témavezetı: dr. csempesz ferenc dr. csempesz ferenc dr....

92
Puskás István Puskás István Puskás István Puskás István Oldott ciklodextrinek és makromolekulák hatása liposzóma- diszperziók kinetikai állandóságára Doktori értekezés Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc CSc., habilitált egyetemi docens ELTE TTK Kémia Doktori Iskola Vezetı: Dr. Inzelt György DSc., egyetemi tanár Analitikai, kolloid- és környezetkémia, elektrokémia program Programvezetı: Dr. Záray Gyula DSc., egyetemi tanár ELTE Kémiai Intézet 2008

Upload: others

Post on 19-Feb-2020

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

Puskás IstvánPuskás IstvánPuskás IstvánPuskás István

Oldott ciklodextrinek és makromolekulák hatása liposzóma-

diszperziók kinetikai állandóságára

Doktori értekezés

Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc CSc., habilitált egyetemi docens

ELTE TTK Kémia Doktori Iskola Vezetı: Dr. Inzelt György DSc., egyetemi tanár

Analitikai, kolloid- és környezetkémia, elektrokémia program

Programvezetı: Dr. Záray Gyula DSc., egyetemi tanár

ELTE Kémiai Intézet

2008

Page 2: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 2 -

TartalomjegyzékTartalomjegyzékTartalomjegyzékTartalomjegyzék

1 1 1 1 BevezetésBevezetésBevezetésBevezetés .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4444

2 Célkitőzések2 Célkitőzések2 Célkitőzések2 Célkitőzések.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6666

3 Irodalmi áttekintés3 Irodalmi áttekintés3 Irodalmi áttekintés3 Irodalmi áttekintés............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 7777

3. 1. Liposzómák és foszfolipid kettısrétegek szerkezete................................................ 7

3. 1. 1. Liposzómák elıállításánál alkalmazható anyagok .................................... 11

3. 1. 2. A liposzómák fizikai stabilitása.................................................................. 11

3. 1. 3. Liposzómák, mint gyógyszerszállító rendszerek........................................ 12

3. 1. 4. Liposzómák egyéb gyógyászati alkalmazásai ............................................ 14

3. 2. Ciklodextrinek szerkezete és kémiai jellemzıi ...................................................... 15

3. 2. 1. A zárványkomplex-képzés hajtóereje ......................................................... 19

3. 2. 2. A zárványkomplex-képzés hasznosítása technológiai, környezetvédelmi és analitikai alkalmazásokban............................................................................... 20

3. 2. 3. Ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazásai............................................ 21

3. 3. Polimerek technológiai alkalmazásai .................................................................... 24

3. 4. Ciklodextrinek kölcsönhatása foszfolipidekkel...................................................... 25

4 Felhasznált an4 Felhasznált an4 Felhasznált an4 Felhasznált anyagokyagokyagokyagok ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 28282828

5 Kísérleti módszerek5 Kísérleti módszerek5 Kísérleti módszerek5 Kísérleti módszerek................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 31313131

5. 1. Liposzómák elıállítása ........................................................................................... 31

5. 2. Liposzómák méreteloszlásának vizsgálata fotonkorrelációs spektroszkópiás eljárással (PCS) .............................................................................................................. 32

5. 3. Membánszerkezet vizsgálata ................................................................................. 35

5. 3. 1. Bezárt anyagmennyiség meghatározása.................................................... 35

5. 3. 2. Membrán permeabilitás vizsgálata ............................................................ 35

5. 3. 3. DSC (differenciális pásztázó kalorimetria) ................................................ 36

5. 4. Ciklodextrin-koncentráció meghatározása spektrofotometriás módszerrel ......... 37

Page 3: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 3 -

5. 5. Ciklodextrinek megkötıdése DPPC kettısrétegeken ............................................ 39

5. 6. Infravörös (IR) színképelemzés.............................................................................. 40

5. 6. 1. Mintaelıkészítés infravörös színképelemzéshez........................................ 41

5. 7. Makromolekulák kötıdése a liposzóma-membránokon......................................... 42

6 Eredmények6 Eredmények6 Eredmények6 Eredmények ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 43434343

6. 1. DPPC liposzómák méreteloszlása.......................................................................... 43

6. 2. DPPC liposzóma-diszperziók kinetikai állandósága ............................................. 46

6. 3. DPPC kettısrétegek szerkezetének vizsgálata...................................................... 48

6. 4. DPPC liposzómák elektrokinetikai jellemzıi ........................................................ 50

6. 5. Oldott makromolekulák hatása a liposzómák stabilitására ................................. 51

6. 6. Ciklodextrinek hatása DPPC liposzómák fizikai stabilitására............................. 53

6. 7. Ciklodextrin és DPPC molekulák közötti kölcsönhatás jellemzése ...................... 61

6. 7. 1. Oldott ciklodextrinek kötıdése liposzóma-membránokon ......................... 61

6. 7. 2. CD-DPPC komplexek stabilitási állandói .................................................. 62

6. 7. 3. A DPPC-CD kölcsönhatás értelmezése....................................................... 66

6. 9. Ciklodextrinek kötött mennyisége DPPC liposzómákon polimerek jelenlétében. 74

6.10.1. Elıkísérletek ............................................................................................... 75

6.10.2. Ciklodextrinek és makromolekulák hatása DPPC liposzóma- diszperziók termikus sajátságaira ......................................................................... 77

6. 11. Polimerszorpció vizsgálata DPPC liposzóma-diszperziókon ............................... 79

7 Összefoglalás7 Összefoglalás7 Összefoglalás7 Összefoglalás.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 82828282

8 Summary8 Summary8 Summary8 Summary............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 83838383

9 9 9 9 FüggelékFüggelékFüggelékFüggelék.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 84848484

KöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánítás............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 86868686

10101010 Irodalomjegyzék Irodalomjegyzék Irodalomjegyzék Irodalomjegyzék ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 87878787

Page 4: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 4 -

1 1 1 1 BeveBeveBeveBevezetészetészetészetés

Széleskörő kutatások igazolják, hogy oldott és diszpergált kolloidok célszerően

hasznosíthatók ipari, mezıgazdasági, környezetvédelmi, valamint orvosbiológiai és

gyógyszerészeti alkalmazásokban is [1]. Gyógyszeres terápiában például lehetıséget

kínálnak farmakonok hatékonyságának, vagy biztonságának fokozására, alapjául

szolgálhatnak kontrollált hatóanyag felszabadulást és célzott hatást biztosító hordozók

kifejlesztésének [2, 3, 4].

Jelen értekezés témakörét képezı liposzómák és ciklodextrinek gyógyszerhordozóként

való alkalmazhatóságának tanulmányozása az utóbbi évtizedek kutatásainak egyik kiemelt

területe [5, 6, 7]. A két eltérı fizikai és kémiai sajátságú rendszer, nanométer

mérettartományú, de részecskeméretében és molekulaméreteiben különbözı alkotórészekbıl

áll. Emiatt gyógyszer- és egyéb molekulákkal való kölcsönhatásuk jellege és mechanizmusa

is számottevıen különbözhet egymástól.

A liposzómák foszfolipid kettısréteg(ek)bıl álló zárt szerkezető vezikulumok. A

foszfolipid kettısrétegek bipoláris karaktere miatt elvben lipofil és hidrofil anyagok

befogadására és szállítására is alkalmasak. A biológiailag aktív molekulák a vezikulumok

felületén adszorbeálódhatnak, vagy beépülhetnek a részecskékbe. A liposzómák gyógyászati

szempontból egyik legfontosabb sajátsága, hogy biokompatíbilisek. Olyan anyagokból állnak,

amelyek az élı szervezetben is megtalálhatók, könnyen lebonthatók és nem toxikusak.

Megfelelı terápiás hatás eléréséhez ezen szállító rendszerek kinetikai állandóságának, és a

molekulák/részecskék fizikai, kémiai és biológiai stabilitásának biztosítása szükséges. A

liposzóma-diszperziók kinetikai állandósága nagymértékben függ a liposzómák elıállítási

körülményeitıl, a vezikulumok közötti interpartikuláris kölcsönhatásoktól, valamint a

beépülı anyag(ok) kémiai sajátságaitól.

Liposzómákat több tudományterületen használnak kutatási célokra is (biológia,

biofizika, biokémia, fizikai és kolloidkémia, élettan, farmakológia, orvostudomány),

elsısorban kísérleti membránmodellként [8]. Ezáltal gyógyszerkészítmények hatása in vitro

vizsgálatokban tanulmányozható, mert több biológiailag aktív anyag, köztük számos

gyógyszer is, a sejthártya foszfolipid-membránján keresztül fejti ki hatását.

Page 5: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 5 -

A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert ciklikus oligoszacharidok. Szerkezetüket a

múlt század harmincas éveiben derítették fel. Széleskörő felhasználásuknak hosszú

évtizedekig gátat szabott az a téves nézet, miszerint ezek a vegyületek erısen mérgezıek. A

hetvenes évek elején Szejtli József professzor és japán kutatók egymástól függetlenül

igazolták, hogy a megfelelı tisztaságú ciklodextrin nem toxikus [9]. A felismerés óta a

gyártás erıteljes növekedése és a téma szakirodalmának rohamos bıvülése is jelzi e

vegyületek alkalmazásában rejlı óriási lehetıségeket. Megkülönböztetett figyelmet érdemel,

hogy a ciklodextrinekkel kapcsolatos kutatási eredmények tekintélyes hányada hazai

kutatók nevéhez főzıdik.

A ciklodextrinek számos kedvezı sajátsággal rendelkeznek. Gyártási alapanyaguk, a

keményítı egy megújuló, nagy mennyiségben hozzáférhetı és olcsó anyag. A ciklodextrinek

gyártástechnológiája viszonylag egyszerő, nem környezetszennyezı enzimes eljáráson

alapul. Nem toxikusak, biológiailag lebonthatók, elsırendő lebontási termékük fıként a

glükóz. Mindezek indokolják a ciklodextrinek igen széleskörő gyakorlati hasznosíthatóságát.

Jelenleg a gyógyszer-, növényvédı szer-, kozmetikai-, élelmiszer-, mőanyag-, papír-,

valamint a textilipar számos területén használnak ciklodextrineket, fıleg formulálási,

katalitikus, elválasztási és stabilizálási eljárások során [10]. Figyelemre méltó a

ciklodextrinek diagnosztikai és analitikai kémiai alkalmazása is. Különösen elınyösen

használhatók királis elválasztásokban, mert alkalmas kromatográfiás technikával

ciklodextrinekkel való komplexképzés révén számos vegyület nem csak más anyagoktól, de

saját enantiomerjétıl is elválasztható [11, 12, 13].

Ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazásának fontos oka, hogy a ciklodextrin-

molekulák több, gyengén vízoldható vegyület oldhatóságát jelentısen megnövelhetik.

Komplexképzésre alkalmas hidrofób karakterő belsı üregük révén (ún. „guest-host”-típusú)

kölcsönhatásba léphetnek az oldott farmakonokkal. Alkalmazhatóságukat azonban

korlátozza, hogy a ciklodextrin-molekulák sejtek lipofil-membránalkotó komponenseivel is

molekulakomplexeket képezhetnek. Indokoltsága ellenére ez utóbbi kölcsönhatás

mechanizmusának feltárására mindeddig kevesebb figyelmet fordítottak. Doktori

értekezésem témaválasztását részben ez indokolta. Oldott ciklodextrin-molekulák

liposzómák fizikai stabilitására kifejtett hatásának vizsgálata révén további fontos

információk nyerhetık a sejtmembrán lipid komponensei és ciklodextrin-molekulák közötti

kölcsönhatásokról. A foszfolipidek és ciklodextrinek között lehetséges komplexképzés

jellemzése alapvetı fontosságú e két vegyületet együttesen tartalmazó gyógyszerészeti és

egyéb készítmények jövıbeli alkalmazhatósága szempontjából is.

Page 6: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 6 -

2222 CélkitőzésekCélkitőzésekCélkitőzésekCélkitőzések

Kutatómunkám kis unilamelláris, ún. SUV (small unilamellar vesicle) liposzómák,

ciklodextrinek és vízoldékony makromolekulák kolloid diszperz rendszereiben a

komponensek közötti kölcsönhatások szisztematikus vizsgálatára irányult. Azt

szándékoztam elsısorban felderíteni, hogy a makromolekulák kémiai szerkezetének célszerő

változtatásával milyen mértékben szabályozhatók a határfelületi molekuláris folyamatok, és

ezáltal a vezikulumok fizikai stabilitása. A komponensek közötti kölcsönhatások egzakt

vizsgálata jól definiált összetételő anyagok és rendszerek használatát igényelte.

A kutatási program az alábbi feladatok megoldását tette szükségessé:

• Módszer kidolgozása jól definiált méreteloszlású, nanomérető unilamelláris

liposzómák reprodukálható elıállítására dipalmitoil-foszfatidilkolinból (DPPC).

• Változó kísérleti körülmények között elıállított liposzómák kinetikai állandóságának

jellemzése fotonkorrelációs spektroszkópiás (PCS) eljárással meghatározott

részecskeméret-eloszlás függvények alapján.

• Makromolekulák foszfolipid-membránokkal való kölcsönhatásának jellemzése a

makromolekulák DPPC liposzómákon való kötıdésének vizsgálatával.

• Ciklodextrinek DPPC-membránokkal való kölcsönhatásának jellemzése:

� ciklodextrinek DPPC liposzómákon való kötıdésének vizsgálatával

(polimerek nélkül, illetve polimerek jelenlétében)

� ciklodextrin-foszfolipid komplexek stabilitási állandóinak meghatározásával

� ciklodextrin-foszfolipid komplexek spektroszkópiai vizsgálatával

• Ciklodextrinek, valamint makromolekulák DPPC-membránokkal való

kölcsönhatásának vizsgálata differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) módszerrel.

