طراحي و ارزيابي نانوذرات حاوي ملوکسيکام در ماتريکس هيدروژلي قابل تزريق به منظور ترميم بافت غضروف

STUDENT

DEGREE

YEAR

Recently tissue engineering is common for regeneration of damages, in this way scaffolds are important for protecting of extra cellular matrix. Hydrogel scaffolds are unique in cartilage drug delivery and tissue engineering. The basic aim of this research was development of a novel methyl cellulose (MC), carboxymethyl chitosan (CMC), pluronic and zinc, hydrogel with meloxicam nanoparticles (). were designed by Box-behnken analysis according to alginate/ chitosan mass ratio, pluronic and meloxicam concentration as variables and particle size, zeta potential, encapsulation efficiency (EE), dissolution efficiency (DE) and mean dissolution time (MDT) as dependent responses. The optimized formulation was prepared based on the lower particle size and the higher EE criteria. CMC, a water soluble derivative of chitosan was processed, then MC and CMC hydrogels were prepared. Gelation time and gelation temperature of hydrogels were determined. were added to the hydrogel base, for long remaining in articular cartilage and local drug delivery. Pluronic solution was used for proper dispersion and avoidance of agglomeration. The hydrogels degradation, morphology, ATR- FTIR spectra, rheology, drug release and cell viability was investigated. The results showed that although alginate/ chitosan mass ratio, pluronic and meloxicam concentrations were affected on particle size, the effect of alginate/ chitosan mass ratio is more, this factor significantly impressed on zeta potential. EE, DE and MDT were affected by meloxicam concentration. The hydrogel gelation time was increased by MC and CMC ratios. Swelling was increased by CMC ratio and it was lower for zinc chloride than zinc acetate hydrogels. The hydrogel degradation was decreased in MC and CMC equal ratio. The gelation time, swelling and degradation were decreased by pluronic. The swelling was pH dependent. Cell viability on zinc samples was more than other. The gelation time, swelling and degradation were decreased by , but they were increased by meloxicam solution. Drug release from hydrogels containing and solution had a zero order controlled profile but the drug release from hydrogels with was slower. caused increasing of cell viability in 6 and 10 days. The hydrogel had suitable gelation time and temperature, swelling, degradation and drug release. were increased rheologic characters. Hydrogel containing was biocompatible. This hydrogel could be a new drug delivery and biomaterial for cartilage regeneration. Key words : Drug delivery, Nanoparticles, Thermosensitive hydrogel, Meloxicam

