DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90910-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40181013
تاريخ النشر: 2025-04-03
المؤلف: Ananda Kumar Chettupalli وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة توصيل الأدوية المتقدمة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في صياغة البيرفينيدون (PD) باستخدام حوامل الدهون النانوية (NLCs) لتعزيز توصيله لعلاج التليف الرئوي مجهول السبب. تواجه الإدارة الفموية التقليدية لـ PD تحديات مثل الأيض الأولي وعدم الراحة المعوية. استخدمت الدراسة تصميم مركزي مركب (CCD) وطرق سطح الاستجابة (RSMs) لتحسين صياغة NLC، محققة حجم جزيئات قدره $159.8 \pm 3.46$ نانومتر وكفاءة تغليف قدرها $81.4 \pm 7.1\%$. أظهرت التقييمات في المختبر أن أكثر من 95% من الدواء تم إطلاقه، وأظهرت PD-NLCs سمية خلوية أكبر ضد خطوط خلايا HepG2 وCaco-2 مقارنة بالدواء في محلول مائي. حافظ استخدام 25% w/w من السوربيتول كعامل حماية من التجمد على خصائص NLC بعد التجفيف بالتجميد، مما يدل على الاستقرار وزيادة التوافر البيولوجي.
تشير النتائج إلى أن NLCs المحملة بـ PD تحسن بشكل كبير من ذوبانية الدواء، والتوافر البيولوجي، ومدة الاحتفاظ في الرئتين، مع عامل استهداف قدره 15.94 مقارنة بالمحلول المائي. أظهرت NLCs المحسنة إطلاق دواء محكوم ومستدام عند درجة الحموضة الفسيولوجية (7.4) وكانت غير سامة لخطوط خلايا الرئة في المختبر. تختتم الدراسة بأن صياغة NLCs المحملة بـ PD تحمل وعدًا في تعزيز الخصائص الدوائية وتسهيل توصيل الدواء الرئوي، مما قد يحسن النتائج العلاجية في العلاج بالاستنشاق.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والطرق المستخدمة في بحثهم. تضمنت المواد الأساسية عينات بيولوجية صيدلانية مقدمة من شركة Biophore India Pharmaceuticals Pvt. Ltd. ومجموعة من المساعدات مثل غليسيريل مونوستيرات (GMS)، كومبريترول 888 ATO، وبريسيترول ATO-5، والتي تم الحصول عليها من Gattefosse. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على حمض الأوليك وتوين 20 و80 من SD Fine Chemicals Limited.
بالنسبة للإجراءات التجريبية، تم الحصول على أغشية الدياليسيس ذات حدود الوزن الجزيئي 12,000 و14,000 من Hi-Media، بينما تم الحصول على فلاتر نانو سيب المركزية ذات حد الوزن الجزيئي 100 كيلودالتون من Pall Life Sciences. تم إجراء جميع التجارب باستخدام مياه Millipore-Direct Q UV، مما يضمن نقاءً عاليًا، وكانت جميع المواد الكيميائية الأخرى المستخدمة من الدرجة التحليلية، مما يبرز صرامة وجودة المواد المستخدمة في الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن علاقات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مع مؤشرات إحصائية تشير إلى علاقة قوية (p < 0.05) بين المتغيرات المستقلة والتابعة. بالإضافة إلى ذلك، تشير البيانات إلى أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من المقارنات قبل وبعد التدخل. علاوة على ذلك، تتناول المناقشة آثار هذه النتائج، موضعة إياها ضمن السياق الأوسع للأدبيات الموجودة. تدعم النتائج الفرضية القائلة بأن التدخل فعال، متماشية مع الدراسات السابقة التي أفادت بنتائج مماثلة. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، بما في ذلك حجم العينة والانحيازات المحتملة، التي قد تؤثر على إمكانية تعميم النتائج. يتم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية لاستكشاف هذه العلاقات بشكل أكبر والتحقق من النتائج عبر مجموعات سكانية مختلفة.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة التحليل الكمي وصياغة حوامل الدهون النانوية (NLCs) لتوصيل دواء ذو ذوبانية ضعيفة (PD). تم استخدام الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC) للدراسات الكمية، محققة ارتباطًا خطيًا في نطاق التركيز من 10-0.05 ميكروغرام (R² = 0.9999). تضمنت عملية الصياغة اختيار الدهون الصلبة والسائلة بناءً على قدراتها على إذابة PD، مع تحديد الكحول السيتيل، بريسيترول ATO 5، وغليسيريل مونوستيرات كمكونات فعالة. تم تحديد النسبة المثلى للدهون الصلبة إلى السائلة من خلال اختبارات الذوبانية، وتم تقييم المواد السطحية من حيث قدرتها على الاستحلاب، مما أدى إلى بناء مخطط طور ثلاثي لتحسين الصياغة.
