5.2 Nanoszálas poli(aszpartamid)-dopamin konjugátumok előállítása és
5.2.2 Oldhatóság kinetikai, hatóanyag leszakadás kinetikai és
A por állagú minták esetében láthattuk, hogy a konjugátumok oldhatósága illetve oldhatóság kinetikája nagymértékben befolyásolja a hatóanyag leszakadás kinetikáját (27. ábra). Mivel az elektrosztatikus szálképzéssel a konjugátumok fajlagos felülete nagymértékben megnövekszik, így várhatóan az oldhatóságuk is meggyorsul (lásd Higuchi kinetika leírása 17. egyenlet). Ha összevetjük a sima por állagú minták oldhatóság kinetikáját (24. ábra) az elektrosztatikus szálhúzással előállított szálas mintákéval (35. ábra), megfigyelhető, hogy a szálas minták oldhatósága gyorsabb, mint a por állagú mintáké. Ez azonban nem csak a minták fajlagos felületének különbözőségéből következik, hiszen a szálas minták esetében a méréseket PBS-ben végeztük. A szálas minták esetében a mérési eredményekből levontuk a leszakadt dopamin mennyiségét, a dopamin leszakadási kinetikai méréseket használva, így a 35. ábra ténylegesen csak a beoldódott konjugátumon lévő dopamin mennyiségét mutatja. Megfigyelhető, hogy míg a GF=1 szálas minta koncentrációjának időfüggése az első 26 órában egy telítési görbe szerint változik, addig a GF=4 minta esetében az 5.
óra után egy ugrásszerű koncentrációnövekedés játszódik le. Ez annak köszönhető, hogy a szabad szukcinimid gyűrűk lúgos hidrolízise elindul, így a polimer vízoldhatósága nagymértékben megnő. Ez az érték jó egyezést mutat az irodalomban megtalálható adatokkal, ahol poli(szukcinimid) alapú gélek hidrolízis kinetikáját vizsgálva hasonló értékeket írtak le [91]. A szálak oldhatóság kinetikájában 26 óra után egy újabb ugrásszerű növekedés figyelhető meg, amely a szálak szétesésének tudható be. Ennek hatására a hatóanyag felszabadulás meggyorsul az oldott konjugátum koncentrációjának hirtelen megemelkedése miatt. Ez a GF=4-s minta esetében szintén jelentősebb a szabad szukcinimid gyűrűk teljes hidrolízise miatt. Mivel a hidrolízis az első 5-6 órában nem befolyásolja a konjugátumok oldhatóságát, így ezen szakaszból meghatározható a por állagú konjugátumoknál is meghatározott Higuchi konstans. Összehasonlításként a por
illetve szálas konjugátumok esetén meghatározott Higuchi konstanst illetve a polimerek telítési koncentrációját a 17. táblázatban tüntettem fel.
17. táblázat: A vízben rosszul oldódó por illetve szálas konjugátumok esetén számított Higuchi konstans és telítési koncentráció
Megfigyelhető, hogy GF=1-s minta esetében a Higuchi konstans lecsökkent, azonban nem szabad elfelejteni, hogy a bemért konjugátum mennyisége fele akkora volt, mint a por állagú mintáé. GF=4-s minta esetében azonban jelentős növekedés látható a szálas minta esetében, amely részben a megnövekedett felületnek részben a szabad szukcinimid gyűrűk hidrolízisének köszönhető.
A hatóanyag leszakadás kinetikai mérések eredményei alátámasztják azt a feltételezést, hogy az oldhatóság kinetika, illetve a szálak oldhatósága nagy hatással van a hatóanyag leszakadás kinetikájára [41, 156, 157]. Ha összevetjük a dopamin leszakadás kinetikáját por, illetve szálas minták esetében látható, hogy amíg por minták esetében a leszakadt dopamin koncentrációja egy telítési görbe szerint növekszik, addig a szálas minták esetében egy hirtelen koncentrációnövekedés figyelhető meg 26 óra után. Ez a szálak makroszkopikus szétesésének és így egy hirtelen konjugátum koncentrációnövekedésnek tudható be, amely már az oldhatóság kinetika esetén is megfigyelhető volt (35. ábra). Ebből kifolyólag a kinetika leírásánál a hatóanyag leszakadást két szakaszra bonthatjuk (37. ábra): arra a szakaszra, amikor a szálak még nem esnek szét makroszkopikusan, illetve ami után már a szálak feloldódnak. Látható, hogy a feloldódás nagymértékben meggyorsítja a hatóanyag leszakadását (14. táblázat).
A leszakadás kinetika egyszerűbb összevetéséhez a por és szálas minták között a telítési koncentrációkat illetve a kinetikai konstansokat a 18. táblázatban találhatjuk.
