نانواسفنج‌های پلیمری برپایه سیکلودکسترین با قابلیت بارگذاری-رهایش مواد و کاربردهای آن‌ها

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

2 عضو هیات علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

4 عضو هیات علمی پژوهشگاه پلیمر و پترو شیمی ایران

چکیده

نانواسفنج‌ها عموماً مواد متخلخلی هستند که از به‌هم پیوستن مونومرهای سیکلودکسترین به‌دست‌ می‌آیند. آن‌ها دارای حفره‌هایی در اندازه نانومتری بوده و قابلیت بارگذاری مواد در این حفره‌ها را دارند. خواص پایه فیزیکی-شیمیایی سیکلودکسترین‌ها در اواخر قرن نوزدهم بررسی  و سپس به‌عنوان روش عملی و اقتصادی برای بهبود خواص فیزیکی-شیمیایی و خواص دارویی مانند افزایش انحلال‌پذیری، پایداری و زیست‌دسترسی مولکول‌های دارو استفاده شده‌اند. نانواسفنج‌های برپایه سیکلودکسترین متخلخل بوده و در محلول‌های آبی نامحلول‌اند. این نانواسفنج‌ها دارای ساختار کروی‌شکل بلوری یا بی‌شکل هستند که با استفاده از انواع مختلف سیکلودکسترین‌ها و مشتقات آن‌ها تهیه می‌شوند. نوع سیکلودکسترین‌ها، عوامل شبکه‌ای‌کننده و درجه شبکه‌ای‌شدن روی ابعاد و قطبیت پلیمر متخلخل اثرگذارند. نانواسفنج‌های پلیمری با توجه به نوع عامل شبکه‌ای‌کننده، می‌توانند به‌صورت خنثی یا اسیدی تهیه و سنتز شوند. این‌گونه نانواسفنج‌ها دارای بخش‌های آب‌دوست و آب‌گریز بوده که قابلیت تله‌اندازی محدوده وسیعی از مولکول‌های چربی‌دوست و آب‌دوست را با تشکیل کمپلکس‌های درون‌گیر و غیردرون‌گیر القا می‌کنند. این کمپلکس‌ها، بدون ایجاد هیچ‌گونه پیوند کوئوردینانسی میان مولکول‌ها تشکیل می‌شوند. نیروی رانش برای تشکیل آن‌ها می‌تواند برهم‌کنش‌های الکتروستاتیک، واندروالسی، آب‌گریز و انتقال بار باشد. این نوع از نانواسفنج‌های پلیمری با روش‌های مختلف از جمله میکروسکوپی، بررسی انحلال‌پذیری، پتانسیل زتا، گرماسنجی پویشی تفاضلی و طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه شناسایی می‌شوند. عوامل مختلف مانند نوع پلیمر و میزبان، دما و روش تهیه می‌توانند بر تشکیل و عملکرد نانواسفنج‌ها اثرگذار باشند. این نوع از نانواسفنج‌ها در زمینه‌های متنوع نظیر دارویی، نساجی، کاتالیزگرها، لوازم ‌آرایشی، کشاورزی و مانند آن‌ها کاربرد دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Cyclodextrin-based Polymeric Nanosponges with Capability of Loading/releasing Materials and Their Applications

نویسندگان [English]

  • Mosayeb Mosayeb Gharakhloo 1
  • samaheh sadjadi 2
  • Fahimeh Askari 2
  • Mahdi Rezaeetabar 3
  • Azam Rahimi 4
1 MSc student at Iran polymer and petrochemical institute
2 academic staff of Iran polymer and petrochemical institute
3 MSc student at Iran polymer and petrochemical institute
4 academic staff of Iran polymer and petrochemical institute
چکیده [English]

