20964

۲۰۹۶۴

سنتز ميكروكره هاي تو خالي هيدروكسي آپاتيت با نانوساختار سطحي و بررسي جذب و رهايش دارو

دكترا

مهندسي مواد

۱۳۹۸

۱۳۹۸/۴/۲۳

دكتر جعفر جوادپور - دكتر عليرضا خاوندي

زنده ياد دكتر محمد عرفان

مواد و متالورژي

در سال¬هاي اخير تلاش¬هاي بسياري براي ساخت حامل¬هاي دارويي مناسب و قابل تزريق براي استخوان و غضروف صورت گرفته است. به دليل گردش ضعيف خون در بافت استخوان، بسياري از آنتي بيوتيك ها در درمان عفونت، قابليت دسترسي به محل مورد نظر را ندارد. بنابراين استفاده از حاملي كه بافت استخوان را ترميم كند و آنتي بيوتيك را به مقدار مناسب و زمان كافي در موضع آزاد كند ضروري به نظر مي¬رسد. با توجه به شباهت هيدروكسي آپاتيت با فاز معدني بافت سخت بدن، استفاده¬ از آن در زمينه مهندسي بافت و دارورساني به استخوان، مورد توجه محققين است. ميكروكره¬هاي تو خالي با نانوساختار سطحي (سلسله مراتبي ) به دليل فضاي مناسب براي قرار گيري دارو،چسبندگي مناسب به بافت استخوان و دارا بودن مزاياي دو بعد ميكرو و نانو، مورد توجه بوده است. بررسي مطالعات انجام شده بر حامل¬هاي هيدروكسي آپاتيت، نشان مي¬دهد كه معايبي از جمله انباشتگي ذرات، سطح ويژه كم، عدم كنترل دقيق شكل و اندازه ذرات دربسياري از روش¬هاي سنتز وجود دارد. در اين پژوهش جهت كاهش مشكلات و چالش¬هاي ذكر شده، از روش هيدروترمال و افزودن عوامل كي¬ليت-ساز سيترات سديم و اتيلن دي آمين تترا متيلن فسفونيك اسيد(EDTMP ) جهت كنترل جوانه زني و رشد و مورفولوژي هيدروكسي¬آپاتيت استفاده شد. سيترات سديم به دليل قابليت اين ماده در تغيير مورفولوژي هيدروكسي¬آپاتيت، توسط كمپلكس¬هاي سيترات- كلسيم، انتخاب گرديد. EDTMP نيز به دليل پايداري و قدرت بالاي اين ماده به عنوان كي¬ليت¬ساز و رسوب زداي كلسيم، براي اولين بار در سنتز هيدروكسي¬آپاتيت مورد بررسي قرار گرفت. سنتز ذرات در ابتدا توسط رسوب شيميايي با مواد اوليه دي¬آمونيوم هيدروژن فسفات و نيترات كلسيم و افزودن عوامل كي ليت ساز انجام شد. سپس سوسپانسيون نهايي در دما و زمان مشخص تحت شرايط هيدروترمال قرار گرفت. رسوب حاصل بعد از جداسازي توسط سانتريفيوژ و خشك شدن، توسط روش¬هاي شناسايي XRD، FTIR، SEM ، TEMو BET بررسي شد. نتايج XRD نشان داد با افزودن سيترات سديم و EDTMP در فرآيند هيدروترمال، هيدروكسي¬آپاتيت بدست آمده تك فاز است و افزايش غلظت اين دو ماده باعث افزايش ميزان بلوري شدن هيدروكسي¬آپاتيت مي¬شود. نتايج FTIR نيز نشان مي¬دهد سيترات سديم و EDTMP در ساختار هيدروكسي آپاتيت تغييري ايجاد نكرده و گروه¬هاي عاملي شناسايي شده مربوط به هيدروكسي¬آپاتيت خالص است. در بررسي مورفولوژي ذرات توسط SEM، مشاهده شد كه بدون افزودن عوامل كي¬ليت¬ساز، قبل از فرآيند هيدروترمال ورقه¬هاي براشيت و بعد از فرآيند هيدروترمال نانوذرات يك بعدي هيدروكسي¬آپاتيت بدست مي¬آيد. در حالي كه در غلظت مناسب افزودني¬ها و زمان بهينه در فرآيند هيدروترمال، ميكروكره¬هاي هيدروكسي¬آپاتيت با نانوساختار سطحي (نانوصفحه يا نانوميله) مشاهده شد. ميكروكره¬هاي بدست آمده داراي توزيع اندازه يكنواخت در محدوده 4-6 ميكرومتر بوده و با افزايش غلظت افزودني (عامل كي ليت ساز) مورفولوژي سطحي از نانوصفحه به نانوميله تغيير مي¬كند. تغيير مورفولوژي سطح با تغيير غلظت عامل كي¬ليت ساز كمتر مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين مشاهده شد كه ذرات سنتز شده توسط EDTMP به صورت كاملا مجزا و غير انباشته و با توزيع اندازه ذرات يكنواخت رشد مي¬كنند كه اين امر ويژگي متمايز اين عامل كي¬ليت¬ساز، در فرآيند سنتز هيدروكسي¬آپاتيت است. تصاوير TEMنشان داد كه ذرات كروي و متشكل از نانو ساختار سطحي، داراي فضاي داخلي خالي و يا با تراكم كم هستند. براي بررسي سطح ويژه و توزيع اندازه تخلخل¬ها از روش BET استفاده شد. نمونه كنترل بدون افزودني داري سطح ويژه m2/g 39 و حجم حفرات cm3/g 19/0 است در حالي كه اين مقادير در ميكروكره¬هاي سنتز شده با حضور عوامل كي¬ليت¬ساز براي سطح ويژه به طور متوسط به m2/g 100 و حجم حفرات به حدود cm3/g 79/0-5/0 مي¬رسد. اين نتايج نشان مي¬دهد افزودن سيترات و EDTMP علاوه بر تغيير مورفولوژي موجب افزايش قابل توجه سطح ويژه و حجم تخلخل¬ها مي¬شود. همچنين متوسط اندازه تخلخل¬ها توسط ,BJH nm 50-10 است كه نشان از ساختار مزوتخلخل دارد. بعد از بهينه سازي روش سنتز، آنتي¬بيوتيك سيپروفلوكساسين ، جهت دارورساني به استخوان انتخاب شد. اين دارو براي اولين بار در ميكروكره¬¬هاي هيدروكسي¬آپاتيت بارگيري مي¬شود. ابتدا كاليبراسيون سيپروفلوكساسين و پايداري آن در محيط¬هاي مختلف بررسي شد. سپس پارامترهاي مؤثر بر بارگيري دارو توسط دستگاه UV/Vis مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان مي¬دهد در نمونه كنترل غير كروي ميزان بارگيري دارو كمتر از 10% است. اين مقدار در ميكروكره¬هاي سنتز شده در حدود 30% است كه افزايش دما و زمان بارگيري موجب افزايش ميزان داروي جذب شده تا 40% مي¬شود. آزمون وزن سنجي گرمايي و گرماسنجي روبشي تفاضلي نشان مي¬دهد حامل هيدروكسي¬آپاتيت از داروي سيپروفلوكساسين محافظت مي¬كند و جذب دارو به صورت آمورف صورت مي¬گيرد. نتايج آزمون آزاد سازي دارو نيز نشان مي¬دهد حامل بارگيري شده به طور متوسط 70% دارو را در مدت 10 روز آزاد مي¬كند. ميزان بارگيري دارو و زمان رهايش آن از پژوهش¬هاي مشابه بالاتر بوده و مدل كينتيكي رهايش، با مدل هيگوشي بر اساس انتشار انطباق دارد. با توجه به نتايج به دست آمده، از جمله سطح ويژه و حجم تخلخل بالاي ميكروكره¬ها، درصد بارگيري بالاي داروي سيپروفلوكساسين، عدم تخريب شيميايي دارو، جذب دارو در سطح نانوساختار و تخلخل¬هاي ميكروكره¬ها و رهايش آهسته، اين ذرات مي¬تواند حامل مناسبي براي داروي سيپروفلوكساسين باشد و جهت دارورساني موضعي به استخوان مورد استفاده قرار گيرد.

