Polylactide containing nanoparticles - new carriers of active compounds

• Autorzy: Słomkowski S. , Gadzinowski M. , Sosnowski S. , Radomska-Galant I.

Warianty tytułu

PL

Nanocząstki zawierające polilaktyd - nowe nośniki związków aktywnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Two amphiphilic block copolymers poly(L-lactide)-b-polyglycidol-b-poly(ethylene oxide) (PLA-b-PGly-b-PEOX) were synthesized: PLA-b-PGly-b-PEOX(I) with Mn equal 6260 (PLA), 510 (PGly) and 6600 (PEOX) and PLA-b-PGly-b-PEOX(II) with Mn equal 3600 (PLA), 500 (PGly) and 5500 (PEOX). Polyglycidol segment in PLA-b-PGly-b-PEOX(II) was modified in reaction with succinic anhydride - the reaction leading to conversion of -CH2OH groups of polyglycidol monomeric units to -CH2OC(O)CH2CH2COOH moieties with carboxyl groups [modified PLA-b-PGly-b-PEOX(II) was denoted as PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc)]. Molecules of all three copolymers did self assemble in water into polymeric nanoparticles with number average diameters equal 20.0š0.8 nm [PLA-b-PGly-b-PEOX(I)], 20.9š0.3 nm [PLA-b-PGly-b-PEOX(II)] and 33š1 nm [PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc)]. Critical aggregation concentration (CAC - a concentration above which nanoparticles are formed) was equal 1.55ź10-2, 7.0ź10-2 and 2.51ź10-1 g/L for PLA-b-PGly-b-PEOX(I), and PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc), respectively. Nanoparticles were formed also in presence of pyrene and partition of pyrene between solution and nanoparticles was determined. For example, for concentrations of PLA-b-PGly-b-PEOX(II) and pyrene equal 1.95ź10-3 g/L and 4.94ź10-7 g/L the fraction of encapsulated pyrene was ca. 10 % whereas for the same concentration of pyrene but for higher concentration of PLA-b-PGly-b-PEOX(II), above 2.50ź10-1 g/L, the whole amount of pyrene was incorporated into nanoparticles. Profile of pyrene release from nanoparticles was bi-exponential with the rate constant for "fast" (kf) component equal 9.5ź10-2, 3.8ź10-2 and 1.5ź10-1 L/h, for PLA-b-PGly-b-PEOX(I), PLA-b-PGly-b-PEOX(II) and PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc), respectively, and with the rate constant for "slow" (ks) component essentially the same for nanoparticles from all terpolymers equal (8.4š0.2)ź10-3 L/h. It has been suggested that "fast" rate describes the release of pyrene from shells of nanoparticles whereas the "slow" one describes the release from their cores.

PL

Zsyntetyzowano dwa kopolimery amfifilowe poli(L-laktyd)-b-poliglicydol-b-poli(tlenek etylenu): PLA-b-PGly-b-PEOX(I) i PLA-b-PGly-b-PEOX(II) o ciężarach cząsteczkowych bloków (Mn) wynoszących, odpowiednio, 6260, 510 i 6600 oraz 3600, 500 i 5500 (tabela 1 i 2, schemat A). Blok poliglicydolowy w PLA-b-PGly-b-PEOX(II) modyfikowano w reakcji jego grup -CH2OH z bezwodnikiem kwasu bursztynowego; zmodyfikowany kopolimer oznaczono jako PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc). Terpolimery charakteryzowano metodami 1H NMR (rys. 1, 2), chromatografii żelowej (GPC) oraz spektroskopii IR (rys. 3-7). Stwierdzono, że w wodzie cząsteczki wszystkich trzech badanych kopolimerów agregowały tworząc nanocząstki średnicy: 20,0š0,8 nm [PLA-b-PGly-b-PEOX(I)], 20,9š0,3 nm [PLA-b-PGly-b-PEOX(II)] oraz 33š1 nm [PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc)] (rys. 4, tabela 3). Krytyczne stężenie agregacji (critical agregation concentration - CAC; stężenie kopolimeru, po przekroczeniu którego powstają nanocząstki) wynosiło 1,55ź10-2 g/l [PLA-b-PGly-b-PEOX(I)], 7,0ź10-2 g/l [PLA-b-PGly-b-PEOX(II)] i 2,51ź10-1 g/l [PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc)] (tabela 3). Nanocząstki powstawały również wobec pirenu użytego jako model związku aktywnego. Określono podział pirenu między roztwór i nanocząstki w warunkach różnych stężeń kopolimeru (tabela 4). W przypadku stężeń PLA-b-PGly-b-PEOX(II) i pirenu równych, odpowiednio, 1,95ź10-3 g/l i 4,94ź10-7 mol/l frakcja enkapsulowanego pirenu wynosiła 10 %. W odniesieniu do takiego samego stężenia pirenu i stężenia PLA-b-PGly-b-PEOX(II) przekraczającego 2,50ź10-1 g/l cały piren z roztworu był enkapsulowany w nanocząstkach. Kinetykę uwalniania pirenu z nanocząstek opisywała zależność bi-eksponencjalna [równanie (1)], przy czym stała szybkości "szybkiego" (kf) procesu wynosiła 9,5ź10-2 l/h [PLA-b-PGly-b-PEOX(I)], 3,8ź10-2 l/h [PLA-b-PGly-b-PEOX(II)] i 1,5ź10-1 l/h [PLA-b-PGly-b-PEOX(IIc)]. Stała szybkości procesu "wolnego" (ks) była taka sama, niezależnie od kopolimeru, z którego były zbudowane nanocząstki, i wynosiła (8,4š0,2)ź10-3 l/h. Wysunięto hipotezę, że "szybki" proces polega na uwalnianiu pirenu z powłok nanocząstek, a "wolny" - z ich rdzeni.

