تهیه و ارزیابی عملکرد نانوذره‌های آلژینات پوشش داده شده با تری‌متیل‌کایتوسان (TMC) و پلی‌اتیلن‌گلایکول (PEG) برای رسانش خوراکی انسولین

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی زیست پزشکی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران ، ایران

2 گروه فارماسیوتیکس، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران ، ایران

چکیده

در بیماران دیابتی، ترشح انسولین از لوزالمعده مختل شده که منجر به تزریق روزانه انسولین می ­شود. تزریق انسولین سبب ایجاد عفونت، درد و تنش در درازمدت می­ شود. دارورسانی خوراکی انسولین می­ تواند یک جایگزین مناسب برای تزریق باشد. هرچند در رسانش خوراکی، به دلیل تخریب آنزیمی در دستگاه گوارش، پایداری کم در pH  معده و سدهای فیزیکی مخاط روده، زیست­ دسترس­ پذیری انسولین پایین است. بنابراین، ساخت سامانه­ های کارآمد حامل، مانند نانوذر ه­ها، می­تواند راه حل مناسبی برای محافظت از داروهای حساس مانند انسولین باشد. هدف از این پژوهش، تهیه یک سامانه آلژینات/ تری­ متیل­ کایتوسان (TMC)/ پل ی­اتیلن­ گلایکول (PEG) در اندازه نانو به منظور کنترل رهایش انسولین از آن و افزایش زمان ماندگاری  نانوذره در دستگاه گوارش است. نخست، اندازه نانوذره­ ها و بازده به دام افتادن (EE) انسولین، بهینه سازی شده و شرایط بهینه برای نسبت­ های انسولین/ آلژینات، TMC/ آلژینات و دور همزن، به ترتیب برابر با 1، 5/4 و rpm 500 به دست آمد. سپس، در شرایط بهینه، نانوذره ­های آلژینات بارگذاری شده با انسولین، تهیه شده و به دنبال آن، با TMC پوشش داده شدند و سرانجام، نانوذره ­ها توسط متوکسی پلی­ اتیلن ­گلایکول (mPEG) پگیله شدند. پس از بهینه­سازی شرایط، اندازه نانوذره­ ها و EE  به ترتیب 195 نانومتر و % 39/92 به دست آمد و بازده بارگذاری (LE) انسولین در نانوذره ­ها % 75/21 محاسبه شد. برهمکنش بین لایه­های گوناگون نیز، با آزمون FT-IR  تأیید شده و بررسی رهایش انسولین در محیط ­های شبیه سازی شده معده (SGF) و روده (SIF) انجام شد. این مطالعه­ ها نشان دادند که بیش ­ترین میزان رهایش انسولین، در طی 6 ساعت اولیه بوده و پس از آن، روند رهایش به تقریب ثابت می­ شود. همچنین با پگیله کردن نانوذرات، میزان رهایش انسولین به مقدار چشمگیری افزایش می­ یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Li L., Jiang G., W. Yu G., Liu D., Chen H., Liu Y., Tong Z., Kong X., Yao J., Preparation of Chitosan-Based Multifunctional Nanocarriers Overcoming Multiple Barriers for Oral Delivery of Insulin, Mater. Sci. Eng. C, 70: 278–286 (2017).
[2] Schiffter H. A., "The Delivery of Drugs – Peptides and Proteins", Second Edi., Vol. 1. Elsevier (2011).
[3] Mukhopadhyay P., Mishra R., Rana D., Kundu P. P., Strategies for Effective Oral Insulin Delivery with Modified Chitosan Nanoparticles: A Review, Progress in Polymer Science, 37(11): 1457–1475 (2012).
[4] Fonte P., Araújo F., Silva C., Pereira C., Reis S., Santos H. A., Sarmento B., Polymer-Based Nanoparticles for Oral Insulin Delivery: Revisited Approaches, Biotechnol. Adv., 33(6): 1342–1354 (2015).
[5] Tahtat D., Mahlous M., Benamer S., Khodja A. N., Oussedik-Oumehdi H., Laraba-Djebari F., Oral Delivery of Insulin from Alginate/Chitosan Crosslinked by Glutaraldehyde, Int. J. Biol. Macromol., 58: 160–168 (2013).
[6] Sarmento B., Ribeiro A., Veiga F., Sampaio P., Neufeld R., Ferreira D., Alginate/Chitosan Nanoparticles are Effective for Oral Insulin Delivery, Pharm. Res., 24(12): 2198–2206 (2007).
[7] Sarmento B., Ribeiro A. J., Veiga F., Ferreira D. C., Neufeld R. J., Insulin-Loaded Nanoparticles are Prepared by Alginate Ionotropic Pre-Gelation Followed by Chitosan Polyelectrolyte Complexation, J. Nanosci. Nanotechnol., 7(5): 1–9 (2007).
[8] Sarmento B., Ferreira D. C., Jorgensen L., van de Weert M., Probing Insulin’s Secondary Structure after Entrapment Into Alginate/Chitosan Nanoparticles, Eur. J. Pharm. Biopharm., 65(1): 10–17 (2007).
[9] Mansourpour M., Mahjub R., Amini M., Ostad S. N., Shamsa E. S., Rafiee-Tehrani M., Dorkoosh F. A., Development of Acid-Resistant Alginate/Trimethyl Chitosan Nanoparticles Containing Cationic β-Cyclodextrin Polymers for Insulin Oral Delivery., AAPS PharmSciTech, 16(4): 952–62 (2015).
[10] Woitiski C. B., Sarmento B., Carvalho R. A., Neufeld R. J., Veiga F., Facilitated Nanoscale Delivery of Insulin Aross Intestinal Membrane Models, Int. J. Pharm., 412(1-2): 123–131 (2011).
