Arakawa H., Miyajima C., Kasahara F., Ogihara T. Relationship between physical parameters of various metal ions and binding affinity for alginate. Biol. Pharm. Bull. 2016; 39, 1893–1896.

22. Braccini I., Pérez. Molecular basis of Ca²⁺-induced gelation in alginates and pectins: The egg-box model revisited. Biomacromolecules. 2001; 2, 1089–1096.

23. Lu L., Liu X., Qian L., Tong Z. Sol-gel transition in aqueous alginate solutions induced by cupric cations observed with viscoelasticity. Polym. J. 2003; 35, 804–809.

24. Velings N. M., Mestdagh M. M. Physico-chemical properties of alginate gel beads. Polym. Gels Netw. 1995; 3, 311–330.

25. Rodrigues J. R., Lagoa R. Copper ions binding in Cu-alginate gelation. J. Carbohyd. Chem. 2006; 25, 219–232.

26. Jain D., Bar-Shalom D. Alginate drug delivery systems: application in context of pharmaceutical and biomedical research. Drug Dev. Ind. Pharm. 2014; 40, online 1–9.

27. Thomas S. Alginate dressings in surgery and wound management – part 1. J. Wound Care. 2000; 9, 56–60.

28. Draget K. I., Taylor C. Chemical, physical and biological properties of alginates and their biomedical implications. Food Hydrocolloid 2011; 25, 251–256.

29. Augst, A. D., Kong H. J., Mooney D. J. Alginate hydrogels as biomaterials. Macromol. Biosci. 2006; 6, 623–633.

30. Pavelková M., Kubová K., Vysloužil J., Kejdušová M., Vetchý D., Celer V., Molinková D., Lobová D., Pechová A., Vysloužil J., Kulich P. Biological effects of drug-free alginate beads cross-linked by copper ions prepared using external ionotropic gelation. AAPS PharmSciTech. 2017; 18, 1343–1354.

31. Grass G., Rensing C., Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface. Appl. Environ. Microb. 2011; 77, 1541–1547.

32. Rabišková M., Häring A., Minczingerová K., Havlásek M., Musilová P. Microcrystalline cellulose in oral dosage forms. Chem. Listy 2007; 101, 70–77.

33. Smýkalová I., Horáček J., Hýbl M., Bjelková M., Pavelek M., Krulikovská T., Hampel D. Seed type identification by image analysis – correlation of nutrients with size, shape and colour characteristics of seeds. Chem. Listy 2011; 105, 138–145.

34. Dodou D., Breedveld P., Wieringa P. A. Mucoadhesives in the gastrointestinal tract: revisiting the literature for novel applications. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2005; 60, 1–16.

35. Kubánková R., Vysloužil J., Kejdušová M., Vetchý D., Dvořáčková K. Impact of formulation and process parameters on the properties of chitosan-based microspheres prepared by external ionic gelation. Ces. slov, Farm. 2014; 63, 127–135.

36. The R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna,
Austria. 1993–2003. https://www.R-project.org/

37. Chan E.-S., Lee B.-B., Ravindra P., Poncelet D. Prediction models for shape and size of ca-alginate macrobeads produced through extrusion – dripping method. J. Colloid Interf. Sci. 2009; 338, 63–72.

38. Rousseau I., Le Cerf D., Picton L., Argillier J. F., Muller G. Entrapment and release of sodium polystyrene sulfonate (SPS) from calcium alginate gel beads. Eur. Polym. J. 2004; 40, 2709–2715.

39. Kašpar O., Jakubec M., Štěpánek F. Characterization of spray dried chitosan-TPP microparticles formed by two- and tree fluid nozzles. Powder Technol. 2013; 204, 31–40.

40. Popa E. G., Gomes M. E., Reis R. L. Cell delivery systems using alginate- carrageenan hydrogel beads and fibers for regenerative medicine applications. Biomacromolecules 2011; 12, 3952–3961.

41. Aswathy K. S., Abraham A. M., Jomy L., Mehaladevi R., Rosemol K. J. Formulation and evaluation of Etodolac alginate beads prepared by ionotropic gelation for sustained release. Int. J. Sci. Innov. Res. 2014; 3, 527–531.

42. Manjanna K. M., Shivakumar B., Pramod kumar T. M. Diclofenac sodium microbeads for oral sustained drug delivery. Int. J. Pharm. Tech. Res. 2009; 1, 317–327.

43. Joshi S., Patel P., Lin S., Madan P. L. Development of cross-linked alginate spheres by ionotropic gelation technique for controlled release of naproxen orally. Asian J. Biomed. Pharm. Sci. 2012; 7, 134–142.

44. Rajesh K. S., Khanrah A., Biswanath S. Release of ketoprofen from alginate microparticles containing film forming polymers. J. Sci. Ind. Res. 2003; 62, 985–989.

45. Chan E.-S. Preparation of Ca-alginate beads containing high oil content: Influence of process variables on encapsulation efficiency and bead properties. Carbohyd. Polym. 2011; 84, 1267–1275.

46. Østberg T., Vesterhus L., Graffner C. Calcium alginate matrices for oral multiple unit administration: II. Effect of process and formulation factors on matrix properties. Int. J. of Pharmaceut. 1993; 97, 183–193.

47. Sathali A. A. H., Varun J. Formulation, development and in vitro evaluation of candesartan cilexetil mucoadhesive microbeads. Int. J. Curr. Pharm. Res. 2012; 4, 109–118.

48. Khazaeli P., Pardakhty A., Hassanzadeh F. Formulation of ibuprofen beads by ionotropic gelation. Iran. J. Pharm. Res. 2008; 7, 163–170.

49. Blandino A., Macías M., Cantero D. Formation of calcium alginate gel capsules: Influence of sodium alginate and CaCl₂ concentration on gelation kinetics. J. Biosci. Bioeng. 1999; 88, 686–689.

50. Bajpai S. K., Sharma S. Investigation of swelling/degradation behaviour of alginate beads crosslinked with Ca²⁺ and Ba²⁺ ions. React. Funct. Polym. 2004; 59, 129–140.

51. Striamornsak P., Nunthanid J. Calcium pectinate gel beads for controlled release drug delivery: II. Effect of formulation and processing variales on drug release. J Microencapsul. 1999; 16, 303–313.

52. Reimann C., Filzmoser P., Garret R. G., Dutter R. Statistical data analysis explained: applied environmental statistics with R. Ltd. Chichester, John Wiley & Sons; 2008.