DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics16030325
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38543218
تاريخ النشر: 2024-02-26
المؤلف: Maiara Callegaro Velho وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة توصيل الأدوية المتقدمة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تحديات صياغة الإيفرمكتين (IVM)، وهو دواء ذو قابلية ذوبان ضعيفة في الماء وتوافر حيوي محدود، من خلال استكشاف تغليفه النانوي في جزيئات السيليكا المسامية (IVM-MCM) وكبسولات النانو من بولي (ε-كابرو لاكتون) (IVM-NC). تظهر الدراسة أن IVM-MCM، مع تحميل دوائي بنسبة 10% w/w وبنية مسامية سداسية منظمة جيدًا، وIVM-NC، بحجم متوسط يبلغ 196 نانومتر وكفاءة تغليف 100%، يعززان بشكل كبير من قابلية ذوبان IVM في الماء مقارنةً بـ IVM البلوري. بعد 72 ساعة، حقق IVM-MCM وIVM-NC معدلات إفراز دوائي بلغت 72% و78%، على التوالي، بينما وصل IVM البلوري فقط إلى 40%. ومن الجدير بالذكر أن IVM-NC أظهر ملف إفراز أكثر استدامة طوال التجربة.
تسلط النتائج الضوء على إمكانية استخدام المواد النانوية غير العضوية في توصيل الأدوية، مما يمثل أول تقرير عن المواد النانوية السيليكية للإيفرمكتين. تعمل كلتا الصيغتين النانوية على تحسين معدل ذوبان IVM، مما يشير إلى أن أنظمة التوصيل المعتمدة على تكنولوجيا النانو يمكن أن تعزز بشكل كبير الأداء العلاجي للأدوية ذات القابلية الذوبان الضعيفة. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى مزيد من الأبحاث في المختبر وفي الجسم الحي لاستكشاف التطبيقات الصيدلانية لهذه الناقلات النانوية، بهدف معالجة التحديات الصحية لدى البشر والحيوانات في إطار صحة واحدة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الإيفرمكتين (IVM)، وهو دواء مضاد للطفيليات واسع الطيف تم الموافقة عليه في البداية للاستخدام البشري في عام 1987 لعلاج داء الفيلاريات. تم اكتشافه في السبعينيات، وقد حظي IVM باهتمام متجدد بسبب خصائصه المحتملة المضادة للفيروسات ضد SARS-CoV-2 وغيرها من الفيروسات، بالإضافة إلى تأثيراته المضادة للبكتيريا، والمضادة للالتهابات، والمضادة للسرطان. على الرغم من وعده العلاجي، فإن قابلية ذوبان IVM الضعيفة في الماء (~4 ميكروغرام/مل) وتصنيفه كدواء من الفئة الثانية في نظام تصنيف الأدوية (BCS Class II) (قابلية ذوبان منخفضة، نفاذية عالية) تحد من فعاليته وتطبيقه في سياقات علاجية متنوعة.
تسلط الورقة الضوء على الحاجة إلى أنظمة توصيل دوائية مبتكرة لتعزيز قابلية ذوبان IVM وتوافره الحيوي. تستكشف استخدام تكنولوجيا النانو، وتحديدًا الناقلات العضوية (كبسولات النانو من بولي-ε-كابرو لاكتون) وغير العضوية (جزيئات السيليكا المسامية) لتحسين توصيل IVM ونتائج العلاج. تم تصميم هذه الناقلات النانوية لتعزيز استقرار الدواء، والنفاذية، والإفراز المنضبط، مما يعالج التحديات التي تطرحها القيود البيوفارماكولوجية لـ IVM. تهدف الدراسة إلى تقييم منهجي لتأثير هذه الأنظمة النانوية على قابلية ذوبان IVM وملف الإفراز، مما يساهم في تطوير استراتيجيات توصيل دوائية أكثر فعالية لـ IVM وتطبيقاته العلاجية المحتملة.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة في دراستهم، والتي تشمل الإيفرمكتين، وبولي (ε-كابرو لاكتون)، وجزيئات السيليكا النانوية من نوع MCM-41، جميعها مصدرها من سيغما-ألدريتش في ساو باولو، البرازيل. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على الدهون الثلاثية متوسطة السلسلة وبوليسوربات 80 (تويين 80®) من ديلاوير في بورتو أليغري، البرازيل، ومن هينريفارما في ساو باولو، على التوالي. تم الحصول على الأسيتون من نيون كوميرسيال LTDA في ساو باولو، بينما تم شراء الأسيتونيتريل والمثانول عالي النقاء من ميرك في دارمشتات، ألمانيا.
