نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ساخت و بررسی خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی چسب تراپوستی کربوکسی‌متیل‌‌سلولز/ نانوالیاف سلولزی جهت کنترل رهایش ناپروکسن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
نرگس میرزائی 1
مریم نیک زاد 1
عاطفه عراقی 2
رودریگو باتیستی 3
1 گروه فرآیندهای جداسازی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
2 دانشکده دامپزشکی، دانشگاه فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران
3 موسسه فدرال آموزش، علم و فناوری سانتا کاتارینا، پردیس کریسیوما، برزیل
چکیده
در  این پژوهش برای اولین بار به اثر نانوالیاف سلولزی در ساخت چسب تراپوستی بر پایه کربوکسی‌متیل ‌سلولز جهت حمل داروی ناپروکسن و کنترل رهایش این دارو پرداخته  شده است. در این مطالعه از نانوالیاف سلولزی تولید شده از کاه کلزا جهت ساخت فیلم نانوکامپوزیت کربوکسی‌متیل‌سلولز/نانوالیاف سلولزی با فرمولاسیون مختلف استفاده شد. بررسی ویژگی‌های فیزیکی نانوکامپوزیت‌های تهیه شده نشان داد افزایش نانوالیاف سلولزی در ساختار نانوکامپوزیت سبب افزایش ضخامت فیلم نانوکامپوزیت از µm 65 به µm 86 میکرومتر گردید. همچنین نرخ انتقال بخار آب فیلم‌ کربوکسی متیل‌سلولز خالص gr/cm.24hr  00386/0 محاسبه شد که با افزودن نانوالیاف سلولزی به  gr/cm.24hr 00291/0 کاهش پیدا کرد که نشان از کاهش نفوذ مولکول‌های آب به ساختار نانوکامپوزیت‌های تهیه شده دارد. نتایج آنالیز FTIR بارگذاری موفقیت‌آمیز دارو را در ساختار فیلم‌ها تأیید نمود. بر اساس بررسی خواص مکانیکی، پارامتر استحکام مکانیکی برای فیلم کربوکسی‌متیل‌سلولز خالص برابر با MPa  3/13 اندازه‌گیری شد که بعد از افزودن نانوالیاف سلولزی به MPa 1/27 افزایش پیدا نمود. میزان بازده بارگذاری دارو فیلم کربوکسی‌متیل‌سلولز خالص برابر 20% بود که با افزودن نانوالیاف سلولزی به 3/64%  افزایش یافت. مطالعه سینتیکی رهایش دارو نشان داد به علت ساختار متراکم شبکه‌ای نانوکامپوزیت که ناشی از حضور نانوالیاف سلولزی است، انتشار دارو از فیلم‌های نانوکامپوزیتی نسبت به فیلم کربوکسی‌متیل‌سلولز خالص بسیار کند‌تر  اتفاق افتاد که رهایش آهسته و کنترل شده دارو توسط این حامل‌های دارویی را نشان می‌دهد. یافته‌های این مطالعه نشان داد فیلم‌های نانوکامپوزیتی‌ تهیه شده کاندیدای مناسبی جهت حمل داروی ناپروکسن به‌صورت  تراپوستی می‌باشند.
کلیدواژه‌ها
کربوکسی‌متیل‌سلولز
نانوالیاف سلولزی
چسب تراپوستی
بارگذاری ناپروکسن
رهایش دارو

موضوعات

[1] Abba M., Ibrahim Z., Chong C.S., Zawawi N.A., Kadir M.R.A., Yusof A.H.M., Razak S.I.A., Transdermal Delivery of Crocin Using Bacterial Nanocellulose Membrane, Fibers Polym., 20:2025-2031 (2019).
[2] Saeedi M., Farmoudeh A., Rezaeiroshan A., A Review on Current Status and Future Potential of Transdermal Patches as a Promising Drug Delivery System, J. Maz. Uni. Med. Sci. (JMUMS), 29(173): 164-175 (2019).