Page 7: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 7 -

3333 Irodalmi áttekintésIrodalmi áttekintésIrodalmi áttekintésIrodalmi áttekintés

3. 1. Liposzómák és foszfolipid kettısrétegek szerkezete3. 1. Liposzómák és foszfolipid kettısrétegek szerkezete3. 1. Liposzómák és foszfolipid kettısrétegek szerkezete3. 1. Liposzómák és foszfolipid kettısrétegek szerkezete

Széles körben ismert, hogy amfipatikus molekulák megfelelı töménységben

(c >> cM) lemezes vagy hengeres szerkezető ún. nagymicellákat alkothatnak. A lemezes és

hengeres nagymicellák felépítése a szmektikus, illetve koleszterikus termotrop

folyadékkristályok szerkezetével analóg. Az amfifil molekulákból folyékony közegben

kialakuló rendezett struktúrákat liotrop folyadékkristályos szerkezeteknek nevezik. A

sejteket, és a sejtek ún. kompartmentumait körülhatároló membránokat is fıleg olyan

lipidmolekulák építik fel, amelyek vagy önmagukban képeznek liotrop folyadékkristályt,

vagy képesek beépülni a rendezett molekulák közé. Ezek közül kiemelt jelentıségőek a

foszfolipidek (foszfogliceridek), mivel e vegyületek adják a biológiai membránok fı tömegét.

Bangham és munkatársai 1965-ben közölt eredményei [14] rámutattak, hogy

foszfolipidekbıl vizes közegben amfifil tulajdonságú, kettıs rétegő hártyák képzıdhetnek,

amelyekbıl megfelelı mennyiségő vízben mikroszkopikus mérető vezikulumok, úgynevezett

liposzómák alakulhatnak ki (1. ábra). A vezikulumok falát alkotó foszfolipid réteg körülbelül

5 nm vastagságú, a sejtmembránhoz hasonlóan féligáteresztı, ezért a liposzómák különbözı

koncentrációjú sóoldatokban ozmotikus aktivitást mutatnak [15, 16].

Page 8: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 8 -

O

O

O

O

R1

R2

O P

O-

O

O X

CH2

CHCOOH

NH 2

CH2

CH2

NH2

CH2

CH2N+CH3

CH3

CH3

CH2

CH2NH CH3

O

OH

OH OH

OH

HO

H2C

CH

CH2

OH

OH

H 2C

CH

CH2

O

OH

P

O

OO-

CH2

CH

H2C

O CO C

O

O

R3

R4

Foszfa t idsav

Foszfa t idil-szer in(szer in -kefa lin )

Foszfa t idil-etanolamin(kolin-kefa lin)

Foszfa t idil-kolin

N-acil-foszfa t idil-etanolamin

Foszfa t idil-inozit

Foszfa t idil-glicer in

Kardiolipin

H

X=

1111. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: Foszfolipid-molekulák szerkezeti képlete (R1 - R4 telített vagy telítetlen, többnyire 12-

18 szénatomszámú zsírsavlánc lehet )

Page 9: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 9 -

A liposzómák zárt membránok [17, 18], ezért a vezikulumok folyadékok kapszulázására

alkalmasak. Egy liposzóma átmérıje 20 nm-tıl néhány µm-ig terjedhet. A szakirodalomban

a liposzómákat négy fı típusba sorolják, ezek szerkezetében lévı különbségek a 2. ábrán

láthatók.

SUV LUV

MVVMLV

2222. ábra. ábra. ábra. ábra: Különbözı szerkezető liposzómák

Az egyetlen kettısréteggel határolt vezikulumokat méretük szerint csoportosítják: a

kismérető (~20-100 nm átmérıjő) vezikulumok elnevezése „Small Unilamellar Vesicle”

(rövidítése SUV), míg a nagyobb átmérıjőek (100-500 nm) szokásos megnevezése „Large

Unilamellar Vesicle” (LUV) [19, 20]. A többszörös kettısréteget tartalmazó liposzóma

típusok a nem-koncentrikus „kamrás” szerkezető multivezikuláris liposzómák (MVV) [21] és

a koncentrikus kettısrétegekbıl felépülı „hagymahéj” szerkezető vezikulumok

(„Multilamellar Vesicle” - MLV) [14]. Ez utóbbiak átmérıje ~200 nm-tıl 10 µm-ig is

változhat. A liposzómák szerkezete és tulajdonságai a membránt alkotó lipidektıl és az

elıállítás módjától függenek [22, 23].

A mesterséges és biológiai membránok vizsgálatának eredményei a Singer és Nicholson

által kidolgozott ún. folyékony mozaik modell hipotézist támasztják alá [24]. Az elmélet

szerint a lipid kettısréteg olyan „kétdimenziós” folyadékkristályként viselkedik, amelyben a

Page 10: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 10 -

molekulák szabadon csak oldalirányban mozoghatnak. A lipid-membrán szerkezete

jelentısen függ a hımérséklettıl, mivel a szénhidrogénláncok között mőködı

intermolekuláris erık viszonylag kis energiaközléssel megbonthatók (20-40 kJ/mol) [25, 26].

Az azonos rétegben lévı lipid- és egyéb molekulák egymással oldalirányban igen gyorsan

helyet cserélhetnek. A lipidmolekulák átjutása a másik rétegbe viszont több nagyságrenddel

lassúbb folyamat, mivel hidrofil molekularészletnek kellene a hidrofób rétegen átjutnia.

A foszfolipidekbıl keletkezı membránok (3. ábra) jellegzetes átalakuláson mennek át egy

kritikus hımérsékleten, amelyet karakterisztikus gél-folyadékkristály fázisátalakulási

hımérsékletnek (Tm) nevezünk. Alacsonyabb hımérsékleten az ún. pszeudohexagonális

planáris kettısréteg Lβ’, membránstruktúra jellemzı, amit a periodikusan hullámos

hexagonális szerkezet a Pβ’, követ. Az úgynevezett elı-fázisátalakulás (pre transition)

hımérsékleténél (Tp) a szubgél géllé alakul át. Az adott membránra jellemzı hımérsékleten

(Tm) a szénhidrogén láncok „megolvadnak” és kialakul a folyadékkristályos Lα szerkezet. Ezt

a folyamatot nevezik fı-fázisátalakulásnak (main transition).

A kettısréteg szerkezete Tm közelében már igen gyenge környezeti hatásokra is

jelentısen változhat. Tm alatt a membrán permeabilitása kisebb, maximuma az átalakulási

hımérséklet körül van. A hımérséklettıl függı fluiditás fontos jellemzıje a liposzómáknak,

mivel ezzel szorosan összefügg a membrán áteresztıképessége és a vezikulumok stabilitása

is [27].

Lβ' Pβ' L αTc' Tc

elı-fázisátalakulás fı-fázisátalakulásT

3333. ábra. ábra. ábra. ábra: : : : A foszfolipid-membrán fázisátalakulásainak vázlatos rajza

Az elı-fázisátalakulás (gél - „hullámos gél” fázisátmenet) SUV liposzómák esetében nem,

LUV liposzómák esetében csak csekély entalpiaváltozással detektálható [28, 29].

A membránalkotók megfelelı kiválasztásával igény szerinti Tm értékkel jellemezhetı

liposzómák készíthetık, ami lehetıséget ad a transzportfolyamatok (hatóanyag-leadás)

Tp

Tm

Page 11: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 11 -

érzékeny szabályozására. A liposzómák speciális kémiai felépítésük és szerkezetük miatt

különféle hatóanyagok hordozói lehetnek. Hidrofób, hidrofil és amfipatikus anyagok kémiai

természetüktıl függıen a liposzóma membránjában, vagy a bezárt vizes közegben

helyezkedhetnek el, továbbá a membrán felületéhez is kapcsolódhatnak [30].

Liposzómatípustól és az elıállítás módjától függıen vízoldékony anyagok 2-70%-a

zárható be a vezikulumokba. Lipofil, a membrán kettısrétegbe illeszkedı, illetve abban

oldódó anyagok bezárási hatékonysága a 100%-ot is megközelítheti.

3. 1. 1. Liposzómák elıállításánál alkalmazható anyagok3. 1. 1. Liposzómák elıállításánál alkalmazható anyagok3. 1. 1. Liposzómák elıállításánál alkalmazható anyagok3. 1. 1. Liposzómák elıállításánál alkalmazható anyagok

Liposzómák készítéséhez a sejthártyát alkotó valamennyi lipid (foszfolipidek,

glikolipidek, ceramidok, szfingomielin, stb.) felhasználható. Gyakorlati alkalmazásokban

leggyakrabban természetes lecitint alkalmaznak, melyek különbözı lánchosszúságú és

telítettségi fokú foszfatidil-kolinok keverékébıl áll. A növényi lecitin (pl. szójalecitin) sok,

többszörösen telítetlen zsírsavláncot tartalmaz, míg az állati lecitinben (amely kivonható pl.

marhaszívbıl, gerincvelıbıl, vagy tojássárgájából) nagyobb a telített láncok aránya.

Kémiailag viszonylag inertek, de huzamosabb tárolás során oxidációra és hidrolízisre

hajlamosak. A megfelelı membránösszetétel megválasztása tehát a liposzómák kémiai

stabilitásának biztosítása szempontjából nagy jelentıségő.

A foszfatidil-etanolamin kismérető fejcsoporttal rendelkezik, ezért hengeres, hexagonális

szerkezeteket alakíthat ki a membránban. Foszfatidil-glicerin és foszfatidsav

felhasználásával negatív töltéső fejcsoportjuk miatt töltéssel rendelkezı liposzómák

állíthatók elı. A természetes membránok lipid komponensei közül különleges jelentıségő a

koleszterin, mivel a foszfolipid-membránokba beépülve megváltoztatja azok tulajdonságait,

pl. a membrán fázisátalakulási hımérsékletét, fluiditását, vastagságát és áteresztı-

képességét, bár önmagában nem képez kettıs rétegő szerkezetet.

3. 1. 2. A liposzómák fizikai stabilitása3. 1. 2. A liposzómák fizikai stabilitása3. 1. 2. A liposzómák fizikai stabilitása3. 1. 2. A liposzómák fizikai stabilitása

A kémiai stabilitás mellett a liposzómák fizikai stabilitása a liposzómás készítmények

alkalmazhatóságának egyik legfontosabb jellemzıje. A liposzómák fizikai stabilitása alatt

általában az elıállításkor kialakított belsı szerkezet, a permeabilitás és a méreteloszlás

idıbeli állandóságát értjük. Diszperziók kinetikai állandóságát igen jelentısen befolyásolja a

részecskék között ható sztérikus és/vagy elektrosztatikus erık nagysága [31, 32].

Page 12: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 12 -

Liposzómák aggregációja és fúziója, vagy a vezikulumok kémiai stabilitásának csökkenése

(amelyek tárolás során mind elıfordulhatnak) az átlagméret növekedését és a méreteloszlás

megváltozását eredményezi. A méreteloszlás idıbeli változásából tehát a vezikulumok

aggregációs állapotára, és ezen keresztül diszperzióik kinetikai állandóságára lehet

következtetni [33].

A liposzómák fizikai stabilitásának biztosításával (ami elsısorban a liposzómák felületi

tulajdonságainak módosításával érhetı el) diszperzióik kinetikai állandósága és tárolásuk

körülményeit megszabó fı tényezık (tárolás ideje, hımérséklete, közeg minısége, stb.) is

szabályozhatók.

A liposzóma-membrán felszínének módosítására megfelelı lipidösszetétel mellett számos,

különbözı kémiai szerkezető anyagot használtak és használnak. Az ún. elsı generációs

formulálás során fıleg monoszialo-gangliozidokat, poliszacharidokat, glikoproteineket

alkalmaztak [34, 35]. Hidrofil polimereket, fıként polietilén glikolokat és származékait az

ún. második generációs formulálás során használják [36]. A stabilizáló anyagok kémiai

szerkezete és molekulatömege is jelentısen módosíthatja a hosszú életidejő liposzómák

farmakokinetikai jellemzıit [37].

3. 1. 3. Liposzómák, mint gyógyszerszállító rendszerek3. 1. 3. Liposzómák, mint gyógyszerszállító rendszerek3. 1. 3. Liposzómák, mint gyógyszerszállító rendszerek3. 1. 3. Liposzómák, mint gyógyszerszállító rendszerek

A liposzomális gyógyszerszállítás több tudományterületet érintı összetett folyamat.

Megfelelı eljárással elérhetı, hogy a liposzómák a szervezet egy adott területén, illetve

specifikusan egy adott szövetben adják le tartalmukat. A vezikulumok többféle

mechanizmus révén léphetnek kölcsönhatásba a sejtekkel: 1.) a lipidek, vagy fehérjék

kicserélıdnek a sejtmembrán megfelelı molekuláival, 2.) a liposzóma adszorbeálódik a sejt

felszínére, ezáltal a hatóanyag a membránokon keresztül diffundál a sejtbe, 3.) a liposzómát

a sejt endocitózis, vagy fagocitózis útján bekebelezi, a bezárt gyógyszer ill. maradéka a

lizoszomális lebontás után kerülhet a sejtbe, 4.) a liposzómát határoló kettısréteg fuzionál a

sejtmembránnal, ily módon a vezikulum tartalma közvetlenül a sejtbe ürül [38, 39].

A liposzómák eloszlása és biológiai felezési ideje a különbözı szervekben és szövetekben

nagymértékben függ a vezikulumok méretétıl. Intravénás alkalmazásban a kis

unilamelláris 20-100 nm átlagmérető (SUV) liposzómák bizonyultak több szempontból is a

leghatékonyabbaknak. A különféle liposzómák széleskörő felhasználása, különösen az orvosi

és gyógyszerészi alkalmazásokban egyértelmően indokolja a vezikulumok stabilitásának

célszerő szabályozását. A liposzómák felszínének módosítása hosszabb keringési idıt

Page 13: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 13 -

eredményezhet a vérben és így jobb terápiás hatás érhetı el. Stabilizátorként igen elınyös

lehet hidrofil makromolekulák használata [40, 41]. Célzott hatás érhetı el olyan

liposzómákkal, amelyek a felületükre kötıdött antitestek, glikoproteinek vagy glikolipidek

révén specifikus receptorokhoz kapcsolódhatnak. Megfelelı liposzóma formulálással a már

rendelkezésre álló és ellenırzött hatóanyagok, vagy akár új farmakonok hatékony

gyógyszerformái fejleszthetık ki.