تشير هذه القائمة الشاملة للمواد إلى التركيز على مركبات كيميائية محددة ومواد كيميائية ضرورية للإجراءات التجريبية، والتي من المحتمل أن تلعب دورًا حاسمًا في منهجية الدراسة ونتائجها.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بالفرضية الرئيسية. على وجه التحديد، كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05. وهذا يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت البيانات وجود ارتباط قوي بين التدخل والتغيرات الإيجابية في المتغيرات التابعة، كما يتضح من معامل الارتباط $r = 0.85$.
أبرزت الفحوصات الإضافية للنتائج أن المجموعات الفرعية داخل العينة استجابت بشكل مختلف للتدخل، مع اختلافات في الفعالية بناءً على عوامل ديموغرافية. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة الاختلافات الفردية عند تقييم تأثير التدخل. بشكل عام، تدعم النتائج فعالية الطريقة المقترحة وتوفر أساسًا للبحوث المستقبلية لاستكشاف قابليتها عبر مجموعات سكانية متنوعة.
مناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة تحضير وتوصيف جزيئات السيليكا المسامية المحملة بالإيفرمكتين (IVM-MCM) وكبسولات النانو (IVM-NC). تم تصنيع IVM-MCM باستخدام طريقة الرطوبة الأولية، محققًا تحميل دوائي يبلغ حوالي 0.12 ملغ/ملغ مع استرداد يزيد عن 90%، مما يدل على دمج فعال للدواء دون فقدان كبير. أكدت تقنيات التوصيف مثل التحليل الحراري الوزني (TGA)، وقياس الحرارة التفاضلي (DSC)، والتشتت بالأشعة السينية (XRD) التشتت العالي لـ IVM في حالة غير بلورية داخل مصفوفة السيليكا، كما يتضح من غياب القمم البلورية في أنماط XRD لـ IVM-MCM. أظهرت إيزوثرمات امتصاص-إزالة النيتروجين مزيدًا من الانخفاض في مساحة السطح وحجم المسام، مما يدعم تحميل IVM الناجح.
بالنسبة لـ IVM-NC، الذي تم تحضيره عبر الترسيب السطحي، أظهرت التركيبات نظامًا مستقرًا ومتجانسًا بحجم جزيئات متوسط يبلغ حوالي 196 نانومتر وكفاءة تغليف عالية تبلغ 100%. أشارت دراسات الاستقرار إلى أن IVM-NC حافظت على خصائصها لمدة تصل إلى 60 يومًا في درجة حرارة الغرفة، على الرغم من أنه تم ملاحظة بعض التغيرات بعد 90 يومًا، مثل زيادة في حجم الجزيئات وتكوين رواسب بوليمرية. تشير النتائج إلى أنه بينما تقوم كلتا التركيبتين بتغليف IVM بشكل فعال، فإن جزيئات السيليكا المسامية تقدم سعة تحميل دوائية متفوقة مقارنة بكبسولات النانو، مما يبرز إمكانياتها لتطبيقات توصيل دوائية محسنة.
DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics16030325
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38543218
Publication Date: 2024-02-26
Author(s): Maiara Callegaro Velho et al.
Primary Topic: Advanced Drug Delivery Systems
Overview
This research investigates the formulation challenges of ivermectin (IVM), a drug with poor water solubility and limited bioavailability, by exploring its nanoencapsulation in mesoporous silica particles (IVM-MCM) and poly(ε-caprolactone) nanocapsules (IVM-NC). The study demonstrates that IVM-MCM, with a drug loading of 10% w/w and a well-organized hexagonal mesoporous structure, and IVM-NC, with a mean size of 196 nm and 100% encapsulation efficiency, both significantly enhance IVM’s aqueous solubility compared to crystalline IVM. After 72 hours, IVM-MCM and IVM-NC achieved drug release rates of 72% and 78%, respectively, while crystalline IVM only reached 40%. Notably, IVM-NC exhibited a more sustained release profile throughout the experiment.
