پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: این مطالعه به تهیه و ارزیابی نانوذرات مخاط‌چسب حاوی میدازولام بر پایه ترکیب پلیمری کربومر 934P (Cb) و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) برای درمان صرع کودکان اختصاص دارد. صرع یکی از شایع‌ترین اختلالات عصبی در کودکان است که نیازمند سامانه‌های دارورسانی نوین برای بهبود اثربخشی درمانی است.
روش تحقیق: نانوذرات بر پایه ترکیب پلیمری Cb وHPMC با روش امولسیونی-تبخیر حلال سنتز شدند. اجزای فرمول‌بندی به طور منظم برای دستیابی به خواص فیزیکوشیمیایی مطلوب بهینه شدند. مشخصه‌یابی جامع، از جمله ارزیابی مورفولوژی ذرات، توزیع اندازه، پتانسیل زتا، بازده محبوس‌سازی و بارگذاری دارو انجام شد. خواص عملکردی مانند رفتار تورمی در شرایط فیزیولوژیکی، قدرت مخاط‌چسبی و پروفیل رهایش دارو در شرایط آزمایشگاهی به‌طور کامل بررسی شدند تا عملکرد بهینه برای درمان صرع کودکان تضمین شود.
نتایج اصلی: نتایج ارزیابی نانوذرات مخاط‌چسب حاوی میدازولام نشان داد که فرمول‌بندی بهینه‌شده با نسبت2% Cb و 1% HPMC، دارای ساختار نانومتری مناسب با میانگین اندازه 661 نانومتر و توزیع اندازه یکنواخت (شاخص پراکندگی 0/25) بود. از نظر کارایی بارگذاری دارو، سامانه توانسته با بازده محبوس‌سازی60% و درصد بارگذاری 27% مقدار قابل‌توجهی از دارو را در خود جای دهد. ویژگی‌های عملکردی شامل توانایی تورم تا 750% در شرایط فیزیولوژیکی و قدرت چسبندگی مخاطی قابل‌توجه N/m² 8560 از دیگر مزایای این فرمول‌بندی بود. مطالعات رهایش دارو الگوی کنترل‌شده و پایدار را در مدت 4 ساعت نشان داد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی(SEM) ساختار کروی و یکدست نانوذرات را تأیید کرد. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد، این سامانه دارورسانی را به گزینه‌ای ممتاز برای درمان صرع کودکان تبدیل می‌کند، چرا که از یک سو با افزایش زمان تماس با مخاط، مدت اثر دارو را افزایش می‌دهد و ازسوی‌دیگر با رهایش کنترل‌شده، امکان کاهش دفعات مصرف و بهبود پذیرش درمانی را فراهم می‌آورد.

چکیده موضوع پژوهش: این پژوهش به بررسی دقیق انحلال‌پذیری داروی مزالازین، یکی از داروهای مهم در درمان بیماری‌های التهابی روده، در سامانه‌های حلال نوین بر پایه حلال‌های یوتکتیک عمیق (DES) پرداخته است. این سامانه‌ها از بتائین (Bet) به‌عنوان پذیرنده پیوند هیدروژنی (HBA) و اسیداستیک (AA) به عنوان دهنده پیوند هیدروژنی (HBD) تشکیل شده، با آب مخلوط می‌شوند. اهمیت این مطالعه از دو جنبه قابل‌توجه است: نخست، درک رفتار حلالیت مزالازین در محیط‌هایی مشابه شرایط فیزیولوژیکی بدن که بر فراهمی زیستی دارو تأثیر می‌گذارد و دوم، تولید داده‌های کاربردی برای طراحی و بهینه‌سازی فرایندهای صنعتی همچون تبلور و استخراج این دارو.
رویکرد پژوهش: برای اجرای این تحقیق، حلالیت داروی مزالازین در بازه دمایی 293/15 تا 313/15 کلوین و در نسبت‌های وزنی مختلف DES (0/0، 0/2، 0/4، 0/6، 0/8 و 1/0) با آب، به روش ظروف لرزان اندازه‌گیری شد. همچنین، اثر تغییر نسبت مولی HBD بر حلالیت مورد بررسی قرار گرفت و سه نوع DES با نسبت‌های Bet/AA برابر با 1:2 (DES1)، 1:3 (DES2) و 1:5 (DES3) تهیه شد.
