Sinteza in uporaba organskih biorazgradljivih aerogelov za kontrolirano sproščanje aktivnih substanc - Veronovski, Anja (visokošolska dela, 2013)
Veliko število polimerov danes v farmaciji uporabljajo za sintezo nosilcev aktivnih substanc. Ti polimeri morajo biti kemijsko stabilni, zanesljivi, z veliko specifično površino, primerno kemijsko strukturo površine in poroznostjo, zagotovili pa naj bi tudi nizke stroške procesiranja. Obetavni kandidati za takšno uporabo so naravni polisaharidi kot alginat, guar, ksantan, agar in citozan. V naših raziskavah smo za pripravo biorazgradljivih organskih aerogelov uporabili alginate. Alginati so varni, stabilni, netoksični in iz pridobljenih obnovljivih virov. Podobni so izvencelični matrici z veliko kemijsko prilagodljivostjo, imajo dobro biološko delovanje, njihova razgradnja pa je vodena encimsko ali celično. V vodnih raztopinah in stiku z divalentnimi kationi kot so Sr2+, Ca2+ in Ba2+ so podvrženi reverzibilnemu geliranju in nastanku ionskih vezi. Namen naše raziskave je bil sintetizirati stabilne biorazgradljive aerogele ter jih uporabiti kot nosilce aktivnih substanc nikotinske kisline in teofilina z namenom kontroliranega sproščanja iz končne formulacije. Za sol-gel sintezo alginatnihhidrogelov smo uporabili dve temeljni metodi ionskega zamreženja: difuzijsko metodo in notranjo vgrajevalno metodo. V primeru prve metode pride do zamreženja z difuzijo ionov iz raztopine v alginatno raztopino in dobimo gel v obliki sferičnih zrn. Prav tako smo okoli sferičnega jedra sintetiziralialginatne membrane zaradi možnosti bolj kontroliranega sproščanja. Pri notranji vgrajevalni metodi se kationi s pomočjo spreminjanja pH sproščajo kontrolirano iz inertnega vira kationov znotraj alginatne raztopine. Po tej metodi dobimo monolitni gel. Po pripravi hidrogela smo z uporabo 100% etanola izmenjali vodo ter dobili alkogel. Etanol smo kasneje odstranili s superkritičnim sušenjem s CO2 (100 bar, 40°C) in dobili aerogel, ki smo ga uporabili kot nosilec aktivnih substanc, dodanih med samo sol-gel sintezo. Alginatne sferične in monolitne aerogele smo analizirali z uporabo DSC, SEM-a ter porozimetrije. Proučevali smo vpliv koncentracije in viskoznosti alginata v začetni raztopini in vpliv uporabljene sintezne metode na sproščanje nikotinske kisline ter teofilina kot modelnih substanc. Izkazalose je, da z višanjem začetne koncentracije in viskoznosti alginatne raztopine dobimo bolj zamrežene aerogele z večjo mehansko močjo. Prav tako je uporaba sinteze z notranjo vgrajevalno metodo med sproščanjem modelne substance le to uspešneje zadržala v aerogelu in s tem upočasnila sproščanje. Proučevali smo tudi vpliv sproščanja aktivnih substanc iz multi-membranskih sferičnih nosilcev v odvisnosti od koncentracije alginata v vodni raztopini ter koncentracije soli CaCl2 in BaCl2. Ker je alginat anionski polisaharid, smo glede na literaturo pričakovali, da ima končni alginatni aerogel afinitetodo vezave in počasnejšega sproščanja ionskih aktivnih substanc. Rezultati so pokazali, da v primeru ionske substance nikotinske kisline z zamreženjem alginata s Ca ioni in večanjem števila membran okoli sferičnega jedra dosežemo kontrolirano sproščanje, medtem ko uporaba Ca ionov za zamreženje alginata v primeru substance teofilina ni bila uspešna, zato smo uporabili Ba ione, ki pa so uspeli v alginatnem aerogelu zadržati substanco daljši čas. Višja kot je bila koncentracija Ba ionov v vodni raztopini za zamreženje alginata, počasnejše je bilo sproščanje teofilina iz multi-membranskega sferičnega aerogela.
Keywords: Aerogeli; aerogels; controlled drug release; Disertacije; drug carriers; kontrolirano dostavljanje aktivnih substanc; naravni polisaharidi; natural polysaccharides; nosilci aktivnih substanc; organic biodegradable aerogels; organski biorazgradljivi geli; Polisaharidi; sol-gel sinteza; sol-gel synthesis