Elsıként a mononukleáris fagocitarendszert érintı betegségeket kezdték liposzómába

zárt gyógyszerekkel kezelni. A makrofágok azon tulajdonságát használták ki, hogy azok

bekebelezik az idegennek észlelt részecskéket, így a liposzómákat is. A leishmaniasis nevő

egysejtő okozta parazitás betegség kezelésére például liposzómába zárt

antimonszármazékokat használtak. Ezek a vegyületek a vérkeringésbe kerülve erısen szív-,

máj- és vesekárosító hatásúak. Liposzómába zárva a terápiás hatás a sokszorosára (200-700-

szorosára) növekszik, a toxicitás pedig csökken [42, 43].

Hasonló módon, különbözı bakteriális és gombás fertızések kezelésében is

felhasználhatók liposzómák. Elsısorban akkor, ha az alkalmazott gyógyszer terápiás és

toxikus dózisa között kicsi a különbség és/vagy súlyos mellékhatások várhatók. Liposzómába

zártan a szükséges gyógyszermennyiség a töredékére csökkenthetı, a kezelés hatásfoka

pedig jelentısen javul.

Gyakran felmerül az igény olyan gyógyszerszállító rendszerek alkalmazására,

amelyekkel biztosítható egyes farmakonok hosszan tartó, egyenletes vérszintje. Az AIDS

gyógyszeres kezelésének egyik fı lehetısége a HIV (humán immundeficiencia vírus) reverz

transzkriptáz enzimének gátlása. Az ilyen szerek pl. az AZT (3’-azido 3’-dezoxitimidin)

hosszabb kezelés során károsítják a csontvelıt. Liposzómába zárva a szer több, mint kétszer

olyan hosszú ideig tartózkodik a vérplazmában, ezzel a kezelés hatékonyabbá válik és a

csontvelı károsodása is csökkenthetı [44].

A daganatok kemoterápiájában használatos szereknek igen súlyos mellékhatásai vannak

(csontvelı, szívizom, vesekárosodás, hajhullás, stb.), amelyek lényegesen csökkenthetık a

citosztatikumok liposzómába zárásával [45, 46]. A daganatos sejtek fokozott anyagcsere

aktivitásuk miatt eleve nagyobb arányban veszik fel a liposzómákat. Hıérzékeny

liposzómákat is alkalmaznak szabályozott hatóanyag-leadású készítményekben. A

membránalkotók célszerő megválasztásával olyan liposzómák állíthatók elı, amelyek

áteresztıképessége néhány fokkal a normál testhımérséklet felett jelentısen megnı (azaz

Tm ≈ 40 °C). Mivel a tumoros szövetek hımérséklete a fokozott anyagcsere miatt magasabb a

környezeténél (a testfelszíni daganatok esetében melegítés is alkalmazható), a hatóanyag

Page 14: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 14 -

közvetlenül a célsejtek közelében szabadul fel. Talán még eredményesebb és specifikusabb

lehet a pH-érzékeny liposzómák alkalmazása, ami a normális és malignus szövetek között

fennálló pH-különbségre épül (a tumorok szövetközti folyadéka savasabb, mint a normális

szöveteké).

Liposzómákat többféle gyógyszerformában alkalmaznak. A bır, a nyálkahártya, a

légutak és a szem megbetegedéseinek helyi kezelése terén is eredményesen felhasználhatók

ilyen készítmények. Hagyományos krémek, kenıcsök, oldatok (permetek, cseppek)

legnagyobb hátránya, hogy hatóanyaguk nagyobb része a szisztémás keringésbe jut, így

súlyos mellékhatásokat okozhatnak, ellenben kívánt helyi hatásuk rövid ideig tart.

Liposzómák alkalmazása esetén akár többszörös mennyiségő gyógyszert lehet a célterületre

juttatni, hosszabb ideig tartható fenn a terápiás szint, és a szisztémás keringésbe kerülı

farmakon mennyisége is jelentısen csökkenhet. Gyógyszerészeti alkalmazásokon kívül a

liposzómás rendszerek elınyeit a kozmetikai iparban is széleskörően hasznosítják.

3. 1. 4. Liposzómák egyéb gyógyászati alkalmazásai3. 1. 4. Liposzómák egyéb gyógyászati alkalmazásai3. 1. 4. Liposzómák egyéb gyógyászati alkalmazásai3. 1. 4. Liposzómák egyéb gyógyászati alkalmazásai

Anyagcsere-betegségek hátterében gyakran az áll, hogy genetikai hibából adódóan egy

vagy több enzim hiányzik a sejtekbıl vagy azok nem megfelelıen mőködnek. A kívülrıl

pótolt enzimek többnyire önmagukban nem képesek célt érni, egyrészt mivel többségük nem

tud behatolni a sejtekbe, másrészt már a keringésben inaktiválódhatnak, ismételt

alkalmazásuk pedig immunreakciót vált ki. Liposzómába zárt enzimek bejuthatnak a

sejtekbe és mőködıképesek maradnak. Ekkor a fúzió a legjobb bejuttatási lehetıség, mivel

endocitózisnál a lizoszomális lebontás miatt sérülhet a bezárt anyag. Ehhez fúziót elısegítı

fehérjemolekulát kell a liposzómába beépíteni. Liposzómákkal lehetıség nyílik genetikai

anyagnak a megfelelı célsejtekbe való juttatására, mivel a vezikulumok akár egy

kromoszómát is képesek magukba zárni. A génbevitel sikeressége szempontjából

figyelemreméltó, hogy e technikával az örökítıanyag akár a sejtmagba is bejuttatható [47].

Radioaktív jelzéssel ellátott liposzómák felhasználhatók olyan tumorok detektálására,

amelyek szelektíven veszik fel a liposzómákat. Legeredményesebben a 99mTc-mal jelölt SUV

liposzómák alkalmazhatók emlırákos betegek nyirokcsomó áttétei esetében. A 125I-izotóppal

jelölt multilamelláris liposzómák röntgenkontraszt-anyagoknak a májba, illetve lépbe

történı juttatására alkalmasak.

Hemoglobin-tartalmú liposzómákból olyan oxigénszállító vérpótló rendszer állítható elı,

amely nem vércsoportfüggı, nem tartalmaz transzfúzióval is terjedı vírusokat (AIDS,

Page 15: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 15 -

hepatitis, stb…), hosszú ideig tárolható, liofilizálható, nagy mennyiségben, olcsón

elıállítható, nincs antigénhatása és biokompatíbilis [48]. A hemoglobin-tartalmú

vezikulumok alkalmazása tehát igen jelentıs gyógyászati lehetıséget kínál, azonban e több

évtizedes felismerés mindezidáig nem hozott áttörést a mesterséges vérpótlás terén.

3. 2. Ciklodextrinek szerkezete és kémiai jellemzıi 3. 2. Ciklodextrinek szerkezete és kémiai jellemzıi 3. 2. Ciklodextrinek szerkezete és kémiai jellemzıi 3. 2. Ciklodextrinek szerkezete és kémiai jellemzıi

A ciklodextrinek (CD) hat, hét vagy nyolc α-D-glükopiranóz-egységbıl álló ciklikus

oligoszacharidok. A glükopiranóz egységek számától függıen alfa-, béta-, illetve gamma-

ciklodextrin néven ismertek, ezek az ún. alap ciklodextrinek. Hatnál kevesebb

glükózegységbıl álló ciklikus termék sztérikus okok miatt nem alakulhat ki. Léteznek

nyolcnál nagyobb győrőtagszámú ciklodextrinek is (δ-, ε-, stb. ciklodextrinek), de ezeknek

kisebb, vagy nincs jelenleg ismert számottevı gyakorlati jelentısége [49]. A glükóz

monomerek α-1,4 kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, tehát nem tartalmaznak redukáló

csoportot.

Az 1. képen a három alap ciklodextrin számítógépes modellje látható. A modellt CS 3D

Pro 4.0 számítógépes programmal készítettem.

1. kép1. kép1. kép1. kép: Ciklodextrinek számítógépes modellje

α α α α----ciklodextrin ciklodextrin ciklodextrin ciklodextrin ββββ----ciklodextrin ciklodextrin ciklodextrin ciklodextrin γγγγ----ciklodextrinciklodextrinciklodextrinciklodextrin

Page 16: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 16 -

A modellen szürke, piros, kék szín jelzi a molekulákban lévı szén- oxigén- és

hidrogénatomokat. A rózsaszínő elemek az oxigénatomok nemkötı elektronpárjai.

A ciklodextrinek henger alakú, belsı üreggel rendelkezı nanomérető molekulák. Az

alkotó szılıcukoregységek síkja a henger tengelyével közel párhuzamosan helyezkedik el. A

henger peremén találhatók a glükózegységek hidroxilcsoportjai, a henger belsı felületét

pedig hidrogénatomok és glikozilkötéső oxigénatomok alkotják (2. kép).

2. kép:2. kép:2. kép:2. kép: Az α-ciklodextrin szerkezete

E szerkezeti elrendezıdés következményeként a henger belseje apoláris (víztaszító), a

pereme és külsı felülete pedig poláris (hidrofil) tulajdonságú (3. kép). A poláris felületi

sajátságok miatt a ciklodextrinek vízben oldódnak. Asszociációs típusú, úgynevezett

zárványkomplexeket képezhetnek különbözı kémiai szerkezető (elsısorban egy, vagy több

apoláris csoportot tartalmazó) ionokkal, gyökökkel vagy molekulákkal, de klasszikus

értelemben vett kémiai kötés közöttük általában nem jön létre. Megfelelı körülmények

között a zárványkomplex könnyen disszociálhat, és ekkor a szabaddá vált vendégmolekula

visszanyeri eredeti fizikai-kémiai sajátságait [50].

Page 17: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 17 -

3. kép:3. kép:3. kép:3. kép: A β-ciklodextrin lipofilitási profilja (MolArch+® MLP számítógépes szimuláció)

forrás: Institut für Organische Chemie, Technische Universität Darmstadt

A ciklodextrinek nem higroszkóposak, kristályosak, vízben többnyire jól oldódnak,

oldatuk színtelen. Gyakorlati szempontból három természetes ciklodextrinnek van kiemelt

jelentısége. Ezek fıbb fizikai kémiai adatait és molekuláris méreteit az 1. Táblázatban

foglaltam össze.

1111. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat: A természetes ciklodextrinek fizikai kémiai és molekuláris jellemzıi [51, 50]

α-CD β-CD γ-CD

Győrő tagszám 6 7 8

Moláris tömeg (g/mol) 972 1135 1297

Üreg átmérı (nm) 0,57 0,78 0,95

Perem átmérı (nm) 1,46 ± 0,04 1,54 ± 0,04 1,75 ± 0,04

Henger magassága (nm) 0,79 ± 0,01 0,79 ± 0,01 0,79 ± 0,01

Üreg térfogat (nm3) 0,174 0,262 0,427

Kristályforma (vízbıl kristályosítva)

hexagonális monoklin kvadratikus

prizma

Oldhatóság 25 °C-on vízben (g/100 ml)

14,5 1,85 23,2

Lipofil Lipofil Lipofil Lipofil régiórégiórégiórégió

Hidrofil Hidrofil Hidrofil Hidrofil régiórégiórégiórégió

Page 18: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 18 -

Az egyedi ciklodextrin-molekulák mérete a kolloid mérettartomány alsó határát jelentı

1 nm körüli, vagy azt kissé meghaladja. Oldatban a molekulák peremén található

hidroxilcsoportok hidrogénhíd-kötésre képesek, ami a ciklodextrin-molekulák füzérszerő

aggregációjához vezethet. A β-CD hidroxilcsoportjainak elhelyezkedése különösen kedvezı

az intermolekuláris kötıerık kialakulása szempontjából. Ezzel magyarázható, hogy a β-CD

oldhatósága kb. tizedakkora, mint az α- és γ-ciklodextriné. 12,5 pH érték felett azonban a

hidrogénhidas szerkezet összeomlik, ami a β-ciklodextrin oldhatóságának nagyságrendi

növekedésben mutatkozik meg [52].

A ciklodextrinek zárványkomplex-képzésre alkalmas üregének mérete függ a

győrőtagszámtól. A bezárandó vendégmolekula illeszkedése szempontjából lényeges az üreg

és a vendégmolekula méretének viszonylagos egyezése, ún. geometriai kompatibilitása. A

hat monomer egységbıl álló α-CD ürege kompatibilis pl. a propánsav alkilláncával, de nem

képes magába fogadni pl. egy antracénmolekulát (amely egy háromtagú, kondenzált győrős

aromás vegyület). A γ-CD ürege túlzottan kiterjedt ahhoz, hogy kellıen stabilis komplexet

képezzen zsírsavakkal, mivel a komplexképzés egyik lényeges feltétele a szoros térbeli

illeszkedés. A γ-CD és antracén-molekulák kompatibilisek, így belılük stabil komplex

képzıdhet. A geometriai kompatibilitás alapvetıen befolyásolja a komplex létrejöttét és

stabilitását, de ez a hatás nem olyan mértékő, amely a ciklodextrinek komplexképzı

sajátságának nagyfokú oldatbeli szelektivitását eredményezné. Léteznek olyan

vendégmolekulák pl. I2, ciklohexán és bifenil, amelyek mindhárom alap ciklodextrinnel

képeznek komplexet. Ez annak lehet következménye, hogy a ciklodextrinek győrője némileg

flexibilis, de a vendégmolekulák üregbeli elhelyezkedése is az üregmérettıl függıen eltérı

lehet [53]. Elıfordul, hogy két vendégmolekula együttes térkitöltés révén válik alkalmas

komplexképzı partnerré. Ilyenkor 2:1 arányú komplex képzıdik pl. D3 vitamin és β-

ciklodextrin kölcsönhatásakor [50].

