Departamentul de științe farmaceutice, Facultatea de Farmacie, Universitatea Yarmouk, Irbid, Iordania

diferitelor

Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, Universitatea din Strathclyde, 161 Cathedral Street, G4 0RE Glasgow, Regatul Unit

Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, Universitatea din Strathclyde, 161 Cathedral Street, G4 0RE Glasgow, Regatul Unit

Colegiul Oman de Științe ale Sănătății, Școala de Farmacie, Muscat, Oman

Institute of Infection Immunity and Inflammation, College of MVLS, Universitatea din Glasgow, Glasgow, Regatul Unit

Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, Universitatea din Strathclyde, 161 Cathedral Street, G4 0RE Glasgow, Regatul Unit

Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, Universitatea din Strathclyde, 161 Cathedral Street, G4 0RE Glasgow, Regatul Unit

1 Departamentul de științe farmaceutice, Facultatea de Farmacie, Universitatea Yarmouk, Irbid, Iordania
2 Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, Universitatea din Strathclyde, 161 Cathedral Street, G4 0RE Glasgow, Regatul Unit
3 Colegiul Oman de Științe ale Sănătății, Școala de Farmacie, Muscat, Oman

4 Institute of Infection Immunity and Inflammation, College of MVLS, Universitatea din Glasgow, Glasgow, Regatul Unit

  1. E-mail de autor corespondent

Editor asociat: J. Lahann
Beilstein J. Nanotechnol. 2019, 10, 1826–1832. https://doi.org/10.3762/bjnano.10.177
Primit 16 mai 2019, Admis 16 august 2019, Publicat 05 septembrie 2019

Abstract

Cuvinte cheie: curcumina; livrarea de medicamente; amestecarea microfluidică; nanoparticule niosomi

Introducere

Aceste eforturi au fost raportate în mai multe studii. De exemplu, Guo și colab. au fost capabili să încapsuleze eficient curcumina în nanoparticule polimerice preparate folosind un microcanal fabricat. Nanoparticulele polimerice preparate au avut o dimensiune medie a particulelor de 167 nm cu o capacitate de încărcare a curcuminei de 15% [11]. Folosind nanoparticule niosomice compuse din surfactanți neionici diferiți preparați prin metoda de evaporare a solventului, Xu și colab. au reușit să obțină o eficiență de încărcare a curcuminei de aproximativ 92% și au măsurat o activitate citotoxică sporită împotriva celulelor cancerului ovarian, comparativ cu curcumina dispersată liber [9]. Amestecul microfluidic este o metodă recent dezvoltată pentru prepararea niosomilor, care permite controlul dimensiunii particulelor și al polidispersității, fără a fi necesară o etapă de reducere a dimensiunii după prepararea particulelor [12]. Niosomii pot fi preparați în cadrul caracteristicilor necesare într-o singură etapă, care poate fi utilizată ulterior pentru preparatele la scară industrială de mari dimensiuni [13].

În lucrarea de față, niosomii pentru încapsularea curcuminei au fost preparați prin amestecare microfluidică. Amestecarea microfluidică este o metodă rapidă și fiabilă pentru prepararea niosomilor, care permite prepararea particulelor mici și monodisperse în câteva secunde. Diferite formulări care încapsulează curcumina au fost preparate prin amestecare microfluidică prin variația agenților tensioactivi și a parametrilor de amestecare. Anterior, laboratorul nostru a dezvoltat cu succes niosomi goi prin amestecare microfluidică folosind diferite tipuri de agenți tensioactivi, cum ar fi Tween 85 sau Span 85, la rapoarte diferite. În această lucrare, acești surfactanți au fost folosiți pentru a examina eficiența niosomilor preparați în încapsularea curcuminei. Au fost evaluate caracteristicile fizico-chimice și a fost evaluată capacitatea niosomilor de a încapsula și apoi a elibera curcumina încărcată.

Experimental

Materiale

Monooleat de sorbitan (Span 80, SP80), trioleat de polioxietilensorbitan (Tween 85, T85), colesterol (Chol), curcumină, etanol, metanol și membrane de celuloză cu greutate moleculară tăiată = 14000 au fost achiziționate de la Sigma-Aldrich (Marea Britanie).

Prepararea niozomilor SP80 și T85 prin amestecare microfluidică

Niosomii compuși din SP80 sau T85 ca surfactant cu Chol au fost preparați utilizând amestecarea microfluidică pe un NanoAssemblrTM (Benchtop, Precision NanoSystems Inc., Vancouver, Canada) așa cum a fost descris anterior [12]. Procesul de amestecare are loc într-un cartuș microfluidic cu structuri eșalonate, care are două intrări, una pentru faza organică și cealaltă pentru faza apoasă. Faza organică a fost preparată prin dizolvarea componentelor lipidice (Sp80 sau T85 cu Chol la un raport molar 50:50) cu sau fără curcumină în etanol în timp ce faza apoasă a fost apă deionizată. Procesul de amestecare a fost realizat la 50 ° C folosind un bloc de încălzire. Ambele faze au fost injectate în microcanal folosind seringi de unică folosință prin pompe de seringă. Niosomii au fost preparați la rapoarte de debit 1: 1 și 3: 1 (FRR) între fazele apoase și lipidice și toate formulările au fost preparate la un debit total de 4 ml/min. Concentrațiile inițiale de curcumină au fost de 410 μg/ml și 210 μg/ml pentru formulările preparate la 1: 1 și respectiv 3: 1 FRR.

