تهيه و بهينه سازي نانوذرات كيتوسان به عنوان حامل داروي آنتي آلزايمر تاكرين وتخمين اندازه نانوذرات با روش شيمي سنجي

Preparation and optimization of chitosan nanoparticles as carrier of anti-Alzheimer tacrine drug and size estimation of nanoparticles by chemometrics

زمينه: سيستم هاي حامل دارو طي دهه هاي 1980 و 1990 ميلادي، به منظور بهبود اثربخشي داروها و به حداقل رساندن اثرات سمي آن ها توسعه يافتند. نانوذرات توانايي حمل محدوده گسترده اي از داروها را به قسمت هاي مختلف بدن براي مدت زمان طولاني دارند. هدف: مطالعه به منظور تهيه و بهينه سازي نانوذرات كيتوسان به عنوان حامل داروي آنتي آلزايمر و تخمين اندازه نانو ذرات با روش شيمي-سنجي انجام شد. مواد و روش ها: اين مطالعه تجربي آزمايشگاهي در سال تحصيلي90-1389 در قزوين انجام شد. نانوذرات كيتوسان به وسيله روش امولسيون-سازي خود به خودي تهيه و اين روش طراحي آزمايش از نوع Box–Behnken بهينه شد. سپس نانوذرات كيتوسان حاوي داروي تاكرين با روش بهينه ارايه شده، تهيه شدند. رابطه بين اندازه ذرات و اسپكتروسكوپي مادون قرمز تبديل فوريه از نوع انعكاسي پخشي DRIFT)) به منظور معرفي يك روش براي تخمين اندازه ذرات در نانوذرات كيتوسان به كار برده شد. روش برگشت حداقل مربعات جزيي(PLS) به منظور تخمين ميانگين اندازه ذرات بر پايه طيف DRIFT به كار رفت. 42 نمونه نانوذرات كيتوسان با اندازه ذرات متفاوت توسط اسپكتروسكوپي DRIFT تحليل و داده ها به وسيله NAS-PLS پردازش شدند. اندازه و مورفولوژي نانو ذرات توسط ميكروسكوپ الكتروني از نوع گسيل ميداني (FE-SEM) تعيين شد. يافته ها: مطابق طراحي آزمايش Box–Behnken مقادير بهينه براي تهيه نانو ذرات كيتوسان با كم ترين اندازه ذرات و مورفولوژي كروي شامل موارد زير بود: نمك كلريد سديم به عنوان الكتروليت %52/0، Span 80 به عنوان سورفكتانت %10 و تولوين اشباع با گلوترآلدهيد (GST) به عنوان عامل برقراركننده پيوند عرضي 86/4 ميلي ليتر. ميانگين اندازه نانوذرات طراحي شده 64/33 تا 87/74 نانومتر بود. درصد بازده و درصد بارگذاري داروي تاكرين در نانوذرات كيتوسان كه مطابق روش بهينه سنتز شدند به ترتيب 90 و 51/0±4/13 درصد بود. اندازه هاي تخميني نانوذرات كيتوسان نشان دهنده يك كاليبراسيون قوي و قابل اعتماد بود كه به وسيله ضريب همبستگي (R2) 98/0 و خطاي ريشه ميانگين مربعات (RMSE) 59/3 تاييد شدند. نتيجه گيري: با توجه به يافته ها، با به كارگيري روش طراحي آزمايش Box–Behnken مي توان روش بهينه اي براي تهيه نانوذرات كيتوسان به عنوان حامل داروي آنتي آلزايمر با اندازه ذرات كوچك تر و مورفولوژي كروي ارايه نمود.

Background: Drug delivery systems were developed to improve the efficiency of drugs and minimize toxic side effects during the 1980s and 1990s. Nanoparticles have the ability to deliver a wide range of drugs to different areas of the body for sustained periods of time. Objective: The aim of this study was to prepare and optimize chitosan nanoparticles as carrier of anti-alzheimer tacrine drug and to estimate particle size by chemometrics. Methods: This experimental study was conducted at chemistry school of Imam Khomeini International University in Qazvin during 2011-2012. Chitosan nanoparticles were prepared by spontaneous emulsification method. In order to optimize the method of chitosan nanoparticles preparation, Design of Experiment (DOE) was employed using Box-Behnken design. Also, chitosan nanoparticles containing tacrine were prepared using the optimal synthesis method provided by the experimental design. The relationship between particle size and Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT) Spectroscopy was employed to introduce a method for estimation of particle size in chitosan nanoparticles. Partial least squares (PLS) technique was applied to estimate average particle size based on DRIFT spectra. Forty two chitosan nanoparticles samples with different particle size were analyzed by DRIFT spectrometry and the data were processed by PLS-NAS. Size and morphology of nanoparticles were determined by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Findings: According to Box–Behnken experimental design results, 0.52% NaCl as an electrolyte, 10% Span 80 as a surfactant and 4.86 mL Glutaraldehyde Saturated Toluene )GST( as a chemical cross-linking agent are optimum amounts to prepare the lowest size and spherical morphology of nanoparticles. The mean particle size of the designed nanoparticles was 33.64 to 74.87 nm. Percent yield and drug loading percent of chitosan nanoparticles that were synthesized according to the optimal method were 90% and 13.4±0.51%, respectively. The estimated sizes of chitosan nanoparticles give promise to a robust and reliable calibration that were confirmed with a correlation coefficient (R2) of 0.98 and a Root Mean Square Error (RMSE) of 3.59. Conclusion: With regards to the results, an optimized method for the preparation of chitosan nanoparticles as carrier of anti-alzheimer drug can be presented with smaller particle size and spherical morphology using Box-Behnken experimental design.