Nagyobb molekulatömegő vendégmolekulák esetében elıfordul, hogy a komplexképzés

csak részlegesen valósulhat meg. Ilyenkor a ciklodextrin(ek) a vendégmolekula bizonyos

(elsısorban hidrofób és geometriailag kompatibilis) funkciós csoportját, illetve csoportjait

komplexálják.

Page 19: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 19 -

3. 2. 1. A zárványkomplex3. 2. 1. A zárványkomplex3. 2. 1. A zárványkomplex3. 2. 1. A zárványkomplex----képzés hajtóereje képzés hajtóereje képzés hajtóereje képzés hajtóereje

Ciklodextrin-molekulák és vendégmolekulák (V) közötti kölcsönhatás eredményeképpen

létrejövı zárványkomplex (CD·V) képzıdése oldatfázisban egyensúlyra vezetı folyamat:

CD + V CD�V (1)

Az egyensúlyt jellemzı Ks egyensúlyi (stabilitási) állandó kinetikai és termodinamikai

mennyiségek függvényeként is értelmezhetı. A stabilitási állandó kifejezhetı az asszociáció

(rekombináció) kR és a disszociáció kD sebességi állandójának hányadosaként:

D

Rs k

kK = (2)

A stabilitási állandó megállapítható az egyensúlyban levı komponensek termodinamikai

aktivitásai (a) (közelítıleg a koncentrációk) ismeretében, illetve kiszámítható a

komplexképzés standard reakció-szabadentalpiájából (∆G Ө).

[ ][ ][ ]VCD

VCD ⋅≈= ⋅

VCD

VCDs aa

aK (3)

GKRT s ∆−=ln Ө (4)

A komplexképzést kísérı szabadentalpia-változás mértékét az egyes molekuláris

részfolyamatokat kísérı entalpia- illetve entrópiaváltozások eredıje szabja meg. Nagy

stabilitású komplex oldatbeli képzıdése akkor várható, ha poláris oldószerben (az esetek

nagy többségében vízben vagy vizes oldatban) gyengén szolvatált apoláris vendégmolekula

lép kölcsönhatásba ciklodextrinnel. A zárványkomplex-képzıdés elsı részlépésének

tekinthetı a ciklodextrin üregébe zárt nagy entalpiájú egy, vagy több oldószer-molekula

kilépése, ami a köztük ható van der Waals-vonzás megszőnésével, illetve az oldószer-

molekulák közötti új intermolekuláris kötések kialakulásával jár együtt. A vendégmolekula

ciklodextrin üregébe való belépését megelızi a (gyakran rendezett, klatrát szerkezető)

hidrát/szolvátburok leválása. Ekkor a vendégmolekula és a ciklodextrin között van der

Waals kötések alakulnak ki, és a vendégmolekula helyén az oldószer-molekulák között erıs

dipól-dipól, illetve hidrogénkötések jönnek létre. A komplexképzıdés két ellentétes elıjelő

kR

kD

Page 20: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 20 -

entrópiaváltozással is jár: az oldószer-molekulák rendezetlensége nı, a vendégmolekula

transzlációs és rotációs szabadsági foka azonban csökken a ciklodextrin üregében. Az eredı

entrópiaváltozás értéke zérushoz közeli, vagy csekély [54]. Bizonyos esetekben a ciklodextrin

üregében megfelelıen orientált szubsztrátum hidrogénkötést is létesíthet a ciklodextrin

hidroxilcsoportjaival, ami növeli a komplex stabilitását [55].

Az eddig említetteken kívül α-ciklodextrin esetében sztérikus effektus is befolyásolhatja

a komplexképzıdést. Az α-ciklodextrin hidrátkomplexében a győrő szerkezete feszült.

Vendégmolekula belépésekor kedvezıbb térállás alakulhat ki, ami energia-felszabadulással

jár [56].

A komplexképzés nem csak oldatfázisban mehet végbe. Az alábbi módszerekkel

szilárd/folyadék határfelületen is létrehozható zárványkomplex:

− ciklodextrin diszpergálásával a vendégmolekula (pl. etanolos) oldatában

− a komplexálandó anyag ciklodextrin vizes oldatában való diszpergálásával

− szilárd ciklodextrin folyékony komplexálandó anyagban (esetleg az anyag

olvadékában) való diszpergálásával

Külön említést érdemel, hogy ciklodextrinek kristályos, oldott, vagy duzzasztott térhálós

polimer formában megköthetnek gáz halmazállapotú vendégmolekulákat is [57].

Heterogén rendszerekben történı komplexképzési folyamatok molekuláris szintő

értelmezése legtöbbször lényegesen bonyolultabb, mint az oldatfázisban létrejövı asszociáció

mechanizmusának felderítése.

3. 2. 2. A zárványkomplex3. 2. 2. A zárványkomplex3. 2. 2. A zárványkomplex3. 2. 2. A zárványkomplex----képzés hasznosítása technológiaiképzés hasznosítása technológiaiképzés hasznosítása technológiaiképzés hasznosítása technológiai, környezetvédelmi és analitikai , környezetvédelmi és analitikai , környezetvédelmi és analitikai , környezetvédelmi és analitikai

alkalmazásokbanalkalmazásokbanalkalmazásokbanalkalmazásokban

A ciklodextrinek széleskörő alkalmazása elsısorban célszerően hasznosítható

komplexképzı sajátságukból ered. Gyakorlati szempontból jelentıs, hogy a legtöbb anyag

fizikai és kémiai sajátságai nagymértékben eltérnek komplexálatlan illetve ciklodextrin

zárványkomplex formában.

Ciklodextrin-zárványkomplexben apoláris anyagok vízben való oldhatósága és oldódási

sebessége általában nı, továbbá a komplex nedvesedése is jobb. Elıfordul, hogy a

ciklodextrin komplex (is) gyengén szolvatálódik, ilyenkor kristályos formában kiválik az

oldatból. Ez a sajátság elválasztástechnikai eljárásokban hasznosítható. A komplex

stabilitása és oldhatósága között nem minden esetben állapítható meg összefüggés.

Page 21: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 21 -

Technológiai szempontból gyakran hátrányos, hogy bizonyos vegyületek (fıleg aroma- és

illatanyagok) illékonyak, vagy készítményekben egyéb összetevıkkel inkompatíbilisek. Ezek

a vegyületek elınyösen poríthatóvá, homogenizálhatóvá és hosszú ideig tárolhatóvá válnak,

amennyiben ciklodextrinekkel megkötött, kristályos formába hozhatók.

Bizonyos anyagok élelmiszeripari és kozmetikai alkalmazását kellemetlen ízük, szaguk

és irritatív tulajdonságuk korlátozza. Ezen nemkívánatos jellemzık zárványkomplexben sok

esetben elfedhetık, miközben kedvezı sajátságaik továbbra is megmaradhatnak.

Technológiai szempontból alapvetı fontosságú az egyes alkalmazásokban felhasznált

anyagok kémiai stabilitása. Ciklodextrinbe zárt anyagok általában elvesztik higroszkópos

jellegüket, sok esetben csökken a komplexbe zárt molekula oxidációra, bomlásra,

diszproporcionálódásra, polimerizációra, autokatalitikus reakcióra való érzékenysége.

Ciklodextrinek környezetvédelmi alkalmazásának célja fıleg toxikus és radioaktív

anyagok megkötése. Ipari szennyvizekbıl bizonyos komponensek ciklodextrin-gyantákkal

eltávolíthatók. Oldható ciklodextrinek is alkalmazhatók szennyvízkezelésre, mivel

zárványkomplex-képzés révén a toxikus összetevık szabad koncentrációja olyan szintre

csökkenthetı, amely elviselhetı a lebontó vagy metabolizáló mikroorganizmusok számára.

Atomreaktorok üzemzavarakor, de normális mőködése során is sugárzó jódizotópok

kerülhetnek a levegıbe. Ezek jó hatásfokkal megköthetık ciklodextrintartalmú

regenerálható abszorberekkel [58].

A ciklodextrinek számos kiralitáscentrumot tartalmaznak (a glükózmonomerek

egyenként ötöt), ezért belsı üregük királis mikrokörnyezetként fogható fel. A természetes

ciklodextrinek optikailag tiszta vegyületek, mivel enzimkatalízis termékei. Racém anyagok

komplexbevitelekor megfigyelhetı, hogy a ciklodextrinek eltérı stabilitású komplexet

képeznek a vegyület enantiomerjeivel. Ezen effektus kihasználható királis elválasztások és

aszimmetrikus szintézisek kidolgozása során abban az esetben is, ha például diasztereomer

sóképzésre nincs lehetıség [59]. Kereskedelmi forgalomban kaphatók olyan enantioszelektív

kromatográfiás oszlopok, amelyek állófázisa immobilizált ciklodextrint tartalmaz.

3. 2. 3. Ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazásai3. 2. 3. Ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazásai3. 2. 3. Ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazásai3. 2. 3. Ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazásai

A ciklodextrinekre vonatkozó tudományos közlemények (cikkek, monográfiák) jelentıs

része kapcsolódik gyógyszeripari alkalmazáshoz, mert számos gyógyszermolekula megfelelı

komplexképzı partner a ciklodextrinek számára [60]. Sok hatóanyagból nehéz elıállítani

injektálható készítményt. Ezek többnyire vizes közegben kevéssé oldódnak, illetve hı

Page 22: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 22 -

hatására elbomlanak, érzékenyek az oxidációra, fényre, bizonyos ionokra, illetve

inkompatíbilisek más hatóanyagokkal, vagy a gyógyszerformulálás segédanyagaival.

Ciklodextrinekkel célszerően szabályozhatók egyes hatóanyagok farmakokinetikai

jellemzıi is. A forgalomba került ciklodextrin-farmakon komplexet tartalmazó

gyógyszerkészítmények jelentıs része tabletta, kapszula, illetve drazsé formában kerül

kiszerelésre. Ilyen készítmények fontos farmakokinetikai jellemzıje a hatóanyag(ok)

felszabadulási és oldódási sebessége, valamint a biológiai abszorpció mértéke. A szervezetbe

per os juttatott ciklodextrin-farmakon komplexekbıl felszabaduló hatóanyag

felszívódásának folyamatát a 4. ábra szemlélteti.

A vízben rosszul oldódó farmakonok biológiai hasznosulása is többnyire rossz, mert a

felszívódás mértékét a Vszilárd ↔ Voldott folyamat sebessége korlátozza. A farmakon azonban

jól oldódó ciklodextrin zárványkomplexébıl gyomornedvvel érintkezve azonnal

felszabadulhat, így a felszívódás szempontjából kedvezı magas szabad farmakon-

koncentráció hosszú ideig biztosítható. A hidrofil komplex és az „üres” ciklodextrin nem

szívódik fel a tápcsatornából. Megjegyzést érdemel, hogy igen nagy stabilitású ciklodextrin-

farmakon komplexek esetén a Ks stabilitási állandó a felszívódás sebességét meghatározó

tényezı. Ezért a ciklodextrineket elnyújtott hatású készítmények elıállítására is

alkalmazzák.

V·CDszilárd V·CDold ot t

Vold ot t

+CDold ot t

V fe ls zívódott Vszilárd

CDszilárd

old ódás

(gyors)

k ristá lyosodás

old ódás

fe ls zívódás

disszociáció(igen gyors)

Szilár d fá zis Olda t fá zis a t ápcsa t or ná ba n Vér á ram

old ódás

kristá lyosod ás

4444. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: Farmakon-ciklodextrin komplex oldódásának, disszociációjának és felszívódásának

sematikus ábrázolása [50]

(V: farmakon vendégmolekula; V·CD: farmakon-ciklodextrin komplex)

Page 23: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 23 -

A ciklodextrin-farmakon komplexek egyéb célokra is hasznosíthatók. A

gyógyszerhatóanyagok jelentıs része kellemetlen íző, szagú, súlyos mellékhatása lehet,

irritálhatja a gyomorfalat, vagy a nyálkahártyát. A hatóanyag ciklodextrinnel történı

komplexbe vitele számos esetben e problémák teljes vagy részbeni kiküszöbölésének reális

reményét kínálja [61].

Kedvezı komplexképzı tulajdonságaik miatt gyógyszerészeti alkalmazásokban egyre

szélesebb körben használják fel a kémiailag módosított ciklodextrin-származékokat is [62,

63], például a hidroxipropil-β-ciklodextrint, a véletlenszerően („random”) metilezett β-

ciklodextrint (RAMEB), a kémiailag egységesebb DIMEB-et [heptakis(2,6-di-O-metil)-β-

ciklodextrin], a szulfatált, valamint az acilezett származékokat. Ez utóbbiakat alkalmasnak

találták elnyújtott hatású készítmények hordozóinak. Bioadhezív, filmképzı sajátságaik

miatt transzdermális gyógyszerformulációkban is alkalmazást nyerhetnek.

Jelentıs eredmény, hogy már jelenleg világszerte harmincnál több olyan engedélyezett és

forgalomban levı gyógyszerkészítmény létezik amelyek ciklodextrin komplex formájában

tartalmaznak hatóanyagokat. Ezek közül példaként említhetı az injekció, illetve infúzió

formában forgalomban lévı prosztaglandin E1 ( α-CD komplex formában a hatóanyag

oldékonysága nı, oxidálódásra való hajlama csökken [64]), a rágótabletta kiszereléső

cetirizin (a hatóanyag keserő íze elfedhetı β-CD jelenlétében [65]). Diklofenák-nátrium

inkompatibilitása konzerválószerekkel csökken, kémiai stabilitása nı, valamint a

szaruhártyán való áthatolása is hatékonyabb hidroxipropil-γ-CD komplex formában [66].

