DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95732-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40369161
تاريخ النشر: 2025-05-14
المؤلف: Ebrahim Abdela Siraj وآخرون
الموضوع الرئيسي: ذوبانية الأدوية وأنظمة التوصيل
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة استخدام البكتين، المستخرج بشكل خاص من قشر الليمون الحامض، كبوليمر عائم وملاصق للمخاط لأنظمة توصيل الأدوية المحتفظة في المعدة، باستخدام الفوروسيميد كدواء نموذجي. أسفر عملية الاستخراج عن 34.4% (وزن/وزن) من البكتين المنقى مع درجة استرification تبلغ 85.49%. تم تأكيد التوافق بين البكتين المستخرج والفوروسيميد من خلال تحليلات طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وقياس المسح التفاضلي الحراري (DSC). حددت الدراسة تركيز البكتين وتركيز العامل الفوار (بيكربونات الصوديوم) كمتغيرات هامة تؤثر على مؤشرات الأداء الرئيسية، بما في ذلك مدة الطفو، قوة الالتصاق الحيوي، مؤشر التورم، وخصائص إطلاق الدواء.
باستخدام تصميم مركزي مركب (CCD) للتحسين، توقعت الدراسة تركيبة مثالية تتكون من 22.3% بكتين و5% بيكربونات الصوديوم، مما أسفر عن مدة طفو قدرها 14.07 ثانية، وقوة التصاق حيوي قدرها 28.57 جرام، ومؤشر تورم قدره 254.08%، وإطلاق دواء بنسبة 27.86% بعد ساعة، ومعدل إطلاق دواء قدره 28.045% في الساعة. أكدت التحقق التجريبي النتائج المتوقعة، مما يدل على أن تركيبة القرص المحسنة تفي بالمعايير الصيدلانية. تشير النتائج إلى أن البكتين المستخرج من النفايات الحمضية هو بديل قابل ووفير للمواد المساعدة في تطوير أقراص عائمة وملاصقة للمخاط، مما يعزز خصائصها المحتفظة في المعدة.
طرق
في هذه الدراسة، تضمنت المواد المستخدمة الفوروسيميد ومواد مساعدة متنوعة مثل اللاكتوز، بيكربونات الصوديوم (NaHCO₃)، التلك، وستيرات المغنيسيوم، جميعها مصدرها من شركة تصنيع الأدوية الإثيوبية (EPHARM). تضمنت المواد الكيميائية لاستخراج البكتين وتوصيف الأقراص حمض الهيدروكلوريك (HCl، 37% وزن/وزن)، هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، الإيثانول، كلوريد الصوديوم (NaCl)، والفينول الأحمر.
تضمنت الطرق المستخدمة التحقق من تصميم التجربة من خلال مقارنة توقعات البرمجيات مع النتائج الفعلية، وحساب الانحراف أو نسبة الخطأ النسبية. تم استخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحليل التفاعلات بين المتغيرات المستقلة (تركيز البكتين، $X_1$، وتركيز NaHCO₃، $X_2$) ومتغيرات الاستجابة، بما في ذلك مدة الطفو ($Y_1$)، قوة الالتصاق الحيوي ($Y_2$)، مؤشر التورم ($Y_3$)، ومعدلات إطلاق الدواء بعد ساعة ($Y_4$) وإجمالاً ($Y_5$). سهل برنامج تصميم الخبراء توليد نماذج المعادلات متعددة الحدود، والتي تم تقييمها بناءً على معايير إحصائية مثل معامل الارتباط المتعدد ($R^2$)، $R^2$ المعدل، معامل التباين (CV)، ومجموع المربعات المتبقية المتوقعة (PRESS). أشار $R^2$ القيم التي تزيد عن 0.90 إلى ارتباط قوي، وتم تأكيد ملاءمة النموذج الجيدة عندما كانت الفجوة بين $R^2$ المعدل و$R^2$ المتوقع أقل من 0.2. في النهاية، تم اختيار نموذج خطي لمدى الطفو، وإطلاق الدواء بعد ساعة، وقوة الالتصاق الحيوي، ومعدل إطلاق الدواء، بينما تم اختيار نموذج تربيعي لمؤشر التورم.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مما يدعم الفرضيات الأولية التي طرحها الباحثون.
علاوة على ذلك، توضح المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الموجودة. يؤكد المؤلفون على أهمية هذه النتائج في تعزيز الفهم للموضوع المقصود ويقترحون طرقًا محتملة للبحث المستقبلي. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة يمكن أن تفيد كل من الأطر النظرية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استخراج البكتين بنجاح من قشور كل من الليمون الحامض الناضج وغير الناضج، مما أسفر عن 24.02% و34.4% على التوالي. هذه العوائد قابلة للمقارنة مع تلك المستخرجة من مصادر الحمضيات الأخرى، مما يشير إلى أن سمك القشرة قد يساهم في كفاءة الاستخراج الأعلى. كشفت الخصائص الفيزيائية والكيميائية أن البكتين المستخرج أظهر درجة عالية من الاسترification (85.49%)، مما يصنفه كبكتين عالي الميثوكسي، وهو مناسب لتكوين الهلام في البيئات الحمضية أو السكرية. أظهرت اختبارات الذوبان أن البكتين كان قابلًا للذوبان فقط في الماء الساخن، بينما كانت محتوياته من الرطوبة وقيمة الرماد ضمن النطاقات المقبولة، متماشية مع الدراسات السابقة حول البكتين من مصادر أخرى.