1398/06/04

Synthesis of Hollow Hydroxyapatite Microspheres with Surface Nanostructures and Evaluation of Drug Adsorption and Release

7/13/2020 12:00:00 AM

In recent years drug delivery systems have been applied in different tissues due to their desigened purpose. Here, we focus on the bone drug delivery systems. Hydroxyapatite (HA) by chemical formula Ca10(PO4)6(OH)2 due to its chemical similarity with the mineral portion of the bone is of considerable interest in medical applications. Biological properties of HA ceramics like bone bonding capability, biocompatibility and osteoconductivity are influenced not only by their composition but also their morphology and size. Specific morphologies such as hollow microspheres with micro/nano structures (hierarchical structure) have attracted much attention because of the increased surface area in these novel 3D architectures. Well-ordered and surface engineered hierarchical hydroxyapatite microspheres (HAM) were prepared via a template free hydrothermal process. Citrate and Ethylene diamine tetra (methylene phosphonic acid) (EDTMP) were used as chelating or regulating agent for the first time in this study. The results indicated the formation of sheet-like particles in the absence of chelating agent. On the other hand, microspheres with radially grown nanorods (HAMNR) or nanosheets (HAMNS) on the surface were obtained (with average diameter of 5 µm) in the presence of chelating agent. X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were used to characterize the crystalline phases in the synthesized samples. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed that EDTMP and citrate concentration played an important part in regulating the morphology to form well organized microspheres with nanosheets or nanorods on the surface. Brunauer-Emmett-Teller (BET) revealed an increase in the specific surface area with the change in morphology from the HAMNS to HAMNR. During different tests, the best samples synthesized by citrate and EDTMP showed 40% drug loading by using ciprofloxacin as a drug model. Drug release analysis revealed that about 70% of drug was released after 10 days. Release kinetic studies of drug showed that designed system fitted to Higushi model which is based on diffusion model.