کربوکسی متیل سلولز

خواص هیدروژل های کربوکسی متیل سلولز با پیوند عرضی با پلی اتیلن گلیکول

هیدروژل های جدید از نمک سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) با پیوند عرضی با پلی اتیلن گلیکول دیگلیسیدیل اتر (PEGDE) تهیه شدند. ساختار دقیق هیدروژل ها ازطریق تجزیه و تحلیل FTIR و طیف NMR حالت جامد تعیین شد. افزایش نسبت تغذیه PEGDE به CMC در مخلوط واکنش منجر به افزایش درجه اتصال عرضی شد که آن نیز منجر به افزایش قدرت فیزیکی هیدروژل ها شد. هیدروژل ها تجزیه پذیری آنزیمی را نشان دادند که پس از 3 روز انکوباسیون با سلولاز، 28-62 درصد وزنی CMC در هیدروژل با توجه شرایط اعمال شده در این مطالعه تجزیه شد. علاوه براین، قابلیت جذب آب و آزادسازی پروتئین را نیز نشان می دهند؛ همچنین مقدار پروتئین های جذب شده بر روی هیدروژل ها و مشخصه های انتشار این پروتئین ها به اندازه پروتئین و درجه پیوند عرضی هیدروژل ها بستگی دارد. این خواص منحصر به فرد ممکن است زمینه را کاربرد هیدروژل ها با پایۀ CMC بعنوان حامل های دارویی در سیستم دارورسانی برای داروهای مبتنی بر پروتئین را فراهم کنند.

نمک سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC) که از ارتباط گروه های هیدروکسیل واحدهای آنیدرو گلوکز (AGU) سلولز با اسید کلرواستیک حاصل می شود، یک اتر سلولزی محلول در آب مهم است که در صنایع غذایی، آرایشی، و رنگ ها بعنوان اصلاح کنندۀ ویسکوزیته کاربرد دارد. CMC همچنین به دلیل خواصی همچون زیست سازگاری بالا، زیست تخریب پذیری پایین و ایمنی زایی کم دارای پتانسیل فوق العاده ای برای استفاده در محصولات دارویی من جمله ماتریس های حامل در سیستم دارورسانی است. علاوه براین، پیوند عرضی آن با استفاده از عوامل اتصال دوگانه مانند اپی کلروهیدرین، دیپوکسی و ترکیب دی کربوکسیلیک اسید انجام شده است. در کل، این پیوند آب زیادی جذب کرده و متورم می شود؛ در نتیجه، هیدروژل هایی با خواص فیزیکی عالی و ویسکوالاستیسیته های دینامیکی ایجاد می کند. از این رو، هیدروژل ها با پایۀ CMC اخیرآ کاربردهای گسترده ای داشتند من جمله پانسمان زخم، دارو رسانی، کشاورزی، نوار بهداشتی، سیستم های دارورسانی ازطریق پوست، مواد دندان پزشکی، ایمپلنت ها، ابزارهای پلیمری تزریقی، آفتالمیک (عصب چشمی) و پیوند اعضاء. از بین عوامل مختلف پیوند عرضی شیمیایی در CMC، از آنجا که اپی کلروهیدرین (ECH) یک عامل اتریفیکاسیوندر گروه هیدروکسیل است؛ نقش مهمی در تولید مواد هیدروژل دارد. واکنش CMC به ECH در محلول های غلیظ هیدروکسید سدیم آبی (NaOH) منجر به تشکیل پیوندهای عرضی دی اتر بین گروه های هیدروکسیل CMC و ECH در تشکیل هیدروژل می شود. با این حال، ECH علاوه بر ایجاد محیط قلیایی، مقدار زیادی مواد سمی و سرطان زا تولید می کند. اخیرآ گزارش شده است که دانه های هیدروژل CMC با پیوند سیکلودکسترین (CD) از مخلوط CMC و سیکلودکسترین بتا (β-CD) با واکنش به اتیلن گلیکول دی گلیسیدیل اتر تهیه شده است. هیدروژل های CD-CMC از خواصی مانند جذب بالای آب و حتی ظرفیت جذب بالاتر نسبت به بیسفنول A (BPA) در آب برخوردار هستند. پلی اتیلن گلیکول (PEG) یک پلی اتر مصنوعی است که بطور واقعی در طیف وسیعی از وزن های مولکولی وجود دارد. این پلیمر آمفیفیلیک و محلول در آب در بسیاری از حلال های آلی من جمله اتانول، استون، تولوئن و کلروفرم وجود دارد. ثابت شده است که این پلیمر غیر سمی است و سازمان غذا و داروی ایالات متحده استفاده از آن را بعنوان داروی کمکی و یا حامل دارویی در سیستم دارورسانی، صنایع غذایی و آرایشی تأیید کرده است. بااین حال همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، تهیه یک هیدروژل زیست تخریب پذیر جدید از CMC با پلی اتیلن گلیکول دی گلیسیدیل اتر (PEGDE) بعنوان عامل اتصال عرضی در این مقاله شرح داده شده است.