استكشفت الدراسة أيضًا صياغة أقراص مصفوفة الفوروسيميد باستخدام البكتين المستخرج. تم تحسين معلمات مختلفة، بما في ذلك تركيز البوليمر ونسبة البكتين إلى HPMC، لتعزيز قوة الالتصاق الحيوي وملفات إطلاق الدواء. أشارت النتائج إلى أن زيادة تركيز البكتين حسنت الالتصاق الحيوي ولكنها قللت من معدلات إطلاق الدواء الأولية، مما يشير إلى إمكانية تطوير تركيبات إطلاق محكومة. أثر إضافة NaHCO₃ كعامل فوار على خصائص الالتصاق الحيوي وحركيات إطلاق الدواء، حيث أدت التركيزات الأعلى إلى إطلاق دواء أسرع بسبب زيادة مسامية القرص. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن البكتين المستخرج من قشور الليمون الحامض يمكن استخدامه بفعالية في التطبيقات الصيدلانية، لا سيما في تطوير أنظمة توصيل الأدوية الملاصقة للمخاط.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95732-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40369161
Publication Date: 2025-05-14
Author(s): Ebrahim Abdela Siraj et al.
Primary Topic: Drug Solubulity and Delivery Systems
Overview
This study investigates the use of pectin, specifically extracted from Citrus aurantifolia peel, as a floating and mucoadhesive polymer for gastroretentive drug delivery systems, using furosemide as a model drug. The extraction process yielded 34.4% (w/w) purified pectin with a degree of esterification of 85.49%. Compatibility between the extracted pectin and furosemide was confirmed through Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and differential scanning calorimetry (DSC) analyses. The study identified pectin concentration and the concentration of an effervescent agent (sodium bicarbonate) as significant variables influencing key performance metrics, including floating duration, bioadhesive strength, swelling index, and drug release characteristics.
Using central composite design (CCD) for optimization, the study predicted an optimal formulation comprising 22.3% pectin and 5% sodium bicarbonate, resulting in a floating duration of 14.07 seconds, bioadhesive strength of 28.57 g, swelling index of 254.08%, drug release at 1 hour of 27.86%, and a drug release rate of 28.045% per hour. Experimental validation confirmed the predicted outcomes, demonstrating that the optimized tablet formulation met pharmacopeial standards. The findings suggest that waste-derived citrus pectin is a viable and abundant alternative excipient for developing floating and bioadhesive matrix tablets, enhancing their gastroretentive properties.
Methods
In this study, the materials used included Furosemide and various excipients such as lactose, sodium bicarbonate (NaHCO₃), talc, and magnesium stearate, all sourced from the Ethiopian Pharmaceuticals Manufacturing company (EPHARM). The chemicals for pectin extraction and tablet characterization included hydrochloric acid (HCl, 37% w/w), sodium hydroxide (NaOH), ethanol, sodium chloride (NaCl), and phenol red.
The methods employed involved validating the experimental design by comparing software predictions with actual results, calculating the deviation or relative percent error. Response Surface Methodology (RSM) was utilized to analyze the interactions between independent variables (pectin concentration, $X_1$, and NaHCO₃ concentration, $X_2$) and response variables, including floating duration ($Y_1$), mucoadhesive strength ($Y_2$), swelling index ($Y_3$), and drug release rates at 1 hour ($Y_4$) and overall ($Y_5$). The Design of Expert software facilitated the generation of polynomial equation models, which were evaluated based on statistical parameters such as the multiple correlation coefficient ($R^2$), adjusted $R^2$, coefficient of variation (CV), and predicted residual sum of squares (PRESS). A strong correlation was indicated by $R^2$ values greater than 0.90, and a good model fit was confirmed when the difference between adjusted $R^2$ and predicted $R^2$ was less than 0.2. Ultimately, a linear model was chosen for floating duration, drug release at 1 hour, bioadhesive strength, and drug release rate, while a quadratic model was selected for the swelling index.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experiments conducted. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the data, supporting the initial hypotheses posited by the researchers.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within the existing literature. The authors emphasize the importance of these results in advancing understanding of the subject matter and suggest potential avenues for future research. Overall, the findings contribute valuable insights that could inform both theoretical frameworks and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, pectin was successfully extracted from the peels of both ripe and unripe Citrus aurantifolia, yielding 24.02% and 34.4% respectively. These yields are comparable to those from other citrus sources, indicating that the peel thickness may contribute to the higher extraction efficiency. The physicochemical characterization revealed that the extracted pectin exhibited a high degree of esterification (85.49%), classifying it as high methoxyl pectin, which is conducive for gel formation in acidic or sugary environments. The solubility tests indicated that the pectin was soluble only in hot water, while its moisture content and ash value were within acceptable ranges, aligning with previous studies on pectin from other sources.
The study also explored the formulation of furosemide matrix tablets using the extracted pectin. Various parameters, including polymer concentration and the ratio of pectin to HPMC, were optimized to enhance bioadhesive strength and drug release profiles. Results indicated that increasing pectin concentration improved bioadhesion but reduced initial drug release rates, suggesting a potential for controlled release formulations. The addition of NaHCO₃ as an effervescent agent influenced the bioadhesive properties and drug release kinetics, with higher concentrations leading to faster drug release due to increased tablet porosity. Overall, the findings suggest that pectin from Citrus aurantifolia peels can be effectively utilized in pharmaceutical applications, particularly for developing bioadhesive drug delivery systems.