Ćwiczenie laboratoryjne Wytwarzanie mikrosfer polimerowych

http://mt.ch.pw.edu.pl/page/38.htm
Ćwiczenie laboratoryjne
Wytwarzanie mikrosfer polimerowych
Mikrosfery to małe kulki polimerowe o rozmiarach poniżej 1 mm, natomiast nanosfery
charakteryzują się średnicą poniżej 0,1µm. Zarówno mikrocząstki jak i nanocząstki stanowią
potencjalne nośniki leku promujące wchłanianie leku przez nabłonek jelit lub błonę śluzową nosa.
Rys. 1 Mikrosfery polimerowe
Mikrosfery i nanosfery najczęściej otrzymuje się metodą emulsyjną. Matrycą mikro- i
nanosfer jest na przykład kopolimer kwasu mlekowego z kwasem glikolowym (PLGA). Polimer ten
rozpuszcza się w roztworze dichlorometanu, a substancję leczniczą wprowadza w postaci
zemulgowanego roztworu wodnego. Następnie utworzoną w ten sposób emulsję w/o wprowadza się
do wodnego roztworu polialkoholu winylowego, co powoduje powstanie emulsji wielokrotnej
w/o/w. Podczas mieszania następuje odparowanie dichlorometanu stanowiącego rozpuszczalnik
PLGA. Odparowanie rozpuszczalnika powoduje wytrącanie PLGA, w który wnikają cząsteczki
substancji leczniczej.
1
Powyższa metoda może byd modyfikowana na wiele sposobów. Jeżeli substancja lecznicza
rozpuszcza się w tym samym rozpuszczalniku co polimer wtedy nie jest konieczne tworzenie emulsji
wielokrotnej. Można wtedy zastosowad emulsję o/w.
Do otrzymywania mikrosfer często wykorzystuje się metodę suszenia rozpyłowego. Ma ona
zastosowanie do otrzymywania stosowanych w lecznictwie mikrosfer z bromokryptyną. Roztwór
substancji leczniczej i polimeru w dichlorometanie jest poddawany rozpylaniu. Jeśli substancja
lecznicza nie jest rozpuszczalna w dichlorometanie wówczas emulguje się roztwór wodny w
roztworze polimeru i poddaje się suszeniu emulsję w/o. Zarówno metoda emulsyjna jak i suszenie
rozpyłowe pozwala na prowadzenie procesu w temperaturze poniżej 50 °C, co ma znaczenie przy
przygotowywaniu mikrosfer z termolabilnymi lekami peptydowymi. W metodzie suszenia
rozpyłowego otrzymuje się cząstki mniejsze niż w metodzie emulsyjnej (poniżej 10 µm). Ponadto
otrzymane cząstki w metodzie rozpyłowej charakteryzują się znaczną porowatością, szczególnie gdy
suszeniu rozpyłowemu była poddana emulsja.
Biodegradowalne poliestrowe nanosfery można otrzymad w wyniku dyspersyjnej
polimeryzacji laktydów w mieszaninie heksan/dioksan inicjowanej 2,2-dibutylo-2-stanna-1,3dioksepanem. Istotne jest żeby medium polimeryzacji było dobrane w taki sposób aby było
rozpuszczalnikiem dla monomeru i nierozpuszczalnikiem dla polimerui,ii. Powyższa metoda pozwala
na kontrolę wielkości i mas cząsteczkowych polimeru oraz na wyeliminowanie powstawania
ubocznych produktów (oligomerów cyklicznych).
Mikrocząstki można także otrzymad wykorzystując ditlenek węgla w stanie ciekłymiii. Jeżeli
polimer rozpuszcza się w ditlenku węgla w stanie nadkrytycznym, to można uzyskad mikrosfery w
wyniku zlikwidowania nadciśnienia iv . Rozprężający się gaz przestaje byd rozpuszczalnikiem dla
polimeru, który wytrąca się. Największą zaletą tej metody jest brak jakichkolwiek pozostałości
rozpuszczalnika.
