Synthese, Charakterisierung und Bewertung von Anti - Shijiazhuang Chemicals Co., Ltd

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 10274 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Curcumin ist ein sekundärer Pflanzenstoff, der aus dem getrockneten Rhizom von Curcuma longa L., Familie Zingiberaceae, isoliert wird und über vielseitige biologische Aktivitäten und hydrophobe Eigenschaften verfügt. Die aktuelle Studie wurde durchgeführt, um mit Curcumin beladene Nanopartikel (NPs) aus Chitosan und Natriumtripolyphosphat (STPP) herzustellen und zu optimieren, um die Bioverfügbarkeit von Curcumin zu verbessern. NPs wurden unter Verwendung der ionischen Gelierungsmethode hergestellt. Basierend auf den ausgewählten Variablen wie STPP- und Chitosan-Konzentration, Umdrehungen pro Minute (U/min), Temperatur und pH-Wert der Chitosan-Lösung wurden vier Formulierungen entwickelt. NPs wurden hinsichtlich Morphologie, Arzneimittel-Polymer-Kompatibilität, Ausbeute, Partikelgröße, Einkapselungseffizienz, Freisetzungsverhalten, entzündungshemmender und antiarthritischer Aktivität im Vergleich zu Curcumin und Standardarzneimittel charakterisiert. Die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) zeigt die Kompatibilität von Nanopartikeln. Die maximale Ausbeute betrug 60 %. Die Einschlusseffizienz lag zwischen 45 und 65 %. Curcumin NPs und das Standardarzneimittel 600 µg/ml zeigen 59 % bzw. 70 % entzündungshemmende Aktivität durch die HRB-Membranstabilisierungsmethode, was höher ist als bei Curcumin allein, wohingegen die antiarthritische Aktivität durch die Proteindenaturierungsmethode ebenfalls mit dem Standardarzneimittel vergleichbar und höher ist Curcumin betrug 66 bzw. 70 %. Die statistische Analyse zeigt den mittleren signifikanten Unterschied bei p ≤ 0,05. Die Studie kam zu dem Schluss, dass Curcumin-beladene Chitosan- und STPP-NPs erfolgreich mit der ionischen Gelierungsmethode formuliert wurden, was die Curcumin-Absorption erhöhte, was zu einer verringerten Dosierungsrate und einer verbesserten Patientencompliance führte.

Eine Gruppe entzündlicher Erkrankungen, die Gewebe und Gelenke beeinflussen, sind rheumatische Erkrankungen. Charakteristisch für diese Krankheiten ist die Produktion von Antikörpern, die körpereigene Moleküle erkennen, die sich in Zellen befinden. Solche Autoantikörper entstehen durch einen Verlust der Selbsttoleranz und verursachen Entzündungen und Gewebeschäden in infizierten Körperregionen1. Arthritis betrifft weltweit Millionen Menschen. Die Krankheit verursacht starke Gelenkschmerzen, Steifheit und Schwellungen, die bei unsachgemäßer Behandlung zu einer Behinderung führen können2. Rheumatoide Arthritis (RA) ist eine schwere Autoimmunerkrankung, von der etwa 1 % der Weltbevölkerung betroffen ist und die mit hoher Invaliditäts- und Mortalitätsrate einhergeht. RA ist eine chronische, langwierige Erkrankung, bei der der Patient ein Leben lang anhält, wenn die Entzündung nicht spontan gelindert wird3.

