Badania kinetyki uwalniania leku z implantów bioceramicznych w warunkach in vitro z zastosowaniem modeli matematycznych

• Autorzy: Mycek B. , Zima A. , Szymura-Oleksiak J. , Ślósarczyk A. , Krupa A.

Warianty tytułu

EN

In vitro studies of the kinetics of drug release from bioceramic implants using mathematical models

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy badano profil i kinetykę uwalniania leku w warunkach in vitro z tabletek o różnym składzie procentowym mieszaniny αTCP–HAp (98% mas. αTCP – 2% mas. HAp; 94% mas. αTCP – 6% mas. HAp; 90% mas. αTCP – 10% mas. HAp) do medium o pH 7.4 oraz z tabletek o takim samym składzie procentowym mieszaniny αTCP–HAp (98% mas. αTCP – 2% mas. HAp) do medium o różnym pH (5, 7.4, 10). Pentoksyfilina (PTX) – lek przyjęty za modelowy został rozmieszczony homogenicznie w implancie bioceramicznym i uwalniał się z dowolnego jego miejsca. Porowatość całkowita badanych biomateriałów wynosiła około 32-38%. Przeprowadzony eksperyment miał również na celu określenie mechanizmu uwalniania PTX z badanych nośników z zastosowaniem modelu Korsenmeyera – Peppasa oraz opis tego procesu za pomocą modelu Higuchiego. Wyniki badań wykazały, że im większy był udział procentowy proszku hydroksyapatytowego w wyjściowym składzie tabletek, tym szybciej zachodziło uwalnianie PTX. Najszybciej lek ten uwalniał się z tabletek αTCP-HAp do medium o pH 5, natomiast najwolniej do środowiska o pH 10. Korzystając z modelu Korsenmeyera – Peppasa określono dla badanych nośników mechanizm uwalniania badanego leku. Otrzymane wartości wykładnika dyfuzyjnego n (charakteryzującego mechanizm uwalniania leku), były równe lub większe od 1, co świadczy o tym, że uwalnianie PTX zachodziło zgodnie z mechanizmem zerowego lub super zerowego rzędu. Na podstawie modelu Higuchiego wyznaczono stałe szybkości uwalniania PTX. Z praktycznego punktu widzenia stała szybkość uwalniania substancji leczniczej utrzymująca się przez dłuższy okres czasu jest pożądana w długotrwałej farmakoterapii.

EN

In the work, profile and kinetics of in vitro drug release from the tablets composed of αTCP–HAp mixtures containing various amounts of constituents (98 wt. % αTCP – 2 wt.% HAp; 94 wt.% αTCP – 6 wt.% HAp; 90 wt.% αTCP – 10 wt.% HAp) to the medium of pH = 7.4 as well as from the tablets with constant amounts of αTCP and HAp (98 wt % αTCP – 2 wt % HAp) to the media of different pH values (5, 7.4, 10) were studied. Pentoxifylline (PTX), a model drug in the investigations, was distributed homogeneously in the bioceramic implants and released from the whole of their volume. Total porosity of the materials studied was in the range of 32-38%. The aim of the experiment was also to determine the mechanism of PTX release from the carriers using Korsenmeyer – Peppas model as well as to describe this process by Higuchi model. The results showed that the rate of PTX release grew as the proportion of hydroxyapatite powder in the materials increased. The drug release from αTCP-HAp tablets was the fastest into the medium of pH=5 and the slowest into that of pH=10. Using Korsenmeyer – Peppas model the mechanism of the drug release was determined. The values of diffusion exponent n (factor determining the mechanism of drug release) were equal to or higher than 1, which proved that PTX was released according to zero-order or super-zero order mechanism. Based on Higuchi model, the rate constants of the process were calculated. From practical point of view, constant rate of drug release over a long time is desired in the long-term therapy.

Słowa kluczowe

PL

implanty bioceramiczne; nośniki leku; modele matematyczne

EN

bioceramic implants; drug carriers; mathematical models

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 11, no. 76
• Strony: 6--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Mycek B.

• Zakład Farmakokinetyki i Farmacji Fizycznej, Collegium Medicum, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

autor

Zima A.

• Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Szymura-Oleksiak J.

• Zakład Farmakokinetyki i Farmacji Fizycznej, Collegium Medicum, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

autor

Ślósarczyk A.

• Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Krupa A.

• Katedra Technologii Postaci Leku i Biofarmacji, Collegium Medicum, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Bibliografia

• [1] Brazel Ch.S., Peppas N.A.: Mechanisms of solute and drug transport in relaxing, swellable, hydrophilic glassy polymers. Polymer. 1999, 40, 3383-3398.
• [2] Castro C., Sánchez E., Delgado A., Soriano I., Núńez P., Baro M., Perera A., Evora C.: Ciprofloxacin implants for bone infection. In vitro-in vivo characterization. J Control Release. 2003, 93, 341-354.
• [3] Goto T., Kojima T., Iijima T.: Resorption of synthetic Poros hydroxyapatite and replacement by newly fordem bone. J Orth Sci, 2001, 6, 444-447.
• [4] Hirabayashi H., Fujisaki J.: Bone-specific drug delivery systems. Clin Pharmacokinet. 2003, 42 (15), 1319-1330.
• [5] Itokazu M., Kumazawa S., Wada E., Wenyi Y.: Sustained release of adriamycin from implanted hydroxyapatite blocks for the treatment of experimental osteogenic sarcoma in mice. Cancer Lett. 1996, 107, 11-18.
• [6] Jain A.K., Panchagnula R.: Review skeletal drug delivery systems. Int J Pharm. 2000, 206, 1-12.
• [7] Kim H., Fassihi R.: Application of a binary polymer system in drug release rate modulation. 1. Characterization of release mechanism. J Pharm Sci. 1997, 86 (3), 316-322.
• [8] Otsuka M., Nakahigashi Y., Matsuda Y., Fox J.L., Higuchi W.I.: A novel skeletal drug delivery system using self-setting calcium phosphate cement. 7. Effect of biological factors on indomethacin release from the cement loaded on bovine bone. J Pharm Sci 1994, 83 (11), 1569-1573.
• [9] Otsuka M., Matsuda Y., Fox J.L., Higuchi W.I.: A novel skeletal drug delivery system using self-setting calcium phosphate cement. 9: Effects of the mixing solution volume on anticancer drug release from homogenous drug-loaded cement. J Pharm Sci. 1995, 84 (6), 733-736.
• [10] Otsuka M., Matsuda Y., Kokubo T., Yoshihara S., Nakamura T., Yamamuro T.: A novel skeletal drug delivery system using self-setting bioactive glass bone cement. III: the in vitro drug release from bone cement containing indomethacin and its physicochemical properties. J Control Release. 1994, 31, 111-119.
• [11] Otsuka M., Matsuda Y., Suwa Y., Fox J.L., Higuchi W.I.: A novel skeletal drug delivery system using self-setting calcium phosphate cement. 2. Physico-chemical properties and drug release rate of the cement-containing indomethacin. J Pharm Sci. 1994, 83 (5), 611-615.
• [12] Peppas N.A., Sahlin J.J.: A sample equation for the description of solute release. III. Coupling of diffusion and relaxation. Int J Pharm. 1989, 57, 169-172.
• [13] Raińska-Giezek T., Pawlik A.: Systemy nośnikowe do miejscowego dostarczania antybiotyków w zakażeniach kości. Farmacja Polska. 2002, 58 (5), 225-228.
• [14] Sánchez E., Baro M., Soriano I., Perera A., Çvora C.: In vivo-in vitro study of biodegradable and osteointegrable gentamicin bone implants. Eur J Pharm Biopharm. 2001, 52, 151-158.
• [15] Shinto Y., Uchida A., Korkusuz F., Araki N., Ono K.: Calcium hydroxyapatite ceramic used as a delivery system for antibiotics. J Bone Joint Surg Am. 1992; 74-B, 600-604.
• [16] Sivakumar M., Panduranga Rao K.: Preparation, characterization and in vitro release of gentamicin from coralline hydroxyapatite-gelatin composite microspheres. Biomaterials. 2002, 23, 3175-3181.