Przetwarzanie może potrwać kilka sekund...

Rozprawa doktorska

Tytuł

Właściwości powierzchniowe i morfologia mukoadhezyjnych polimerów i ich mieszanin jako komponentów nośników leku

Autorzy

[ 1 ] Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ D ] doktorant

Promotor

[ 1 ] Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] pracownik

Promotor pomocniczy

[ 1 ] Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Wydział Technologii Chemicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] pracownik

Recenzenci

Wariant tytułu

EN Surface properties and morphology of mucoadhesive polymers and their blends as components of drug carriers

Język

polski

Słowa kluczowe
PL
  • właściwości powierzchniowe
  • pęcznienie
  • mukoadhezyjne polimery
  • systemy dostarczania leku
  • oddziałwania mucyna-modelowa błona biologiczna
EN
  • surface properties
  • swelling
  • mcoadhesive polymers
  • drug delivery systems
  • mucin-model biomembrane interactions
Streszczenie

PL Badania przedstawione w pracy doktorskiej koncentrowały się na określeniu właściwości powierzchniowych komercyj-nych polimerów muko- i/lub bioadhezyjnych (takich jak: Carbopol 974P NF, Noveon AA-1, HPMC, HEC, Kollidon VA 64) powszechnie używanych w kontrolowanych systemach dostarczania leków. W ramach realizowanej pracy podjęto próbę opracowania nowych układów mieszanych do zasto-sowania jako nośniki substancji leczniczej w mukoadhezyj-nych systemach dostarczania leku. Badania ukierunkowano na rozwój dwóch form dawkowania, takich jak: tabletki oraz proszki do zastosowania w kapsułkach. Ponadto przeprowadzono badania dotyczące możliwości opracowania nowej formy farmaceutycznej flukonazolu – mu-koadhezyjnej tabletki do podania dopoliczkowego i dopoch-wowego, charakteryzującej się przedłużonym uwalnianiem substancji leczniczej. Rezultaty badań opisane w pracy pt. Surface properties and surface free energy of cellulosic etc mucoadhesive polymers (M. Rojewska, A. Bartkowiak, B. Strzemiecka, A. Jamrozik, A. Voelkel, K. Prochaska, Carbohydrate Polymers, 171 (2017) 152-162) wzbogaciły dostępną wiedzę na temat właściwości powierzchniowych kilku wybranych polimerów muko- i/lub bioadhezyjnych. Udowodniono, że polimery wybrane do badań charakteryzują się różnymi właściwościami powierzchniowymi oraz różną morfologią. Ponadto przedstawiono nowatorskie badania z zastosowaniem techniki odwróconej chromatografii gazowej (IGC) do wyznaczenia właściwości powierzchniowych poli-merów muko- i/lub bioadhezyjnych. Określono, że wartości swobodnej energii powierzchniowej (i jej składowe) oznaczo-ne metodą IGC (przy skończonym stężeniu związków testo-wych) są skorelowane z danymi oszacowanymi według mo-delu OWRK w oparciu o wyniki uzyskane metodą Washburna. Przedmiotem pracy pt. The wettability and swelling of sele-cted mucoadhesive polymers in simulated saliva and vaginal fluids (M. Rojewska, M. Olejniczak-Rabinek, A. Bartkowiak, A. Snela, K. Prochaska, J. Lulek, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 156 (2017) 366-374) była ocena zwilżalności powierzchni oraz zdolności spęcznienia zarówno wybranych polimerów, jak i ich mieszanin w postaci dysków. Stwierdzono, że właściwości powierzchniowe oraz stopień spęcznienia w dużej mierze zależą od pH użytych w badaniach modelowych płynów biologicznych. Ponadto obserwowano synergizm w zwilżalności powierzchni i spęcznieniu badanych dwu- i trzyskładnikowych dysków. Rezultaty badań opisane w pracy pt. Surface properties and morphology of selected polymers and their blends designed to mucoadhesive dosage forms (A. Bartkowiak, M. Rojewska, A. Biadasz, J. Lulek, K. Prochaska, Reactive and Functional Polymers, 118 (2017) 10-19) dostarczyły wyraźnych dowodów na to, że właściwości sorpcyjne i zwilżalność wieloskładnikowych matryc w postaci proszków oraz dysków silnie zależą od składu mieszanin oraz pH modelowych płynów biologicznych. Stwierdzono, że war-tości parametrów chropowatości powierzchni (określone te-chniką mikroskopii konfokalnej) dla systemów mieszanych dobrze odzwierciedlają wpływ parametrów chropowatości powierzchni zdefiniowanych dla indywidualnych polimerów. Ponadto potwierdzono zależność między chropowatością powierzchni a jej zwilżalnością. Przydatność kilku opracowanych wieloskładnikowych matryc do zastosowania jako nośniki flukonazolu rozpatrywano w publikacji pt. Physicochemical and release studies of new mucoadhesive fluconazole delivery systems (M. Rojewska, A. Bartkowiak, B. Milanowski, K. Prochaska, J. Lulek, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 566 (2019) 11-20). Udowodniono, że profil i kinetyka uwalniania flukonazolu silnie zależą od składu mukoadhezyjnej matrycy polimerowej i jej fizykochemicznego charakteru. Ponadto stwierdzono, że kinetykę uwalniania substancji leczniczej z badanych matryc można opisać w oparciu o dwa różne mechanizmy: anomalny oraz super zerowego rzędu. Z uwagi na istotną rolę mucyny w zjawisku mukoadhezji w kolejnym etapie zbadano właściwości powierzchniowe oraz kinetykę uwalniania leku w warunkach in vitro w środowisku mucyny. Uzyskane rezultaty opisano w pracy pt. Surface and swelling properties of mucoadhesive blends and their ability to release fluconazole in a mucin environment (A. Bartko-wiak, M. Rojewska, K. Hyla, J. Zembrzuska, K. Prochaska, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 172 (2018) 586-593). Wykazano, że opracowane wieloskładnikowe dyski zawiera-jące polimery muko- i/lub bioadhezyjne uwalniały flukonazol w sposób przedłużony w czasie ponad 8 h. Na podstawie wartości swobodnej energii powierzchniowej, zwilżalności i stopnia spęcznienia matryc oraz kinetyki uwalniania leku stwierdzono, że kompozycje, takie jak: Carbopol 974P NF :HPMC:Kollidon VA 64:flukonazol (1:1:1:1) oraz Carbopol 974P NF:HPMC:flukonazol (1:2:1) charakteryzują się dobry-mi właściwościami z punktu widzenia potencjalnej aplikacji farmakologicznej i mogą być z powodzeniem stosowane w mukoadhezyjnych systemach dostarczania leków skutecz-nych w leczeniu zakażeń grzybiczych o przedłużonym działaniu terapeutycznym. Nowatorskim podejściem opisanym w pracy doktorskiej były badania układów biomimetycznych pozwalające na charakte-rystykę oddziaływań typu mucyna-modelowa błona biologi-czna w warunkach fizjologicznych. Uzyskane rezultaty stano-wią ciekawy punkt wyjścia do dalszych prac mających na celu lepsze poznanie zjawiska mukoadhezji. Wyniki badań opisane w pracy pt. Study of mucin interaction with model phospholipid membrane at the air-water interface (A. Bartkowiak, M. Rojewska, K. Prochaska, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 578 (2019) doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.123587) dostarczyły interesujących informacji na temat zachowania mucyny w środowisku biomembranowym, a także pozwoliły ocenić charakter oddziaływań pomiędzy mucyną a modelową błoną biologiczną. W oparciu o otrzymane rezultaty stwierdzono, że cząsteczki mucyny wykazują silne powinowactwo do modelowej biomembrany złożonej z cząsteczek DPPC i z dużym prawdopodobieństwem oddziałują z nią poprzez interakcje hydrofobowe lub bardzo słabe oddziaływania elektrostatyczne.