Curcumin, eine natürliche phenolische Verbindung, die aus dem Rhizom der Kurkuma (Curcuma longa L.) gewonnen wird, gehört zur Familie der Zingiberaceae und hat Forschungsinteresse geweckt, da es pleiotrope biologische und pharmakologische Eigenschaften besitzt, wie z. B. krebshemmende, entzündungshemmende, antibakterielle und antioxidative Eigenschaften und antirheumatisch usw. Der zugrunde liegende Mechanismus umfasst seine hemmende Wirkung auf proinflammatorische Zytokine wie IL-6, TNF-α, IL-1β, Cyclooxygenase (COX-2), induzierbare Stickoxidsynthase (iNOS) und Transkriptionsfaktoren wie Kernfaktor (NF-kB), Aktivatorprotein-1 (AP-1). Allerdings ist die therapeutische Wirksamkeit von Curcumin aufgrund der schlechten Wasserlöslichkeit (hydrophob), des schnellen Abbaus (kurze Halbwertszeit) und der geringen Bioverfügbarkeit begrenzt4. Durch die Einkapselung von Curcumin in Chitosan-Nanopartikeln wollen Forscher seine Stabilität erhöhen, seine Löslichkeit verbessern und seine Freisetzung verlängern, was zu einer erhöhten Bioverfügbarkeit und Wirksamkeit führt.

Drug-Delivery-Systeme (DDS) sind Technologien, mit denen Arzneimittel an bestimmte Stellen im Körper abgegeben werden, um deren Wirksamkeit zu verbessern, die Toxizität zu verringern und die Compliance des Patienten zu verbessern. DDS hat sich zu einem wichtigen Forschungsgebiet in der Pharmaindustrie entwickelt, da es verschiedene Herausforderungen bei der Arzneimittelverabreichung bewältigen kann, darunter schlechte Löslichkeit, kurze Halbwertszeit und unspezifische Verteilung5. Nanopartikel gehören zu den am häufigsten untersuchten DDS. Sie können so konzipiert sein, dass sie Arzneimittel auf kontrollierte Weise freisetzen, und sie können auf bestimmte Zellen oder Gewebe im Körper abzielen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass Nanopartikel bei der Verabreichung einer Vielzahl von Medikamenten eingesetzt werden können, darunter Krebsmedikamente, Antibiotika und entzündungshemmende Medikamente. Beispiele für Nanopartikel, die bei der Arzneimittelabgabe verwendet werden, sind Liposome, Dendrimere und Polymer-Nanopartikel6. NPs im Bereich von 10–1000 nm gelten als feste NPs oder als Partikelverteilung. Der pharmazeutische Wirkstoff in NPs ist durch eine Polymerhülle eingekapselt. NPs werden nach der Art der Polymere und dem verwendeten Formulierungsprozess kategorisiert 7. Polymere NPs werden aufgrund ihrer Struktur und Flexibilität häufig bei der Behandlung vieler Krankheiten eingesetzt. Chitosan ist ein Polymer der Natur und ein Polyelektrolyt des Kations. Es besitzt die Eigenschaft, die Membranpermeabilität sowohl in vivo als auch in vitro zu erhöhen. Es ist im Serum abbaubar und biokompatibel. Chitosan ist ein Polysaccharid, das die Permeabilität erhöhen kann und mukoadhäsive Eigenschaften hat, weshalb es für eine erhöhte Absorption rund um das Darmepithel verwendet wird8. Natriumtripolyphosphat (STPP) ist ein häufig verwendetes Reagens bei der ionischen Gelierungsmethode zur Synthese von Nanopartikeln. STPP fungiert als Vernetzungsmittel, das mit den kationischen Gruppen auf der Oberfläche der Nanopartikel reagiert und eine stabile Nanopartikelmatrix bildet. Jüngste Studien haben über die Verwendung von STPP bei der Synthese verschiedener Arten von Nanopartikeln berichtet, darunter Silber-Nanopartikel (AgNPs), Gold-Nanopartikel (AuNPs) und Chitosan-Nanopartikel9.

