تحلیل و بهینه سازی شرایط الکتروریسی و نسبت ترکیب نانو الیاف پلی کاپرولاکتان / ژلاتین در رهایش کنترل شده داروی 5- فلوئوروراسیل

STUDENT

DEGREE

YEAR

An important challenge in treating cancer in general is to find a technology for a controlled targeted drug delivery and release to eradicate tumor cells while sparing normal cells. Electrospun nanofibers have attracted much interest for use as drug delivery vehicles in recent years. In this study, nanofibers were fabricated through blending of synthetic polymer, Poly ( -caprolactone) (PCL) and a natural polymer, Gelatin (Ge) using electrospinning technique in order that loading anticancer, hydrophilic drug, 5- Fluorouracil (5-FU) in nanofibers and eventually analysis the kinetics of 5-FU release . Blend nanofibers were prepared in various ratios of the PCL-Ge (100:0, 90:10, 70:30 and 50:50) with three group different processing parameters with the aim of analysis and optimization of electrospun nanofibers in controlled drug delivery of 5-FU. In comparison to the blend nanofibers for more investigate controlled drug release of 5-FU, three groups of the PCL-Ge (90:10, 70:30 and 50:50) core- shell nanofibers were fabricated using PCL (10% w/v) as a sheath and Ge (10% w/v) as the core in the same coaxial electro- spinning condition. The mixture of acetic acid (AA) with formic acid (AF; 3:1) was applied as non- or low-toxic polymer- solvent system for preparing all electrospinning solutions. SEM images did not show any inhomogeneity along the fibers, despite the fact that the mixture of PCL and Ge in AA/AF solvent showed emulsive structure. The analysis of mechanical properties showed a decrease of strain with increasing gelatin content and stress was changed in relation to nanofibers diameter. The core- shell structure was demonstrated by TEM. FTIR indicated that 5-FU is well distributed in PCL-Ge nanofibers, forming an H-bonds. DSC results demonstrated that 5-FU is distributed in the fiber matrix in an amorphous state. Weight loss measurements at different times, ranging from 1 to 14 days in solution at 37 , was performed to assess the kinetics of nanofibers degradation. Results showed much faster degradation in nanofibers electrospun from the greatest amount of gelatin. The drug release study was carried out at 37 in (pH= 7.4) for a different time duration (0-168 hour). 5-FU release with each time point indicated very fast 5-FU leaching from all blend nanofibers compared to core-shell ones. The faster 5-FU loss was observed in the first 2 hours of release profile. In conclusion, the controlled drug delivery nanofibers system has prepared for anticancer drug delivery. These nanofibers can combination to each other and offer a different controlled drug release system for encapsulation and fast release of 5-FU and indeed other anti- cancer therapeutics. Keywords: Anti- cancer, 5- Fluorouracil, Controlled drug delivery, Nanofiber, Electrospinning, Blend, Core- shell.