[3] Hashemi S.H., Montazer M., Naghdi N., Toliyat T., Formulation and Characterization of Alprazolam Transdermal Gel Based on Nanoliposomes, Med. Sci. J. Isl. Aza. Uni. Teh Med. Bra., 30(4): 376-386 (2020).
[4] Kaur R., Ajitha M., Transdermal Delivery of Fluvastatin Loaded Nanoemulsion Gel: Preparation, Characterization and in Vivo Anti-Osteoporosis Activity, Euro. J. Phar. Sci., 136:104956 (2019).
[5] Ullah W., Nawaz A., Akhlaq M., Shah K.U., Latif M.S., Alfatama M., Transdermal Delivery of Gatifloxacin Carboxymethyl Cellulose-Based Patches: Preparation and Characterization, J. Drug. Deliv. Sci. Techno., 66: 10 102783 (2021).
[6] Krathumkhet N., Imae T., Paradee N., Electrically Controlled Transdermal Ibuprofen Delivery Consisting of Pectin-Bacterial Cellulose/Polypyrrole Hydrogel Composites, Cellulose, 28:11451-11463 (2021).
[7] Tiraton T., Suwantong O., Chuysinuan P., Ekabutr P., Niamlang P., Khampieng T., Supaphol P., Biodegradable Microneedle Fabricated from Sodium Alginate-Gelatin for Transdermal Delivery of Clindamycin, Mater. Today Commun., 32:104158 (2022).
[8] Xie X., Kurashina Y., Matsui M., Nomoto T., Itoh M., Okano H.J., Nakamura K., Nishiyama N., Kitamoto Y., Transdermal Delivery of bFGF with Sonophoresis Facilitated by Chitosan Nanocarriers, J. Drug. Deliv. Sci. Techno., 75: 103675 (2022).
[9] Mandal B., Das D., Rameshbabu A.P., Dhara S., Pal S., A Biodegradable, Biocompatible Transdermal Device Derived from Carboxymethyl Cellulose and Multi-Walled Carbon Nanotubes for Sustained Release of Diclofenac Sodium, RSC Adv., 6(23): 19605-19611 (2016).
[10] Maleki M., Mohsenzadeh M., Optimization of Biodegradable Film Production Based on Carboxymethyl Cellulose and PERSIAN GUM by Response Surface Methodology, J. Food Sci. Techn. (Iran), 17(104): 41-50 (2020).
[11] قادری، ج.، حسینی س.ف.، شابازاده ا.، کارمن م.، گیلن گ.، ساخت و توصیف فیلم های زیست کامپوزیت بر پایه کربوکسی متیل سلولز/پلی وینیل الکل/ژلاتین ماهی جهت اهداف بسته بندی مواد غذایی، فناوری‌های جدید در صنعت غذا، 8(3): 383 تا 398 (2021).
[12] صالح پور ش.، یوسفی ح.، ساخت و ارزیابی خواص فیلم نانو چندسازه پلی اتیلن سبک حاوی نانو الیاف سلولزی، پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل، 27(2): 32 تا 46 (2020).
[13] Sarkar G., Orasugh J.T., Saha N.R., Roy I., Bhattacharyya A., Chattopadhyay A.K., Rana D.,  Chattopadhyay D., Cellulose Nanofibrils/Chitosan Based Transdermal Drug Delivery Vehicle for Controlled Release of Ketorolac Tromethamine, New J. Chem., 41(24): 15312-15319 (2017).
[14] Naderahmadian A., Eftekhari-Sis B., Jafari H., Zirak M., Padervand M., Mahmoudi G., Samadi M., Cellulose Nanofibers Decorated with SiO2 Nanoparticles: Green Adsorbents for Removal of Cationic and Anionic Dyes; Kinetics, Isotherms, and Thermodynamic Studies, Int. J. Biol. Macromol., 247: 125753 (2023).