Słowa kluczowe

EN

amphiphilic block copolymers; nanoparticles; pyrene; encapsulation; kinetics of release

PL

kopolimery amfifilowe; nanocząstki; piren; enkapsulacja; kinetyka uwalniania związku aktywnego

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 50, nr 7-8
• Strony: 546--554
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Słomkowski S.

• Center of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź, Poland

autor

Gadzinowski M.

• Center of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź, Poland

autor

Sosnowski S.

• Center of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź, Poland

autor

Radomska-Galant I.

• Technical University of Lodz, Department of Biotechnology and Food Science, Institute of Technical Biochemistry, ul. Stefanowskiego 4/10, 90-924 Łódź, Poland.

Bibliografia

• 1. "Microspheres, Microcapsules and Liposomes" Vol. 2, "Medical and Biotechnology Applications" (Ed. Arshady R.), Citus Books, London, UK, 1999.
• 2. Linhardt R. J.: "Biodegradable Polymers for Controlled Release of Drugs" in "Controlled Release of Drugs: Polymers and Aggregate Systems" (Ed. Rosoff M.), VCH, New York, 1988, p. 53-95.
• 3. Sosnowski S., Gadzinowski M., Slomkowski S., Penczek S.: J. Bioact. Compat. Polym. 1994,9,345.
• 4. Sosnowski S., Gadzinowski M., Slomkowski S.: Macromolecules 1996,29,4556.
• 5. Gadzinowski M., Sosnowski S., Slomkowski S.: Macromolecules 1996,29,6404.
• 6. Slomkowski S., Sosnowski S., Gadzinowski M., Pichot Ch., Elaissari A: "Direct Synthesis of Polyester Microspheres, Potential Carriers of Bioactive Compounds" in "Tailored Polymeric Materials for Controlled Delivery Systems" (Eds. McCulloch L, Shalaby S. H.) ACS Symp. Ser., 709, ACS, Washington, OC, 1998, p. 143-153.
• 7. Slomkowski S., Sosnowski S., Gadzinowski M.: Polimery 2002,7-8,485.
• 8. Gadzinowski M., Sosnowski S.: J. Polym. Sci., Part Polym. Chem Ed. 2003,41, 3750.
• 9. Fitton A J., Hill J., [ane D. E., Miller R.: Synth 1987,12,1140.
• 10. Dong D. C, Winnik M. A: Can. J. Chem. 1984, 2560.
• 11. Wilhelm M., Zhao C-L., Wang Y., Xu R., Winnik A: Macromolecules 1991,24,1033.
• 12. Kwon G., Naito M., Yokoyama M., Okano T., Saku Y., Kataoka K: Langmuir 1993, 9, 945.
• 13. Capek I.: Adv. Colloid lnterface Sci. 2002, 97, 91.
• 14. Yamamoto Y., Yasugi K, Harada A, Nagasaki Kataoka K: J. Controlled Release 2002,82,359