A ciklodextrinek komplexképzı sajátsága kedvezıen hasznosítható biológiai aktivitást

mutató makromolekulák és peptidek stabil, injektálható vizes oldatainak elıállítására.

Kiemelkedı gyógyászati jelentıségő, de alacsony oldékonyságú és/vagy stabilitású

polipeptideket pl. interleukin-2-t (IL-2); tumor nekrózis faktort (TNF), makrofág kolónia

stimuláló faktort (M-CSF), inzulint és eritropoietint (EPO) tartalmazó vizes oldatok

hosszabb ideig tárolhatók, ha adalékanyagként hidroxipropil-β-ciklodextrint is

tartalmaznak. A stabilitásnövekedés ugyanakkor nem csökkenti a polipeptid oldatok

biológiai hasznosulási arányát [67, 68].

A ciklodextrinek gyógyszerészeti alkalmazását nem csak kedvezı komplexképzı

sajátságuk indokolja. Használhatók tablettázási segédanyagként és töltıanyagként is. A jól

duzzadó ciklodextrin-polimerek például tabletták dezintegráló (szétesést elısegítı)

adalékaiként alkalmazhatók.

Page 24: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 24 -

3. 3. Polimerek technológiai alkalmazásai3. 3. Polimerek technológiai alkalmazásai3. 3. Polimerek technológiai alkalmazásai3. 3. Polimerek technológiai alkalmazásai

Polimereket széles körben alkalmaznak a kozmetikai, a gyógyszer-, az élelmiszer-, a

festék- és papíriparban, valamint környezetvédelmi célokra és számos egyéb területen,

például kolloid diszperziók, szuszpenziók, emulziók stabilitásának a szabályozására és

szilárd/folyadék határfelületek sajátságainak módosítására. A széleskörő és nagymértékő

felhasználást elsısorban az indokolja, hogy a kolloid részecskéken adszorbeálódott

makromolekulák számottevıen módosíthatják a részecskék közötti kölcsönhatásokat, ezáltal

a diszperzió stabilitásának csökkenését (flokkulálást) és a stabilitás növelését (sztérikus

stabilizálást) egyaránt elıidézhetik [69]. A felhasználható polimerek kémiai láncszerkezete

igen sokféle lehet (pl. homopolimer, blokkos és statisztikus kopolimer, lineáris vagy elágazó

láncú, stb.), ezért egy diszperz rendszer határfelületi tulajdonságai polimerekkel nagyon

jelentısen változtathatók. Használatukkal az emberi szervezet számára elfogadható

mesterséges implantátumok és gyógyszerkészítmények elıállításához megkívánt igen

szigorú követelmények és összetett igények is kielégíthetık.

A polimerek stabilizáló illetve flokkuláltató hatásának egyik feltétele a makromolekulák

szilárd/folyadék vagy folyadék/folyadék határfelületeken való adszorpciója, melyet a

szegmens-felület, szegmens-oldószer és az oldószer-felület közötti kölcsönhatások eredıje

befolyásol. A polimerekre általánosan az ún. több kötéspontú adszorpció jellemzı, ami azt

jelenti, hogy a flexibilis polimerlánc egyes szegmensei (az ún. train szegmensek) közvetlenül

az adszorbens felületéhez kapcsolódnak, a többi láncrész hurkok (loop) ill. szabad láncvégek

(tail) formájában az oldatba nyúlik [70]. Ezzel magyarázható az oldatból adszorbeálódott

polimer-molekulák igen erıs (irreverzibilisnek tőnı) kötıdése szilárd adszorbensekhez.

Polimerek gyógyszerészeti alkalmazásának egyik fontos oka, hogy makromolekulás

kolloidokkal csekély oldhatóságú hatóanyagokat szuszpenzió illetve emulzió formában

tartalmazó gyógyszerkészítmények kinetikai állandósága is széles tartományban

szabályozható. A stabilitás növelése szuszpenziós injekciók formulálásakor kívánatos, míg

flokkuláltatással nagy térfogatú, laza, könnyen felrázható, pelyhesített szerkezető

gyógyszerformák állíthatók elı. Makromolekulás kolloidokat stabil és megfelelı

konzisztenciájú kenıcsök, paszták, szemcseppek illetve gélek alapanyagaiként is használják.

Elterjedten alkalmaznak polimereket tablettázási mőveletek során töltı-, kötı-, dezintegráló

és oldódást késleltetı anyagokként, valamint drazsírozási filmbevonatok, kapszulák, mátrix-

és váztabletták segédanyagaiként.

Page 25: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 25 -

3. 4. Ciklodextrinek kölcsönhatása foszfolipidekkel 3. 4. Ciklodextrinek kölcsönhatása foszfolipidekkel 3. 4. Ciklodextrinek kölcsönhatása foszfolipidekkel 3. 4. Ciklodextrinek kölcsönhatása foszfolipidekkel

Kiterjedt szakirodalom taglalja a foszfolipidek analóg vegyületeinek tekinthetı tenzidek

és ciklodextrinek közötti kölcsönhatások kutatási eredményeit [71, 72, 73, 74, 75].

Ciklodextrinek foszfolipidekkel való kölcsönhatásának részletes megismerésére azonban

ezidáig kevesebb figyelmet fordítottak. E kutatási terület viszonylagos mellızöttsége azért is

meglepı, mert az elmúlt évtizedekben meglehetısen széleskörő kutatás folyt a

ciklodextrinek sejtmembránok összetételére és stabilitására gyakorolt hatásának

felderítésére és e kölcsönhatás gyógyászati lehetıségének kiaknázására [76, 77]. Ezek a

vizsgálatok leginkább a természetes sejtmembránok koleszterin komponense és a

ciklodextrinek közötti kölcsönhatás tanulmányozására korlátozódtak. Közvetett úton is

nyerhetık információk, ezek többségét membránba épített lipofil fluoreszcens

jelzımolekulák kiáramlásának vizsgálatával kapták.

Jelen értekezés témaköréhez szorosan kapcsolódó legfontosabb eredmények röviden az

alábbiakban összegezhetık:

Schlenk és Sand vizsgálatai rámutattak, hogy – többek között a foszfolipideket is felépítı

– zsírsavak bonyolult sztöchiometriájú komplexeket képeznek ciklodextrinekkel [78].

Folyadékfelszínen kialakított foszfolipid-monorétegek vizsgálatával sok esetben értékes

információ nyerhetı a foszfolipidek és más molekulák közötti kölcsönhatás sajátságairól.

Miyajima és munkatársai ilyen rendszerekben a felületi nyomás csökkenését figyelték meg

ciklodextrinek jelenlétében. Megállapították a csökkenés sebességének sorrendjét:

γ-CD < β-CD < α-CD [79]. Egy francia felületkémiai kutatócsoport közelmúltban közölt

eredményei azon túlmenıen, hogy megerısítették a Miyajima által tapasztaltakat, kisszögő

röntgenszórás módszerével igazolták, hogy foszfolipid és α-CD kölcsönhatásakor

ciklodextrin-dimer asszociátumok is kimutathatók [80].

Nishijo és munkatársai karboxifluoreszcein kiáramlásának vizsgálatával jellemezték

különbözı összetételő liposzóma-membránok stabilitását. Ciklodextrinek liposzómákkal

történı kölcsönhatása következtében a membrán stabilitása csökkenhet, és sérülékenyebbé

válhat [81, 82]. Ez a jelenség a ciklodextrinek in vitro hemolitikus hatásában is

megmutatkozik [83, 84, 85].

McComarck és Gregoriadis liposzómába zárt hatóanyagok felszabadulását

tanulmányozta. Eredményeik szerint a liposzóma-membrán permeabilitása módosulhat

ciklodextrinek jelenlétében [86]. Marques és munkatársai szabadalmi oltalomban részesült

Page 26: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 26 -

találmánya szerint ciklodextrinekkel szabályozott hatóanyag-leadású multilamelláris

liposzómákat tartalmazó gyógyszerkészítmény állítható elı [87].

Ciklodextrinekbıl és liposzómákból megfelelı körülmények között összetett

gyógyszerhordozó, ún. DCL (drug-in-cyclodextrin-in-liposome) gyógyszerforma állítható elı,

ami a farmakon ciklodextrin-zárványkomplexét a liposzómák belsı üregében tartalmazza. A

DCL tulajdonságai bizonyos esetekben ötvözhetik a két eltérı felépítéső rendszer kedvezı

tulajdonságait [88]. Gregoriadis és munkatársai, ezt nem csak elméleti lehetıségként

vetették fel, találmányukat szabadalmi oltalom alá helyezték [89]. A DCL

gyógyszerhordozóknak számos elınye van a „hagyományos” liposzómákkal szemben.

Vízoldható farmakonok a liposzóma belsejében levı vizes fázisban tárolhatók. A kis

molekulatömegő hatóanyagok könnyen keresztüldiffundálnak a membránon, így idıvel

csökken a bezárt hatóanyag mennyisége. A nemkívánatos kiáramlás kinetikailag

szabályozható, ha a liposzóma belsejében levı hatóanyag ciklodextrin-komplex formában

van, mivel a zárványkomplex nehezebben diffundál át a membránon mint a szabad

hatóanyag. Ez utóbbinak a liposzómán belüli koncentrációja alacsony, ezért a hatóanyag-

kiáramlást elıidézı hajtóerı (a liposzóma-membrán két oldalán levı szabad hatóanyag

koncentrációjának különbsége) is csökken. Liposzómák hidrofób hatóanyagok hordozói is

lehetnek, ha a farmakon beépül a kettısrétegbe. E bezárási mechanizmus azonban sok

tekintetben hátrányokkal is jár. Bár a hatóanyag jelentıs arányban dúsulhat fel a lipid

kettısrétegben, a vezikulumok kapacitása legtöbbször korlátolt, mert a lipid-membránok

össztömege csupán kis hányadát teszi ki az egész vezikulumnak (LUV liposzómák esetében

csupán 5-10 %-át). További hátrányként említhetı, hogy a membránba beépülı farmakon

kedvezıtlenül befolyásolhatja a kettısréteg szerkezetét, ezáltal fizikai stabilitását is.

Amennyiben a hatóanyagnak létezik vízoldható ciklodextrin komplexe, akkor DCL

gyógyszerhordozókkal ez a hátrány is részben kiküszöbölhetı, mivel a hidrofób hatóanyag

egy része a vezikulum vízközegő belsejébe vihetı.

Sinil nemzetközi szabadalmat jelentett be olyan multivezikuláris liposzómákat

tartalmazó gyógyszerkészítményre, amely a liposzómákon belül hidroxipropil-β-ciklodextrin

zárványkomplex formában tartalmaz tumor kezelésére alkalmas metotrexátot. Klinikai

vizsgálatokkal kimutatta, hogy a kettıs kapszulázás eredményeként kb. 70-szer több

farmakon jutott el a központi idegrendszerbe, mint a kapszulázatlan hatóanyagot

tartalmazó készítmények alkalmazásakor [90]. Vieira és munkatársai olyan pH-érzékeny

liposzóma formulációt dolgoztak ki, amelyek tumorellenes ciszplatint tartalmaztak

hidroxipropil-β-CD vagy γ-CD zárványkomplex formában [91].

Page 27: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 27 -

A DCL gyógyszerhordozók komponenseinek kiválasztása azonban nagy körültekintést

igényel, mivel a ciklodextrinek a vezikulumok membránalkotóival is komplexeket

képezhetnek [77].

Hatzi és munkatársai turbiditásméréssel és liposzómákból való kalcein-kiáramlás

méréssel kimutatták, hogy igen tömény ciklodextrin oldatok (CD : foszfolipid arány > 100)

liposzóma-membránnal való kölcsönhatása nem csak a membrán lipidösszetételétıl, hanem

a membrán szerkezetétıl is függ. Eredményeik azt mutatták, hogy azonos lipidösszetétel

mellett a SUV liposzómák ellenállóbbak a ciklodextrinekkel szemben, mint a

multilamelláris szerkezető és az ún. szárítás-rehidratálás eljárással elıállított liposzómák

[92].

Fattal és munkatársai szójalecitinbıl készült vezikulumok kölcsönhatását vizsgálták

oldott állapotú, tömény (10 tömeg%-os) metil-β-ciklodextrinnel. Tapasztalatuk szerint a

felületaktív sajátságú ciklodextrin származék membránkárosító hatása csökkenthetı a

vezikulumok polietilén-glikol származékokkal való stabilizálásával [93].

Az vázolt eredmények a ciklodextrinek mesterséges, illetve természetes membránok

stabilitását közvetlenül befolyásoló sajátságára mutattak példákat. A ciklodextrinek

azonban más, potenciálisan membránkárosító hatású molekulák tulajdonságait is

módosíthatják. Szıgyi és munkatársai szerint nemionos tenzidek DPPC liposzómákra

gyakorolt membránkárosító hatása csökken ciklodextrinek jelenlétében. Ciklodextrineket

kis koncentrációban tartalmazó liposzóma-diszperziók (CD : DPPC arány <1 : 20)

vizsgálatakor ugyanakkor nem észlelték a foszfolipid-membrán károsodását [94]. Saarinen-

Savolainen és munkatársai pilokarpin-diészter profarmakonok szemirritáló hatásának

csökkentésére használtak ciklodextrineket. Az izgató hatás az amfifil hatóanyagok igen

jelentıs membránkárosító sajátságával függ össze. A vizsgált pilokarpin-diészterekkel

hidroxipropil-β-ciklodextrin, és szulfobutiléter-β-ciklodextrin 1:2, illetve 1:1 arányban képez

komplexeket, aminek következtében csökken a hatóanyagok felületi feszültség-csökkentı

hatása [95]. Az amfifil jelleg és az ezzel szorosan összefüggı membránkárosítás csökkenése a

profarmakon-ciklodextrin komplex stabilitási állandójától függ. Ebbıl arra lehet

következtetni, hogy a szabad profarmakon koncentrációja, valamint a membránalkotók és a

hatóanyag közötti, a ciklodextrinekért folytatott kompetíció együttesen határozza meg a

ciklodextrinek tapasztalt védıhatásának mértékét.