Mikrosfery można otrzymad skomplikowaną i ciekawą technologicznie metodą z użyciem
ciekłego azotu i etanoluv,vi. Jest ona opatentowana pod nazwą Prolease. Pod warstwą ciekłego azotu
znajduje się zamrożony etanol. Do ciekłego azotu natryskuje się zawiesinę substancji leczniczej w
roztworze polimeru w dichlorometanie. Wprowadzane cząstki nie mieszają się z ciekłym azotem,
ulegają w nim zestaleniu i osadzają się na warstwie zamrożonego etanolu. Następnie w trakcie
podwyższania temperatury ciekły azot przechodzi w postad gazową, etanol staje się ciekły i
ekstrahuje dichlorometan z cząstek, co prowadzi do wytrącenia się polimeru i utworzenia mikrosfer.
Tą metodą otrzymuje się nanosfery z hormonem wzrostu.
2
Mikrosfery można również otrzymad prostą metodą ekstrakcyjną w której stosuje się
rozpuszczalniki mieszające się z wodą. Najlepszym rozpuszczalnikiem jest alkohol benzylowy
ponieważ jest nietoksyczny i może byd stosowany w lekach pozajelitowychvii. Metoda ta nie wymaga
tworzenia trwałego układu emulsyjnego. Polimer jest rozpuszczony w alkoholu wraz z substancją
leczniczą. Podczas wkraplania mieszaniny do fazy wodnej stosuje się intensywne mieszanie.
Następuje wówczas szybka ekstrakcja alkoholu benzylowego do wody co powoduje wytrącanie się
cząstek polimeru. W zależności od szybkości mieszania, obecności związków powierzchniowo
czynnych można uzyskiwad nano- lub mikrosfery.
Nanocząsteczki można otrzymad dzięki micelizacji molekuł zbudowanych z kopolimerów
blokowych, w odpowiednio dobranych rozpuszczalnikach viii . Do syntezy wykorzystad można
kopolimery blokowe kwasu mlekowego i poli(tlenku etylenu). polimeryzowane według mechanizmu
anionowego. Zaletą tej metody jest łatwy sposób kontrolowania ciężarów cząsteczkowych, wadą
natomiast nietrwałośd powstałych cząstek. Każda zmiana stężenia może spowodowad ich rozpad.
Podczas przechowywania mikrosfer zawieszonych w roztworze może dochodzid do ich
aglomeracji oraz uwalniania substancji czynnej. Z tego powodu mikrosfery przechowuje się w formie
suchej. Mikrosfery pozbawione rozpuszczalnika otrzymuje się w wyniku suszenia liofilizacyjnego
dyspersji wodnej.
Wykonanie ćwiczenia
Do dyspozycji studentów będzie poli(ɛ-kaprolakton) oraz zestaw do otrzymywania sfer
polimerowych.
Zadanie polegało będzie na:
1. Otrzymaniu sfer polimerowych.
2. Pomiarze wielkości ziarna metodą dynamicznego rozpraszania światła
Literatura
i
F. C. Schwab, J. G. Murray, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1982, 21, 93.
ii
S. Penczek, J. Fejgin, W. Sadowska, M. Tomaszewicz, Makromol. Chem., 1968, 116, 203.
iii
A. Breitenbach, D. Mohr, T. Kissel, J. Control. Release, 2000, 63, 53.
iv
M. Kiyoshi, M. Kenji, U. Hirotoshi, Y. Shohachiro Environ. Sci. Technol., 2001, 35, 4149.
v
W. R. Gombotz, M. S. Healy, L. R. Brown, U.S. Patent, 5,019,400, 1991.
vi
M. Callewaert, D. Laurent-Maquin, F. Edwards-Lévy, Int. J. Pharm., 2007, 344, 161.
vii
M. Sivakumar, R. K. Panduranga, J. Appl. Polym. Sci., 2002, 83, 3045.
viii
S. Sosnowski, M. Gadzinowski, S. Słomkowski, Macromolecules, 1996, 29, 4556.
3