نتایج پژوهش: نتایج نشان داد که با افزایش کسر وزنی DES در دمای ثابت، حلالیت مزالازین به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد. همچنین، افزایش دما در کسر وزنی ثابت موجب افزایش حلالیت دارو در مخلوط حلال می‌شود. بررسی اثر نسبت مولی HBD نشان داد که بیشترین حلالیت در DES3 (Bet/AA (1:5)) حاصل شد که بیانگر نقش قابل‌توجه افزایش‌دهنده پیوند هیدروژنی در بهبود انحلال‌پذیری است. محاسبات ترمودینامیکی مبتنی بر معادلات Van’t Hoff و Gibbs نیز نشان داد که فرایند انحلال مزالازین در آب و DESها گرماگیر (Endothermic) بوده، با مقادیر مثبت آنتالپی و آنتروپی همراه است. این یافته‌ها می‌توانند مبنای ارزشمندی برای توسعه سامانه‌های حلال نوین و بهینه‌سازی فرایندهای صنعتی مرتبط با مزالازین و سایر داروهای کم‌حلالیت فراهم کنند.

چکیده سرطان سینه یکی از سرطان‌های شایع در بین زنان و با نرخ بالای مرگ و میر است. شیمی درمانی یکی از راه های معمول برای درمان سرطان است ولیکن با اثر بر روی بافت‌های سالم دارای اثرات جانبی فراوان است. رسانش هدفمند داروهای ضدسرطان به سلول‌های سرطانی موجب کاهش اثرات جانبی دارو بر سلول‌های سالم می شود. آلبومین سرم به خاطر در دسترس بودن، آسانی آماده سازی و توانایی اتصال به لیگاندهای مختلف به طور وسیع به عنوان حامل دارو استفاده شده است. با اتصال نانوذرات اکسید آهن به آلبومین می‌توان توزیع آن را با استفاده از یک میدان مغناطیسی خارجی کنترل کرد.
در این پژوهش چهار نوع نانوذره شامل نانوذرات آلبومین، آلبومین حاوی دارو، آلبومین مغناطیسی و آلبومین مغناطیسی حاوی دارو با روش انحلال زدایی ساخته شد. اندازه و پتانسیل زتا نانوذرات آلبومین و آلبومین مغناطیسی بارگذاری شده با دارو به طور میانگین به ترتیب 220 نانومتر، 8/25- میلی ولت و 221 نانومتر، 28- میلی ولت بدست آمد. بازده بارگذاری دارو در نانوذرات آلبومین و آلبومین مغناطیسی به ترتیب %1 و %6/0 و مقدار داروی به دام افتاده به ترتیب برابر با %20 و %8/15 بود. نتایج آزمایش سمیت سلولی نشان داد نانوذرات آلبومین مغناطیسی حاوی داروی 5-فلورویوراسیل در مقایسه با سایر گروه‌ها به طور معناداری سمیت بیشتری در سلول‌های سرطانی دارند. آزمون پراشن بلو ورود نانوذرات مغناطیسی آهن به درون سلول­های سرطانی را تایید کرد. نتایج واکاوی چرخه­ی سلولی نشان می­دهد که در نتیجه تیمار سلول­ها با نانوذرات مختلف و داروی آزاد تغییرات مشخصی در جابجایی پراکنش سلول­ها در مراحل مختلف چرخه­ی سلولی مشاهده نمی­شود. در نانوذرات آلبومین حاوی دارو، نانوذرات آلبومین مغناطیسی حاوی دارو و داروی آزاد فاز Sub G₁ مشاهده می­شود که بیانگر مرگ سلولی در این گروه­ها است که درصد مرگ سلولی در نانوذرات آلبومین حاوی دارو بیشتر است. بر طبق این نتایج، نانوذرات آلبومین مغناطیسی بارگذاری شده با 5-FU در از بین بردن سلول‌های سرطانی موثر بوده و مطالعات بیشتر در این زمینه را می‌طلبد.