[15] Nasution H., Yahya E.B., Abdul Khalil H., Shaah M.A., Suriani A., Mohamed A., Alfatah T., Abdullah C., Extraction and Isolation of Cellulose Nanofibers from Carpet Wastes Using Supercritical Carbon Dioxide Approach, Polymers, 14(2): 326 (2022).
[16] Jonasson S., Bünder A., Niittylä T., Oksman K., Isolation and Characterization of Cellulose Nanofibers from Aspen Wood Using Derivatizing and Non-Derivatizing Pretreatments, Cellulose, 27:185-203 (2020).
[17] Ratnakumar A., Samarasekara A., Amarasinghe D., Karunanayake L., The Influence of Particle Size on the Extraction of Cellulose Nanofibers Using Chemical-Ultrasonic Process, Mater. Today, 64: 274-278 (2022).
[18] جعفری پطرودی س.ر.، رنجبر ج.، رسولی گرمارودی ا.، تولید نانوالیاف سلولزی از الیاف کاه گندم با استفاده از پیش‌تیمار کربوکسیل‌دار کردن، نشریه جنگل و فرآورده های چوب، 70(4): 681 تا 689 (2017).
[19] Rahimkhoei V., Padervand M., Hedayat M., Seidi F., Dawi E.A., Akbari A., Biomedical Applications of Electrospun Polycaprolactone-Based Carbohydrate Polymers: A Review, Int. J. Biol. Macromol., 253: 126642 (2023).
[20] Dutta K., Das B., Orasugh J.T., Mondal D., Adhikari A., Rana D., Banerjee R., Mishra R., Kar S., Chattopadhyay D., Bio-Derived Cellulose Nanofibril Reinforced Poly (N-Isopropylacrylamide)-G-Guar Gum Nanocomposite: An Avant-Garde Biomaterial as a Transdermal Membrane, Polymer, 135: 85-102 (2018).
[21] Kaewchingduang R., Paradee N., Sirivat A., Niamlang S., Effects of Conductive Polyazulene and Plasticizer Embedded in Deproteinized Natural Rubber Transdermal Patch on Electrically Controlled Naproxen Release-Permeation, Int. J. Pharm., 561: 296-304 (2019).
[22] Mohanty D., Rani M.J., Haque M.A., Bakshi V., Jahangir M.A., Imam S.S., Gilani S.J., Preparation and Evaluation of Transdermal Naproxen Niosomes: Formulation Optimization to Preclinical Anti-Inflammatory Assessment on Murine Model, J. Liposome Res., 30(4): 377-387 (2020).
[23] Erfani-Moghadam V., Aghaei M., Soltani A., Abdolahi N., Ravaghi A., Cordani M., Shirvani S., Rad S.M., Balakheyli H., ST8 Micellar/Niosomal Vesicular Nanoformulation for Delivery of Naproxen in Cancer Cells: Physicochemical Characterization and Cytotoxicity Evaluation, J. Mol. Struct., 1211: 127867 (2020).
[24] Ruangmak K., Paradee N., Niamlang S., Sakunpongpitiporn P., Sirivat A., Electrically Controlled Transdermal Delivery of Naproxen and Indomethacin from Porous Cis‐1, 4‐Polyisoprene Matrix, J. Biomed Mater Res B, 110(2): 478-488 (2022).
[25] Mirzaee N., Nikzad M., Battisti R., Araghi A., Isolation of Cellulose Nanofibers from Rapeseed Straw Via Chlorine-Free Purification Method and its Application as Reinforcing Agent in Carboxymethyl Cellulose-Based Films, Int. J. Biol. Macromol., 251: 126405 (2023).
[26] Orasugh J.T., Saha N.R., Sarkar G., Rana D., Mishra R., Mondal D., Ghosh S.K., Chattopadhyay D., Synthesis of Methylcellulose/Cellulose Nano-Crystals Nanocomposites: Material Properties and Study of Sustained Release of Ketorolac Tromethamine, Carbohydr. Polym., 188: 168-180 (2018).
