SUPERVISOR
سعید نوری خراسانی (استاد مشاور) داریوش سمنانی (استاد راهنما) ژاله ورشوساز (استاد مشاور)
STUDENT
Elham Kaviannasab
الهام کاویان نسب
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Characterization and optimization of the controlled drug delivery system of 5-Fu nanofibers made of core-sheath PCL/PVP
Recent treatment for cancer have been some how effective but this disease is not completely curable yet. The number of effective drug is increasing but most of them are with side effects. One of the main duty of drug release systems is to minimize the side effects and maximize the effectiveness. Recently controlled drug release systems have been popular because they have many advantages such as improving the effectiveness and reducing cell toxicity. Nanotechnology and Electrospun nanofibers have provided new opportunity in the drug release systems for most diseases because they have features such as flexibility, porosity, and superficial and mechanical features. Fluorouracil is one anticancer drug with highly efficient function for curing colorectal cancer, Pancreas, and liver cancer. Being highly hydrophilic and having short long life, Fluorouracil (5-FU) brings about less efficiency of the oral and venous treatments as well as severe side effects. Based on previous studies, the main advantage of using core-sheath structure in Electrospun fibers are highly effective in their prevention and reduction of the primary fast spread of the drug. Applying Electrospun Nanofibers with core-sheath structure help that drug release be control better during the treatment. The present study Electrospinned 16 core-sheath nanofibers as the samples-consisting of PCL Polymers and Polyvinylpyrrolidone with variety in material of core (PVP and PCL 100%) and sheath (PVP:PCL with 100:0, 50:50, 30:70,10:90, and 0:100 proportions) and the feed rate ( sheath:core 0.2:0.2 and 0.4:0:2) with 6% wt in the optimized condition using coaxial nozzle in 15KV voltage and with 18cm distance. The drug was loaded equal to 8 percent of polymers` weight in the nanofibers. In the first phase viscosity of solutions, the morphology, mechanical behavior, and the weight reduction percent of the 16 samples were examined and analyzed. The Findings suggested that as the PVP increases in the solution, the viscosity increases in a meaningful way. Moreover, as the PVP increases in the core and sheath, the dimeters of the samples increase and the stretching strength approximately decrease statistically. The changes of the feed rate of the sheath part to the core part did not have a meaningful effect on the morphology and the mechanical features. Having more PVP in the fiber structure causes more weight reduction of the sample in the phosphate buffered saline. Transmission Electron microscope shows the symmetric core-sheath structure of Nano-fibers with the appropriate distribution of the sheath around the core. Then with the findings review and conclusion of findings, the number of samples (16) for the drug release testing reduced to 6. Drug release testing was measured through spectroscopy method, by the spectrophotometry device during 14 days. The Nanofibers with two different cores showed two different procedures in the drug release. The distribution index and the drug kinetics model were analyzed through Peppas, zero order, first order and Higuchi equations. The selected 6 samples followed the Higuchi equations and Fick law mechanism. Finally, it was revealed that by combing and engineering proportion of the present polymers in the shell and the type of the core polymer, the release rate of the Fluorouacil (5-FU) for each target fiber could be adjusted based on diagnose and treatment protocol. Keywords : Core-Sheath Nanofibers, Fluorouacil (5-FU), Drug Release, Anticancer, Polycaprolactone, Polyvinylpyrrolidone, Electrospinning.
