تهیه نانوذرات هیالورونیک اسید- آلوئه‌ورا برای سامانه آهسته‌رهش داکسی سایکلین

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی زیست پزشکی، صندوق پستی 114-14115

چکیده

فرضیه: در این پژوهش، نانوذرات هیالورونیک اسید-آلوئه‌ورا با روش نانورسوب‌دهی تهیه شدند. هردو ترکیب هیالورونیک اسید و آلوئه‌ورا زیست‌سازگاری بسیار خوبی دارند و قابلیت آن‌ها به‌عنوان عامل ضدباکتریایی نشان داده‌ شد. همچنین، اتصال عرضی شیمیایی این دو ماده به‌وسیله‌ واکنش استری‌شدن می‌تواند به تغییر پایداری و زیست‌تخریب‌پذیری نانوذرات حاصل منجر شود. داکسی‌سایکلین به‌عنوان داروی مدل انتخاب و به‌وسیله نانوذرات هیالورونیک اسید-آلوئه‌ورا کپسولی شد.
روش‌ها: پودر آلوئه‌ورا از برگ گیاه تهیه و با طیف‌سنجی‌های زیرقرمز تبدیل فوریه و رزونانس مغناطیسی هسته شناسایی شد. هیالورونیک اسید و آلوئه‌ورا طی واکنش استری‌شدن سنتز شدند. اندازه و شکل نانوذرات با دستگاه پراکندگی نور دینامیکی و میکروسکوپ الکترونی پویشی بررسی شد. آزمون ضدباکتریایی سامانه روی باکتری استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیا کلی و نیز محاسبه حداقل غلظت بازدارندگی و حداقل غلظت کشندگی انجام شد.
یافته‌ها: متوسط اندازه هر ذره پیش و پس از بارگذاری دارو به ترتیب برابر 118 و  171nm بود. داکسی‌سایکلین با غلظت بهینه  200µg/mL، مقدار داروی بارگذاری‌شده %5.43 و بازده بارگذاری دارو %14.40 برای ادامه مطالعات برون‌تنی انتخاب شد. مقدار رهایش دارو به‌مدت 16 روز، %93.4 بود که بیانگر ‌رهایش آهسته است. نتایج حاصل از آزمون ضدباکتریایی نشانگر اثر سامانه بر هر دو باکتری مثبت بود. اما با توجه به نتایج حلقه بازدارندگی رشد اثر آن بر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس بیشتر بود. زنده‌مانی سلولی روی رده سلولی NIH3T3 با استفاده از روش MTT انجام شد و نانوذرات دارای دارو با غلظت   10µg/mL به‌عنوان غلظت مناسب انتخاب شدند. مطالعه حاضر نشان داد، نانوحامل‌های هیالورونیک اسید-آلوئه‌ورا برای رهایش کنترل‌شده داروی داکسی‌سایکلین و نیز به‌عنوان عامل درمانی برای درمان بیماری‌های عفونی مناسب هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of Hyaluronic acid-Aloevera Nanoparticles for Sustained Delivery of Doxycycline

نویسندگان [English]