چکیده موضوع تحقیق: حلالیت ضعیف ترکیبات دارویی در محیط آبی بدن موجب افزایش تاثیرات جانبی نامطلوب، افزایش مقدار داروی مصرفی و کاهش اثربخشی آن می­شود. تولید میکرو/ نانوذرات ترکیبات دارویی با مرفولوژی و توزیع اندازه­ی یکنواخت یکی از روشهای تایید شده برای افزایش حلالیت این ترکیبات است. از این رو انتخاب وطراحی یک روش مناسب برای تولید میکرو/ نانوذرات ترکیبات دارویی یکی از مهمترین زمینه های تحقیقاتی در صنایع داروسازی است. در طول سه دهه گذشته، بکارگیری فرایندهای بر پایه دی­اکسیدکربن فوق بحرانی در زمینه های مختلف داروسازی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اما برای استفاده از این فناوری جهت تولید میکرو/نانوذرات دارویی و طراحی و توسعه­ی واحدهای عملیاتی موردنیاز، تعیین میزان حلالیت این ترکیبات در دی­اکسیدکربن فوق بحرانی الزامی است.
روش کار: در این پژوهش، از پنج مدل تجربی مختلف (آداچی و لو، چ و مادراس، هژبر و همکارانش، بیان و همکارانش و مدل مندز سانتیاگو تیجا) و همچنین شبکه­ی عصبی مصنوعی برای تعیین حلالیت شش ترکیب دارویی ضدسرطان (اپرپیتانت، 5-فلوروراسیل، ایماتینیب مسیلات، کاپسیتابین، لتروزول و داستاکسل) در دی‌اکسیدکربن فوق­بحرانی استفاده شده است. سپس با استفاده از داده­های تجربی موجود برای حلالیت این مواد و محاسبه­ی معیارهای آماری مانند میانگین قدر مطلق خطای نسبی (AARD%)، ضریب هم­بستگی تنظیم­شونده (R_adj) و مقدار پارامتر F ( F-value)، میزان دقت و صحت این مدل­ها در تخمین حلالیت ترکیبات دارویی مذکور بررسی شده است.
مهم­ترین نتایج حاصله: بر اساس نتایج حاصله، مدل آداچی و لو با مقدار AARD%معادل %12/12 و میانگین R_adj معادل 97/0 می­تواند پیش­بینی قابل قبولی از میزان حلالیت این ترکیبات دارویی در دی­اکسیدکربن فوق­بحرانی داشته‌ باشد. همچنین با مقایسه­ی نتایج به دست آمده از شبکه­ی عصبی مصنوعی و مدل­های تجربی، شبکه­ی عصبی مصنوعی با مقدار AARD% معادل %65/1 و میانگین R_adj معادل 9960/0 را می­توان به عنوان مناسب­ترین مدل برای پیش‌بینیمیزان حلالیت این داروهای ضدسرطان انتخاب نمود.

چکیده متفورمین اثر انسولین را تقویت کرده و حساسیت سلولها به انسولین را افزایش می دهد. در این تحقیق نانو ذرات اکسید روی به روش سل-ژل تهیه شده و از طراحی آزمایش با استفاده از از روش سطح پاسخ کامپوزیت مرکزی برای بهینه سازی نانوذرات بر اساس متغیرهای (وزن استات روی (گرم) (X₁) ، حجم تری اتانول آمین (میلی لیتر) (X₂) استفاده شده است. . اندازه نانوذرات بهینه سازی شده 27/21 ± 28 nm ، پتانسیل زتا 64/1 ± 54/25 mV و PdI مقدار 05/0 ± 168/0 توسط پراکندگی نور پویا (DLS) گزارش شده است. در مرحله بعد از پلیمر کیتوزان برای بهبود سازگاری محیطی و خصوصیات مکانیکی نانوذرات ، افزایش کنترل رهاسازی دارو استفاده شد و در نهایت متفورمین روی نانوکامپوزیت بارگذاری شد. خواص ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) پراش پرتوی ایکس (XRD) ، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) ، پراکندگی نور پویا (DLS) مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر SEM نشان می دهد که متوسط ​​اندازه نانوکامپوزیت 40 نانومتر است. همچنین نتایج الگوهای XRD و تصاویر SEM با یکدیگر سازگار است و متوسط ​​اندازه ذرات یکسان است. اسپکتروفتومتری مادون قرمز وجود کیتوزان مورد استفاده برای پوشش نانوذرات بر روی سطوح آنها را نشان داد و بارگذاری متفورمین را تأیید کرد. رهایش برون تنی متفورمین از نانوکامپوزیت در یک ساعت اول در محیط شبیه سازی شده معده و سپس محیط روده با بافرفسفات (pH = 7.4) انجام شد و میزان جذب با استفاده از اسپکتروفتومتر در 233 نانومتر اندازه گیری شد. متفورمین ، محلولیت بالایی در آب دارد و از آن جایی که تهیه فرم آهسته رهش داروها با حلالیت بالا، مشکل می باشد؛ هدف از این مطالعه طراحی فرمولاسیون آهسته رهش متفورمین با پروفایل مناسب بوده که توانسته آزادسازی را بدون رهایش انفجاری تا 120 ساعت کنترل کند.