سرطان بیماری مهلکی است که از دیرباز بشر دامن¬گیر آن شده و از آن رنج می¬برد. در این پژوهش به دنبال تحت کنترل درآوردن خواص آبدوستی داروی 5- فلئوروراسیل و ایجاد سامانه¬ای جهت رهایش کنترل¬شده این داروی ضدسرطان، تولید نانوالیاف حاصل از الکتروریسی پلی ?-کاپرولاکتون (PCL) و ژلاتین (Ge) با ترکیب حلال غیرسمی و مقرون به صرفه اسیداستیک- اسیدفرمیک (1:3)، هم بصورت مخلوط با غلظت 12% وزنی-حجمی و با نسبت¬های پلیمری PCL:Ge 100:0، 90:10، 70:30 و50:50، در سه گروه با شرایط متفاوت الکتروریسی، انجام شد و هم به صورت پوسته- مغزی با غلظت یکسان 10% وزنی- حجمی، با شرایط یکسان و تنها با تغییر نرخ تغذیه متناسب با نسبت¬های حضور پلیمرهای PCL:Ge (90:10، 70:30 و 50:50) در ساختار صورت گرفت. در الکتروریسی نمونه¬های با دارو غلظت دارو مقدار ثابت 1/2 درصد از وزن پلیمرها در نظر گرفته شد و برای نانوالیاف پوسته- مغزی، دارو در مغزی (ژلاتین) بارگذاری شد. نتایج نشان داد که ویسکوزیته محلول پلیمری، با افزایش سهم ژلاتین در مخلوط پلیمری کاهش یافت. نتایج تصاویر SEM نانوالیاف نشان داد که میانگین قطری نانوالیاف نوع مخلوط، با افزودن ژلاتین نسبت به PCL خالص به جهت کاهش ویسکوزیته، کاهش یافته است اما مطابق با خاصیت امولسیونی محلول الکتروریسی، با افزایش ژلاتین در نسبت¬های بالا قطر نانوالیاف نیز افزایش یافته است. در نوع پوسته- مغزی با افزایش نرخ تغذیه مغزی از 04/0 به 12/0 میلی¬لیتر بر ساعت بدلیل تاثیر افزایش نرخ تغذیه، قطر نانوالیاف پوسته- مغزی افزایش یافته است اما با افزایش بیشتر نرخ تغذیه تا 2/0 میلی¬لیتر بر ساعت، اثر حضور بیشتر ژلاتین با ویسکوزیته پایین منجر به کاهش قطر نانوالیاف شده است. در شرایط الکتروریسی متفاوت نیز افزایش نرخ تغذیه و کاهش نسبت ولتاژ به فاصله الکتروریسی اثر معنا داری بر روی قطر نانوالیاف داشته است و میانگین قطری نانوالیاف با افزایش همراه بوده است. نتایج میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) نشان داد که نانوالیاف بصورت موفقیت آمیزی بصورت پوسته- مغزی الکتروریسی شده¬اند. اندازه¬گیری میانگین اندازه حفرات بین نانوالیاف نیز نشان داد که آن جا که میانگین قطری نانوالیاف کمترین است اندازه حفرات نیز کمترین است و مطابق با تغییرات قطر تغییر می¬کند. نتایج آزمایشات مکانیکی نشان داد که میانگین استحکام کششی لایه نانوالیافی نوع مخلوط با حضور ژلاتین و تاثیری که بر میانگین قطر نانوالیاف دارد، ارتباط معناداری دارد و نمونه¬های PCL-Ge با نسبت 90:10 با کمترین میانگین قطر نانوالیاف بیشترین میانگین استحکام کششی را دارند. با افزایش ژلاتین میانگین کرنش نانوالیاف نسبت به PCL خالص کاهش یافته است. در خصوص نانوالیاف پوسته- مغزی به دلیل خصوصیات مکانیکی ضعیف ژلاتین حاضر در مغزی، با افزایش ژلاتین هم میانگین استحکام کششی و هم میانگین کرنش لایه¬های نانوالیافی کاهش یافته است. نتایج آزمون FTIR نیز حضور پلیمرها در ساختار نانوالیاف و داروی بارگذاری شده در نانوالیاف را تایید نمود. نتایج DSC نشان داد که حضور دارو در کنار پلیمرها تداخلی با یکدیگر ایجاد نکرده است و داروی مورد استفاده دارای توزیع مناسبی در ساختار نانوالیاف الکتروریسی شده می¬باشد. نتایج آزمایش تخریب¬پذیری در بافرفسفات pH=7 برای مدت 14روز مشخص کرد که با افزایش سهم ژلاتین، تخریب پذیری نانوالیاف افزایش می¬یابد که این به دلیل افزایش خواص آبدوستی نانوالیاف می¬باشد، بطوریکه نانوالیاف PCL-Ge با نسبت 50:50 در انتهای 14روز در حدود 50 تا 60 درصد از وزن خود را از دست داده¬اند و در نوع پوسته- مغزی با نسبت 50:50 میزان تخریب در حدود70 درصد بوده است. پروفایل رهایش داروی 5- فلئوروراسیل در محیط بافرفسفات با pH=7 ، مطالعه و مقدار داروی حل شده در این محیط با استفاده از اسپکتروفتومتری UV تعیین شد. نتایج رهایش نشان داد که نرخ رهایش دارو تحت تاثیر نسبت ژلاتین در ساختار، اندازه منافذ لایه-های نانوالیافی و نوع نانوالیاف می¬باشد. با افزایش مقدار ژلاتین در نانوالیاف، رهایش 5- فلئوروراسیل از بستر پلیمری افزایش یافته است بطوریکه برای نانوالیاف با نسبت 50:50 در نوع مخلوط رهایش اولیه در دوساعت حدود 68 درصد و در نوع پوسته- مغزی حدود47 درصد بود و به ترتیب در انتهای بازه زمانی رهایش میزان 100 و 90 درصد دارو از بستر پلیمری خود خارج شده است. نتایج همچنین نشان داد که رهایش دارو از نانوالیاف پوسته- مغزی به دلیل محصور شدن ژلاتین در مغزی و حضور PCL در پوسته، کمتر از نوع مخلوط خود بودند. نتایج بدست آمده رهایش دارو از غشاهای مختلف PCL-Ge، استفاده از نانوالیاف ساخته شده برای رهایش کنترل شده داروی 5- فلئوروراسیل را امکان پذیر می¬ساخت. کلمات کلیدی: ضدسرطان، نانوالیاف، رهایش دارو، 5- فلئوروراسیل، پلی ?-کاپرولاکتون، ژلاتین، الکتروریسی، مخلوط، پوسته- مغزی.