طراحي و ارزيابي نانوذرات حاوي ملوکسيکام در ماتريکس هيدروژلي قابل تزريق به منظور ترميم بافت غضروف چکيد ه رويکرد تحقيقات اخير، توسعه مهندسي بافت براي بازسازي آسيب‌ها و نقائص بافت‌هاي بدن انسان بوده است و در اين رابطه داربست‌ها به عنوان پايه اصلي حمايت از زمينه خارج سلولي اهميت ويژه‌اي دارند. داربست‌هاي هيدروژلي يکي از انواع بسيار پرمصرف داربست‌ها هستند که به دليل توانايي جذب آب مورد توجه هستند. هدف پژوهش حاضر، طراحي، ساخت و مشخصه يابي داربست‌هاي هيدروژلي متيل‌سلولز، کربوکسي‌متيل‌کيتوزان، پلورونيک و کلريد‌روي، حاوي نانوذرات ملوکسيکام بود که مي‌تواند در دارورساني و بازسازي بافت غضروف به کار رود. به اين منظور طراحي آزمون باکس بنکن براي ساخت نانوذرات آلژينات، کيتوزان و پلورونيک حاوي ملوکسيکام انجام شد و اندازه ذرات، پتانسيل زتا، کارايي محصور شدن، کارايي انحلال و ميانگين زمان انحلال نانوذرات اندازه‌گيري شد. سپس فرمولاسيون بهينه که داراي کمترين اندازه ذره‌اي و بيشترين کارايي محصور شدن بود، ساخته شد. براي ساخت داربست‌هاي هيدروژلي، کربوکسي‌متيل‌کيتوزان که مشتق محلول در آب کيتوزان است تهيه شد و حرارت و زمان ژل شدن هيدروژل‌ها‌ي متيل‌سلولز و کربوکسي‌متيل‌کيتوزان با نمک‌هاي مختلف بررسي شد. نسبت‌ مناسب پليمرها با اندازه‌گيري زمان ژل شدن، ميزان تورم و تخريب نمونه تعيين شد. به منظورپيشگيري از کلوخه‌اي شدن نانوذرات و توزيع يکنواخت آن‌ها، از پلورونيک استفاده شد و غلظت مناسب پلورونيک تعيين شد. نانوذرات ملوکسيکام براي دارورساني اختصاصي به بافت در هيدروژل وارد شدند تا منبع ذخيره دارو در محل غضروف تامين شود. مزيت اين روش کاهش عوارض جانبي دارو نسبت به ساير روش‌هاي تجويز است. به اين منظور، نانوذرات با درصدهاي مختلف در پايه هيدروژل وارد شدند و نمونه‌هاي حاوي همين مقادير محلول ملوکسيکام نيز تهيه شدند. خواص رئولوژيک، تخريب، ريخت شناسي، طيف‌هاي تبديل فوريه، رهايش دارو و رشد سلول بر نمونه‌ها ارزيابي شدند. نتايج نشان داد که اگرچه اندازه نانوذرات به طور موثري با نسبت آلژينات به کيتوزان و غلظت‌هاي پلورونيک و ملوکسيکام تحت تاثير قرار گرفته است اما اثر نسبت آلژينات به کيتوزان بارزتر بوده است. تاثير نسبت آلژينات به کيتوزان بر مقدار پتانسيل زتا معنادار بوده است. کارايي محصور شدن، کارايي انحلال و ميانگين زمان انحلال توسط غلظت ملوکسيکام تحت تاثير قرار گرفته‌اند. نمک‌ها باعث کاهش حرارت ژل شدن هيدروژل ‌شدند. در نمونه‌هايي که با غلظت 6 درصد متيل‌سلولز و کربوکسي‌متيل‌کيتوزان تهيه شدند، دماي ژل شدن 37 درجه سانتي‌گراد بود و غلظت نمک با اسمولاريته سلول مطابقت داشت. زمان ژل شدن نمونه‌ها با افزايش نسبت پليمرهاي متيل‌سلولز و کربوکسي‌متيل‌کيتوزان افزايش يافت. تورم با افزايش متيل‌سلولز، کاهش و با افزايش کربوکسي‌متيل‌کيتوزان، افزايش يافت و براي نمونه حاوي نمک کلريد‌روي کمتر ازاستات‌روي بود. تخريب نمونه‌هاي حاوي نسبت‌هاي بيشتر متيل‌سلولز و کربوکسي‌متيل‌کيتوزان بيشتر بود و زماني که اين نسبت‌ها به هم نزديک شدند تخريب کاهش يافت. افزودن پلورونيک موجب کاهش زمان ژل شدن، تورم و تخريب شد. تورم هيدروژل وابسته به pH بود و در محدوده pH 6 تا 7 کمتر از ساير pH‌ها‌ بود که در طراحي سيستم پاسخگو به محيط نکته‌ي حائز اهميتي است. رشد کندروسيت‌ها بر نمونه‌هاي داراي نمک‌هاي روي بيشتر از نمک سديم بود. با افزايش نانوذرات حاوي ملوکسيکام به هيدروژل، زمان ژل شدن، تورم و تخريب هيدروژل کاهش يافت، اما با افزايش محلول ملوکسيکام به هيدروژل زمان ژل شدن، تورم و تخريب نمونه افزايش يافت. رهايش دارو از هيدروژل‌ها‌ي حاوي نانوذرات و محلول، کنترل شده بود و از کينتيک درجه صفر تبعيت مي‌کرد اما نمونه‌هاي حاوي نانوذرات با نرخ آهسته‌تر و در مدت زمان بيشتري دارو را آزاد کردند. افزايش نانوذرات باعث افزايش مدول ذخيره و خواص مکانيکي ژل شد و نمونه حاوي 5 / 4 درصد نانوذره بيشترين مدول ذخيره را داشت اما با افزودن محلول ملوکسيکام مدول ذخيره کاهش يافت. فعاليت متابوليکي سلول‌ها در روزهاي ششم ودهم در نمونه‌ي حاوي نانوذرات افزايش يافت. نتايج هيدروژل از نظر زمان و حرارت ژل شدن، تورم، تخريب و رهايش دارو مناسب بودو افزودن نانوذرات سبب ارتقائ خواص رئولوژيک هيدروژل شد. در مواجهه با کندروسيت‌ها‌ هيدروژل حاوي نانوذرات ملوکسيکام علاوه بر زيست سازگاري مناسب، قابليت چسبندگي، رشد و گسترش داشت و در نهايت اين هيدروژل به عنوان سيستم دارورساني و زيست ماده ترکيبي جديد، قابل ارائه در مهندسي بافت غضروف مي‌باشد. کلمات کليدي : دارورساني، نانوذرات، هيدروژل حساس به حرارت، ملوکسيکام