Studies on Thermosensitive Poly(N-vinylcaprolactam) Based Polymers for Pharmaceutical Applications

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-4171-6
Title: Studies on Thermosensitive Poly(N-vinylcaprolactam) Based Polymers for Pharmaceutical Applications
Author: Vihola, Henna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy, Division of pharmaceutical technology
University of Helsinki, Laboratory of Polymer Chemistry
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Polymers as drug carriers provide benefits and means for controlled drug release applications, like sustained circulation time or cellular targeting of a drug. At all stages of the drug delivery process the polymeric carrier system has to be safe and biocompatible and, at the same time, maintain or improve the efficacy of the medical treatment. Several new implications for the polymeric drug delivery devices have been proposed; among others are the polymers, which are responsive to temperature changes. These materials require a signal, i.e. critical temperature, which triggers their phase transition, when water-soluble and hydrophilic polymers become hydrophobic and collapse. The drug release from these polymers can then be regulated in response to the changes of temperature. In this study, the properties and behaviour of a thermosensitive polymer, poly(N-vinylcaprolactam), PVCL, was evaluated. The phase transition temperature of this polymer is near the physiological temperature, thus it can be considered as a potential candidate for pharmaceutical use. The toxicity of PVCL was evaluated by two colorimetric methods using in vitro cell cultures. The results did not show evidence of cellular toxicity: the cell membranes were found to remain intact and the cells viable. Fluorescently labelled model particles with thermosensitive PVCL coating were used in cellular interaction studies. Enhanced cellular attachment was achieved with PVCL-shell around the particles. This was found to be due to the polymer s ability to bind to the cellular surfaces. Poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM, another thermosensitive polymer with similar characteristics, was compared to PVCL with respect to cellular interactions. It was found out that the attachment of PNIPAM coated particles to the cellular surfaces was inhibited, presumably by steric repulsion created by the PNIPAM-chains. Release profiles of different model drugs from the PVCL hydrogels were estimated, and the effect of physical cross-linking to the loading and release of drugs was further evaluated. Hydrogen bonding and hydrophobic interactions were found to be strongly involved in the loading and release of the drugs and the inhibitory effect of the increasing temperature on drug release was clearly demonstrated. Also, physico-chemical properties of the drugs and the surrounding environment affected the loading and release. By physical cross-linking, stable thermosensitive hydrogel particles could be obtained by creating a tight net, which affected also the drug release. As hydrophilic poly(ethylene oxide), PEO, is known to improve circulation time and to increase the biocompatibility of polymeric systems, the in vitro cellular studies were performed also with the PEO-macromonomer grafted to the PVCL polymer or to the fluorescent model particles. It was concluded that the cellular interactions of PVCL were diminished when grafted with the PEO-macromonomer, presumably again by the creation of steric repulsion. The release of drugs from the physically cross-linked hydrogels containing PEO-grafts was also inhibited because of the ability of PEO to interact with the cross-linking agent by forming tight hydrogen bonds.Säädellysti lääkeainetta vapauttavien lääkevalmisteiden avulla parannetaan lääkehoidon tehoa ja turvallisuutta, jolloin sivuvaikutukset vähenevät ja hoitomyöntyvyys paranee. Lääkeaine voidaan kuljettaa elimistöön kantajamateriaalien avulla, jotka usein ovat erilaisia polymeerejä. Lääkeaineiden vapautumista voidaan hidastaa, jolloin lääkeaine kiertää verenkierrossa pidempään, tai lääkeaineen vapautumista voidaan kohdentaa niin, että se vapautuu tietyssä kohdekudoksessa. Polymeerikantajan tulee olla annosteluvaiheesta elimistöstä erittymiseen asti biologisesti yhteensopiva ja turvallinen. Lämpöherkät polymeerit reagoivat ulkoiseen tai elimistössä tapahtuvaan lämpötilan muutokseen. Lämpötilan nousun seurauksena polymeeri kutistuu ja lämpötilan palautuessa polymeeri muuttuu takaisin ennalleen. Lämpötilan muutokseen reagoivia lääkkeen annostelumuotoja on tutkittu esimerkiksi syöpäkudoksissa, joissa lämpötila on tervettä kudosta korkeampi, tai injektioissa, jolloin lääkeaine yhdistettynä liuosmuotoiseen kantajamateriaaliin muodostaa elimistön lämpötilassa geelin. Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin laboratorio-olosuhteissa, kuinka lämpötilaan reagoiva poly(N-vinyylikaprolaktaami), PVCL, soveltuu farmaseuttiseksi apuaineeksi. PVCL:n kriittinen kutistumislämpötila on lähellä elimistön lämpötilaa ja siksi sitä on pidetty mahdollisena kantajamateriaalina lääkinnällisessä käytössä. PVCL:n ominaisuuksia ja mahdollista haitallisuutta tutkittiin soluviljelmiä apuna käyttäen. Tutkitut solut säilyivät elinkykyisinä ja niiden solukalvo pysyi ehjänä, joten tulosten perusteella PVCL:a ei voitu pitää haitallisena. Solukontaktissa PVCL tarttui tiukasti kiinni solukalvoon. Tutkittaessa lääkeaineiden vapautumista polymeerista havaittiin lämpötilan nostamisen selvästi hidastavan vapautumista. Mallilääkeaineiden ominaisuudet vaikuttivat vapautumiskäyttäytymiseen, kuten myös kemialliset sidokset lääkeaineiden ja polymeerin välillä, sekä ympäristön olosuhteet. PVCL:n fysikaalisen verkkouttamisen avulla saatiin aikaan kestäviä partikkeleita, joista lääkeaineet vapautuivat säädellysti. Poly(etyleenioksidi), PEO, on polymeeri, jonka avulla voidaan estää proteiinien ja solujen tarttuminen kantajamateriaaliin. Kun PVCL-polymeeriin liitettiin PEO-ketjuja, solukäyttäytyminen ja mallilääkeaineiden vapautuminen muuttuivat: Soluihin kohdistuva ärsytys ja solukalvoihin tarttuminen pienenivät merkittävästi, ja mallilääkeaineiden vapautuminen hidastui.
URI: URN:ISBN:978-952-10-4171-6
http://hdl.handle.net/10138/19104
Date: 2007-11-23
Subject: farmasian teknologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
studieso.pdf 586.1Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record