تم إعداد NLCs باستخدام طريقة الاستحلاب-الموجات فوق الصوتية، مع التركيبة النهائية التي تتكون من حمض الستاريك، حمض الأوليك، وتوين 20. شملت خصائص NLCs تقييمات لحجم الجسيمات، والجهد الزتاوي، وكفاءة التغليف، مما كشف عن نتائج واعدة لتحميل الدواء والاستقرار. كما استخدمت الدراسة تصميم مركزي مركب (CCD) للتحسين، مع تحليل تأثيرات محتوى الدهون، وتركيز المواد السطحية، ومدة الموجات فوق الصوتية على خصائص NLC. تشير النتائج إلى أن NLCs المحملة بـ PD المحسنة لديها القدرة على تعزيز التوافر البيولوجي الفموي، مدعومة بدراسات الإفراج في المختبر وتقييمات السمية الخلوية على خطوط خلايا Caco-2 وHepG2.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90910-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40181013
Publication Date: 2025-04-03
Author(s): Ananda Kumar Chettupalli et al.
Primary Topic: Advanced Drug Delivery Systems
Overview
The research investigates the formulation of pirfenidone (PD) using nanostructured lipid carriers (NLCs) to enhance its delivery for idiopathic pulmonary fibrosis treatment. Traditional oral administration of PD faces challenges such as first-pass metabolism and gastrointestinal discomfort. The study utilized a central composite design (CCD) and response surface methods (RSMs) to optimize the NLC formulation, achieving a particle size of $159.8 \pm 3.46$ nm and an encapsulation efficiency of $81.4 \pm 7.1\%$. In vitro assessments demonstrated that over 95% of the drug was released, and PD-NLCs exhibited greater cytotoxicity against HepG2 and Caco-2 cell lines compared to the drug in aqueous solution. The use of 25% w/w sorbitol as a cryoprotectant maintained the NLC properties post freeze-drying, indicating stability and enhanced bioavailability.
The findings suggest that PD-loaded NLCs significantly improve drug solubility, bioavailability, and retention time in the lungs, with a targeting factor of 15.94 compared to the aqueous solution. The optimized NLCs demonstrated controlled and sustained drug release at physiological pH (7.4) and were non-toxic to lung cell lines in vitro. The study concludes that the PD-loaded NLCs formulation holds promise for enhancing pharmacokinetic properties and facilitating pulmonary drug delivery, potentially improving therapeutic outcomes in inhalation therapy.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research. The primary materials included biopharmaceutical samples provided by Biophore India Pharmaceuticals Pvt. Ltd. and various excipients such as Glyceryl monostearate (GMS), Compritol 888 ATO, and Precirol ATO-5, which were sourced from Gattefosse. Additionally, Oleic Acid and Tween 20 and 80 were acquired from SD Fine Chemicals Limited.
For the experimental procedures, dialysis membranes with molecular weight cut-offs of 12,000 and 14,000 were sourced from Hi-Media, while Nanosep Centrifugal filters with a molecular weight cut-off of 100 kDa were obtained from Pall Life Sciences. All experiments were conducted using Millipore-Direct Q UV water, ensuring high purity, and all other chemicals employed were of analytical grade, underscoring the rigor and quality of the materials used in the study.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests indicating a strong relationship (p < 0.05) between the independent and dependent variables. Additionally, the data suggest that the intervention applied in the study led to measurable improvements in the targeted outcomes, as evidenced by pre- and post-intervention comparisons. Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, situating them within the broader context of existing literature. The results support the hypothesis that the intervention is effective, aligning with previous studies that have reported similar outcomes. Limitations of the study are acknowledged, including sample size and potential biases, which may affect the generalizability of the results. Future research directions are proposed to further explore these relationships and validate the findings across different populations.
Discussion
In this section, the research discusses the quantitative analysis and formulation of nanostructured lipid carriers (NLCs) for the delivery of a poorly soluble drug (PD). High-performance liquid chromatography (HPLC) was employed for quantitative studies, achieving a linear correlation in the concentration range of 10-0.05 µg (R² = 0.9999). The formulation process involved selecting solid and liquid lipids based on their solubilizing capabilities for PD, with cetyl alcohol, Precirol ATO 5, and glyceryl monostearate identified as effective components. The optimal solid-to-liquid lipid ratio was determined through solubility tests, and surfactants were evaluated for their emulsifying potential, leading to the construction of a ternary phase diagram to optimize the formulation.
The NLCs were prepared using an emulsification-ultrasonication method, with the final formulation comprising stearic acid, oleic acid, and Tween 20. Characterization of the NLCs included assessments of particle size, zeta potential, and encapsulation efficiency, revealing promising results for drug loading and stability. The study also employed a central composite design (CCD) for optimization, analyzing the effects of lipid content, surfactant concentration, and sonication time on NLC properties. The findings indicate that the optimized PD-loaded NLCs have the potential for enhanced oral bioavailability, supported by in vitro release studies and cytotoxicity assessments on Caco-2 and HepG2 cell lines.