EN The research work presented in the doctoral dissertation was focused on characterization of the surface properties of commercial muco- and/or bioadhesive polymers (such as: Carbopol 974P NF, Noveon AA-1, HPMC, HEC, Kollidon VA 64) commonly used in controlled drug delivery systems. As a part of the work, an attempt was made to develop new mixed systems to be potentially used as carriers of the drug substance in mucoadhesive drug delivery systems. Two dosage forms, i.e. tablets and powders for use in capsules were designed. In addition, the possibility of developing a new pharmaceutical form of fluconazole – a mucoadhesive tablet for buccal and vaginal administration, characterized by prolonged release of the drug substance, was indicated. The results of the research described in the paper entitled Surface properties and surface free energy of cellulosic etc mucoadhesive polymers (M. Rojewska, A. Bartkowiak, B. Strzemiecka, A. Jamrozik, A. Voelkel, K. Prochaska, Carbohydrate Polymers, 171 (2017) 152-162) enriched the available knowledge on the surface properties of several selected muco- and/or bioadhesive polymers. It was proven that the polymers selected for testing had different surface properties and different morphology. In addition, innovative methodology based on the use of inverse gas chromatography (IGC) to characterize the surface properties of muco- and/or bioadhesive polymers was proposed. The values of surface free energy (and its components) deter-mined by the IGC method (at the finite concentration of test compounds) were correlated with the data estimated accor-ding to the OWRK model based on the results obtained with the Washburn method. The subject of the paper entitled The wettability and swelling of selected mucoadhesive polymers in simulated saliva and vaginal fluids (M. Rojewska, M. Olejniczak-Rabinek, A. Bar-tkowiak, A. Snela, K. Prochaska, J. Lulek, Colloids and Sur-faces B: Biointerfaces 156 (2017) 366-374) was the asse-ssment of surface wettability and swelling capacity of both selected polymers and their mixtures. It was found that the surface properties and the degree of swelling largely depend on the pH of model biological fluids used in tests. In addition, synergism was observed in the wetting and swelling proper-ties of the binary and ternary discs tested. The results of the research described in the paper entitled Surface properties and morphology of selected polymers and their blends designed to mucoadhesive dosage forms (A. Bartkowiak, M. Rojewska, A. Biadasz, J. Lulek, K. Prochaska, Reactive and Functional Polymers, 118 (2017) 10-19) provided clear evidence that the sorption and wetting properties of multi-component powders and discs are stron-gly dependent on the composition of mixtures and the pH of model biological fluids. It was found that the values of sur-face roughness parameters determined by confocal micro-scopy for mixed systems well reflect the effect of the surface roughness parameter defined for individual polymers. In addition, the relationship between surface roughness and its wettability was confirmed. The suitability of several developed multi-component matrices for use as carriers of fluconazole was considered in the paper Physicochemical and release studies of new mu-coadhesive fluconazole delivery systems (M. Rojewska, A. Bartkowiak, B. Milanowski, K. Prochaska, J. Lulek, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 566 (2019) 11-20). It was proved that the fluconazole release profile and kinetics strongly depend on the composition of the mucoadhesive polymer matrix and its physicochemical natu-re. In addition, it was found that the kinetics of the drug active ingredient release from the tested matrices can be described by two different mechanisms: anomalous transport and super case II transport. Due to the important role of mucin in the phenomenon of mucoadhesion, the surface properties and in vitro drug release rate in the mucin environment were examined. It was demonstrated that the developed multi-component discs containing muco- and/or bioadhesive polymers relea-sed fluconazole in a prolonged manner over 8 hours. The results were described in the paper Surface and swelling properties of mucoadhesive blends and their ability to relea-se fluconazole in a mucin environment (A. Bartkowiak, M. Rojewska, K. Hyla, J. Zembrzuska, K. Prochaska, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 172 (2018) 586-593). Based on the surface free energy, wettability and swelling ratio of the matrices and drug release kinetics, it was found that the compositions such as: Carbopol 974P NF:HPMC:Kollidon VA 64:fluconazole (1:1:1:1) and Carbopol 974P NF:HPMC: fluconazole (1:2:1) showed good properties from the point of view of potential pharmacological application and can be successfully used in mucoadhesive drug delivery systems effective in the treatment of fungal infections with prolonged therapeutic effect. The innovative approach described in the doctoral disserta-tion was the study of biomimetic systems allowing the cha-racterization of mucin-model biological membrane intera-ctions in physiological conditions. The results obtained are an interesting starting point for further work aimed at better understanding of the phenomenon of mucoadhesion. The results described in the paper entitled Study of mucin interaction with model phospholipid membrane at the air-water interface (A. Bartkowiak, M. Rojewska, K. Prochaska, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 578 (2019) doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.123587) provided interesting information enriching the knowledge about the behavior of mucin in the biomembrane environment, and also allowed assessment of the nature of the interaction between mucin and the model biological membrane. On the basis of the results obtained, it was found that mucin molecules show strong affinity to the model biomembrane composed of DPPC particles and are likely to interact with it through hydrophobic interactions or very weak electrostatic interactions.

Liczba stron

148

Dziedzina wg OECD

nauki przyrodnicze

Dyscyplina wg KBN

nauki chemiczne

Sygnatura rozprawy w wersji drukowanej

DrOIN 2054

Katalog on-line

to2020998134

Pełny tekst rozprawy doktorskiej

brak uprawnień do pobrania pliku

Poziom dostępu do pełnego tekstu

biblioteka

Pierwsza recenzja

Aneta D. Petelska

Miejsce

Białystok, Polska

Data

22.11.2019

Język

polski

Tekst recenzji

brak uprawnień do pobrania pliku

Poziom dostępu do recenzji

biblioteka

Druga recenzja

Kamil Wojciechowski

Miejsce

Warszawa, Polska

Data

05.11.2019

Język

polski

Tekst recenzji

brak uprawnień do pobrania pliku

Poziom dostępu do recenzji

biblioteka

Status rozprawy

rozprawa doktorska

Miejsce obrony

Poznań, Polska

Data obrony

04.02.2020

Jednostka nadająca tytuł

Rada Dyscypliny Nauki Chemiczne Politechniki Poznańskiej

Uzyskany tytuł

doktor nauk ścisłych i przyrodniczych w dyscyplinie: nauki chemiczne