PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF NEW HYDROGELS USED AS DRUG DELIVERY SYSTEMS FOR CHRONIC DRUGS

Abstract

ABSTRACT

Chitosan blend synthetic polymers can produce hydrogels carrying extra properties in addition to their biocompatibility, non-toxicity and biodegradability. The blend hydrogels will be thermally stable and mechanically strong. Therefore, chitosan was blended with polyacrylonitrile, and poly (acrylic acid) and the final hydrogel was cross-linked physically using sodium hexametaphosphate (SHMP). The prepared hydrogels were characterized for their chemical structure using 1H NMR, and their crystalline structure using X-ray diffraction, whereas their thermal and morphological state were examined by TGA, DTA, DSC, and FESEM analyses. The different analyses of the prepared hydrogels (CH-co-PAN/SHMP) and (CH-co-PAAc/SHMP) have shown semi-crystalline structure, and thermally stable composites with homogeneous blend materials, have folded surface containing pores. The prepared hydrogels are experimentally examining their controlled drug delivery behaviour. For that, the degree of swelling (DS) of the hydrogels were carried out under ambient conditions. The hydrogel (CH-co-PAAc/SHMP) shows higher DS%=120% in comparison with (CH-co-PAN/SHMP) hydrogel DS%=90% duo to its highly hydrolysable functional group. The hydrogels were loaded with hydroxychloroquine drug which used as model and (CH-co-PAAc/SHMP) hydrogel shows high maximum loading percentage Lmax%=39%, whereas (CH-co-PAN/SHMP) hydrogel shows Lmax%=36%. FESEM analysis was used for characterization of the loaded hydrogels, where FESEM images of both hydrogels presents that the drug particles were distributed inside and outside the hydrogel surface and in between its folds. Finally, the loaded hydrogel microspheres were allowed to release in buffered phosphate release solution pH=7.4 and at 37 oC. The hydrogel (CH-co-PAAc/SHMP) showed higher cumulative release percentage Rcum%=29.6% compared with (CH-co-PAN/SHMP) hydrogel with Rcum%=23.5% and for along controlled release time 30 hrs, while (CH-co-PAN/SHMP) hydrogel release for 24 hrs. The FESEM images of both hydrogels after release have shown the drug molecules are absent and the hydrogel microspheres are diffused their loaded drug, and they are still integrated.

ÖZET

Kitosan karışımı sentetik polimerler biyouyumluluk, toksik olmama ve biyolojik olarak parçalanabilirliklerinin yanı sıra ekstra özellikler taşıyan hidrojeller oluşturabilirler. Bu karışım hidrojellerin termal olarak stabil ve mekanik olarak güçlü olması beklenir. Bu nedenle kitosan, poliakrilonitril ve poli(akrilik asit) ile karıştırıldı ve nihai hidrojel, sodyum heksametafosfat (SHMP) kullanılarak fiziksel olarak çapraz bağlandı. Hazırlanan hidrojeller, kimyasal yapıları 1H NMR kullanılarak, kristal yapıları ise X-ışını kırınımı difraktometre ile karakterize edilmiş; termal ve morfolojik durumları ise TGA, DTA, DSC ve FESEM analizleriyle incelenmiştir. Hazırlanan hidrojellerin (CH-co-PAN/SHMP) ve (CH-co-PAAc/SHMP) farklı analizleri yarı kristal yapıyı ve homojen karışım malzemelerine sahip termal olarak stabil kompozitlerin katlanmış yüzeye dökülmeler içerdiğini göstermiştir. Hazırlanan hidrojeller kontrollü ilaç dağıtım davranışlarını deneysel olarak incelenmiştir. Bunun için hidrojellerin şişme derecesi (DS) ortam koşullarında gerçekleştirildi. Hidrojel (CH-co-PAAc/SHMP), yüksek derecede hidrolize edilebilir fonksiyonel grubuna göre (CH-co-PAN/SHMP) hidrojel %DS=%90 ikilisiyle karşılaştırıldığında daha yüksek %DS=%120 göstermiştir. Hidrojeller, model olarak kullanılan hidroksiklorokin ilacı ile yüklenmiştir ve (CH-co-PAAc/SHMP) hidrojel, yüksek maximum yükleme yüzdesi Lmax%=%39 strike, (CH-co-PAN/SHMP) hidrojel, Lmax%=36 göstermiştir. İlaç yüklenen hidrojellerin karakterizasyonu için FESEM analizi kullanılmış; burada her iki hidrojel de FESEM görüntüleri incelendiğinde ilaç parçacıkları hidrojel yüzeyinin içinde ve dışında ve kıvrımları arasında dağılmış görünmektedir. Son olarak yüklenen hidrojel mikrokürelerin, tamponlu fosfat salma çözeltisi pH=7,4 içinde ve 37 oC'de salınması sağlandı. Hidrojel (CH-co-PAAc/SHMP), Rcum%=%23,5 olan (CH-co-PAN/SHMP) hidrojel ile karşılaştırıldığında ve 30 saatlik kontrollü salım süresi boyunca daha yüksek kümülatif salım yüzdesi Rcum% değeri %29,6 gösterirken, (CH 24 saat boyunca -co-PAN/SHMP) hidrojel salınımı Rcum% değeri %23,5 olmuştur. Her iki hidrojelin ilaç salınımı sonrasında elde edilen FESEM görüntüleri, hidrojeller üzerinde ilaç moleküllerinin bulunmadığını ve hidrojel mikrokürelerinin yüklü ilaçlarını dağıttıklarını ve hala bütünleşik olduklarını göstermiştir.