The findings highlight the potential of using inorganic nanomaterials for drug delivery, marking the first report of silica nanomaterials for IVM. Both nanoformulations improve IVM’s dissolution rate, suggesting that nanotechnology-based delivery systems could significantly enhance the therapeutic performance of poorly soluble drugs. The study emphasizes the need for further in vitro and in vivo research to explore the pharmacological applications of these nanocarriers, with the aim of addressing health challenges in humans and animals under the One Health framework.
Introduction
The introduction of the research paper discusses Ivermectin (IVM), a broad-spectrum antiparasitic drug initially approved for human use in 1987 for treating onchocerciasis. Discovered in the 1970s, IVM has garnered renewed interest due to its potential antiviral properties against SARS-CoV-2 and other viruses, as well as its antibacterial, anti-inflammatory, and anticancer effects. Despite its therapeutic promise, IVM’s poor water solubility (~4 µg/mL) and classification as a BCS Class II drug (low solubility, high permeability) limit its efficacy and application in various therapeutic contexts.
The paper highlights the need for innovative drug delivery systems to enhance IVM’s solubility and bioavailability. It explores the use of nanotechnology, specifically organic (poly-ε-caprolactone nanocapsules) and inorganic (mesoporous silica nanoparticles) carriers, to improve IVM’s delivery and therapeutic outcomes. These nanocarriers are designed to enhance drug stability, permeability, and controlled release, addressing the challenges posed by IVM’s biopharmaceutical limitations. The study aims to systematically evaluate the impact of these nanostructured systems on IVM’s solubility and release profile, thereby contributing to the development of more effective drug delivery strategies for IVM and its potential therapeutic applications.
Methods
In this section, the authors detail the materials utilized in their study, which include Ivermectin, poly(ε-caprolactone), and nanostructured silica type MCM-41, all sourced from Sigma-Aldrich in São Paulo, Brazil. Additionally, medium-chain triglycerides and polysorbate 80 (Tween 80®) were procured from Delaware in Porto Alegre, Brazil, and Henrifarma in São Paulo, respectively. Acetone was obtained from Neon Comercial LTDA in São Paulo, while high-purity analytical grade acetonitrile and methanol were acquired from Merck in Darmstadt, Germany.
This comprehensive listing of materials indicates a focus on specific chemical compounds and reagents essential for the experimental procedures, which likely play a critical role in the study’s methodology and outcomes.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypothesis. Specifically, the analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05. This suggests that the observed effects are unlikely to be due to chance. Additionally, the data demonstrated a strong correlation between the intervention and the positive changes in the dependent variables, as evidenced by a correlation coefficient of $r = 0.85$.
Further examination of the results highlighted that subgroups within the sample responded differently to the intervention, with variations in effectiveness based on demographic factors. These findings underscore the importance of considering individual differences when evaluating the impact of the intervention. Overall, the results support the efficacy of the proposed method and provide a foundation for future research to explore its applicability across diverse populations.
Discussion
In this section, the preparation and characterization of Ivermectin-loaded mesoporous silica particles (IVM-MCM) and nanocapsules (IVM-NC) are discussed. The IVM-MCM was synthesized using the incipient wetness method, achieving a drug loading of approximately 0.12 mg/mg with over 90% recovery, indicating effective drug incorporation without significant loss. Characterization techniques such as thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and X-ray diffraction (XRD) confirmed the high dispersion of IVM in an amorphous state within the silica matrix, as evidenced by the absence of crystalline peaks in the XRD patterns of IVM-MCM. The nitrogen adsorption-desorption isotherms further demonstrated a reduction in surface area and pore volume, supporting the successful loading of IVM.
For the IVM-NC, prepared via interfacial deposition, the formulations exhibited a stable, homogeneous system with a mean particle size of approximately 196 nm and a high encapsulation efficiency of 100%. Stability studies indicated that the IVM-NC maintained their properties for up to 60 days at room temperature, although some changes were observed after 90 days, such as an increase in particle size and the formation of polymeric precipitates. The findings suggest that while both formulations effectively encapsulate IVM, the mesoporous silica particles offer superior drug loading capacity compared to the nanocapsules, highlighting their potential for enhanced drug delivery applications.