DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84745-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39757237
تاريخ النشر: 2025-01-05
المؤلف: Rajaram Rajamohan وآخرون
الموضوع الرئيسي: ذوبانية الأدوية وأنظمة التوصيل
نظرة عامة
تعتبر قابلية ذوبان الأدوية المضادة للالتهابات، لا سيما في سياق التهاب المفاصل الالتهابي، تحديًا كبيرًا في الطب الحديث. تركز هذه الدراسة على حمض الفينوفيبريك (FFA)، الذي يظهر خصائص مضادة للالتهابات بشكل ملحوظ. تقيم الأبحاث آثار FFA سواء بشكل منفصل أو كمجمعات إدماج (ICs) مع β-سيكلوديكسترين (BCD) ومشتقاته الميثيلية (MCD). تؤكد التحليلات الطيفية احتواء FFA داخل تجاويف السيكلوديكسترين، مما يؤدي إلى تغييرات شكلية مميزة وزيادة في الاستقرار الحراري. من الجدير بالذكر أن ICs تظهر نشاطًا مضادًا للالتهابات أفضل مقارنةً بـ FFA بمفرده، مما يشير إلى أن هذه الاستراتيجية في التكوين قد تكون طريقًا واعدًا لتطوير الأدوية.
نجحت الدراسة في تخليق وتوصيف مجمعات FFA-CD، حيث تم تأسيس نسبة ستوكيومترية 1:1 من خلال دراسات قابلية الذوبان الطورية وتم تأكيدها بواسطة تقنيات مثل 1H NMR وROESY وFT-IR. تعتبر الاختلافات الشكلية الملحوظة بعد التكوين دليلًا قويًا على تشكيل ICs. تشير التجارب المضادة للالتهابات في المختبر إلى أن إدماج BCD وMCD يعزز بشكل فعال من تأثيرات FFA الواقية ضد تدهور البروتين. من المهم أن ICs لم تظهر أي سمية حتى 200 ميكروغرام/مل، مما يمهد الطريق لمزيد من الأبحاث حول قدرتها على تحسين التوافر البيولوجي الفموي والفعالية في إدارة الحالات الالتهابية المزمنة. يمكن أن تؤدي هذه الطريقة المبتكرة في تعزيز قابلية ذوبان الأدوية غير الستيرويدية المضادة للالتهابات (NSAIDs) ذات الذوبان الضعيف في الماء إلى تقدم كبير في الاستراتيجيات العلاجية.
طرق
في هذه الدراسة، تشمل المواد المستخدمة FFA (C₁₇H₁₅ClO₄، الوزن الجزيئي 318.75 جرام/مول، نقاء 99%)، BCD (C₄₂H₇₀O₃₅، الوزن الجزيئي 1134.98 جرام/مول، نقاء 98%)، وMCD (C₅₄H₉₄O₃₅، الوزن الجزيئي حوالي 1303.31 جرام/مول، نقاء 98%، درجة الاستبدال 6.0 إلى 10.0)، جميعها مستمدة من شركة سيغما-ألدريتش للكيماويات. تم استخدام الماء المقطر كمذيب طوال التجارب. تم تصوير التمثيلات الهيكلية لـ FFA والسيكلوديكسترينين (BCD وMCD) في الشكل 1، مما يبرز الهياكل الجزيئية والتفاعلات المتعلقة بتكوينها.
لتقييم النشاط المضاد للالتهابات، تم اختبار المركب المُصنَّع والدواء القياسي ديكلوفيناك الصوديوم باستخدام طريقة معدلة لتثبيط تدهور الألبومين. تقيم هذه التقنية قدرة المركبات على منع تدهور البروتين، وهو مقدمة للالتهاب. تم إعداد حلول المركبات المختبرة عن طريق إذابتها في ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) وتخفيفها بمحلول فوسفات (0.2 م، pH 7.4)، مع ضمان بقاء تركيز DMF أقل من 2.5% لتقليل تداخل المذيب. تضمنت التجربة خلط 2.5 مل من محلول الاختبار مع 1 مل من محلول ألبومين مصل البقر (BSA) بتركيز 1 مليمول، تلاها الحضانة عند 37 درجة مئوية والتدهور الناتج عن الحرارة عند 70 درجة مئوية. تم قياس عكارة الحلول الناتجة طيفيًا عند 660 نانومتر، وتم حساب نسبة تثبيط تدهور الألبومين باستخدام الصيغة:
\[
\% \text{ التثبيط} = 100 \times \left( \frac{A_c – A_t}{A_c} \right)
\]
حيث \(A_t\) هو الامتصاص لعينة الاختبار و\(A_c\) هو الامتصاص للسيطرة.