[27] Anirudhan T., Nair S.S., Nair A.S., Fabrication of a Bioadhesive Transdermal Device from Chitosan and Hyaluronic Acid for the Controlled Release of Lidocaine, Carbohydr. polym., 152: 687-698 (2016).
[28] Firouzjaei L.G., Mohammadi M., Darzi G.N., Nikzad M., Kazemi S., Synthesis, Characterization, and in-Vitro Evaluation of Piperine-Loaded Silica/Hydroxyapatite Mesoporous Nanoparticles, Chem. Pap., 75(12): 6465-6475 (2021).
[29] Flores F.P., Kong F., In Vitro Release Kinetics of Microencapsulated Materials and the Effect of the Food Matrix, Annu. Rev. Food Sci. Technol., 8: 237-259 (2017).
[30] Paulo F., Tavares L., Santos L., In Vitro Digestion, Bioaccessibility, and Release Kinetics Studies of Encapsulated Bioactive Compounds Obtained from Olive Mill Pomace, J. Food Meas. Charact., 16(6): 4880-4895 (2022).
[31] Wen C., Zhang Z., Liu G., Li Y., Liang L., Liu X., Xu X., Zhang J., Structure, Rheology and Gastrointestinal Release Kinetics of New-Type Curcumin-Based Nanofibers Nanohydrogel Assisted Prepared with Subcritical Water at Different Treatment Times, Food Hydrocoll., 145:109156 (2023).
[32] Quintal Martínez J.P., Ruiz Ruiz J.C., Segura Campos M.R., Release Kinetic Studies of STEVIA Rebaudiana Extract Capsules from Sodium Alginate and Inulin by Ionotropic Gelation,  Adv. Mater. Sci. Eng., 2018(1): 6354924 (2018).
[33] Nagarajan K., Balaji A., Ramanujam N., Extraction of Cellulose Nanofibers from Cocos Nucifera var Aurantiaca Peduncle by Ball Milling Combined with Chemical Treatment, Carbohydr. Polym., 212: 312-322 (2019).
[34] Ventura-Cruz S., Tecante A., Extraction and Characterization of Cellulose Nanofibers from Rose Stems (Rosa spp.), Carbohydr. Polym., 220: 53-59 (2019).
[35] Mazhari Mousavi S.M., Afra E., Tajvidi M., Bousfield D., Dehghani-Firouzabadi M., Cellulose Nanofiber/Carboxymethyl Cellulose Blends as an Efficient Coating to Improve the Structure and Barrier Properties of Paperboard, Cellulose, 24: 3001-3014 (2017).
[36] Foroutan S., Hashemian M., Khosravi M., Nejad M.G., Asefnejad A., Saber-Samandari S., Khandan A., A Porous Sodium Alginate-CaSiO 3 Polymer Reinforced with Graphene Nanosheet: Fabrication and Optimality Analysis, Fibers Polym., 22: 540-549 (2021).
[37] Alonso-Lerma B., Barandiaran L., Ugarte L., Larraza I., Reifs A., Olmos-Juste R., Barruetabeña N., Amenabar I., Hillenbrand R., A. Eceiza, High Performance Crystalline Nanocellulose Using an Ancestral Endoglucanase, Commun. Mater., 1(1): 57 (2020).
[38] Nagarajan K., Balaji A., Rajan S.T.K., Ramanujam N., Preparation of Bio-Eco Based Cellulose Nanomaterials from Used Disposal Paper Cups Through Citric Acid Hydrolysis, Carbohydr. Polym., 235: 115997 (2020).
[39] Mandal A., Chakrabarty D., Studies on Mechanical, Thermal, and Barrier Properties of Carboxymethyl Cellulose Film Highly Filled with Nanocellulose, J. Thermoplast. Compos. Mater., 32(7): 995-1014 (2019).
[40] Prado K.S., Spinacé M.A., Isolation and Characterization of Cellulose Nanocrystals from Pineapple Crown Waste and Their Potential Uses, Int. J. Biol. Macromol., 122: 410-416 (2019).