Page 28: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 28 -

4444 Felhasznált anyagokFelhasznált anyagokFelhasznált anyagokFelhasznált anyagok

Foszfolipid

LLLL----αααα----dipalmitoildipalmitoildipalmitoildipalmitoil----foszfatidilkolinfoszfatidilkolinfoszfatidilkolinfoszfatidilkolin, C40H80NO8P (DPPC))))

A Sigma Chemical Co. (St. Louis MO, USA) szintetikusan elıállított, ~ 99% tisztaságú

terméke.

O

O

O

O

C15H 31

C15H 31

O P

O-

O

CH2 CH2 N

CH3

CH3

CH3

+O

Ciklodextrinek

A felhasznált α− α− α− α−, , , , β−β−β−β−, , , , γγγγ----ciklodextrin és DIMEBciklodextrin és DIMEBciklodextrin és DIMEBciklodextrin és DIMEB (heptakis(2,6 (heptakis(2,6 (heptakis(2,6 (heptakis(2,6----didididi----OOOO----metil)metil)metil)metil)----ββββ----ciklodextrinciklodextrinciklodextrinciklodextrin)))) a

Cyclolab Ciklodextrin Kutató, Fejlesztı Laboratórium Kft. Budapest, gyógyszerészeti

minıségő termékei.

A DIMEB származék izomertisztasága > 95%.

Neutrális polimerek

Metilcellulóz Metilcellulóz Metilcellulóz Metilcellulóz (MC):

Tylose MH 50, MH 300, MH 1000 jelzéső származékok a Hoechst GmbH (Németország)

termékei. A polimerek frakcionálatlan, kereskedelmi termékek.

Polivinilpirrolidon Polivinilpirrolidon Polivinilpirrolidon Polivinilpirrolidon (PVP)

PVP K 25, PVP K 30, PVP K 60, PVP K 90 jelzéső származékok a Fluka AG

(Németország) termékei.

Page 29: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 29 -

Polivinilalkohol Polivinilalkohol Polivinilalkohol Polivinilalkohol (PVA) acetál származékok acetál származékok acetál származékok acetál származékok

---- hidrolizált polivinilalkoholpolivinilalkoholpolivinilalkoholpolivinilalkohol (PVA)

---- 7mol% propanal tartalmú poli(vini poli(vini poli(vini poli(vinilalkohollalkohollalkohollalkohol----vinilpropanal)vinilpropanal)vinilpropanal)vinilpropanal) kopolimer (PVA-Prol)

---- 7mol% butanal tartalmú poli(vinilalkoholpoli(vinilalkoholpoli(vinilalkoholpoli(vinilalkohol----vinilbutanal)vinilbutanal)vinilbutanal)vinilbutanal) kopolimer (PVA-Bul)

A kopolimerek frakcionált termékek. A mintákat Powal 420 jelő (Kuraray, Japán)

„random” láncszerkezető PVA-ból állítottuk elı. A PVA-acetálokat teljesen hidrolizált PVA

mintákból, sav katalizátor jelenlétében megfelelı aldehiddel végzett intramolekuláris

acetálozási reakcióval állítottuk elı [96].

A polimerekbıl készült oldatokat felhasználás elıtt a kismolekulájú szennyezık, illetve

sók eltávolítása érdekében egy hétig dializáltam (a dializáló közeg háromszori cseréjével)

MEDICELL (13 ± 1 kDa alatti tömegő molekulákat áteresztı) hártyán keresztül. A tisztítást

követıen az oldatok koncentrációját gravimetriás módszerrel határoztam meg.

A felhasznált polimerek kémiai szerkezetét és a különbözı jelzéső kereskedelmi

termékek polimerizációfokát a 2. Táblázatban foglaltam össze.

Page 30: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 30 -

{ }1;0,, ∈zyx

2222. Táblázat. Táblázat. Táblázat. Táblázat: A felhasznált polimerek jellemzıi

Polimer Polimerizációfok

(n) Szerkezeti képlet

MC MH 50 1,3 · 102

MH 300 2,9 · 102

MH 1000 3,8 · 102

O

H

O

H

H(H2C)y O

H

HH(CH2)xO

HO

O(CH2)zH

n

Átlagos szubsztitúciós fok: ~ 2

PVP K 25 5,4 · 101

K 30 1,1 · 102

K 60 4,4 · 102

K 90 3,2 · 103

N O

n

PVA 1,7 · 103

OH

n

Poli(vinilalkohol-vinilpropanal) 1,7 · 103

O O OH OH

a b

0,5a + b + 1 = n

Poli(vinilalkohol-vinilbutanal) 1,7 · 103 O O OH OH

a b0,5a + b + 1 = n

A liposzóma-diszperziók vizsgálataihoz analitikai tisztaságú vegyszereket használtam. A

kísérleti munka során egyéb anyagokat is felhasználtam (etanol, metilnarancs, fenolftalein,

káliumjodid, stb.). Ez utóbbiak kereskedelmi, analitikai tisztaságú finomvegyszerek voltak.

Page 31: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 31 -

5555 Kísérleti módszerekKísérleti módszerekKísérleti módszerekKísérleti módszerek

5. 15. 15. 15. 1. Liposzómák elıállítása. Liposzómák elıállítása. Liposzómák elıállítása. Liposzómák elıállítása

Egzakt stabilitási vizsgálatokhoz nélkülözhetetlen volt olyan eljárás kidolgozása,

amellyel reprodukálhatóan, szők méreteloszlású és szabályozható stabilitású liposzóma-

diszperziók állíthatók elı. Az irodalomban ismert számos liposzóma formulálási eljárás

közül erre a Kremer és munkatársai által javasolt módszer [97] megfelelı módosítással

alkalmasnak bizonyult. A módosítás egyik lényeges eleme az, hogy az etanolos foszfolipid-

oldat víz közegbe történı gyors befecskendezése helyett a DPPC liposzómákat ultrahangos

diszpergálással állítottam elı. A liposzómák elıállításához Realsonic 40SF ultrahangos

készüléket használtam (maximális teljesítménye: 300 W, a kibocsátott ultrahang

frekvenciája 37 kHz). A készülék víztartályának hımérsékletét 25,0 - 45,0 °C hımérséklet-

tartományban ± 0,1 °C pontossággal LAUDA B típusú merülıtermosztáttal szabályoztam.

A liposzómákat négy különbözı hımérsékleten (25,0; 35,0; 36,5; 45,0 °C-on) állítottam

elı. A liposzóma-diszperziók készítéshez 0,050 g DPPC-t oldottam 2,50 cm3 absz. etanolban.

A foszfolipid-oldatból 0,24 cm3-t fecskendıvel ellátott vékony üvegpipettával a kívánt

hımérséklető, 4,50 cm3 térfogatú diszperziós közegbe csepegtettem kb. 1 csepp/s sebességgel.

Csepegtetés közben ultrahangos kezelést alkalmaztam. Az adagolás befejeztével az

ultrahangos diszpergálást további 5 percig folytattam. Az így kapott liposzóma-diszperzió

töménysége DPPC-re nézve 0,10 tömeg%-os, etanolra nézve közel 4 tömeg%-os volt.

Page 32: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 32 -

5. 2. Liposzómák méreteloszlásának vizsgálata5. 2. Liposzómák méreteloszlásának vizsgálata5. 2. Liposzómák méreteloszlásának vizsgálata5. 2. Liposzómák méreteloszlásának vizsgálata fotonkorrelációs spektroszkópiás eljárással fotonkorrelációs spektroszkópiás eljárással fotonkorrelációs spektroszkópiás eljárással fotonkorrelációs spektroszkópiás eljárással

(PCS)(PCS)(PCS)(PCS)

A dinamikus fényszórásmérési módszer (más néven fotonkorrelációs spektroszkópia -

PCS) elınyösen alkalmazható sztochasztikus (statisztikai valószínőségen alapuló)

folyamatok vizsgálatára. A fotonkorrelációs spektroszkópia lehetıséget nyújt egy középérték

körül ingadozó fizikai mennyiség idıkorrelációs függvényének meghatározására, ami

kapcsolatot hoz létre a mért véletlenszerő értékek és az ezek alapjául szolgáló részecskék

mozgása között. Hımozgást végzı részecskékrıl szórt fény intenzitás-fluktuációjának

idıkorreláció-függvényét a következıképpen írhatjuk fel [98]:

, (5)

ahol I (t) és I (t + τ) az átlagos intenzitások τ, ill. t + τ idıpontokban (τ az ún. korrelációs

idı). Igen kis τ idıtartamoknál az intenzitások erıs korrelációban vannak. Azonos mérető

(monodiszperz) részecskéket tartalmazó diszperziók esetében a korrelációs függvény egy

egyszerő exponenciális függvény:

(6)

A fluktuációk relaxációs ideje (τc) fordítottan arányos a részecskék diffúzióállandójával

(D), aminek ismeretében az átlagos részecskeméret számítható.

(7)

K az ún. hullámvektor:

(8)

Az összefüggésben λ a lézerfény hullámhossza, θ a szórási szög, n0 a közeg

törésmutatója.

)()()( ττ +⋅= tItIG

)exp()(c

Gτττ −=

2

1

DKc =τ

)2

sin(4 0 θ

λπ

⋅=n

K

Page 33: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 33 -

A korrelációs-függvény frekvencia analizátorokkal a frekvencia-spektrum Fourier-

transzformációjával, vagy közvetlenül a korrelátorok mérési adataiból határozható meg.

Polidiszperz rendszerekben a méreteloszlás egy intenzitásátlagokkal (ki) súlyozott

autokorrelációs függvény analízisével számítható:

(9)

A diffúzióállandó ismeretében a mozgó részecskék átlagmérete (a), illetve a diszperzió

méreteloszlása számítható:

, (10)

ahol k a Boltzmann-állandó, T a hımérséklet, η a közeg dinamikus viszkozitása.

A liposzómák átlagméretét és méreteloszlását Zetasizer 4 típusú dinamikus fényszórás-

mérı készülékkel határoztam meg.

A Zetasizer 4 készülék felépítése és mőködése

A Zetasizer 4 (Malvern Instruments, UK) készülék alkalmas híg diszperzióban a

részecskék átlagméretének, méreteloszlásának és elektrokinetikai jellemzıinek

meghatározására.

A mőszer mérési tartománya a részecskenagyság meghatározások során 3 nm – 3 µm,

elektroforetikus mozgékonyság méréseknél pedig 20 nm – 20 µm-ig terjed (5 µm-nél nagyobb

részecske átmérı esetén kis sőrőségkülönbség mellett is szedimentáció vagy lefölözıdés

léphet fel). A részecskeméret-eloszlás meghatározása az elızıekben ismertetett

fotonkorrelációs spektroszkópia elvén alapul. A készülék alkalmas (ugyanazon

mérıcellában) az elektroforetikus mozgékonyság meghatározására is lézer-Doppler

anemometria (LDA) módszerrel. Az LDA alkalmazása a tradicionális mérési módszerekkel

szemben (amelyeknél a részecskemozgást az elektromos mezıben legtöbbször mikroszkóppal

⋅−≅ )(exp)(

,i

ici dkG

τττ

a

kTD

ηπ6=

Page 34: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 34 -

követik) azért is elınyös, mert a mérés jóval rövidebb ideig (mérésenként 15 – 30 másodperc)

tart. Ezen túlmenıen a 300 nm-nél kisebb átmérıjő részecskék felületi elektromos

tulajdonságainak meghatározása is lehetséges. Ez utóbbi igen fontos szempont azoknál a

rendszereknél (pl. SUV-okat tartalmazó liposzóma-diszperziók), ahol a részecskék 200 nm-

nél is kisebbek.

Az elektródok polarizálódását az elektromos mezı folyamatos (általában 0,625 Hz-es

frekvenciával történı) pólus váltakozása akadályozza meg. Ezáltal széles ionerısség

tartományban válik lehetségessé az elektoforetikus mozgékonyság mérése.

A 5. ábrán a Zetasizer 4 készülék sematikus ábrázolásban látható [99]. A berendezésben

5 mW teljesítményő He-Ne lézer fényforrás (hullámhossza 632,8 nm) található. A cellába

töltött diszperzió részecskéirıl szóródó fény intenzitását egy fotoelektron-sokszorozó

regisztrálja, az ehhez kapcsolt korrelátor segítségével történik az autokorrelációs függvény

meghatározása. A Zetasizer 4 típusú készülékhez egy ún. Multi-8-Bit-Korrelátor

kapcsolódik, melynek 7 adat- és 7 monitorcsatornája van. A korrelátort négy al-korrelátorra

osztották, amelyek ugyanazokat az adatokat analizálják, de különbözı az érzékenységi

idejük. Az érzékenységi idıtartam 50 ns-tól l s-ig terjed.

5555. . . . ábraábraábraábra:::: A Zetasizer 4 optikai felépítése

Page 35: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 35 -

A mérıcella egy kvarcüveg kapilláris, amelynek belsı átmérıje 4 mm. Két platina

elektród található a mérıcella két végén. A cella hımérséklete program szerint, Peltier-

elemes rendszerrel szabályozható.

5. 3. Membánszerkezet vizsgálata5. 3. Membánszerkezet vizsgálata5. 3. Membánszerkezet vizsgálata5. 3. Membánszerkezet vizsgálata

Oldott foszfolipid-molekulákból vizes közegben zárt liposzóma struktúrákon (SUV, LUV,

MLV) kívül más lamelláris szerkezető részecskék, „foszfolipid kettısréteg-fragmentumok”

(bilayered phospholipid fragment - BPF) is képzıdhetnek [100]. Gyógyszerhordozóként

elsısorban a zárt szerkezető részecskék (vezikulumok) alkalmazása célszerő.