النتائج
تقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أنه مع زيادة المتغير $X$، يظهر المتغير $Y$ زيادة متناسبة، مما يشير إلى وجود رابط سببي محتمل.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضعة إياها في السياق الأوسع للأدبيات الموجودة. يؤكد المؤلفون على أهمية نتائجهم في تعزيز فهم الموضوع، بينما يتناولون أيضًا القيود المحتملة وسبل البحث المستقبلية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة يمكن أن تُفيد كل من الأطر النظرية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
مناقشة
في هذا القسم، تحقق الدراسة في تشكيل وخصائص مجمعات الإدماج (ICs) بين حمض الفلufenamic (FFA) والسيكلوديكسترينات (CDs)، وبشكل خاص β-سيكلوديكسترين (BCD) وميثيل-β-سيكلوديكسترين (MCD). أظهرت دراسات قابلية الذوبان الطورية أن قابلية ذوبان FFA زادت بشكل كبير في وجود CDs، مع تحسينات تبلغ حوالي 1.55 مرة و1.68 مرة لـ BCD وMCD، على التوالي. يُعزى هذا الزيادة إلى احتواء FFA داخل تجاويف CDs الكارهة للماء، مما يقلل من التفاعلات الكارهة للماء التي تحد من ذوبانه في البيئات المائية. أكدت الدراسة تشكيل مجمع ستوكيومتري 1:1 من خلال قياسات الامتصاص والفلورية، كاشفة عن تفاعلات مستقرة تتميز بتغيرات سلبية في الطاقة الحرة غيبس (ΔG)، مما يشير إلى تكوين تلقائي.
قدمت تحليلات الرنين المغناطيسي النووي (NMR) وتحليل تأثير أوفرهاوزر في الإطار الدوار (ROESY) مزيدًا من الأدلة على تشكيل المجمع، حيث أظهرت تغييرات مميزة في التحولات الكيميائية في بروتونات كل من FFA وCDs، مما يشير إلى احتواء ناجح. بالإضافة إلى ذلك، أشارت تحليلات الطيف تحت الأحمر (FT-IR) وطيف رامان إلى أن التركيب الكيميائي لـ FFA ظل إلى حد كبير دون تغيير عند التكوين، بينما كشفت تقييمات الاستقرار الحراري عن زيادة في مقاومة ICs الحرارية مقارنةً بـ FFA النقي. تم تقييم النشاط المضاد للالتهابات لـ ICs باستخدام اختبار تدهور ألبومين مصل البقر (BSA)، حيث أظهرت كلا من ICs تأثيرات واقية متفوقة ضد تدهور البروتين، مع إظهار IC-2 أعلى نشاط. يُعزى هذا الفعالية المعززة إلى الخصائص الهيكلية لـ MCD، التي تسمح بملف إطلاق أكثر ملاءمة لـ FFA مقارنةً بـ BCD. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانية استخدام ICs المعتمدة على CD في تحسين قابلية الذوبان والتوافر البيولوجي للأدوية ذات الذوبان الضعيف مثل FFA.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84745-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39757237
Publication Date: 2025-01-05
Author(s): Rajaram Rajamohan et al.
Primary Topic: Drug Solubulity and Delivery Systems
Overview
The solubility of anti-inflammatory drugs, particularly in the context of inflammatory arthritis, poses a significant challenge in modern medicine. This study focuses on fenofibric acid (FFA), which demonstrates considerable anti-inflammatory properties. The research evaluates the effects of FFA both in isolation and as inclusion complexes (ICs) with β-cyclodextrin (BCD) and its methyl derivatives (MCD). Spectral analyses confirm the encapsulation of FFA within the cyclodextrin cavities, leading to distinct morphological changes and enhanced thermal stability. Notably, the ICs exhibit superior anti-inflammatory activity compared to FFA alone, suggesting that this complexation strategy could be a promising avenue for drug development.