چکیده استفاده از نانوداروها به‌خصوص نانو آنتی‌بیوتیک‌ها موجب افزایش کارایی آنها می شود. آزادسازی یکنواخت‌تر آنتی بیوتیک یکی از مزایای نانو بودن آن است. هم‌چنین با استفاده از تولید نانودارو می‌توان آن‌ها را به صورت پماد یا برچسب تهیه کرد تا از طریق پوست جذب ناحیه دارای عفونت شود و بدین ترتیب عوارض جانبی آن را کاهش داد. آموکسی‌سیلین یکی از پرکاربردترین آنتی‌بیوتیک‌های مورد استفاده در جهان است که درصورت ارتقا به صورت نانوذرات، می‌توان از افزایش مصرف آنتی‌بیوتیک‌های قوی دیگر جلوگیری کرد. تعیین مکانیسم تشکیل نانوذرات این دارو یک عامل مهم جهت تولید تجاری آن می‌باشد. هدف از انجام این تحقیق، تعیین مکانیسم هسته‌زایی و زمان القای کریستالیزاسیون نانوذرات آموکسی‌سیلین می باشد. از مواد فعال سطحی CTAB و SDS برای جلوگیری از کلوخه شدن نانوذرات تهیه شده استفاده شد، بنابراین اثر غلظت آموکسی‌سیلین و غلظت پایدارکننده بر روی فرآیند کریستالیزاسیون بررسی گردید. در این پروژه از روش ترکیبی کریستالیزاسیون القایی-واکنشی برای تولید نانوذرات آموکسی‌سیلین بهره گرفته‌شد. در این روش توسط واکنش آموکسی‌سیلین با سدیم‌هیدروکساید، آموکسی‌سیلین‌سدیم تولید شد که انحلال‌پذیری آن در آب نسبت به آموکسیسیلین بسیار بالاتر است. سپس با افزودن هیدروکلریک‌اسید، آموکسی‌سیلین بازیابی شده و فوق اشباع ایجاد خواهد شد و کریستال‌های آموکسی‌سیلین در اثر فوق اشباع به‌وجود خواهند آمد. تمامی آزمایشات دومرتبه تکرار شدند. برای تعیین ویژگی‌های نانوذرات آموکسی‌سیلین از آنالیزهای SEM و DLS استفاده شد که نتایج نشان می‌دهد ذرات با سایز میانگین 50 نانومتر تشکیل شده‌اند و پایداری ذرات نسبت به کلوخه شدن نیز تا یک هفته پس از تشکیل تایید شد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان ‌می‌دهد که مکانیسم هسته‌زایی از نوع اولیه با میانگین ضریب تبیین (R²) برابر 9887/0 بوده و افزودن ماده پایدارکننده تاثیری در مکانیسم هسته‌زایی نداشته است.