Az általam módosított eljárással készített liposzómák szerkezetét az alábbi két

módszerrel vizsgáltam.

5. 3. 1. Bezárt anyagmennyiség meghatározása5. 3. 1. Bezárt anyagmennyiség meghatározása5. 3. 1. Bezárt anyagmennyiség meghatározása5. 3. 1. Bezárt anyagmennyiség meghatározása

A DPPC liposzómákat az ismertetett módszerrel formuláltam azzal a különbséggel, hogy

140 µl propánsavat adtam a DPPC alkoholos oldatához. Ezután ezt a keveréket ultrahangos

diszpergálás közben 36,5 °C-on 13,50 cm3 térfogatú, frissen kiforralt, kétszer desztillált

vízbe csepegtettem. Az így készített diszperziót faktorozott, 1,00 M karbonátmentes NaOH-

oldattal fenolftalein indikátor mellett titráltam. Az ekvivalenciapontot OP 211/1 típusú

digitális pH-mérıvel határoztam meg. A titrálást ugyanilyen körülmények között

elvégeztem DPPC-t nem tartalmazó oldattal is.

5. 3. 2. Membrán permeabilitás vizsgálata5. 3. 2. Membrán permeabilitás vizsgálata5. 3. 2. Membrán permeabilitás vizsgálata5. 3. 2. Membrán permeabilitás vizsgálata

A DPPC liposzómákat 108 µS/cm elektromos vezetéső (7,48 mM ) KI-oldatban (alt.

Reanal Rt.) formuláltam 36,5 °C hımérsékleten. A diszperzióhoz, és az ugyanilyen

elektromos vezetéső, azonos térfogatú, de foszfolipidet nem tartalmazó diszperziós közeghez

is 0,25 g DOWEX 1x4 és 50x8 típusú ioncserélı gyanta 1:1 arányú keverékét adtam. Az

ioncserét állandó kevertetés mellett addig folytattam, amíg mindkét oldat vezetése 5,0

µS/cm-re csökkent . Az ioncserélı gyanta eltávolítása után 25 °C-on idıben mértem a

liposzóma-diszperzió és a referencia KI-oldat vezetésének változását OK-102/1 típusú

konduktométerrel.

Page 36: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 36 -

5. 3. 3. DSC (differenciális pásztázó kalorimetria)5. 3. 3. DSC (differenciális pásztázó kalorimetria)5. 3. 3. DSC (differenciális pásztázó kalorimetria)5. 3. 3. DSC (differenciális pásztázó kalorimetria)

A differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) termoanalitikai módszer igen elterjedt

fizikai, kémiai és biológiai rendszerek vizsgálatára.

A módszer lényege az, hogy szabályozott hımérsékletprogram alkalmazásával a

mintával és a referenciaanyaggal közölt energia különbségét mérjük a hımérséklet (vagy az

idı) függvényében. A DSC a dinamikus kalorimetria olyan változata, amely a rendszerben

az energiaváltozásokat közvetlenül energiaegységben méri. A minta és a referenciaanyag

azonos hımérsékletét a mérés teljes ideje alatt elektromos teljesítmény kompenzáció hozza

létre, miközben a hımérséklet lineárisan nı, vagy csökken. Ha a vizsgálandó anyag

hıenergiát vesz fel, vagy ad le, több vagy kevesebb hıenergia kell ahhoz, hogy a minta

hımérséklete megegyezzék a referenciaanyag hımérsékletével. A differenciális

főtésteljesítményt (amely a vizsgálandó anyag sajátossága szerint változtatható) a

hımérséklet függvényében regisztráljuk.

A 6. ábra jellegzetes DSC-görbét szemléltet. A görbe többek között két alapvetı termikus

adatról, az átalakulás hımérsékletérıl és entalpiájáról egyaránt felvilágosítást nyújt.

Az átalakulás hımérsékletét az ábra Tc vagy Tm pontja jellemezheti. A Tc az alapvonal és

a csúcs felszálló ágára illesztett egyenes metszéspontja. Az átalakulási entalpia a görbe és

az interpolált alapvonal által bezárt területtel (A) arányos.

T c

alapvonal

A

Tm

W1/ 2

6666. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: Egy endoterm fázisátalakulás DSC-görbéje

Másodrendő folyamatok átalakulási hımérsékletének megállapítására az alapvonalon

létrejövı töréspontok lehetnek alkalmasak. Termodinamikai kiértékelési módszerekkel

kinetikus adatok is nyerhetık.

Page 37: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 37 -

DSC-vel kapott kísérleti adatok alapján a foszfolipid-membrán és ciklodextrinek,

valamint makromolekulák között létrejövı kölcsönhatásokat értelmeztem. A vizsgálatokhoz

használt mintákat az alábbiak szerint készítettem:

Mintaelıkészítés I. (NETZSCH DSC 200 kaloriméter):

DPPC-re nézve 15,0 tömeg%-os diszperziót állítottam elı ismert összetételő

diszperzióközegben. A mintát ún. hıtornának vetettem alá. Ennek során 65 °C-on végzett 2

perces ultrahangos kezelés után a mintát 5 °C-ra hőtöttem és ott 5 percig tároltam. A

hıtornát minden minta esetében tízszer ismételtem. A keletkezett tömény,

makroszkopikusan homogén lipid-diszperziót mérıkapszulába mértem. Referenciaként egy

ismert tömegő üres kapszulát használtam. A DSC-méréseket NETZSCH DSC 200

készüléken végeztem.

Mintaelıkészítés II. (módosított Perkin Elmer III kaloriméter):

Ismert összetételő diszperzióközegben DPPC-re nézve 0,1 tömeg%-os diszperziót

készítettem az 5.1.5.1.5.1.5.1. pontban ismertetett módon. A mintákat két napig 25 °C hımérséklető

termosztátban tároltam. Ezután a liposzóma-diszperziókat két óráig centrifugáltam

(9·104 × g) MOM 3170 típusú ultracentrifugával. A kiülepedett vezikulumoktól

elkülönítettem a diszperziós közeg 93,3 %-át. Homogenizálást követıen, a betöményített

(1,50 tömeg%-os) minta megfelelı részletét kapszulába zártam. A DSC-méréseket egy

módosított PerkinElmer III készülékkel végeztem.

5. 4. Ciklodextrin5. 4. Ciklodextrin5. 4. Ciklodextrin5. 4. Ciklodextrin----koncentráció meghatározása spektrofotometriás módszerrelkoncentráció meghatározása spektrofotometriás módszerrelkoncentráció meghatározása spektrofotometriás módszerrelkoncentráció meghatározása spektrofotometriás módszerrel

A ciklodextrinek vizes oldatban a látható fény hullámhossz-tartományában nem, UV

tartományban is csak 220 nm-nél rövidebb hullámhosszaknál mutatnak jelentıs

fényelnyelést. Ennek ellenére, közvetett módszerrel, ciklodextrinek és színezékek közötti

zárványkomplex-képzés révén lehetıség van a ciklodextrinek pontos koncentrációjának

meghatározására spektrofotometriás módszerrel. Ha a vendégmolekula alkalmas kromofor

csoporttal rendelkezik, a komplexképzés során a szabad vendégmolekula abszorpciós

spektrumában lévı (az adott kromofor csoporthoz rendelhetı) sáv eltolódhat, illetve el is

Page 38: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 38 -

tőnhet a spektrumból. Ez utóbbi esetben az abszorpciós sáv maximumértékének csökkenése

és a vizsgált oldatban lévı ciklodextrin mennyisége között arányosság állhat fenn [101].

α-ciklodextrin töménységének meghatározása vizes oldatban [102]

0,120 ml 1,00 M töménységő HCl-oldat és 2,00 ml 1,05�10-3 M koncentrációjú

metilnarancs (alt. Reanal Rt.) törzsoldat elegyéhez 1,00 ml változó töménységő ciklodextrin

oldatot adtam, majd a minta térfogatát desztillált vízzel 6,00 ml-re egészítettem ki. 30 perc

várakozási idı után Spektromom 195D spektrofotométerrel 503 nm hullámhosszon 1,000

cm-es küvettában 25±2 °C hımérsékleten megmértem az oldat abszorbanciáját.

β, γ-ciklodextrin és DIMEB töménységének meghatározása vizes oldatban (Buvári-Barcza

módszerrel [103])

3,75�10-3 M koncentrációjú 96 térfogat%-os etanolban oldott fenolftalein (alt. Reanal Rt.)

törzsoldatot desztillált vízzel 10,00-szeresére higítottam. A vízzel higított törzsoldatot

mindig frissen készítettem, mert a fenolftalein vizes oldatból lassan kicsapódik. 25,00 ml-es

mérılombikban 2,00 ml vizes fenolftalein-oldatot 2,50 ml 4,00�10-3 M Na2CO3-oldattal

elegyítettem, majd adott mennyiségő ciklodextrin hozzáadása után a lombikot desztillált

vízzel jelre töltöttem. A kapott oldat gyengén lúgos kémhatású (pH=10,5). Az oldat

abszorbanciáját 550 nm hullámhosszon 1,000 cm-es küvettában 25±2 °C hımérsékleten

mértem.

Mindkét analitikai módszer esetében ismert töménységő CD-oldatokkal kalibrációs

görbéket vettem fel.

Page 39: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 39 -

Az alkalmazott analitikai módszerekkel a ciklodextrinek töménysége a 3. Táblázatban

megadott koncentráció-tartományban a feltüntetett pontossággal határozható meg.

3333. Táblázat. Táblázat. Táblázat. Táblázat: A spektofotometriás ciklodextrin-koncentráció meghatározás tartománya és

pontossága

koncentráció

(mol�dm-3)

a meghatározás megbízhatósági intervalluma*

(mol�dm-3)

α-CD 3,7�10-4 - 6,5�10-3 ± 8,0�10-5

β-CD 2,8�10-5 - 6,7�10-5 ± 1,0�10-6

DIMEB 1,3�10-4 - 7,8�10-4 ± 6,2�10-6

γ-CD 3,0�10-4 - 6,5�10-4 ± 7,5�10-6

*95%-os megbízhatóság mellett

A hibaszámításhoz használt összefüggések a Függelékben találhatók.

5. 5. Ciklodextrinek megkötıdése DPPC kettısrétegeken5. 5. Ciklodextrinek megkötıdése DPPC kettısrétegeken5. 5. Ciklodextrinek megkötıdése DPPC kettısrétegeken5. 5. Ciklodextrinek megkötıdése DPPC kettısrétegeken

DPPC liposzómákat ismert koncentrációjú (cCD) ciklodextrin-oldatokban állítottam elı. A

mintákat két napig 25 °C hımérséklető termosztátban tároltam. A „szorpciós idı” letelte

után a mintákat 30 percig ultracentrifugáltam (9·104 × g), ezáltal a diszperziós közegbıl

eltávolítottam a vezikulumokat a foszfolipidhez kötıdı ciklodextrin-molekulákkal együtt. Az

egyensúlyi oldatban levı szabad ciklodextrin koncentrációját ([CD]) spektrofotometriás

módszerekkel határoztam meg. A kiindulási és az egyensúlyi ciklodextrin-koncentrációk

ismeretében kiszámítható a liposzóma-membránhoz kötıdött ciklodextrin mennyisége:

[ ])( CDcn

VQ CD

DPPC

−= , ahol (11)

V a diszperzió térfogata, nDPPC a foszfolipid moláris mennyisége.

Page 40: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 40 -

5. 6. Infravörös (IR) színképelemzés5. 6. Infravörös (IR) színképelemzés5. 6. Infravörös (IR) színképelemzés5. 6. Infravörös (IR) színképelemzés

Az infravörös színképelemzés (spektroszkópia) a kémiai szerkezetazonosítás illetve -

felderítés területén igen széles körben alkalmazott módszer. A vizsgálat a kémiai kötések

rezgési átmeneteinek infravörös sugárzással történı gerjesztésén alapul. A besugárzott minta

rezgési állapotváltozásai következtében – az anyag szerkezetétıl függı jellegzetes

hullámhossz-tartományban – infravörös sugárzást abszorbeálhat. A regisztrált infravörös

spektrum elnyelési sávjai jellemzı módon adott vegyértékrezgéshez, illetve deformációs

rezgéshez rendelhetık. Az infravörös spektroszkópia alkalmazási területe nem korlátozódik

szerkezet-felderítési vizsgálatokra. A módszer intra- illetve itermolekuláris kölcsönhatások

(hidrogénkötés, komplexképzés, stb…) érzékeny detektálására is alkalmas. A vizsgált

molekula elnyelési sávjainak helyzete, intenzitása és szélessége eltérı lehet különbözı

molekuláris környezetben, a változásokból következtetni lehet a kölcsönhatás jellegére és

erısségére.

Az infravörös spektrumokat Fourier-transzformációs FT-IR Perkin Elmer model 1650

egysugárutas készülékkel vettem fel. A spektrum felbontása 2 cm-1, pontossága 1 cm-1 volt. A

jel/zaj viszony növelése érdekében 64 felvételbıl átlagolt spektrumokat értékeltem ki.

A minták spektrumait ún. ATR (totálreflekciós) technikával vettem fel, mivel ezzel a

módszerrel kiküszöbölhetı a transzmissziós IR-spektrumok felvételekor jelentkezı, a

spektrumok finomszerkezetét elfedı mátrixhatás. Az ATR technika alkalmazásának további

elınye, hogy viszonylag egyszerő a mintakészítés, mivel nem kell a mintából pasztillát

készíteni.

A vizsgált mintákat horizontális HATR (horizontal attenuated total reflection) feltétre

helyeztem, melynek reflexiós eleme cink-szelenid kristály. Az általam alkalmazott ZnSe feltét

szélessége 2,5 cm, hosszúsága 5,0 cm, vastagsága 2 mm; hosszmetszete 45°-os trapezoid volt.