The study successfully synthesized and characterized the FFA-CD complexes, establishing a 1:1 stoichiometric ratio through phase solubility studies and corroborated by techniques such as 1H NMR, ROESY, and FT-IR. The morphological differences observed post-complexation serve as compelling evidence for the formation of ICs. The in-vitro anti-inflammatory assays indicate that the inclusion of BCD and MCD effectively enhances FFA’s protective effects against protein denaturation. Importantly, the ICs demonstrated no toxicity up to 200 μg/ml, paving the way for further research into their potential to improve oral bioavailability and efficacy in managing chronic inflammatory conditions. This innovative approach to enhancing the solubility of poorly water-soluble non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) could lead to significant advancements in therapeutic strategies.
Methods
In this study, the materials utilized include FFA (C₁₇H₁₅ClO₄, molecular weight 318.75 g/mol, 99% purity), BCD (C₄₂H₇₀O₃₅, molecular weight 1134.98 g/mol, 98% purity), and MCD (C₅₄H₉₄O₃₅, molecular weight approximately 1303.31 g/mol, 98% purity, degree of substitution 6.0 to 10.0), all sourced from Sigma-Aldrich Chemical Co. Distilled water served as the solvent throughout the experiments. The structural representations of FFA and the two cyclodextrins (BCD and MCD) are depicted in Figure 1, highlighting the molecular structures and interactions pertinent to their complexation.
For the evaluation of anti-inflammatory activity, the synthesized compound and the standard drug diclofenac sodium were tested using an adapted albumin denaturation inhibition method. This technique assesses the ability of compounds to prevent protein denaturation, a precursor to inflammation. Solutions of the test compounds were prepared by dissolving them in dimethylformamide (DMF) and diluting with phosphate buffer (0.2 M, pH 7.4), ensuring that DMF concentration remained below 2.5% to minimize solvent interference. The assay involved mixing a 2.5 mL aliquot of the test solution with 1 mL of a 1 mM bovine serum albumin (BSA) solution, followed by incubation at 37 °C and subsequent heat-induced denaturation at 70 °C. The turbidity of the resulting solutions was measured spectrophotometrically at 660 nm, and the percentage inhibition of albumin denaturation was calculated using the formula:
\[
\% \text{ Inhibition} = 100 \times \left( \frac{A_c – A_t}{A_c} \right)
\]
where \(A_t\) is the absorbance of the test sample and \(A_c\) is the absorbance of the control.
Results
The results section presents the key findings of the study, highlighting significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that as variable $X$ increases, variable $Y$ exhibits a corresponding increase, suggesting a potential causal link.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, situating them within the broader context of existing literature. The authors emphasize the relevance of their results in advancing understanding of the subject matter, while also addressing potential limitations and avenues for future research. Overall, the findings contribute valuable insights that could inform both theoretical frameworks and practical applications in the field.
Discussion
In this section, the study investigates the formation and properties of inclusion complexes (ICs) between flufenamic acid (FFA) and cyclodextrins (CDs), specifically β-cyclodextrin (BCD) and methyl-β-cyclodextrin (MCD). Phase solubility studies demonstrated that the solubility of FFA significantly increased in the presence of CDs, with enhancements of approximately 1.55-fold and 1.68-fold for BCD and MCD, respectively. This increase is attributed to the encapsulation of FFA within the hydrophobic cavities of the CDs, which mitigates the drug’s inherent hydrophobic interactions that limit its solubility in aqueous environments. The study confirmed the formation of a 1:1 stoichiometric complex through absorbance and fluorescence measurements, revealing stable interactions characterized by negative Gibbs free energy changes (ΔG), indicating spontaneous complexation.
Nuclear magnetic resonance (NMR) and rotating-frame Overhauser effect spectroscopy (ROESY) analyses provided further evidence of complex formation, showing distinct chemical shift changes in protons of both FFA and the CDs, which suggest successful encapsulation. Additionally, Fourier-transform infrared (FT-IR) and Raman spectroscopy analyses indicated that the chemical structure of FFA remained largely unchanged upon complexation, while thermal stability assessments revealed enhanced thermal resistance of the ICs compared to pure FFA. The anti-inflammatory activity of the ICs was evaluated using a bovine serum albumin (BSA) denaturation assay, where both ICs exhibited superior protective effects against protein denaturation, with IC-2 demonstrating the highest activity. This enhanced efficacy is attributed to the structural characteristics of MCD, which allows for a more favorable release profile of FFA compared to BCD. Overall, the findings underscore the potential of CD-based ICs in improving the solubility and bioavailability of poorly soluble drugs like FFA.