شکل 1:

با تغییر نسبت تغذیه PEGDE به CMC، مجموعه ای از هیدروژل ها با پایۀ CMC تهیه کرده و ساختار آنها را با استفاده از FTIR، NMR حالت جامد و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مشخص کردیم. ویسکوالاستیسیته های هیدروژل های متورم شده نیز با استفاده از رئومتر مشخص شدند. علاوه براین، در اینجا خواص جذب و آزادسازی پروتئین هیدروژل های CMC را با استفاده از لیزوزیم و آلبومین سرم گاوی (BSA) بعنوان پروتئین های مدل ارزیابی کردیم.

قبل از آماده سازی هیدروژل CMC،   Mwو DP در PEGDE و CMC را با تحلیل NMR مشخص کردیم. باتوجه به شکل بالا، هر رزونانس کربن قبلآ بصورت 71.4، 69.7، 51.5 و 44.9ppm به ترتیب برای کربن های متین در گروه های اپوکسید، کربن های متیلن PEG، کربن متیلن در واحدهای انتهایی، کربن های متیلن در گروه های اپوکسید قبلآ تعیین شده است. همچنین در این شکل مجموع تلفیق خطوط 71.4 و 69.7 ppm، 7.2 بود؛ در حالی که شدت کربن دیگر 1 بود. بنابراین، DP از ترکیب PEG در PEGDE تا 7.2 تعیین شد و متوسط Mw در PEGDE نیز 436 بود. علاوه براین، آماده سازی هیدروژل های CMC در محلول آبی NaOH با استفاده از PEGDE بعنوان عامل اتصال عرضی اتر انجام شد. در این مطالعه باتوجه به جدول زیر، مجموعه ای از پنج هیدروژل با تغییر تغذیه اولیه PEGDE به CMC تهیه شدند.

جدول 1:

پس از افزودن PEGDE، ویسکوزیته افزایش یافت و مورفولوژی مخلوط نیز به تدریج پس از شروع حرارت در دمای 60 درجه سلسیوس از محلول به ژل تبدیل شد. پس از 3 ساعت واکنش، یک ژل شفاف بدست آمد؛ خرد شده و سپس با مخلوطی از آب یونیزه شده و اتانول بطور کامل شسته شد. ژل بدست آمده در جریان مداوم آب در طی 3 روز دیالیز شد، در وکیوم خشک شد و سپس با غربال 40 غربال شد تا یک محصول گرانولی سفید بدست آید. باتوجه به جدول بالا، بازدهی مجموعه هیدروژل های CMC بین 85-91 درصد متغیر بود.

یک هیدروژل زیست تخریب پذیر با پیوند شیمیایی PEGDE روی زنجیره های CMC ساخته شد. نسبت تغذیه مولار PEGDE به CMC در تهیه هیدروژل به شدت پیوند عرضی هیدروژل های بدست آمده را تحت تأثیر قرار می دهد. میزان جذب آب در این هیدروژل ها به میزان این پیوند بستگی دارد؛ با کاهش این پیوند، مولکول های آب در هیدروژل از بین می روند، در حالی که با افزایش آن همانند دیگر مشتقات سلولزی، زیست تخریب پذیری آن کاهش یافته و در نتیجه منجر به افزایش قدرت فیزیکی هیدروژل می شود. همچنین، هیدروژل ها در مقایسه با BSA قابلیت جذب خوبی دارند. پروتئین ها نیز پروفایل های انتشار دارو را نشان می دهند: پس از انتشار کوتاه اولیه، پروفایل انتشار خطی در هر دو پروتئین بدست آمد. در صورت تأیید ایمنی بیولوژیکی هیدروژل ها، این خواص منحصر به فرد ممکن است زمینه را برای کاربرد هیدروژل ها بعنوان حامل های دارویی مبتنی بر پروتئین در سیستم دارورسانی فراهم کند.