[41] Xia N., Wan W., Zhu S., Liu Q., Preparation of Crystalline Nanocellulose/Hydroxypropyl β Cyclodextrin/Carboxymethyl Cellulose Polyelectrolyte Complexes and Their Controlled Release of Neohesperidin-Copper (II) in Vitro, Int. J. Biol. Macromol., 163: 1518-1528 (2020).
[42] Ilyas R., Sapuan S., Ishak M., Isolation and Characterization of Nanocrystalline Cellulose from Sugar Palm Fibres (Arenga Pinnata), Carbohydr. Polym., 181: 1038-1051 (2018).
[43] Noreen S., Pervaiz F., Ashames A., Buabeid M., Fahelelbom K., Shoukat H., Maqbool I., Murtaza G., Optimization of Novel Naproxen-Loaded Chitosan/Carrageenan Nanocarrier-Based Gel for Topical Delivery: Ex Vivo, Histopathological, and in Vivo Evaluation, Pharmaceuticals, 14(6): 557 (2021).
[44] Hafemann E., Battisti R., Marangoni C., Machado R.A., Valorization of Royal Palm Tree Agroindustrial Waste by Isolating Cellulose Nanocrystals, Carbohydr. Polym., 218: 188-198 (2019).
[45] Chantereau G., Sharma M., Abednejad A., Neves B.M., Sèbe G., Coma V.r., Freire M.G., Freire C.S., Silvestre A.J., Design of Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drug-Based Ionic Liquids with Improved Water Solubility and Drug Delivery, ACS Sustain. Chem. Eng., 7(16): 14126-14134 (2019).
[46] Malikmammadov E., Tanir T.E., Kiziltay A., Hasirci V., Hasirci N., PCL and PCL-Based Materials in Biomedical Applications, Journal of Biomaterials Science, J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 29(7-9): 863-893 (2018).
[47] Gunathilake T.M.S.U., Ching Y.C., Chuah C.H., Abd Rahman N., Nai-Shang L., pH-Responsive Poly (Lactic Acid)/Sodium Carboxymethyl Cellulose Film for Enhanced Delivery of Curcumin in Vitro, J. Drug Deliv Sci Technol, 58: 101787 (2020).
[48] Jannatyha N., Shojaee-Aliabadi S., Moslehishad M., Moradi E., Comparing Mechanical, Barrier and Antimicrobial Properties of Nanocellulose/CMC and Nanochitosan/CMC Composite Films, Int. J. Biol. Macromol.,  164: 2323-2328 (2020).
[49] Supanakorn G., Taokaew S., Phisalaphong M., Ternary Composite Films of Natural Rubber, Cellulose Microfiber, and Carboxymethyl Cellulose for Excellent Mechanical Properties, biodegradability and chemical resistance, Cellulose, 28(13): 8553-8566 (2021).
[50] Oun A.A., Rhim J.-W., Preparation and Characterization of Sodium Carboxymethyl Cellulose/Cotton Linter Cellulose Nanofibril Composite Films, Carbohydr. Polym., 127: 101-109 (2015).
[51] Kim H.-J., Roy S., Rhim J.-W., Effects of Various Types of Cellulose Nanofibers on the Physical Properties of the CNF-Based Films, J. Environ. Chem. Eng., 9(5): 106043 (2021).
[52] Rhim J.-W., Wang L.-F., Preparation and Characterization of Carrageenan-Based Nanocomposite Films Reinforced with Clay Mineral and Silver Nanoparticles, Appl. Clay Sci., 97-98: 174-181 (2014).
[53] Soeta H., Fujisawa S., Saito T., Isogai A., Controlling Miscibility of the Interphase in Polymer-Grafted Nanocellulose/Cellulose Triacetate Nanocomposites, ACS Omega, 5(37): 23755-23761 (2020).