Megfigyelhető, hogy ha a két lépcsős leírást használjuk a szálas mintáknál α-Kimotripszin jelenlétében és a reakciókinetikai konstansokat a végső, 2. lépcső utáni telítési koncentrációkkal határozzuk meg, az első lépcső reakciókinetikai konstansa jóval kisebb lesz, mintha az 1 lépcsős leírást alkalmaznánk. Ha külön kezeljük a két lépcsőt abban az esetben az 1. lépcső esetében a kr érték megnő és jóval nagyobb értéket mutat, mint PBS vagy az előző leírás esetében. A kr értékek alapján elmondható, hogy a szálas minta hirtelen szétesése nagymértékben meggyorsítja a dopamin leszakadásának
a sebességét. PBS esetén a két konjugátum között kis különbség figyelhető meg a GF=1 javára, ez azonban az α-Kimotripszin esetében jóval jelentősebb, amely eredmény szintén alátámasztja az enzim katalitikus aktivitását.
18. táblázat: Reakció kinetikai konstansok illetve telítési koncentrációk
Közeg minta GF=1 GF=4
Látható, hogy PBS esetében a reakciókinetikai konstansok hasonló értékeket mutatnak, míg a telítési koncentráció mindkét konjugátum esetében a szálas mintánál kisebb. Azonban a pontos összehasonlításhoz figyelembe kell vennünk, hogy a szálas minták esetén fele annyi konjugátumot mértünk be ugyanolyan térfogatú kioldó közegbe. Ennek fényében elmondható, hogy a szálas minták meggyorsítják a hatóanyag leszakadását már PBS-ben, is illetve a GF=4-s minta esetében növelik a leszakadt dopamin telítési koncentrációját. Amennyiben a reakcióelegyben az α-Kimotripszin is jelen van, a különbség a por illetve szálas minták között jóval számottevőbb. Ha megvizsgáljuk a telítési koncentrációkat látható, hogy a szálas minták esetében a fele mennyiségű konjugátumok ellenére közel azonos a leszakadt dopamin mennyisége 48 óra után. Emellett megfigyelhető, hogy a szálak hirtelen feloldódása után, a reakció kinetikai konstansok majdnem a duplájára emelkednek, mint a por minták esetében. Az eredmények jól mutatják, hogy az elektrosztatikus szálképzés nagymértékben befolyásolja a hatóanyag leszakadás kinetikáját kovalens polimer-hatóanyag konjugátumok esetében. Ezen eredmények egybe vágnak E.-R. Kenawy és munkatársai által publikált eredményekkel különböző PVA-ketoprofen szálas és film konjugátumok esetében [157]. Azonban fontos megemlíteni, hogy részletes összehasonlítása a por, illetve szálas kovalens polimer-hatóanyag konjugátumoknak reakciókinetikai szempontból még nem található az irodalomban.
Mint már előzőekben említettem a dopamin könnyen degradálódik és kicsi a membrán permeábilitási képessége. A poli(aszpartamid) konjugátumok esetében azonban látható, hogy a dopamin védve van a degradációtól és alkalmazásukkal egy elnyújtott hatóanyag leadás érhető el. A nagy molekulatömegükből adódóan azonban a vér-agy gáton való átjutásuk passzív transzporttal valószínűleg nem lehetséges [158]. A dopamin vér-agy gáton keresztüli szállításához több hatóanyag szállító rendszer megtalálható az irodalomban [159–161], azonban ezen esetekben mindig fizikailag tartalmazta a hatóanyag szállító rendszer a dopamint. Éppen ezért vizsgáltuk PAMPA eljárással, hogy a konjugátumok, illetve kisebb leszakadt dopamin-aszparagin konjugátumok beoldódásuk során képesek-e valamilyen mértékben passzív transzporttal átjutni egy mesterséges membránon. PAMPA mérések segítségével modellezhetjük, hogy egy hatóanyag vagy formula képes-e passzív transzporttal átjutni bármilyen sejtmembránon. A 38. ábrán látható eredmények alapján elmondható, hogy mind 4 mind 28 óra elteltével az akceptor oldalon hasonló dopamin koncentráció mérhető mindegyik minta esetében. Azonban megvizsgálva a donor oldalt, a beoldódott konjugátum és így a dopamin mennyisége jóval alacsonyabb, ami magasabb megoszlási hányadost eredményez az akceptor/donor oldal között. Ebből ugyan nem jelenthetjük ki a konjugátumok modell membránon keresztüli permeábilitását, viszont elmondható, hogy a lipofilebb konjugátumok esetében már kisebb koncentráció is elégséges ugyanakkora membránpermeábilitás eléréséhez.