Einige der pharmakologischen Studien zu mit Curcumin beladenen Chitosan-Nanopartikeln wie antiproliferative, wundheilende Eigenschaften, Antioxidantien, Nephrotoxizität usw. wurden bereits durchgeführt und berichtet, die Forschung zu ihren entzündungshemmenden und antiarthritischen Aktivitäten muss jedoch noch ausgewertet werden . Insgesamt liegt die Neuheit dieser Forschungsarbeit in der Kombination von mit Curcumin beladenen Chitosan-NPs sowie entzündungshemmenden und antiarthritischen Aktivitäten. Durch die Nutzung der Vorteile von Chitosan-Nanopartikeln als Arzneimittelträger und die Untersuchung potenzieller Verbesserungen der entzündungshemmenden Eigenschaften hat diese Forschung das Potenzial, zur Entwicklung neuartiger Therapiestrategien für entzündliche Erkrankungen beizutragen. In unserer aktuellen Arbeit haben wir mit Curcumin beladene Chitosan-NPs mit Natriumtripolyphosphat (STPP) mithilfe der ionischen Gelierungsmethode hergestellt und charakterisiert, um die Löslichkeitsprobleme zu lösen. Die antiarthritischen und entzündungshemmenden Eigenschaften durch die Membranstabilisierung menschlicher roter Blutkörperchen (HRB) und die Methode der Proteindenaturierung wurden ebenfalls bewertet.

Chitosan (niedriges Molekulargewicht), Natriumtripolyphosphat und Curcumin wurden von Sigma Aldrich, China, bezogen. Natriumdihydrogenphosphat, Ethanol (Ethylalkohol) und NaOH (Natriumhydroxid) wurden von Merck Deutschland bezogen. Eisessig 100 %, HCL (Salzsäure) wurden von Anala BDH Laboratory, England, bezogen. Entionisiertes Wasser aus einem industriellen Forschungslabor der Islamia University of Bahawalpur, Pakistan.

Mit Curcumin beladene Chitosan-NPs wurden mit geringfügiger Modifikation der zuvor von Duse et al.10 beschriebenen ionischen Gelierungsmethode hergestellt. Vier Formulierungen wurden durch Variieren der Chitosan- und STPP-Konzentration (5:0,5, 5,5:0,5, 6:0,5, 6:1) hergestellt, während Rührgeschwindigkeit, Temperatur und pH-Wert konstant blieben, wie in Tabelle 1 beschrieben. Es wurde eine Chitosanlösung (2 %) hergestellt durch Zugabe zu einer 2-prozentigen V/V-Eisessiglösung unter Rühren mit einer Geschwindigkeit von 500 U/min für 12 Stunden auf einem Heizplattenrührer (ARE Heating Magnetic Stirrer). Zwei Tropfen Tween 80 (Polysorbat 80) wurden hinzugefügt, der pH-Wert der Chitosanlösung wurde durch Zugabe von 0,2 M NaOH auf 4,5 eingestellt und dann filtriert. Das Arzneimittel wurde unter ständigem Rühren in Ethanol gelöst. Nach der Filtration wurde die Arzneimittellösung mit Hilfe einer Spritze bei 600 U/min unter Rühren zugegeben. Wir stellten eine 0,1 %ige STPP-Lösung (1 mg/ml) her und fügten sie bei 1000 U/min hinzu. Nach 60 Minuten wurde eine leicht trübe Lösung (Nanosuspension) gesammelt und 30 Minuten lang bei einer Geschwindigkeit von 12.000 U/min zentrifugiert. Der Überstand wurde zur weiteren Charakterisierung gesammelt, während feste NP-Pellets mit entionisiertem Wasser gewaschen und getrocknetes Pulver nach Lyophilisierung gesammelt wurden.

Verschiedene Dosierungen von Curcumin-Verdünnungen (0 µg/ml bis 25 µg/ml) wurden durch getrenntes Mischen der Stammlösung mit Salzsäurepuffer 1,2 pH, Phosphatpuffer 6,8 und 7,4, wie in Tabelle 1 beschrieben, entwickelt. Leerwert (HCl-Puffer, Phosphatpuffer 6,8). und 7.4) wurde zur Messung der UV-Absorption auf Auto-Null eingestellt. Die Absorption von Curcumin in verschiedenen Verdünnungen wurde bei 263 nm gemessen und das Diagramm wurde erstellt, indem die Absorption gegen die Konzentration mit Microsoft Excel aufgetragen wurde. Die Daten sind in Tabelle 1 aufgeführt. Das Diagramm der Standardkurve von Curcumin in Phosphatpuffer (pH 6,8) wurde in der Zusatzdatei bereitgestellt.