Nanosponges are generally porous materials with nanometer-sized pores that are capable of loading molecules in their cavities. Physical-chemical properties of cyclodextrins in the late 19th century were fundamental. Cyclodextrins have been used as practical and economical advantages to improve the physico-chemical properties and medicinal properties such as increased solubility, stability and bioavailability of the drug molecules. Cyclodextrin-based nanosponges are porous and insoluble in aqueous solution which can be in crystalline or amorphous structure and spherical shape and can be formed by different types of cyclodextrins and their derivatives. Dimension and the polarity of porous polymers are affected by types of cyclodextrins, cross-linkers and degree of cross-linking. In addition, depending on the type of cross-linker, neutral or acidic polymeric nanosponges can be synthesized. These polymeric nanosponges have hydrophilic and hydrophobic parts that induce capability to entrap wide range of lipophilic or hydrophilic molecules by forming inclusion and non-inclusion complexes. These complexes are formed between molecules without making any coordination bond and the driving force to induce electrostatic, Van der Waals and hydrophobic interactions, release of conformational strains and charge-transfer interaction. Characterization of these types of polymeric nanosponges are performed by different methods like microscopy, solubility studies, zeta potential, DSC and FT-IR spectroscopy. Various factors such as type of polymer and guest, temperature and method of preparation can affect the formation and the performance of nanosponges. These nanosponges are used in a variety of fields such as pharmaceutical, textile, catalysts, cosmetics, agriculture and other areas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cyclodextrin
  • nanosponge
  • crosslinker
  • loading
  • releasing
1.
Crini G., Review: A History of Cyclodextrins, Chem. Rev., 114, 10940–10975, 2014.
2.
Vyas A., Saraf S., and Saraf S., Cyclodextrin Based Novel Drug Delivery Systems, J. Inclusion Phenom. Macrocyclic Chem., 62, 23-42, 2008.
3.
Van de Manakker F., Vermonden T., Van Nostrum C.F., and Hennink W.E., Cyclodextrin-Based Polymeric Materials: Synthesis,
Properties, Biomacromolecules, 10, 3157-3175, 2009.
4.
Mura P., Analytical Techniques for Characterization of Cyclodextrin
Complexes in Aqueous Solution: A Review, J. Pharm. Biomed. Anal., 101, 238–250, 2014.
5.
Auzély-Velty R., Self-Assembling Polysaccharide Systems Based on Cyclodextrin Complexation: Synthesis, Properties and Potential Applications in the Biomaterials Field, Comptes Rendus Chimie, 14, 167-177, 2011.
6.
Okklo Life Sciences, http://www.okklo.com/technology/cyclodextrins,
available in 19 November 2016.
7.
Zhang J., Ellsworth K., and Ma P.X., Hydrophobic Pharmaceuticals
Mediated Self-Assembly of ß-Cyclodextrin Containing
Hydrophilic Copolymers: Novel Chemical Responsive Nano-Vehicles for Drug Delivery, J. Controlled Release, 145, 116-123, 2010.
8.
Tejashri G., Amrita B., and Darshana J., Cyclodextrin Based Nanosponges for Pharmaceutical Use: A Review, Acta Pharmaceutica,
63, 335–358, 2013.
9.
Olteanu A.A., Aramă C.C., Radu C., Mihăescu C., and Monciu
C.M., Effect of b-Cyclodextrins Based Nanosponges on the Solubility of Lipophilic Pharmacological Active Substances
(Repaglinide), J. Inclusion Phenom. Macrocyclic Chem., 8, 17-24, 2016.
10.
Swaminathan S., Vavia P.R., Trotta F., Cavalli R., Tumbiolo S., Bertinetti L., and Coluccia S., Structural Evidence of Differential
Forms of Nanosponges of Beta-Cyclodextrin and Its Effect on Solubilization of A Model Drug, J. Inclusion Phenom.
Macrocyclic Chem., 76, 201–211, 2013.
11.
Singh R. and Bharti N., Characterization of Cyclodextrin Inclusion
Complexes-A Review, PDA J. Pharm. Sci. Technol., 2, 171–183, 2010.
12.
Sadjadi S. and Gharakhloo M., Synthesis of Cyclodextrin-Based Nanoporous Polymer and Its Utility for Encapsulation of Active Species, ISPST 2016, 2-5 November, Iran, 2016.
13.
Bilensoy E. and Trotta F., Cyclodextrin Nanosponges and their Applications, Cyclodextrins in Pharmaceutics, Cosmetics,
and Biomedicine: Current and Future Industrial Applications, Wiley Online Library, 323–342, 2011, doi: 10.1002/9780470926819.
14.
Mamba B.B., Krause R.W., Malefetse T.J., and Nxumalo E.N., Monofunctionalized Cyclodextrin Polymers for the Removal of Organic Pollutants From Water, Environ. Chem. Lett., 5, 79–84, 2007.