در سال های اخیر روش های درمان سرطان، تاحدودی موثرتر واقع شده اند اما هنوز این بیماری به طور کامل قابل درمان نیست. تعداد دارو های موثر برای درمان این بیماری روز به روز در حال افزایش است، اما اغلب این دارو ها دارای عوارض جانبی شدید می باشند. این دارو ها زمانی مفید هستند که فواید حاصل از آن ها بیشتر از عوارض جانبی ناشی ازآن ها باشد. یکی از وظایف سیستم های رهایش دارو، حداقل رساندن عوارض جانبی همراه با افزایش اثربخشی دارویی است. اخیرا سیستم های رهایش کنترل شده دارو به دلیل مزایای بسیار همچون بهبود اثربخشی و کاهش سمیت سلولی توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. در این بین، نانو تکنولوژی و استفاده ازنانو الیاف الکتروریسی شده به سبب خواصی از قبیل سطح مخصوص بالا، انعطاف پذیری، تخلخل، خواص سطحی و مکانیکی، فرصت های جدیدی را در استفاده از سیستم های کاشت رهایش دارو برای درمان اغلب بیماری ها فراهم کرده است. پیشرفت الکتروریسی در سال های اخیر نوید بخش روش های امیدوارکننده برای رهایش دارو های ضد سرطان به خصوص در مرحله شیمی درمانی بعد از جراحی است که به عنوان روش های بسیار موثر پسا جراحی شناخته می شوند. داروی 5-فلوئوروراسیل از دسته دارو های ضد سرطان با عملکردی گسترده در درمان سرطان های روده بزرگ، پنکراس، کبد و غیره است. آبدوستی بالا و نیمه عمر پایین این دارو منجر به کاهش بازدهی درمان در روش های درمان خوراکی و وریدی و همچنین بروز عوارض جانبی شدید در بیمار می شود. در مطالعات صورت گرفته مزیت اصلی استفاده از ساختار پوسته - مغزی در الیاف الکتروریسی شده بدین صورت گزارش شده است که این ساختار در پیش گیری و کاهش انتشار سریع اولیه دارو بسیار موثر و موفق واقع شده است. بهره گیری از نانو الیاف الکتروریسی شده با ساختار پوسته-مغزی کمک به کنترل بهتر رهایش دارو در حین فرآیند درمان می شود. در پژوهش انجام شده 16 نمونه نانو الیاف پوسته-مغزی مرکب از پلیمر های پلی ?-کاپرولاکتون و پلی وینیل پیرولیدون با تنوع در جنس مغزی (PVP و PCL 100%) و پوسته (PCL:PVP با نسبت های 100:0، 50:50، 30:70، 10:90 و 0:100) و نرخ تغذیه ( پوسته :مغزی 0.2: 0.2 و 0.2: 0.4 ) با غلظت 6 درصد وزنی در شرایط بهینه با استفاده از نازل هم محور در ولتاژ 15کیلوولت و فاصله 18 سانتی متر الکتروریسی شدند. دارو به مقدار 8 درصد از وزن پلیمر ها در نانو الیاف بار گذاری شد. در مرحله اول گرانروی محلول ها، مورفولوژی، رفتار مکانیکی و درصد کاهش وزن 16 نمونه بدون دارو مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که با افزایش پلی وینیل پیرولیدون در محلول، گرانروی به طور معناداری افزایش می یابد. همچنین افزایش پلی وینیل پیرولیدون در پوسته و مغزی باعث افزایش قطر و کاهش تقریبی استحکام کششی در نمونه ها از نظر آماری می گردد. تغییرات نسبت نرخ تغذیه بخش پوسته به بخش مغزی اثر معناداری بر روی مورفولوژی و خواص مکانیکی از خود نشان نداد. وجود PVP بیشتر در ساختار الیاف سبب درصد کاهش وزن بیشتر نمونه ها در محلول بافر فسفات شد. طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه برای بررسی برهمکنش های احتمال بین دارو و اجزای پلیمر از نانو الیاف حاوی دارو نشان داد که دارو در ساختار نانو الیاف دچار تغییر شیمیایی نشده است. میکروسکوپ الکترونی عبوری نیز ساختار پوسته-مغزی متقارن نانو الیاف را با توزیع مناسب پوسته در اطراف هسته به تصویر کشید. سپس با مرور و جمع بندی نتایج به دست آمده، تعداد نمونه ها برای آزمایش رهایش دارو از 16 به 6 عدد کاهش پیدا کرد. آزمایش رهایش دارو به روش طیف بینی با دستگاه اسپکتروفتومتری طی 14 روز اندازه گیری شد. نانو الیاف با دو نوع مغزی مختلف، دو روند مختلف در رهایش دارو از خود نشان دادند. شاخص انتشار و مدل سینتیکی دارو با استفاده از معادله های پپاس، درجه صفر، درجه یک و هیگوچی تحلیل شد. 6 نمونه انتخاب شده از مکانیسم فیکی و مدل هیگوچی تبعیت کردند. در نهایت مشخص شد که با ترکیب و مهندسی نسبت پلیمر های موجود در پوسته و نوع پلیمر مغزی می توان نرخ رهایش داروی 5-فلوئوروراسیل را برای هر نوع بافت هدف بر اساس تشخیص و پروتکل درمانی تنظیم نمود. کلمات‌کلیدی: نانو الیاف پوسته-مغزی، 5-فلوئوروراسیل، رهایش دارو، ضد سرطان، پلی ?-کاپرولاکتون، پلی وینیل پیرولیدون، الکتروریسی