Die prozentuale Ausbeute wurde berechnet als das Gewicht der erhaltenen getrockneten NPs dividiert durch die Gewichtssumme der ursprünglich verwendeten getrockneten Substanzen, multipliziert mit hundert, wie mathematisch ausgedrückt11.

Die EE-Fähigkeit des Arzneimittels in allen vorbereiteten NPs wurde mithilfe eines indirekten Ansatzes gemessen. Frisch hergestellte NP-Formulierungen wurden in Zentrifugenmaschinen (Himac CS150GXL, Hitachi, Japan) montiert und die Drehzahl für 35 Minuten auf 12.000 eingestellt. Die NPs wurden nach 35 Minuten isoliert und der Überstand wurde gewonnen, um die Menge der nicht eingeschlossenen Arzneimittel mithilfe der folgenden Gleichung zu bestimmen:

Die Größenverteilung und die durchschnittliche Größe der Chitosan-NPs wurden gemessen und der Polydispersitätsindex (PDI) berechnet. Untersuchungen zur Größe und Größenverteilung wurden von DLS unter Verwendung von Streulicht in Winkeln von 90° oder 173° durchgeführt, die vom Gerät automatisch ausgewählt wurden. Die Messung des Zetapotentials wurde bei 25 °C durchgeführt, um die Größe, Streuung und Stabilität von Chitosan-NPs zu untersuchen.

Nach der Herstellung der Chitosan-NPs wurde die Charakterisierung der Nanopartikel mittels REM mit dem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FESEM) ZEISS LEO SUPRA 55 untersucht.

Die FTIR-Spektroskopie ist eine häufig verwendete Technik zur Molekülstrukturanalyse, zur Bestimmung chemischer Bindungen zwischen Molekülen und zur Definition der chemischen Struktur. Spezifische funktionelle Gruppen, die in der molekularen chemischen Struktur vorkommen, sind über das Absorptionsband des FTIR-Spektrums aufgelöst. In den NPs wurden Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Substanzen und Arzneimitteln festgestellt. Die FTIR-Spektren der Chitosan-NP-Probe wurden mit FTIR der Tensor 27-Serie bestimmt.

Die Wirkstofffreisetzungsaktivität wurde mit einem Paddel-USP-Auflösungsgerät an mit Curcumin beladenen Chitosan-NPs getestet. Abgewogene Volumina von 5 mg äquivalenten NPs wurden in 900 ml Phosphatpuffer (pH 6,8) verteilt. Unter Rühren mit 100 U/min blieb das Lösungsmedium bei 37 ± 5 °C12 erhalten. Während der 15-stündigen Auflösungsanalyse wurden in festgelegten Zeitintervallen 5-ml-Aliquots aus dem Auflösungsmedium entnommen. Bei der Extraktion der Aliquots wurden 5 ml frischer Puffer aufgetragen, um die Sinkkapazität aufrechtzuerhalten. Die gesammelte Probe wurde spektrophotometrisch mit einem UV-Spektrophotometer (IRMACO GmbH, Geesthacht, Deutschland) bei 263 nm untersucht. Die prozentuale kumulative Freisetzung von Arzneimitteln wurde neben der Zeit aufgetragen und das Freisetzungsverhalten grafisch dargestellt13.

Die antiarthritische In-vitro-Aktivität wurde mithilfe der zuvor von Abbas et al.14 beschriebenen Methode zur Denaturierung von Eialbuminproteinen mit geringfügigen Modifikationen durchgeführt. Wir verwendeten 2 ml verschiedener Konzentrationen (200, 400, 600 μg/ml) Curcumin, eine Nanopartikelformulierung (aufgelöst in Ethanol) und das Standardarzneimittel Diclofenac-Natrium (Injektionsform), Eialbumin 0,2 ml sowie Phosphatpuffer 2,8 ml ( pH = 6,5). Bei 37 °C wurde die Reaktionsmischung 20 Minuten lang inkubiert und anschließend 5 Minuten lang auf 70 °C erhitzt. Die Absorption wurde bei 660 nm mit einem Spektrophotometer nach Abkühlen der Reaktionsmischung auf Raumtemperatur gemessen. Die gleiche Menge Eialbumin und Phosphatpuffer wurden als Negativkontrolle mit 2 ml destilliertem Wasser verwendet und die prozentuale Hemmung wurde nach der folgenden Formel berechnet:

wobei AC = Absorption der Kontrollprobe, AS = Absorption der Testprobe.