15.
Seglie L., Devecchi M., Trotta F., and Scariot V., β-Cyclodextrin Based Nanosponges Improve 1-MCP Efficacy In Extending The Postharvest Quality of Cut Flowers, Sci. Hortic. (Amsterdam),
159, 162–165, 2013.
16.
Seglie L., Martina K., Devecchi M., Roggero C., Trotta F., and Scariot V., The Effects of 1-MCP in Cyclodextrin-Based Nanosponges to Improve the Vase Life of Dianthus Caryophyllus
Cut Flowers, Postharvest Biol. Technol., 59, 200–205, 2011.
17.
Seglie L., Spadaro D., Trotta F., Devecchi M., Gullino M., and Scariot V., Use of 1-Methylcylopropene in Cyclodextrin-
Based Nanosponges To Control Grey Mould Caused by Botrytis Cinerea on Dianthus Caryophyllus Cut Flowers, Postharvest Biol. Technol., 64, 55–57, 2012.
18.
Massaro M., Cina V., Labbozzetta M., Lazzara G., Meo P.L., Poma P., and Riela S., Noto R., Chemical and Pharmaceutical Evaluation of the Relationship Between Triazole Linkersand Pore Size on Cyclodextrin–Calixarene Nanosponges Used as Carriers for Natural Drugs, RSC Adv., 6, 50858–50866, 2016.
19.
Swaminathan S., Cavalli R., and Trotta F., Cyclodextrin-Based Nanosponges: A Versatile Platform for Cancer Nanotherapeutics
Development, Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol., 8, 579–601, 2016.
20.
Mihailiasa M., Caldera F., Li J., Peila R., Ferri A., and Trotta F., Preparation of Melatonin Loaded Β-Cyclodextrin Nanosponges,
Carbohydr. Polym., 142, 24-30, 2016.
21.
Shende P., Kulkarni Y.A., Gaud R.S., Deshmukh K., Cavalli R., Trotta F., and Caldera F., Acute and Repeated Dose Toxicity
Studies of Different Β-Cyclodextrin-Based Nanosponge Formulations, J. Pharm. Sci, 104, 1856–1863, 2015.
22.
Shende P., Gaud R.S., Bakal R., and Patil D., Effect of Inclusion
Complexation of Meloxicam with β-cyclodextrin- and β-cyclodextrin-Based Nanosponges on Solubility, in Vitro Release
and Stability Studies, Colloids Surf., B, 136, 105–110, 2015.
23.
Dora C.P., Trotta F., Kushwah V., Devasari N., Singh C., Suresh S., and Jain S., Potential of Erlotinib Cyclodextrin Nanosponge Complex to Enhance Solubility, Dissolution Rate, in Vitro Cytotoxicity and Oral Bioavailability, Carbohydr.
Polym, 137, 339–349, 2013.
24.
Sapino S., Carlotti M.E., Cavalli R., Ugazio E., Berlier G., Gastaldi L., and Morel S., Photochemical and Antioxidant Properties of Gamma-Oryzanol in Beta-Cyclodextrin-Based Nanosponges, J. Inclusion Phenom. Macrocyclic Chem., 75, 69–76, 2013.
25.
Cavalli R., Akhter A.K., Bisazza A., Giustetto P., Trotta F., and Vavia P., Nanosponge Formulations as Oxygen Delivery Systems,
Int. J. Pharm, 402, 254–257, 2010.
26.
Trotta F., Cavalli R., Martina K., Biasizzo M., Vitillo J., Bordiga
S., Vavia P., and Ansari K., Cyclodextrin Nanosponges as Effective Gas Carriers, J. Inclusion Phenom. Macrocyclic Chem., 71, 189–194, 2011.