[54] Nadeem H., Naseri M., Shanmugam K., Dehghani M., Browne C., Miri S., Garnier G., Batchelor W., An Energy Efficient Production of High Moisture Barrier Nanocellulose/Carboxymethyl Cellulose Films Via Spray-Deposition Technique, Carbohydr. Polym., 250: 116911 (2020).
[55] Sobhan A., Muthukumarappan K., Cen Z., Wei L., Characterization of Nanocellulose and Activated Carbon Nanocomposite Films’ Biosensing Properties for Smart Packaging, Carbohydr. Polym., 225: 115189 (2019).
[56] Plappert S.F., Liebner F.W., Konnerth J., Nedelec J.-M., Anisotropic Nanocellulose Gel–Membranes for Drug Delivery: Tailoring Structure and Interface by Sequential Periodate–Chlorite Oxidation, Carbohydr. Polym., 226: 115306 (2019).
[57] Akbari A., Padervand M., Jalilian E., Seidi F., Sodium Alginate-Halloysite Nanotube Gel Beads as Potential Delivery System for Sunitinib Malate Anticancer Compound, Mater. Lett., 274: 128038 (2020).
[58] Li J., Wang Y., Zhang L., Xu Z., Dai H., Wu W., Nanocellulose/Gelatin Composite Cryogels for Controlled Drug Release, ACS Sustain. Chem. Eng., 7(6): 6381-6389 (2019).
[59] Kaur R., Sharma A., Puri V., Singh I., Preparation and Characterization of Biocomposite Films of Carrageenan/Locust Bean Gum/Montmorrillonite for Transdermal Delivery of Curcumin, BioImpacts (BI), 9(1): 37 (2019).
[60] Abbasnezhad N., Kebdani M., Shirinbayan M., Champmartin S., Tcharkhtchi A., Kouidri S., Bakir F., Development of a Model Based on Physical Mechanisms for the Explanation of Drug Release: Application to Diclofenac Release from Polyurethane Films, Polymers, 13(8): 1230 (2021).
[61] Khodadadi F., Nikzad M., Hamedi S., Lignin Nanoparticles as a Promising Nanomaterial for Encapsulation of Rose Damascene Essential Oil: Physicochemical, Structural, Antimicrobial and in-Vitro Release Properties, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp., 687: 133580 (2024).
[62] Rezaei A., Nasirpour A., Evaluation of Release Kinetics and Mechanisms of Curcumin and Curcumin-β-Cyclodextrin Inclusion Complex Incorporated in Electrospun Almond Gum/PVA Nanofibers in Simulated Saliva and Simulated Gastrointestinal Conditions, J. Bionanosci, 9: 438-445 (2019).
[63] Chávez-Falcón M.S., Buitrago-Arias C., Avila-Reyes S.V., Solorza-Feria J., Arenas-Ocampo M.L., Camacho-Díaz B.H., Jiménez-Aparicio A.R., Kinetics and Mechanisms of Saccharomyces Boulardii Release from Optimized Whey Protein–Agavin–Alginate Beads Under Simulated Gastrointestinal Conditions, Bioengineering, 9(9): 460 (2022).
[64] Adepu S., Khandelwal M.x, Bacterial Cellulose with Microencapsulated Antifungal Essential Oils: A Novel Double Barrier Release System, Mater., 9: 100585 (2020).
[65] Alruwaili N.K., Ahmad N., Alzarea A.I., Alomar F.A., Alquraini A., Akhtar S., Shahari M.S.B., Zafar A., Elmowafy M., Elkomy M.H., Arabinoxylan-Carboxymethylcellulose Composite Films for Antibiotic Delivery to Infected Wounds, Polymers 14(9): 1769 (2022).
[66] Das B., Sen S.O., Maji R., Nayak A.K., Sen K.K., Transferosomal Gel for Transdermal Delivery of Risperidone: Formulation Optimization and ex Vivo Permeation, J. Drug Deliv. Sci. Technol., 38: 59-71 (2017).