Die HRBC-Membranstabilisierungsmethode wurde mit geringfügigen Modifikationen zur Untersuchung der entzündungshemmenden Aktivität verwendet, über die zuvor von Abbas et al.14 berichtet wurde. Von allen Probanden wurde eine Einverständniserklärung eingeholt, die Richtlinien der IFBDO (International Federation of Blood Donor Organizations) wurden in die Studie übernommen. Die Studie wurde von der Ethikkommission der Islamia University of Bahawalpur genehmigt. Die Blutprobe wurde entnommen und mit dem gleichen Volumen Alsever-Lösung (0,8 % Natriumcitrat, 2 % Dextrose, 0,5 % Zitronensäure und 0,42 % Natriumchlorid) gemischt und bei 3000 U/min zentrifugiert. Zum Waschen der gepackten Zellen wurde Isosalzlösung verwendet und eine 10 % v/v Suspension hergestellt. Hier wurden 1 ml verschiedener Konzentrationen (200, 400 und 600 µg/ml) Curcumin, Nanopartikelformulierung (in Ethanol aufgelöst) und die gleichen Konzentrationen des Standardarzneimittels Diclofenac-Natrium (Injektionsform) unter Verwendung von destilliertem Wasser entnommen und zu jeder Konzentration 2 ml Hypo-Kochsalzlösung, 1 ml Phosphatpuffer und 0,5 ml HRBC-Suspension wurden gemischt. Es wurde 30 Minuten lang bei 37 °C inkubiert und etwa 20 Minuten lang bei 3000 U/min zentrifugiert. Der Hämoglobingehalt der überstehenden Lösung wurde spektrophotometrisch bei 560 nm gemessen.

Die prozentuale Hemmung wurde mithilfe der folgenden Gleichung bestimmt:

wobei AC = Kontrollabsorption, AS = Testprobenabsorption.

Zur Überprüfung der statistischen Signifikanz wurde eine Einweg-ANOVA gefolgt von einem LSD-Post-hoc-Test angewendet. Die Signifikanz wurde bei p ≤ 0,05 bestimmt. Die Ergebnisse wurden mithilfe der Version 20 von IBM SPSS Statistics analysiert.

Die auf Chitosan basierenden polymeren Curcumin-NPs wurden durch die ionische Gelierungsmethode hergestellt. Insgesamt wurden vier Formulierungen hergestellt. Tabelle 2 enthält eine Reihe von Formulierungen und mehrere Variablen. In der aktuellen Studie wurden mit Curcumin beladene NPs hergestellt, die eine signifikantere Aktivität als Curcumin aufwiesen. Die verringerte Partikelgröße und das positive Zeta-Potenzial führten zu einer anhaltenden Freisetzung des Arzneimittels an der erkrankten Stelle und erhöhten die Absorption, was vermutlich zu einer Verbesserung seiner entzündungshemmenden Wirkung führt. Somit wurde nachgewiesen, dass NPs die Bioverfügbarkeit, Löslichkeit und Stabilität von Curcumin verbesserten. NPs wurden mit unterschiedlichen Rührgeschwindigkeiten, Polymer- und Tensidkonzentrationen erfolgreich synthetisiert und charakterisiert.

