طراحی و ارزیابی نانوذرات حاوی ملوکسیکام در ماتریکس هیدروژلی قابل تزریق به منظور ترمیم 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

طراحی و ارزیابی نانوذرات حاوی ملوکسیکام در ماتریکس هیدروژلی قابل تزریق به منظور ترمیم بافت غضروف چکید ه رویکرد تحقیقات اخیر، توسعه مهندسی بافت برای بازسازی آسیب‌ها و نقائص بافت‌های بدن انسان بوده است و در این رابطه داربست‌ها به عنوان پایه اصلی حمایت از زمینه خارج سلولی اهمیت ویژه‌ای دارند. داربست‌های هیدروژلی یکی از انواع بسیار پرمصرف داربست‌ها هستند که به دلیل توانایی جذب آب مورد توجه هستند. هدف پژوهش حاضر، طراحی، ساخت و مشخصه یابی داربست‌های هیدروژلی متیل‌سلولز، کربوکسی‌متیل‌کیتوزان، پلورونیک و کلرید‌روی، حاوی نانوذرات ملوکسیکام بود که می‌تواند در دارورسانی و بازسازی بافت غضروف به کار رود. به این منظور طراحی آزمون باکس بنکن برای ساخت نانوذرات آلژینات، کیتوزان و پلورونیک حاوی ملوکسیکام انجام شد و اندازه ذرات، پتانسیل زتا، کارایی محصور شدن، کارایی انحلال و میانگین زمان انحلال نانوذرات اندازه‌گیری شد. سپس فرمولاسیون بهینه که دارای کمترین اندازه ذره‌ای و بیشترین کارایی محصور شدن بود، ساخته شد. برای ساخت داربست‌های هیدروژلی، کربوکسی‌متیل‌کیتوزان که مشتق محلول در آب کیتوزان است تهیه شد و حرارت و زمان ژل شدن هیدروژل‌ها‌ی متیل‌سلولز و کربوکسی‌متیل‌کیتوزان با نمک‌های مختلف بررسی شد. نسبت‌ مناسب پلیمرها با اندازه‌گیری زمان ژل شدن، میزان تورم و تخریب نمونه تعیین شد. به منظورپیشگیری از کلوخه‌ای شدن نانوذرات و توزیع یکنواخت آن‌ها، از پلورونیک استفاده شد و غلظت مناسب پلورونیک تعیین شد. نانوذرات ملوکسیکام برای دارورسانی اختصاصی به بافت در هیدروژل وارد شدند تا منبع ذخیره دارو در محل غضروف تامین شود. مزیت این روش کاهش عوارض جانبی دارو نسبت به سایر روش‌های تجویز است. به این منظور، نانوذرات با درصدهای مختلف در پایه هیدروژل وارد شدند و نمونه‌های حاوی همین مقادیر محلول ملوکسیکام نیز تهیه شدند. خواص رئولوژیک، تخریب، ریخت شناسی، طیف‌های تبدیل فوریه، رهایش دارو و رشد سلول بر نمونه‌ها ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که اگرچه اندازه نانوذرات به طور موثری با نسبت آلژینات به کیتوزان و غلظت‌های پلورونیک و ملوکسیکام تحت تاثیر قرار گرفته است اما اثر نسبت آلژینات به کیتوزان بارزتر بوده است. تاثیر نسبت آلژینات به کیتوزان بر مقدار پتانسیل زتا معنادار بوده است. کارایی محصور شدن، کارایی انحلال و میانگین زمان انحلال توسط غلظت ملوکسیکام تحت تاثیر قرار گرفته‌اند. نمک‌ها باعث کاهش حرارت ژل شدن هیدروژل ‌شدند. در نمونه‌هایی که با غلظت 6 درصد متیل‌سلولز و کربوکسی‌متیل‌کیتوزان تهیه شدند، دمای ژل شدن 37 درجه سانتی‌گراد بود و غلظت نمک با اسمولاریته سلول مطابقت داشت. زمان ژل شدن نمونه‌ها با افزایش نسبت پلیمرهای متیل‌سلولز و کربوکسی‌متیل‌کیتوزان افزایش یافت. تورم با افزایش متیل‌سلولز، کاهش و با افزایش کربوکسی‌متیل‌کیتوزان، افزایش یافت و برای نمونه حاوی نمک کلرید‌روی کمتر ازاستات‌روی بود. تخریب نمونه‌های حاوی نسبت‌های بیشتر متیل‌سلولز و کربوکسی‌متیل‌کیتوزان بیشتر بود و زمانی که این نسبت‌ها به هم نزدیک شدند تخریب کاهش یافت. افزودن پلورونیک موجب کاهش زمان ژل شدن، تورم و تخریب شد. تورم هیدروژل وابسته به pH بود و در محدوده pH 6 تا 7 کمتر از سایر pH‌ها‌ بود که در طراحی سیستم پاسخگو به محیط نکته‌ی حائز اهمیتی است. رشد کندروسیت‌ها بر نمونه‌های دارای نمک‌های روی بیشتر از نمک سدیم بود. با افزایش نانوذرات حاوی ملوکسیکام به هیدروژل، زمان ژل شدن، تورم و تخریب هیدروژل کاهش یافت، اما با افزایش محلول ملوکسیکام به هیدروژل زمان ژل شدن، تورم و تخریب نمونه افزایش یافت. رهایش دارو از هیدروژل‌ها‌ی حاوی نانوذرات و محلول، کنترل شده بود و از کینتیک درجه صفر تبعیت می‌کرد اما نمونه‌های حاوی نانوذرات با نرخ آهسته‌تر و در مدت زمان بیشتری دارو را آزاد کردند. افزایش نانوذرات باعث افزایش مدول ذخیره و خواص مکانیکی ژل شد و نمونه حاوی 5 / 4 درصد نانوذره بیشترین مدول ذخیره را داشت اما با افزودن محلول ملوکسیکام مدول ذخیره کاهش یافت. فعالیت متابولیکی سلول‌ها در روزهای ششم ودهم در نمونه‌ی حاوی نانوذرات افزایش یافت. نتایج هیدروژل از نظر زمان و حرارت ژل شدن، تورم، تخریب و رهایش دارو مناسب بودو افزودن نانوذرات سبب ارتقائ خواص رئولوژیک هیدروژل شد. در مواجهه با کندروسیت‌ها‌ هیدروژل حاوی نانوذرات ملوکسیکام علاوه بر زیست سازگاری مناسب، قابلیت چسبندگی، رشد و گسترش داشت و در نهایت این هیدروژل به عنوان سیستم دارورسانی و زیست ماده ترکیبی جدید، قابل ارائه در مهندسی بافت غضروف می‌باشد. کلمات کلیدی : دارورسانی، نانوذرات، هیدروژل حساس به حرارت، ملوکسیکام