Synthesis and characterization of the inulin- poly (ɛ-caprolactone) copolymer for use in drug delivery system

Abstract

İlaç salınımı alanında, ilacın biyouyumlu olması ve diğer organlara zarar vermeden tedavi edilecek hücrelere ulaşması önemlidir. Bu çalışmada, i) biyouyumlu, ii) biyobozunur, iii) uygun ilaç maddesini taşıyabilme kapasitesine sahip bir kopolimer sentezlenmesi amaçlamıştır. İnülin (In), β(2→1) glikosidik bağlarla bağlanan fruktoz birimlerinden oluşan ve tipik olarak terminal glikoz gruplarına sahip bir polisakkarittir. Kalın bağırsakta enzimatik olarak emilir ve sindirilir. İnsan dokusuna uyum sağlaması, esnek ve biyolojik olarak parçalanabilir yapısı inulinin öne çıkan özellikleridir. Polikaprolakton (PCL), yavaş biyobozunurluğu ve düşük moleküler ağırlığı nedeniyle kontrollü ilaç salımında hidrofobik bir çekirdek olarak kullanılır. Böylece, In'ın PCL ile kopolimerizasyonu, ilaç taşıyıcı olarak kullanım kapasitesini artırır ve ilac formülasyonunun ana bileşenini oluşturur. Bu çalışmada PCL, -kaprolakton’un (-CL) “mikrodalga yardımı ile halka açılımı reaksiyonu” (ROP), tekniği kullanılarak polimerizasyonu ile sentezlenmiştir ve bu çalışmada asetik asit başlatıcı olarak kullanılmıştır. Sentezlenen düşük molekül ağırlıklı ve karboksilik asit uç gruplu PCL-COOH “dicyclohexyl carbodiimide (DCC) coupling” reaksiyonu kullanılarak In üzerine aşılanmıştır. Sentezlenen PCL aşılı inulin kopolimeri (In-g-PCL) emülsiye edilmiş ve bundan hazırlanan nano/ mikro misel yapısındaki partiküllere 5-ASA yüklenerek bunların ilaç salım profili incelenmiştir. Sentezlenen PCL-COOH ve In-g-PCL kopolimeri diferansiyel taramalı termal analiz (DSC), nükleer manyetik rezoans (NMR), Fourier transform infrared (FT-IR) teknikleri ile detaylı karakterizasyonu yapılmıştır. Hazırlanan nano/ mikro yapılı parçacıkların ilaçsız ve ilaçlı olarak taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile görüntüsü alınarak PBS (ph 7.4) içinde UV-VIS spektroskopisi ile salım çalışmaları yapılıştır. Salım çalışmalarının istatistiksel analizi yapılmıştır.

In the field of drug delivery, it is important that the drug carrier system should be biocompatible and reaches the cells to be treated without damaging other organs. This study aimed to synthesize a copolymer that is i) biocompatible, ii) biodegradable, iii) capable of carrying the appropriate drug substance. inulin (In) is a polysaccharide composed of fructose units linked by β(2→1) glycosidic bonds and typically with terminal glucose groups. This polysaccharide is enzymatically absorbed in the large intestine and digested. Adaptation to human tissue, flexible structure and biodegradability are the prominent features of inulin. Polycaprolactone (PCL) is widely used as the core in drug-carrying formulations due to its slow biodegradability and hydrophobicity. Due to the aforementioned properties of these polymers copolymer of inulin with PCL provides remarkable advantages in the preparation of nano drug formulations. In this study, PCL was synthesized by the microwave assisted ring opening polymerization of -caprolactone using acetic acid as initiator and grafted onto inulin via the DCC coupling reaction. Therefore, the synthesized In-g-PCL was emulsified, 5-ASA was loaded on the prepared nano/ micro micelles and their drug release behavior was investigated. Detailed characterization of the synthesized carboxylic acid terminated PCL (PCL-COOH) and In-g-PCL copolymers were performed using DSC, NMR, and FT-IR techniques. The SEM images of the prepared nano/ micro-structured micellar particles with and without drug were obtained and the release studies were performed in PBS (pH 7.4) by UV-VIS spectroscopy. The statistical analyses of the release behavior of the particles were also studied.