Das DLS-Instrument wurde zur Messung der Partikelgröße, des PDI und des Zetapotentials von NPs verwendet. Alle NP-Formulierungen weisen die unten in Tabelle 3 angegebenen durchschnittlichen Größen auf. Der durchschnittliche Durchmesser von CCNF1 betrug 481,7 und der PDI betrug 0,793. Das Zetapotential betrug 37,7 mV. Mehrere Parameter wie Form, Größe, Zusammensetzung und Größenverteilung könnten einen deutlichen Einfluss auf die antiarthritische Aktivität von Chitosan-NPs haben. Daher wurden Form und Größe von Chitosan-NPs mittels REM charakterisiert. Abbildung 1 zeigt das REM-Bild der synthetisierten Chitosan-NPs mit einer Auflösung von 1 µm und einer Spannung von 20 kV. Die synthetisierten Chitosan-NPs haben eine Kugelform. Die optimierte Formulierung mit der kleinsten Größe war die Formulierung CCNF1, die ein Chitosan- und STPP-Verhältnis von 5:0,5, eine Tensidkonzentration von 1 % und eine Rührgeschwindigkeit von 800 U/min enthält. Alle Formulierungen haben eine Partikelgröße im Bereich von 1–1000 nm. Die größte Partikelgröße hatte die Formulierung CCNF4, die ein Chitosan- und STPP-Verhältnis von 5:1 aufweist. Die Größenanalyse von CCNF1-Nanopartikeln anhand des Zetapotenzials und das Zetapotenzialdiagramm der Nanopartikelformulierung CCNF1 wurden in der Zusatzdatei bereitgestellt. In einer früheren Studie von Sruthi Sreekumar et al. im Jahr 2018 berichteten, dass der durchschnittliche hydrodynamische Durchmesser der erzeugten Partikel erheblich von der anfänglichen Chitosankonzentration für ein gegebenes Molverhältnis von Chitosan zu STPP abhängt15. Die zweite Acetylierungsstufe des Chitosans wurde als wichtigstes Element entdeckt, das die Fähigkeit des Systems zur Partikelproduktion beeinflusst. Es ist interessant festzustellen, dass Viskosimeteruntersuchungen ergaben, dass die Anwesenheit oder Abwesenheit von Salzen im Medium einen erheblichen Einfluss auf die Partikelproduktion und den durchschnittlichen hydrodynamischen Durchmesser der erzeugten Partikel hatte. Die zweite Acetylierungsstufe des Chitosans wurde entdeckt. Zusammenfassend stellten sie fest, dass es möglich ist, die Produktion und die Eigenschaften von Chitosanpartikeln mit einer Größe von Nano- bis Mikrometern zu steuern, indem zwei Faktoren der Polymerlösung manipuliert werden, nämlich ihre Anfangskonzentration und ihre Lösungsmittelumgebung16.

SEM-Bild von Chitosan-Curcumin-NPs.

Die prozentuale Ausbeute der Formulierungen (CCNF1-4) lag im Bereich von 25 bis 60 % und der EE bei 45–65 %, wie in Tabelle 4 gezeigt. Die maximale prozentuale Ausbeute wurde in der Formulierung CCNF4 gefunden. Der prozentuale EE und die Ausbeute der optimierten CCNF1-Formulierung betrugen 45 % bzw. 25 %. Das Massenverhältnis von Chitosan zu STPP (Chitosan: STPP) wirkte sich direkt auf die prozentuale Ausbeute, den prozentualen Einschluss und die prozentuale Wirkstoffbeladung aus. Eine von Akolade et al. aus dem Jahr 2018 durchgeführte Studie zeigte das gleiche Ergebnis: Wenn die STPP-Konzentration im Vergleich zu Chitosan steigt, steigt auch die Ausbeute an NPs17. Eine geringere prozentuale Ausbeute ist auf die chemische Wechselwirkung zwischen der Phosphatgruppe des STPP-Anions und der Hydroxylgruppe der sekundären Pflanzenstoffe zurückzuführen. Aufgrund dieser Konkurrenz haben STPP-Anionen weniger Kontakt mit Chitosanmolekülen, was zu einer geringen prozentualen Ausbeute18 führt, die in der aktuellen Studie von CCNF1 produziert wird. In unserer Studie zeigen NPs eine kugelförmige Form, die durch eine frühere Studie von Ma et al., 2020, bestätigt wird. Es wurde gezeigt, dass Curcumin zusammen mit Chitosan bei Beobachtung unter SEM19 eine kugelförmige Morphologie und eine kompakte Struktur aufweist.

