DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95792-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40240764
تاريخ النشر: 2025-04-16
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة توصيل الأدوية المتقدمة
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تطوير وتوصيف جزيئات نانوية محملة بالدوبيزيل هيدروكلوريد (I-DNP) باستخدام طريقة تبخر المذيب من المست emulsion المزدوج. تسلط الأبحاث الضوء على تأثير تركيز الكحول البولي فينيل (PVA) ومدة الصوتنة على خصائص الجزيئات النانوية، كاشفة أن زيادة PVA والصوتنة أدت إلى تقليل حجم الجسيمات، حيث حقق التركيب الأمثل حجمًا قدره 136.37 نانومتر ومؤشر توزيع متعدد (PDI) قدره 0.122، مما يدل على التوحيد. تؤكد قيمة الجهد الزتاوي البالغة -24.17 مللي فولت الاستقرار الكهروستاتيكي اللازم للتخزين على المدى الطويل. تم تسجيل كفاءة الاحتواء عند 69.22 ± 4.84%، وأشارت دراسات الإفراج إلى ملف إفراج مستدام يتميز بكل من الآليات فكيان وغير فكيان.
أظهرت تقييمات النشاط البيولوجي أن I-DNP يمتلك أنشطة مضادة لإنزيم الأستيل كولين استيراز (anti-AChE) ومضادة لإنزيم البوتيل كولين استيراز (anti-BuChE)، إلى جانب تأثيرات مضادة لل angiogenesis ملحوظة في اختبارات غشاء الكوريالونتو، مما يبرز إمكاناته العلاجية لمرض الزهايمر. أظهر دمج التريهالوز أنه يعزز استقرار الجزيئات النانوية، خاصة في البيئات الحمضية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية اختبار الاستقرار على المدى الطويل والدراسات الحية لتقييم اختراق حاجز الدماغ والدماغ وقابلية التطبيق السريرية العامة، مما يعزز أنظمة توصيل الأدوية المعتمدة على الجزيئات النانوية للأمراض التنكسية العصبية.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد وطرق متنوعة للتحقيق في خصائص وتطبيقات دوبيزيل هيدروكلوريد (DNP). تم الحصول على DNP من DEVA في إسطنبول، تركيا، بينما تم الحصول على المواد الرئيسية الأخرى، بما في ذلك Resomer RG 502 H (PLGA)، هيدروكسيد الصوديوم، وتريهالوز ثنائي الهيدرات، من Sigma-Aldrich. تم أيضًا شراء مواد كيميائية إضافية مثل الكحول البولي فينيل (PVA)، وحمض الهيدروكلوريك، وإيثيل أسيتات، وفوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدة من Sigma-Aldrich، مع الحصول على الأسيتون والكلوروفورم المؤشر من Merck. تم استخدام الماء المنزوع الأيونات طوال التجارب، مما يضمن نقاءً عاليًا.
شمل الإعداد التجريبي مجموعة من المعدات لتسهيل البحث. وقد شمل ذلك وحدات التبريد والتجميد، ميزان تحليلي، مجفف بالتجميد، ومجموعة متنوعة من الأدوات المختبرية مثل محرك مغناطيسي، مجموعة ميكروبيبت، مقياس pH، جهاز صوتنة مسبار، حمام بالموجات فوق الصوتية، مطياف UV، خلاط دوار، وزيتا سايزر. لعب كل قطعة من المعدات دورًا حاسمًا في التحضير والتحليل والتوصيف للمواد المعنية في الدراسة، مما ساهم في الصرامة والموثوقية العامة للنتائج التجريبية.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، كشف التحليل أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملحوظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج ذات الصلة. على وجه التحديد، أظهر المشاركون الذين تلقوا العلاج زيادة ملحوظة في مقاييس الأداء مقارنة بمجموعة التحكم، مع حساب أحجام التأثير لتكون كبيرة. تؤكد هذه النتائج فعالية الطريقة المقترحة وتوفر أساسًا لمزيد من البحث في هذا المجال.
المناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة التحضير والتوصيف للجزيئات النانوية (NPs) باستخدام تقنية تبخر المذيب من المست emulsion المزدوج، مع التركيز على تركيب كل من الجزيئات النانوية الفارغة والمحمّلة بالدواء. تضمنت العملية إذابة PLGA في إيثيل أسيتات، تلاها تشكيل مست emulsion مائي في زيت في ماء (W/O/W) مع الكحول البولي فينيل (PVA) كمثبت. تم إخضاع المست emulsion الناتج للطرد المركزي والغسيل للحصول على جزيئات نانوية عالية الجودة، تتميز بحجم الجسيمات (PS)، ومؤشر توزيع متعدد (PDI)، وجهد زتاوي (ZP). أشارت النتائج إلى أن التركيبات المحملة بـ DNP أظهرت PS أكبر مقارنة بالتركيبات الفارغة، وهو ما يُعزى إلى احتواء المادة الفعالة. ومن الجدير بالذكر أن أصغر PS تم تحقيقه مع أعلى تركيز PVA وأطول مدة صوتنة، مما يشير إلى أن هذه المعلمات تقلل بشكل فعال من التوتر السطحي وتساعد في استقرار الجزيئات النانوية.
