Skip to main content
SUPERVISOR
سعید نوری خراسانی (استاد راهنما) شهلا خلیلی (استاد مشاور) محمدرضا مولویان جزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hadi Rahnama
هادی رهنما

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Improvement of cell adhesion properties of chitosan hydrogel containing indomethacin by chemical modification with dopamine and inulin
Hydrogels are three-dimensional polymer networks with high water absorption capacity. Regarding the medical application, biocompatibility and non-toxicity serve as essential requirements for hydrogels. Hydrogels are widely used in the development of smart drug delivery systems. The softness and hydrophilic nature of hydrogels make these compounds particularly suitable as modern drug delivery systems. Also the high porosity allows hydrogels to incorporate drugs into their gel matrix with controllable release properties. In this study, the purpose of making a hydrogel is to load and release the drug purposefully. First, the chitosan-dopamine hydrogel was prepared using inulin as the crosslinking agent, then the oxidized inulin was grafted to chitosan on one side and to dopamine on the other. Suitable analysis methods were utilized for the optimization of fabricated hydrogels with various crosslinking density. Scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermal analysis, and elemental analysis were used to characterize the hydrogel. Also, the swelling capability, equilibrium water content, and degradation rate were evaluated, and then the loading and release of Indomethacin in the hydrogel were investigated. FTIR and elemental analysis confirmed the presence of inulin in the hydrogels network as well as interactions of chitosan with dopamine and inulin. SEM images also showed that the porosity decreased from 550±60 to 260±30 ?m as crosslinking density increased due to compression of the structure. Also, with increasing the crosslinking density, the rate of degradation, swelling and release of the drug decreased at all pH, and the highest rates of degradation, swelling and release of the drug were reported at acidic, alkaline and neutral pH, respectively. With increasing crosslinking factor, the degradation temperature of the samples increased. Also, hydrogels exhibited positive charge at acidic pH, negative charge at basic pH, and partially positive charge at neutral pH. These properties are related to the bi-functionality of dopamine and amine groups of chitosan which provide appropriated conditions to interact with drug with positive or negative charge. Also, as the crosslinking density increases, the porosity of the sample decreases due to more difficult access to the functional groups. The results showed that, with increasing percentage of crosslinking density, hydrogel degradation decreased from 42% to 31% in acidic environment after 7 days. Also, drug release after 6 hours in acidic environment was reported for the sample with the highest percentage of crosslinking density (sample 4) 33% and for the sample with the lowest percentage of crosslinking agent (sample 1) 75%. Also after 4 hours, the water absorption rate in the neutral medium was 1130% for the sample 4 and 1350% for the sample 1. Also, hydrogels had high adhesion to the tissue, even under wet conditions, which is due to the presence of catechol groups in the hydrogel structure, which increases the adhesion strength from 0.673 KPa to 0.740 KPa for sample 4, which has the highest percentage of crosslinking. Keywords: chitosan, drug delivery, crosslink inulin hydrogel, drug release, swelling, degradation
هیدروژلها شبکههای پلیمری سهبعدی، با ظرفیت جذب بسیار زیاد آب هستند. برای کاربرد هیدروژلها در زمینههای پزشکی، مهم است که هیدروژل، زیستسازگار و غیرسمی باشد. هیدروژلها به طور گستردهای در گسترش سیستمهای رهایش داروی هوشمند استفاده میشوند. ماهیت نرمی و آبدوستی هیدروژلها، این ترکیبات را به طور ویژه به عنوان سامانههای دارورسانی نوین مناسب کرده است و تخلخل زیاد که از مشخصه هیدروژلهاست، امکان بارگذاری دارو درون ماتریس ژل و سپس رهایش آن را فراهم میکند. در این پژوهش هدف ساخت هیدروژل، بارگذاری و رهایش هدفمند دارو است. ابتدا هیدروژل کیتوسان- دپامین با استفاده از اینولین به عنوان عامل اتصال عرضی ساخته شد، سپس اینولین اکسید شده از یک طرف به کیتوسان و از طرف دیگربهدپامین متصل میشود. هیدروژل ساخته شده دارای درصدهای مختلف عامل اتصال عرضی بوده وبرای هردرصد آنالیز های مربوطه برای بهینه سازی انجام شد. آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی -طیفسنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه -آنالیز حرارتی و آنالیز عنصری جهت مشخصه یابی هیدروژل استفاده شد. همچنین قابلیت تورم میزان آب تعادلی نرخ تخریب آن ارزیابی شد و در ادامه بارگذاری و رهایش داروی ایندومتاسین در هیدروژل بررسی شد، بررسی ها نشان میدهد طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه و آنالیز عنصری وجود اینولین در ساختار و برهم کنش کیتوسان با دپامین و اینولین را تایید کرد. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ثابت کرد که با افزایش عامل اتصال عرضی به دلیل فشرده شدن ساختار میزان تخلخلها از 67 ±557 به 37±967 میکرومترکاهش یافت. همچنین با افزایش عامل اتصال عرضی نرخ تخریب ، میزان تورم و رهایش دارودر تمامی pH کاهش یافت و باالترین میزان تخریب، تورم ورهایش دارو به ترتیب در pH اسیدی، بازی و خنثی گزارش شد. با افزایش عامل اتصال عرضی دمای تخریب نمونهها افزایش یافت.همچنین در pH اسیدی هیدروژل ساخته شده دارای بار مثبت و درpH بازی دارای بار منفی و در pH خنثی دارای مقداری جزئی بار مثبت گزارش شد به دلیل دو عاملی بودن دپامین و وجود گروه های آمین کیتوسان است، که شرایط خوبی را برای برهمکنش با دارو با بار منفی و مثبت ایجاد میکند. همچنین با افزایش عامل اتصال عرضی به دلیل دسترسی سختتربه گروههای عاملی تخلخل نمونه کمتر میشود. نتایج نشان داد که، با افزایش درصد عامل اتصال عرضی تخریب هیدروژل بعد از گذشت 0 روز از 49 درصد به 39 درصد در محیط اسیدی کاهش یافت. همچنین رهایش دارو بعد از گذشت 6 ساعت در محیط اسیدی برای نمونه با باالترین درصد عامل اتصال عرضی)نمونه ی 4 ) 33 درصد و برای نمونه با پایین ترین درصد عامل اتصال عرضی)نمونه ی 9 ) 05 درصد گزارش شد، همچنین بعد از گذشت 4 ساعت میزان جذب آب در محیط خنثی برای نمونه ی 4: 9937 درصد و برای نمونه ی 9: 9357 درصد گزارش شد. همچنین هیدروژل ساخته شده قابلیت چسبندگی باالیی به بافت، حتی تحت شرایط مرطوب دارد که ناشی از حضور گروه های کتکول در ساختار هیدروژل است که باعث افزایش استحکام چسبندگی از 603/7 KPa به 047/7 KPa برای نمونه ی 4که دارای باالترین درصد عامل عرضی هست افزایش یافت. کلید واژه: کیتوسان، دارو رسانی، هیدروژل اینولین اتصال عرضی، رهایش دارو، تورم، تخریب

تحت نظارت وف ایرانی