Die FTIR-Transmissionsspektren von Polymeren, Roharzneimitteln und NP-Formulierungen wurden mit dem FTIR der Tensor-27-Serie analysiert. Der Wellenlängenbereich der Spektren betrug 500 bis 4000 cm−1. FTIR-Analysen wurden mit einer Auflösung von 4 cm-1 durchgeführt, um die potenziellen funktionellen Gruppen in Pflanzenextrakten zu ermitteln, die für die Verkappung der gebildeten Chitosan-NPs verantwortlich sind. Ein Peak bei 3519 cm−1 weist auf die O-H-Gruppe hin. Das Erscheinen des FTIR-Peaks bei 2932,6 cm-1 und 2880,4 cm-1 (für CH3- bzw. CH2-Gruppen) weist auf Kohlenwasserstoffe hin, während der kleine Peak Halogene (als C-Cl-Streckung bei 1160,1 cm-1) und Ether (als C-) anzeigt. O-Streckung bei 1160,1 cm−1) und Biegeschwingung der -CH-Bindung der Alkengruppe bei Peaks 728 cm−1 und 950 cm−1. Dargestellt in Abb. 5 und Chitosan-Peaks in Abb. 2. Die gesamten Peaks der funktionellen Gruppen sind in NP-Formulierungen aus der FTIR-Datenanalyse dargestellt und aufgrund der Wechselwirkung zwischen Aminogruppen von Chitosan und STPP-Phosphatgruppen wird bestätigt, dass NPs hergestellt werden, was auch der Fall ist gezeigt in einer früheren Studie von Khan et al. Im Jahr 2016 ist dieses Medikament aufgrund der Wechselwirkung zwischen der Aminogruppe von Chitosan und der Ketogruppe von Curcumin mit Chitosan beladen20. Die separaten FTIR-Spektren von Curcumin, Chitosan, STPP, F1, F2, F3 und F4 wurden in der Zusatzdatei bereitgestellt.

FTIR-Spektrum von Curcumin, Chitosan, STPP und Nanopartikelformulierungen CCNF1-4.

Nach 15 Stunden wurde die Freisetzungsrate des Arzneimittels aus NPs aller Formulierungen (F1–F4) in Prozent anhand der Absorption der Proben beobachtet und lag im Bereich von 60 % bis 83 %, während die kumulative Freisetzung des reinen Arzneimittels 25 % betrug. Der kumulative Freisetzungsprozentsatz des reinen Arzneimittels und der Formulierungen ist in Tabelle 5 und in der Grafik in Abb. 3 dargestellt. Durch die Durchführung von Auflösungsstudien führen Arzneimittelfreisetzungen aus Curcumin-NPs zu einer erhöhten Bioverfügbarkeit des Arzneimittels. Nach 15 Stunden wurde die Freisetzungsrate des Arzneimittels aus NPs aller Formulierungen (CCNF1-CCNF4) in Prozent anhand der Absorption der Proben beobachtet und lag im Bereich von 60 % bis 83 %, während die kumulative Freisetzung von Curcumin 25 % betrug15. Curcumin ist weniger löslich und weist eine geringe Bioverfügbarkeit auf, die durch die Einkapselung von Curcumin unter Bildung von NPs erhöht werden kann, was auch in einer früheren Studie von Madhvi et al.21 gezeigt wurde.

Kombinieren Sie die kumulative prozentuale Wirkstofffreisetzung von Curcumin und CCNF1-4 in einem Phosphatpuffer mit einem pH-Wert von 6,8.

Durch die Methode der Proteindenaturierung beträgt die prozentuale Absorption von 200, 400 und 600 µg/ml Curcumin und der Nanopartikelformulierung (29, 58, 60 %) bzw. (35, 59, 66 %) im Vergleich zum Standardarzneimittel, d. h. Diclofenac-Natrium prozentuale Hemmung (46, 60, 70 %) für die gleichen Konzentrationen, wie in Tabelle 6 bzw. Diagramm in Abb. 4 gezeigt.

Grafische Darstellung der prozentualen Hemmung von Diclofenac-Natrium, Curcumin und Formulierung durch Proteindenaturierungsmethode.