Îndepărtarea medicamentului neîncapsulat

Curcumina neîncapsulată a fost îndepărtată prin dializă de zece ori volumul de apă deionizată sub agitare continuă la temperatura camerei. În diferite momente de timp, s-a luat 1 ml din mediul de dializă și cantitatea de curcumină a fost măsurată utilizând spectroscopia de absorbție UV la 421 nm folosind un spectrofotometru HELIOS ALPHA ThermoSpectronic (Thermo Fisher Scientific, Marea Britanie). Concentrația de curcumină a fost determinată utilizând o curbă de calibrare a medicamentului pur în metanol. După îndepărtarea fiecărei probe, s-a adăugat 1 ml de apă deionizată la mediul de dializă pentru a menține condițiile de chiuvetă. Dializa a fost efectuată până când a fost detectată o concentrație constantă de curcumină în mediul de dializă.

Caracterizarea fizico-chimică a niosomilor

Analiza dimensiunii particulelor

Dimensiunea medie a particulelor (ZMedia) și PDI-ul niosomilor cu și fără curcumină au fost măsurate prin împrăștiere dinamică a luminii (DLS) utilizând un Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments Ltd., UK). Toate probele au fost diluate la 1/20 folosind apă deionizată și măsurătorile în triplicat au fost luate la 25 ° C.

Morfologie niosomică

Examenul morfologic al niosomilor pregătiți a fost determinat cu ajutorul unui microscop electronic cu transmisie (TEM). Pe scurt, rețelele de cupru acoperite cu carbon (400 mesh, agar științific) au fost descărcate în aer pentru 30 de secunde. Soluția de probă (3 uL) a fost turnată prin picurare pe grile și apoi a fost colorată negativ folosind acetat de uranil. Fiecare probă a fost lăsată să se usuce după aceea într-un mediu fără praf înainte de imagistica TEM. Probele uscate au fost apoi imaginate folosind un JEOL JEM-1200EX TEM (JEOL, Tokyo, Japonia) care funcționează la o tensiune de accelerare de 80 kV.

Determinarea eficienței încapsulării curcuminei

După îndepărtarea curcuminei neîncapsulate prin dializă, 100 pl din fiecare formulare niosomică (scoasă din tubulatura de dializă) au fost lizate cu metanol pentru a elibera curcumina încapsulată, care a fost apoi cuantificată la absorbția UV la 421 nm. Eficiența încapsulării (EE) a curcuminei a fost determinată în conformitate cu următoarea ecuație:

Experimentele au fost efectuate în trei exemplare și se raportează media ± SD.

Profilul de eliberare in vitro al curcuminei

După îndepărtarea curcuminei necapsulate, 3 ml din fiecare formulare încărcată cu curcumină au fost plasate în tuburi de dializă separate și dializate de zece ori volumul de apă deionizată, la 37 ° C sub agitare continuă. Probele au fost prelevate în fiecare zi pentru un total de 21 de zile. La fiecare moment, 1 ml din mediul de dializă din fiecare formulare de niosomi a fost luat și înlocuit cu 1 ml proaspăt de apă deionizată preîncălzit la 37 ° C. La fiecare moment, absorbanța a fost măsurată la 421 nm și concentrația curcuminei eliberate a fost determinată în raport cu o curbă de calibrare. Experimentele au fost efectuate în trei exemplare și se raportează media ± SD.

analize statistice

Semnificația statistică a fost evaluată prin analiza unică a varianței (ANOVA) și testul de comparație multiplă Tukey și t-testul a fost efectuat pentru comparații perechi utilizând software-ul Minitab®, State College, PE. Diferențele au fost considerate semnificative statistic pentru p

Rezultate si discutii

Pregătirea niosomilor utilizând amestecarea microfluidică

Două tipuri de surfactant (SP80 și T85) cu col au fost utilizate pentru a prepara niosomi. Scopul a fost de a vedea efectul schimbării tipului de surfactant asupra încapsulării curcuminei. Fiecare formulare a fost preparată la două FRR diferite între fazele apoase și lipidice în timpul amestecării microfluidice. Tabelul 1 prezintă dimensiunile particulelor calculate folosind DLS pentru formulările niosome. La 1: 1 FRR, schimbarea tipului de surfactant din SP80 în T85 a dus la o semnificativă (p

Tabelul 1: Mărimea și distribuția pentru niosomi preparați prin amestecarea microfluidică cu două tipuri de surfactanți neionici la două FRR diferite. Rezultatele reprezintă media ± SD a citirilor triplicate.