بالإضافة إلى ذلك، قيمت الدراسة تأثير الحماية من التجميد للتريهالوز على الجزيئات النانوية وقيمت استقرارها تحت ظروف الجهاز الهضمي المحاكية. أظهرت النتائج أن تركيبة I-DNP حافظت على خصائصها الفيزيائية والكيميائية عبر بيئات pH المختلفة، وهو أمر حاسم لضمان التوافر البيولوجي والفعالية العلاجية. تم قياس كفاءة الاحتواء (EE%) لـ DNP باستخدام مطيافية UV-visible، مما يؤكد فعالية عملية التركيب. بشكل عام، تسلط الأبحاث الضوء على أهمية تحسين خصائص الجزيئات النانوية لتعزيز توصيل الأدوية، خاصة في سياق الأمراض التنكسية العصبية، حيث تعتبر القدرة على عبور حاجز الدماغ والدماغ أمرًا بالغ الأهمية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95792-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40240764
Publication Date: 2025-04-16
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Advanced Drug Delivery Systems
Overview
This study presents the development and characterization of donepezil hydrochloride-loaded PLGA nanoparticles (I-DNP) utilizing the Double Emulsion Solvent Evaporation method. The research highlights the influence of polyvinyl alcohol (PVA) concentration and sonication time on nanoparticle properties, revealing that increased PVA and sonication led to a reduction in particle size, with the optimal formulation achieving a size of 136.37 nm and a polydispersity index (PDI) of 0.122, indicating uniformity. The zeta potential of -24.17 mV confirms the electrostatic stability necessary for long-term storage. The encapsulation efficiency was recorded at 69.22 ± 4.84%, and release studies indicated a sustained release profile characterized by both Fickian and non-Fickian mechanisms.
Biological activity assessments demonstrated that I-DNP possesses significant anti-acetylcholinesterase (anti-AChE) and anti-butylcholinesterase (anti-BuChE) activities, alongside notable anti-angiogenic effects in Chorioallantoic Membrane (CAM) assays, underscoring its therapeutic potential for Alzheimer’s disease. The incorporation of trehalose was shown to enhance nanoparticle stability, particularly in acidic environments. Future research directions include long-term stability testing and in vivo studies to evaluate blood-brain barrier penetration and overall clinical applicability, thereby advancing nanoparticle-based drug delivery systems for neurodegenerative diseases.
Methods
In this study, various materials and methods were employed to investigate the properties and applications of Donepezil hydrochloride (DNP). The DNP was sourced from DEVA in Istanbul, Türkiye, while other key materials, including Resomer RG 502 H (PLGA), sodium hydroxide, and trehalose dihydrate, were obtained from Sigma-Aldrich. Additional chemicals such as polyvinyl alcohol (PVA), hydrochloric acid, ethyl acetate, and potassium phosphate monobasic were also procured from Sigma-Aldrich, with acetone and deuterated chloroform sourced from Merck. Deionized water was utilized throughout the experiments, ensuring high purity.
The experimental setup included a range of equipment to facilitate the research. This comprised refrigeration and freezing units, an analytical balance, a lyophilizer, and various laboratory instruments such as a magnetic stirrer, micropipette set, pH meter, probe sonicator, ultrasonic bath, UV spectrophotometer, vortex mixer, and zetasizer. Each piece of equipment played a crucial role in the preparation, analysis, and characterization of the materials involved in the study, contributing to the overall rigor and reliability of the experimental findings.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. For instance, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely due to chance.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to measurable improvements in the outcomes of interest. Specifically, participants who received the treatment showed a marked increase in performance metrics compared to the control group, with effect sizes calculated to be substantial. These findings underscore the efficacy of the proposed method and provide a foundation for further research in this area.
Discussion
In this section, the preparation and characterization of nanoparticles (NPs) using a double emulsion solvent evaporation technique are discussed, focusing on the formulation of both blank and drug-loaded NPs. The process involved dissolving PLGA in ethyl acetate, followed by the formation of a water-in-oil-in-water (W/O/W) emulsion with polyvinyl alcohol (PVA) as a stabilizer. The resulting emulsion was subjected to centrifugation and washing to yield high-quality NPs, characterized by their particle size (PS), polydispersity index (PDI), and zeta potential (ZP). The findings indicated that the DNP-loaded formulations exhibited larger PS compared to blank formulations, attributed to the encapsulation of the active ingredient. Notably, the smallest PS was achieved with the highest PVA concentration and longest sonication time, suggesting that these parameters effectively reduce surface tension and facilitate NP stabilization.
Additionally, the study evaluated the cryoprotectant effect of trehalose on the NPs and assessed their stability under simulated gastrointestinal conditions. The results demonstrated that the I-DNP formulation maintained its physicochemical properties across various pH environments, which is crucial for ensuring bioavailability and therapeutic efficacy. The encapsulation efficiency (EE%) of DNP was quantified using UV-visible spectrophotometry, confirming the effectiveness of the formulation process. Overall, the research highlights the importance of optimizing NP characteristics for enhanced drug delivery, particularly in the context of neurodegenerative diseases, where the ability to cross the blood-brain barrier is paramount.