  • Mojdeh Sadat Mirshafiei
  • Soheil Boddohi
Department of Biomedical Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-114, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: In this work, hyaluronic acid-aloevera (HA-AV) nanoparticles were prepared by nanoprecipitation method. Both HA and AV have shown great biocompatibility potential as antibacterial agents. Also chemical crosslinking of these two materials by esterification reaction could change stability and biodegradability. Doxycycline was selected as a drug model and encapsulated by HA-AV nanoparticles.
Methods: Aloevera powder was prepared from the plant leaf and characterized by FTIR and NMR. The synthesis of HA-AV was carried out through esterification reaction. Size and shape of nanoparticles were measured by dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscopy (SEM). Anti-bacterial test was obtained against Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria and also minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) were measured.
Findings: Average size of each particle before and after drug loading was about 118 nm and 171 nm, respectively. Doxycycline with an optimum concentration of 200 µg/mL was loaded, and drug loading content of 5.43% and drug loading efficiency of 40.14% were obtained. The sustained release profile showed 93.4% release during 16 days in PBS buffer solution. The results showed that the nanocarriers affected on both bacteria but the growth inhibitory loop was greater in Staphylococcus aureus. The cell viability test of nanocarriers was performed on NIH3T3 cell line by MTT assay method and nanoparticles containing 10 μg/mL of drug were selected as an appropriate concentration. Overall, this study has demonstrated that HA-AV nanocarriers can potentially be suitable for controlled release of doxycycline as a therapeutic agent for treatment of infectious diseases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanoparticles
  • hyaluronic acid
  • aloevera
  • doxycycline
  • sustained release
  1. Couvreur P., Nanoparticles in Drug Delivery: Past, Present and Future, Adv. Drug Deliver. Rev., 65, 21-23, 2013.
  2. Chang J.N., Recent Advances in Ophthalmic Drug Delivery, Handbook of Non-Invasive Drug Delivery Systems., Elsevier, 165-192, 2010.
  3. Bajpai A.K., Shukla S.K., Bhanu S., and Kankane S., Responsive Polymers in Controlled Drug Delivery, Prog.. Polym. Sci., 33, 1088-1118, 2008.
  4. Singh S., Sharma P.K., Kumar N., and Dudhe R., Biological Activities of Aloe vera, Int. J. Pharm. Technol., 2, 259-280, 2010.
  5. Ardizzoni A., Neglia R.G., Baschieri M.C., Cermelli C., Caratozzolo M., Righi E., Palmieri B., and Blasi E., Influence of Hyaluronic acid on Bacterial and Fungal Species, Including Clinically Relevant Opportunistic Pathogens, J. Mater. Sci. Mater. Med., 22, 2329-, 2011.
  6. Pedrosa S.S. and Gama M., Hyaluronic acid and Its Application in Nanomedicine, Carbohydrates Applications in Medicine, M H Gil, 55-89, 2014.
  7. Misra S., Hascall V.C., Atanelishvili I., Moreno Rodriguez R., Markwald R.R., and Ghatak S., Utilization of Glycosaminoglycans/Proteoglycans as Carriers for Targeted Therapy Delivery, Int. J. Biochem. Cell Biol., 2015, 2015.
  8. Huang G. and Huang, H., Application of Hyaluronic acid as Carriers in Drug Delivery, Drug. Deliv., 25, 766-772, 2018.
  9. Yao J., Fan Y., Du R., Zhou J., Lu Y., Wang W., Ren J., and Sun X., Amphoteric Hyaluronic acid Derivative for Targeting Gene Delivery, Biomaterials, 31, 9357-9365, 2010.
  10. Fan X., Zhao X., Qu X., and Fang J., pH Sensitive Polymeric Complex of Cisplatin with Hyaluronic acid Exhibits Tumor-Targeted Delivery and Improved In vivo Antitumor Effect, Int. J. Pharm., 496, 644-653, 2015.
  11. Gratieri T., Gelfuso G.M., Rocha E.M., Sarmento V.H., de Freitas O., and Lopez R.F.V., A Poloxamer/Chitosan In Situ Forming Gel with Prolonged Retention Time for Ocular Delivery, Eur. J. Pharm. Biopharm., 75, 186-193, 2010.
  12. Liu E., Zhou Y., Liu Z., Li J., Zhang D., Chen J., and Cai Z., Cisplatin Loaded Hyaluronic Acid Modified TiO2 Nanoparticles for Neoadjuvant Chemotherapy of Ovarian Cancer, J Nanomater., 16, 275-, 2015.
  13. Hamman J., Composition and Applications of Aloe vera Leaf Gel, Molecules, 13, 1599-1616, 2008.
  14. Ahlawat K.S. and Khatkar B.S., Processing, Food Applications and Safety of Aloe vera Products: A Review, J. Food Sci. Technol., 48, 525-533, 2011.
  15. Heinze T., Liebert T., and Koschella A., Esterification of Polysaccharides, Springer Science and Business Media, 2006.
  16. Alshamsan A., Nanoprecipitation is More Efficient than Emulsion Solvent Evaporation Method to Encapsulate Cucurbitacin I in PLGA Nanoparticles, Saudi. Pharm. J., 22, 219-222, 2014.
  17. Raval J.P., Naik D.R., Amin K.A., and Patel P.S., Controlled-Release and Antibacterial Studies of Doxycycline-Loaded Poly (ε-caprolactone) Microspheres, J Saudi. Chem. Soc., 18, 566-573, 2014.
  18. Misra R., Acharya S., Dilnawaz F., and Sahoo S.K., Sustained Antibacterial Activity of Doxycycline-Loaded Poly(D,L-lactide-co-glycolide) and Poly(ε-caprolactone) Nanoparticles, Nanomedicine, 4, 519-530, 2009.
  19. Gasque K.C.D.S., Al-Ahj L.P., Oliveira R.C., and Magalhães A.C., Cell Density and Solvent are Critical Parameters Affecting Formazan Evaluation in MTT Assay, Braz. Arch. Biol. Techn., 57, 381-385, 2014.
  20. Krokida M., Giannoukos K., Agalioti M., Mandala I., and Pappa A., Quality Characteristics of Dried Aloe. European Drying Conference, 26-28, 2011.
  21. Nejatzadeh-Barandozi F. and Enferadi S.T., FT-IR Study of the Polysaccharides Isolated from the Skin Juice, Gel Juice, and Flower of Aloe vera Tissues Affected by Fertilizer Treatment, Org. Med. Chem. Lett., 2, 33-, 2012.
  22. Lim Z.X. and Cheong K.Y., Effects of Drying Temperature and Ethanol Concentration on Bipolar Switching Characteristics of Natural Aloe vera-based Memory Devices, Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 26833-26853, 2015.
  23. Domingues R.M., Silva M., Gershovich P., Betta S., Babo P., Caridade S.G., Mano J.F., Motta A., Reis R.L., and Gomes M.E., Development of Injectable Hyaluronic acid/Cellulose Nanocrystals Bionanocomposite Hydrogels for Tissue Engineering Applications, Bioconjugate Chem., 26, 1571-1581, 2015.
  24. Heinze T., Liebert T.F., Pfeiffer K.S., and Hussain, M.A., Unconventional Cellulose Esters: Synthesis, Characterization and Structure–Property Relations, Cellulose, 10, 283-296, 2003.
  25. Hussain M.A., Shahwar D., Hassan M.N., Tahir M.N., Iqbal M.S., and Sher M., An Efficient Esterification of Pullulan Using Carboxylic acid Anhydrides Activated with Iodine, Collect, Czech. Chem. C., 75, 133-143, 2010.
  26. Cuenca A.G., Jiang H., Hochwald S.N., Delano M., Cance W.G., and Grobmyer S.R., Emerging Implications of Nanotechnology on Cancer Diagnostics and Therapeutics, Cancer, 107, 459-466, 2006.
  27. Misra R. and Sahoo S.K., Antibacterial Activity of Doxycycline-Loaded Nanoparticles, Methods. Enzymol., 509, 61-85, 2012.