[11] BAJPAI J., BAJPAI A. K., MISHRA S., Dynamics of Controlled Release of Potassium Nitrate from a Highly Swelling Binary Biopolymeric Blend of Alginate and Pectin, J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem., 43(1): 165–186 (2007).
[12] مولوی، بهناز؛ حبیبی، علیرضا؛ فتاحی، علی؛ بهینه سازی فرایند انکپسوله سازی دارو در میکروذره­های کروی چیتوسان با استفاده از روش الکترواسپری هم محور، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)35: 71 تا 85 (1395).
 [13] Bayat A., Dorkoosh F. A., Dehpour A. R., Moezi L., Larijani B., Junginger H. E., Rafiee-Tehrani M., Nanoparticles of Quaternized Chitosan Derivatives as a Carrier for Colon Delivery of Insulin: Ex Vivo and in Vivo Studies, Int. J. Pharm., 356(1-2): 259–266 (2008).
[14] de Britto D., de Moura M. R., Aouada F. A., Mattoso L. H.C., Assis O. B.G., N,N,N-Trimethyl Chitosan Nanoparticles as a Vitamin Carrier System, Food Hydrocoll., 27(2): 487–493 (2012).
[15] Sandri G., Bonferoni M. C., Rossi S., Ferrari F., Boselli C., Caramella C., Insulin-Loaded Nanoparticles Based on N-Trimethyl Chitosan: in Vitro (Caco-2 model) and ex Vivo (excised rat jejunum, duodenum, and ileum) Evaluation of Penetration Enhancement Properties, AAPS Pharm. Sci. Tech., 11(1): 362–71 (2010).
[16] Casettari L., Vllasaliu D., Castagnino E., Stolnik S., Howdle S., Illum L., PEGylated Chitosan Derivatives: Synthesis, Characterizations and Pharmaceutical Applications, Prog. Polym. Sci., 37(5): 659–685 (2012).
[17] Mao S., Shuai X., Unger F., Wittmar M., Xie X., Kissel T., Synthesis, Characterization and Cytotoxicity of Poly(ethylene glycol)-graft-trimethyl Chitosan Block Copolymers, Biomaterials, 26(32): 6343–6356 (2005).
[18] Malhotra M., Lane C., Tomaro-Duchesneau C., Saha S., Prakash S., A Novel Method for Synthesizing PEGylated Chitosan Nanoparticles: Strategy, Preparation, and in Vitro Analysis, Int. J. Nanomedicine, 6: 485–494 (2011).
[20] Mao S., Germershaus O., Fischer D., Linn T., Schnepf R., Kissel T., Uptake and Transport of PEG-Graft-Trimethyl-Chitosan Copolymer-Insulin Nanocomplexes by Epithelial Cells, Pharm. Res., 22(12): 2058–2068 (2005).
[21] Jintapattanakit A., Junyaprasert V. B., Kissel T., The Role of Mucoadhesion of Trimethyl Chitosan and PEGylated Trimethyl Chitosan Nanocomplexes in Insulin Uptake, J. Pharm. Sci., 98(12): 4818–4830 (2009).
[23] نبوی­منش، محمدمهدی؛ "پوشش­دهی سطح جزایر لانگرهانس با استفاده از ترکیب روش کپسوله کردن و پگیله کردن"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، (1391).
[24] Mortazavian E., Amini M., Dorkoosh F.A., Amini H., Khoshayand M.R., Amini T., Rafiee-Tehrani M., Preparation, Design for Optimization and in Vitro Evaluation of Insulin Nanoparticles Integrating Thiolated Chitosan Derivatives, J. Drug Deliv. Sci. Technol., 24(1): 40–49 (2014).
[26] Sieval A.B., Thanou M., Kotze A.F., Verhoef J.C., Brussee J., Junginger H.E., Preparation and NMR Characterization of Highly Substituted N-trimethyl Chitosan Chloride, Carbohydr. Polym., 36(2–3): 157–165 (1998).
[27] Mourya V.K., Inamdar N.N., Trimethyl Chitosan and Its Applications in Drug Delivery, J. Mater. Sci. Mater. Med., 20(5): 1057–1079 (2009).
[28] Verheul R.J., Amidi M., van der Wal S., van Riet E., Jiskoot W., Hennink W.E., Synthesis, Characterization and in Vitro Biological Properties of O-Methyl Free N,N,N-Trimethylated Chitosan, Biomaterials, 29(27): 3642–3649 (2008).
[29] Coates J., "Interpretation of Infrared Spectra , A Practical Approach", in: "Encycl. Anal. Chem.", John Wiley & Sons, pp. 10815–10837, (2000).
[30] Pavia D.L., Lampman G.M., Kriz G.S., "Introduction to Spectroscopy: A Guide for Students of Organic Chemistry. Cengage Learning", Harcourt College Publishers, (2009).
[31] Lawrie G., Keen I., Drew B., Chandler-Temple A., Rintoul L., Fredericks P., Grondahl L., Interactions between Alginate and Chitosan Biopolymers Characterized Using FTIR and XPS, Biomacromolecules, 8(8): 2533–41(2007).
[32] Avadi M.R., Sadeghi A.M.M., Mohammadpour N., Abedin S., Atyabi F., Dinarvand R., Rafiee-Tehrani M., Preparation and Characterization of Insulin Nanoparticles Using Chitosan and Arabic Gum with Ionic Gelation Method, Nanomedicine Nanotechnology, Biol. Med., 6(1): 58–63 (2010).