Dimensiunea probei particulelor goale (nm) PDI a particulelor goale Dimensiunea particulelor încărcate (nm) PDI a particulelor încărcate
SP80 1: 1 142,30 ± 1,05 0,14 ± 0,05 144,50 ± 1,84 0,17 ± 0,05
SP80 3: 1 70,51 ± 0,43 0,11 ± 0,04 70,26 ± 0,20 0,09 ± 0,02
T85 1: 1 228,33 ± 17,56 0,33 ± 0,04 231,75 ± 22,70 0,34 ± 0,03
T85 3: 1 71,31 ± 0,70 0,07 ± 0,01 75,41 ± 1,03 0,09 ± 0,02

Morfologie niosomică

TEM a fost utilizat pentru a examina caracteristicile morfologice ale niosomilor și rezultatele sunt ilustrate în Figura 1. Rezultatele au indicat faptul că niosomii pregătiți au fost aproape sferici, cu diametre care se potrivesc cu rezultatele obținute din DLS. Mai mult, imaginile TEM confirmă în mod clar efectul modificării FRR asupra dimensiunilor particulelor, unde particule mai mici au fost obținute la un raport de 3: 1 comparativ cu un raport de 1: 1 pentru ambele formulări. Aceste rezultate confirmă rezultatele raportate anterior despre niosomi pregătiți prin amestecare microfluidică [15].

Figura 1: Imagini TEM ale niozomilor (A) SP80 pregătiți la 1: 1 FRR, (B) Niozomilor SP80 preparați la 3: 1 FRR, (C) Niozomilor T85 preparați la 1: 1 FRR, (D) Niosomilor T85 preparați la 3: 1 FRR.

Figura 1: Imagini TEM ale niozomilor (A) SP80 preparați la 1: 1 FRR, (B) Niozomilor SP80 preparați la 3: 1 FRR, (C) T85.

Incapsularea curcuminei

Potențialul unui sistem de livrare a nanoparticulelor poate fi prezis pe baza valorilor sale de eficiență a încapsulării (EE). Datele EE pentru cele două preparate niosomice din două FRR diferite au fost determinate folosind o curbă standard de curcumină (Figura 2) așa cum se arată în Tabelul 2. Utilizarea T85 a dus la op

Figura 2: Curbă curcumină standard măsurată prin spectroscopie UV la 421 nm.

Figura 2: Curbă curcumină standard măsurată prin spectroscopie UV la 421 nm.

Masa 2: Eficiența încapsulării (% EE) pentru curcumină folosind niosomi pregătiți cu doi surfactanți neionici diferiți la doi FRR diferiți. Rezultatele reprezintă media ± SD a citirilor triplicate.

Eșantion de curcumină% EE
SP80 1: 1 1,21 ± 0,03
SP80 3: 1 10,59 ± 0,05
T85 1: 1 9,57 ± 0,02
T85 3: 1 59,45 ± 0,20

Gupta și colab. niosomi pregătiți compuși din Span 60 și chol la un raport molar de 70:30 folosind metoda de evaporare inversă pentru prepararea nanoparticulelor și au obținut aproximativ 68% curcumină EE [19], care este comparabilă cu prepararea noastră de niosomi folosind T85 la 3: 1 FRR. În mod similar, Manca și colab., A obținut curcumina EE de aproximativ 66% folosind lipozomi care conțin polianion hialuronat de sodiu [8]. Ozeki și colab., Au preparat un PLGA PEGilat încărcat cu curcumină prin amestecare microfluidică și au obținut un EE de aproximativ 50% [20]. Aici, un nivel ridicat de EE de aproximativ 60% a fost realizat folosind nanoparticule de niosomi compuse din T85 ca agent tensioactiv neionic.

Eficiența încapsulării nanoparticulelor niosomi depinde de mai mulți factori legați de caracteristicile surfactantului neionic și de raportul molar dintre surfactant și colesterol [21]. S-a raportat că dimensiunea grupului capului hidrofil, lungimea lanțului agentului tensioactiv neionic, echilibrul hidrofil - lipofil (HLB) și temperatura de tranziție de fază (Tc) a surfactantului din formularea niosomilor ar afecta semnificativ eficiența încapsulării pentru diferite medicamente [22]. Aici, două tipuri diferite de surfactanți neionici au fost folosiți la prepararea niosomilor pentru încapsularea curcuminei și, deoarece acești doi surfactanți au caracteristici diferite, acest lucru ar explica diferențele în EE de curcumină între formulările preparate.

Profilul de eliberare in vitro al curcuminei

Eliberarea in vitro a curcuminei din niosomi este prezentată în Figura 3 și prezintă un model bifazic în care a avut loc o explozie inițială urmată de o eliberare constantă și apoi a început un alt model de eliberare urmat de o eliberare constantă pentru toate preparatele niosomice. Rata de eliberare a exploziei a atins un maxim în termen de două zile de la depozitare și apoi concentrația de eliberare a curcuminei a fost constantă până în ziua 5, unde a urmat apoi o creștere.

Figura 3: Profilul de eliberare a curcuminei din diferitele preparate niosomate atunci când este depozitat la 37 ° C.

Figura 3: Profilul de eliberare a curcuminei din diferitele preparate niosomate atunci când este depozitat la 37 ° C.