Durch die HRBC-Membranstabilisierungsmethode beträgt der prozentuale Schutz von 200, 400 und 600 µg/ml Curcumin und Nanopartikel (28, 38, 52 %) bzw. (30, 41, 59 %) im Vergleich zum Standardarzneimittel, d. h. Diclofenac Natrium weist eine prozentuale Hemmung (43, 46, 70 %) für die gleichen Konzentrationen auf, wie in Tabelle 7 bzw. in der Grafik in Abb. 5 gezeigt. Frühere Studien berichteten, dass Verbindungen mit membranstabilisierenden Eigenschaften die Fähigkeit haben, die Freisetzung von Phospholipasen zu beeinträchtigen, die auslöst Bei der Bildung von Entzündungsmediatoren können mehrere Pflanzen mit entzündungshemmenden Eigenschaften die thermisch induzierte Denaturierung von Proteinen hemmen22.

Grafische Darstellung der prozentualen Hemmung von Diclofenac-Natrium, Curcumin und Formulierung durch entzündungshemmende Aktivität.

Aus der aktuellen Studie wird der Schluss gezogen, dass die Einkapselung von Curcumin in NPs einen neuen Weg zur Verbesserung der Löslichkeit und Bioverfügbarkeit von Curcumin eröffnet. Darüber hinaus besitzen diese NPs hervorragende entzündungshemmende und antiarthritische In-vitro-Aktivitäten durch die Membranstabilisierung menschlicher roter Blutkörperchen bzw. Proteindenaturierungsmethoden. In-vitro-Studien zur Arzneimittelauflösung zeigten, dass die Bioverfügbarkeit von Curcumin durch Nanopartikel verbessert wird, weshalb die Wirksamkeit verbessert und die Dosierungshäufigkeit ebenfalls reduziert werden kann. In-vivo-Studien und klinische Studien sind erforderlich, um seine Aktivität nachzuweisen und den entzündungshemmenden Wirkmechanismus zu interpretieren.

Die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken dem University College of Conventional Medicine der Islamia University of Bahawalpur für die Erleichterung der Forschungsarbeit sowie die moralische Unterstützung für die erfolgreiche Durchführung dieser Studie.

University College of Conventional Medicine, Fakultät für Medizin und Alliierte Gesundheitswissenschaften, The Islamia University of Bahawalpur, Bahawalpur, Pakistan

Hafiz Muhammad Asif, Farah Zafar, Ghazala Shaheen, Khalil Ahmad Ansari, Sehrish Rana, Rabia Zahid und Saira Ghaffar

Fakultät für Chemie, Universität für Management und Technologie, Lahore, Pakistan

Khalil Ahmed

Abteilung für Werkstofftechnologien, Fakultät für Werkstofftechnik, Schlesische Technische Universität, 44-100, Gliwice, Polen

Amjad Iqbal

CEMMPRE – Zentrum für Maschinenbaumaterialien und -prozesse, Fakultät für Maschinenbau, Universität Coimbra, Rua Lui's Reis Santos, 3030-788, Coimbra, Portugal

Amjad Iqbal

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Diese Arbeit wurde in Zusammenarbeit aller Autoren durchgeführt. Der Autor HMA hat die Studie entworfen und überwacht, während FZ die Experimente durchgeführt hat. Die Autoren KA und AI analysierten die Ergebnisse und überarbeiteten den endgültigen Entwurf. Autor KAA & GS halfen bei der Analyse von FTIR- und SEM-Studien. Die Autoren SR, RZ und SG halfen bei Untersuchungen, führten statistische Analysen durch und verfassten den Manuskriptentwurf. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Farah Zafar.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Asif, HM, Zafar, F., Ahmad, K. et al. Synthese, Charakterisierung und Bewertung des antiarthritischen und entzündungshemmenden Potenzials von Curcumin-beladenen Chitosan-Nanopartikeln. Sci Rep 13, 10274 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37152-7

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Eingegangen: 31. Dezember 2022

Angenommen: 16. Juni 2023

Veröffentlicht: 24. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-37152-7

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