چکیده بیماری پارکینسون نوعی بیماری تحلیل برنده عصبی است که بدلیل وجود سد- خونی مغز درمان پذیر نمی باشد.عامل درمان این بیماری ملکول دوپامین است که با وجود در دسترس بودن برای پارکینسون قابل استفاده نمی باشد. هدف از این پژوهش تهیه نانوسامانه ی زیست تخریب پذیر حاوی دوپامین برای عبور از سد- خونی مغز است. از روش پلیمریزاسیون یونی و حلال برای ساخت نانوسامانه و بارگذاری دارو در آن استفاده شد. اندازه ، بار سطحی و پراکنش نانوسامانه حاوی دارو همچنین بارگذاری و رهایش دارو از سامانه در pH هفت، بدست آمد. نانوذرات کروی و سطح ناصاف داشتند. پیک ها و ترموگرام های تهیه شده از طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه تایید کرد که پلیمریزاسیون رخ داده و دارو در پلیمر به صورت فیزیکی کپسوله شده است. نتایج حاصل از کروماتوگرافی کارکرد بالا برای ، درصد بارگذاری و کپسوله شدن دارو در نانوسامانه­ی پلیمری به ترتیب ۳۵ و ۵۲ درصد وزنی حجمی گزارش شد. همچنین بررسی رهایش دارو از نانوسامانه نیز نشان داد که پس از ۵۱ ساعت بیش از بیست درصد دارو بارگذاری شده از نانوسامانه رهایش داشت. نتایج ارزیابی اندازه­ی نانو سامانه­ی پلیمری حاوی و فاقد دارو با دستگاه های اندازه‌گیری اندازه و بار ذرات و میکروسکوپ الکترونی پویشی نشان داد که میانگین اندازه ی نانوسامانه فاقد دارو 90 نانومتر و حاوی دارو 120 نانومتر است. همچنین بار سطحی نانوسامانه با دستگاه اندازه گیری بار ذرات 61/7- به‌دست آمد که برای عبور نانوسامانه حاوی دارو از مغز مناسب بود. به‌طور کلی تمامی ویژگی های ثبت شده برای انتقال دوپامین به عنوان بهترین روش درمانی پارکینسون با نانوسامانه ی پلی مری پلی بوتیل سیانواکریلات مناسب گزارش شد.

چکیده استفاده از ابزارهای مهندسی ژنتیک برای تولید سویه صنعتی خصوصا از میکروارگانیسم‌های کمتر شناخته شده همچون سیانوباکترها همواره با محدودیت‌هایی مواجه است. در این تحقیق، از یک روش سیستمی به کمک دانش بین رشته‌ای زیست‌شناسی سامانه‌ها برای طراحی محیط کشت بجای طراحی سویه استفاده شد و توانمندی آن در افزایش تولید اتانول توسط سیانوباکتر سینکوسیستیس sp. PCC 6803 مورد ارزیابی آزمایشگاهی قرار گرفت. در این روش، مواد با هدف تنظیم فعالیت آنزیم‌های هدف نه با هدف مصرف توسط سلول به محیط کشت افزوده می‌شوند و بنابراین محیط کشت طراحی شده، محدودیت‌های درون سلولی برای تولید محصول زیستی را برطرف می‌کند. یک مدل متابولیکی برای تعیین حداقل میزان ترشح اتانول و شناسایی ژن‌هایی که کاهش یا افزایش بیان آنها این حداقل میزان را افزایش می‌دهند، بکار رفت. سپس، تنظیم کننده‌های آنزیم‌های بیان شده توسط ژن‌های هدف از پایگاه داده Brenda استخراج شد و اثر آنها بر تولید به طور تجربی ارزیابی شد و طراحی آزمایش برای بهینه‌سازی غلظت ترکیبات انتخاب شده انجام شد. در میان ترکیبات شناسایی شده، دو مهار کننده (اسید سالیسیک و کلرید جیوه) و یک فعال کننده (پیروات) برای افزودن به محیط انتخاب شدند و غلظت آنها با استفاده از روش طرح مرکب مرکزی بهینه‌سازی شد. محیط کشت تنظیمی پیشنهادی تولید اتانول توسط سینکوسیستیس را از 352 به 1116 میلی‌گرم بر لیتر افزایش داد که نشان دهنده اثربخشی ترکیبات تنظیمی اضافه شده بر متابولیسم است. روش سیستمی پیشنهاد شده می‌تواند در طراحی محیط کشت دیگر محصولات مهم صنعت زیست‌فناوری کشور همچون پروتئین‌های نوترکیب کاربرد داشته باشد.