A felvételi tartomány a feltét anyagától függ, ZnSe kristállyal 4400-650 cm-1 tartományban

lehetséges ATR-FTIR vizsgálatokat végezni. Referenciarendszerként a tiszta ATR feltétre

helyezett, 16 mm átmérıjő, kónikus végzıdéső teflonhengert alkalmaztam, mely a minta

felületéhez képest csekély felületen érintkezik a ZnSe felülettel. Megfelelı szorítófeltét

alkalmazásával a folyadék szivárgásmentesen kerül az ATR feltétre. A mintatartó geometriai

középpontja a ZnSe lemez átlóinak metszéspontjában, a hossztengelyre szimmetrikusan

helyezkedett el (ld. 7. ábra). Ez az elrendezés maximális elnyelést eredményez. A mérés során

a laboratórium hımérsékletét 20 ± 1 °C hımérsékletre temperáltuk.

Page 41: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 41 -

7777. ábra. ábra. ábra. ábra: Az ATR feltét geometriai kialakítása és az infravörös fénysugár útja a reflexiós

elemben

5. 6. 1. Mintaelıkészítés infravörös színképele5. 6. 1. Mintaelıkészítés infravörös színképele5. 6. 1. Mintaelıkészítés infravörös színképele5. 6. 1. Mintaelıkészítés infravörös színképelemzéshezmzéshezmzéshezmzéshez

−−−− DPPCDPPCDPPCDPPC: 2,5 mg DPPC-t oldottam 1 cm3 diklórmetánban. Az oldatból 400 µl-t fecskendeztem

mikropipettával az ATR feltétre erısített teflongyőrőbe. Az oldószert nitrogénáramban

elpárologtattam, majd ezt követıen felvettem a DPPC-film spektrumát.

−−−− αααα----CDCDCDCD:

α-CD mintából kb. 1 g mennyiséget 105 °C-on 0,2 Bar nyomáson 2 napig szárítottam.

40 mg szárított α-CD-t 1 cm3 diklórmetánnal elegyítettem, majd a durva diszperziót

25 °C-os REALSONIC RS-40SF ultrahangos fürdıben 5 percig diszpergáltam. Az így

kapott diszperzióból 400 µl-t fecskendeztem az ATR feltétre erısített teflongyőrőbe. A

diszperziós közeget nitrogénáramban elpárologtattam, majd ezt követıen felvettem az

α-CD spektrumát.

− α− α− α− α----CDCDCDCD----DPPC komplexDPPC komplexDPPC komplexDPPC komplex:

0,1 m/m% DPPC liposzóma diszperziót készítettem oldott α-CD-t tartalmazó közegben,

melyben a CD : DPPC mólarány 7 : 1 volt. 7 nap 25 °C-on való tárolást követıen a

képzıdött fehér csapadékot négy alkalommal 2× desztillált vízzel, két alkalommal

diklórmetánnal tisztítottam az alábbi mőveletsor szerint:

mintamintamintaminta

Page 42: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 42 -

− a csapadékot laboratóriumi centrifugával ülepítettem 4000 ford./perc fordulatszámon

− pipettával eltávolítottam a felülúszó oldatot

− a kiülepített csapadékhoz 4,5 cm3 2× desztillált vizet vagy diklórmetánt adtam

− 2 percig ultrahangos fürdıben kezeltem a diszperziót

A negyedik 2× desztillált vízzel és a második diklórmetánnal történı tisztítást

követıen a komplexet 25 °C-on 0,2 Bar nyomáson 24 óráig szárítottam. A szárított

komplexbıl 40 mg-ot 1 cm3 diklórmetánnal elegyítettem, majd a durva diszperziót

ultrahangos fürdıben 5 percig diszpergáltam. A diszperzióból 400 µl-t

fecskendeztem az ATR feltétre erısített teflongyőrőbe. A diszperziós közeget

nitrogénáramban elpárologtattam, majd ezt követıen felvettem a komplex spektrumát.

5. 7. Makromolekulák kötıdése a5. 7. Makromolekulák kötıdése a5. 7. Makromolekulák kötıdése a5. 7. Makromolekulák kötıdése a liposzóma liposzóma liposzóma liposzóma----membránmembránmembránmembránokonokonokonokon

DPPC liposzómákat ismert koncentrációjú (cPol) polimer-oldatokban állítottam elı. A

mintákat két napig 25 °C hımérséklető termosztátban tároltam. A „szorpciós idı” letelte

után a mintákat két óráig ultracentrifugáltam (9·104 × g), ezáltal a diszperziós közegbıl

eltávolítottam a vezikulumokat a rajtuk megkötıdı makromolekulákkal együtt. Az

egyensúlyi oldatban levı szabad polimer koncentrációját ([Pol]) spektrofotometriás

módszerekkel határoztam meg [104; 105]. Az egyensúlyi polimer-koncentrációk ismeretében

kiszámítható a liposzóma-membránokon kötıdött polimer mennyisége (mσ):

[ ])( Polcm

Vm pol −=σ , ahol (12)

V a diszperzió térfogata, m a DPPC tömege.

Page 43: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 43 -

6666 EredményekEredményekEredményekEredmények

6. 1. DPPC liposzómák méreteloszlása6. 1. DPPC liposzómák méreteloszlása6. 1. DPPC liposzómák méreteloszlása6. 1. DPPC liposzómák méreteloszlása

25,0 – 45,0 °C tartományban négy különbözı hımérsékleten állítottam elı liposzóma-

diszperziókat a kísérleti részben (5. 1.5. 1.5. 1.5. 1.) leírt formulálási eljárással. Zetasizer 4 készülékkel

végzett méretanalízis során meghatároztam a vezikulumok szám szerinti és térfogat szerinti

méreteloszlás-függvényeit, valamint a jellemzı átlagméreteket. Gyógyszerhordozóként

alkalmazható vezikulumok (vízoldható) hatóanyag kapacitása elsısorban a bezárt

térfogattól függ, ezért a liposzóma-diszperziók fontos jellemzıiként általánosan a térfogat

szerinti méreteloszlás-függvényeket, illetve átlagméreteket adtam meg.

Az elıállítás körülményei jelentısen befolyásolhatják a liposzómák fizikai sajátságait. A

8. ábrán különbözı hımérsékleten elıállított liposzóma-diszperziók térfogat szerinti

méreteloszlás-függvényei láthatók. Az eloszlásfüggvények összevetésekor jól látható, hogy a

hımérséklet emelésével a liposzómák mérete és a méreteloszlás-függvény félértékszélessége

is csökken. A III. és IV. számú vizsgálatok alapján megállapítható, hogy az általam

alkalmazott módszerrel 36,5 – 45,0 °C közötti hımérséklettartományban szők

méreteloszlású (közel monodiszperz), kis unilamelláris (SUV) liposzómák állíthatók elı.

Vizsgáltam az elıállítás reprodukálhatóságát is. Ehhez tíz liposzóma-diszperzió mintát

állítottam elı 36,5 °C hımérsékleten és meghatároztam a diszperziók részecskeméret-

eloszlását. A részecskék térfogat szerinti átlagméretének és az eloszlásfüggvények

félértékszélességének relatív szórása: 2,5 %, valamint 5,5 %.

A dinamikus fényszórásmérések eredményeit elektronmikroszkópos felvételek is

alátámasztják. A 4. képen jellemzı példaként a 36,5 °C-on formulált diszperzióról készült

elektronmikroszkópos felvételeket mutatom be. A képeket fagyasztva töréses eljárással

készült mintákról Tesla BS 500 készülékkel készítették. A 220000 × nagyítású felvételen jól

megállapítható, hogy a részecskék közel gömb alakúak, átmérıjük 40-50 nm.

Page 44: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 44 -

I.

III.

II.

IV.

8888. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: DPPC-diszperziók térfogat szerinti méteteloszlás-függvényei. A liposzóma elıállítás

hımérséklete, I: 25,0 °C, II: 35,0 °C, III: 36,5 °C, IV: 45,0 °C.

Page 45: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 45 -

I. II.

III.

4. kép:4. kép:4. kép:4. kép: 36,5 °C-on formulált liposzómákról készült elektronmikroszkópos felvételek.

A képek nagyítása: I. és II.: 40000 ×, III.: 220000 ×

Page 46: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 46 -

6. 2. DPPC liposzóma6. 2. DPPC liposzóma6. 2. DPPC liposzóma6. 2. DPPC liposzóma----diszperziók kinetikai állandóságadiszperziók kinetikai állandóságadiszperziók kinetikai állandóságadiszperziók kinetikai állandósága

Foszfolipid vezikulumok stabilitását számos fizikai, kémiai és biológiai tényezı

befolyásolhatja. A vezikulumok mérete, méreteloszlása, illetve e paraméterek idıbeli

változása a liposzóma-diszperziók kinetikai állandóságának érzékeny jelzıi [106].

A 9. ábrán példaként egy 35,0 °C-on elıállított liposzóma-diszperzió különbözı tárolási idık

után meghatározott térfogat szerinti méreteloszlás-függvényei láthatók.

9999. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: 35,0 °C-on formulált DPPC-diszperzió különbözı tárolási idı után felvett

méreteloszlás-függvényei. A tárolás hımérséklete: 25 °C.

Az eloszlásfüggvények idıbeli változása egyértelmően jelzi a liposzóma stabilitás

csökkenését. A részecskék aggregációja és/vagy fúziója az átlagméret és a polidiszperzitás

(illetve az eloszlásfüggvények félértékszélességének) növekedésében egyaránt

megmutatkozik. Jellemzı, hogy a diszperziókban hosszabb tárolási idı után szélesebb

méreteloszlású, nagyobb átmérıjő részecskéket tartalmazó frakció is megjelenik. Mindezek

arra utalnak, hogy a foszfolipid vezikulumok vízközegő diszperzióban mérsékelt

stabilitásúak.

Frissen elıállított minta

24 óra tárolás után

48 óra tárolás után

Page 47: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 47 -

A liposzómák elıállítási hımérséklete nagymértékben befolyásolja a vezikulumok

méreteloszlását. Ennek tükrében kézenfekvınek tőnik annak vizsgálata, hogy van-e

kimutatható különbség a diszperziók kinetikai állandóságában is. A 10. ábrán a különbözı

hımérsékleten elıállított liposzómák relatív méretnövekedése hasonlítható össze. Az ábrán

az adott ideig tárolt (D) és a frissen elıállított liposzómák (Df) térfogat szerinti

átlagméretének hányadosát ábrázoltam a tárolási idı függvényében.

0 24 48 72

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

D /

Df

Elıállítási hımérséklet

25,0 °C 35,0 °C 36,5 °C 45,0 °C

Tárolási idı / óra

10101010. ábra: . ábra: . ábra: . ábra: Liposzómák relatív méretnövekedése a tárolási idı függvényében.

Tárolási hımérséklet: 25 °C

A különbözı hımérsékleten elıállított liposzómák idıbeli méretváltozása alapján

megállapítható, hogy a vezikulumok fizikai stabilitása nagymértékben függ elıállításuk

hımérsékletétıl. Jól látszik, hogy a magasabb hımérsékleten elıállított vezikulumok sokkal

stabilabbak, mint a szobahımérsékleten készített liposzómák. A stabilitásban is

megmutatkozó különbség egyik oka valószínőleg az, hogy különbözı elıállítási

hımérsékleten eltérı membránszerkezető liposzómák jönnek létre. A magasabb

hımérsékleten készített minták esetében vélhetıen nagyobb a foszfolipid-molekulák

kettısrétegbeli kooperativitása.

Page 48: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 48 -

6. 3. DPPC k6. 3. DPPC k6. 3. DPPC k6. 3. DPPC kettısrétegek szerkezetének vizsgálataettısrétegek szerkezetének vizsgálataettısrétegek szerkezetének vizsgálataettısrétegek szerkezetének vizsgálata

Liposzóma-diszperziók gyakorlati, különösen gyógyszer-technológiai alkalmazása

szempontjából alapvetı fontosságú jellemzı a vezikulumok bezárási hatékonysága. Meg kell

ismerni a bezárt anyag kiengedésének idıtartalmát is, mert ezek az adatok értékes

információt hordoznak és szolgáltatnak a liposzóma-membrán szerkezeti jellemzıirıl. Ezek a

paraméterek természetszerőleg nagymértékben függnek a liposzómákba zárt anyag

sajátságaitól (polaritás, oldékonyság, molekulaméret, stb…) is. A 36,5 °C-on készített

liposzómák bezárási hatékonyságát egy kis szénláncú, vízoldékony karbonsavval

tanulmányoztam, a membrán permeabilitását a vezikulumokba zárt kálium-jodid idıfüggı

kieresztésének vizsgálatával jellemeztem.

A 11. ábrán propánsav liposzómamentes oldatában és DPPC liposzómák diszperziójában

meghatározott titrálási görbéit tüntettem fel. A mintákban lévı 0,14 M töménységő

propánsavat 1,00 M-os NaOH-oldattal titráltam. A liposzóma-diszperzió DPPC-re nézve 0,033

tömeg%-os.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,50

2

4

6

8

10

12

14

Vekv

=1,86 cm3

deriv

ált

pH

Vadd

(cm3)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,50

2

4

6

8

10

12

14

Vekv

=1,65 cm3

deriv

ált

pH

Vadd

(cm3)

11111111. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: Propánsav titrálási görbéje (I.) foszfolipid nélkül, és (II.) DPPC liposzómák

jelenlétében (Vadd: a 1,00 M töménységő NaOH titrálóoldat térfogata)

I. II.

Page 49: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 49 -

Az ekvivalenciapontok arányából meghatározható a propánsav DPPC liposzómákba zárt

relatív mennyisége:

11,0cm86,1

cm)65,186,1(3

3

)(

)()( =−

=−

Iekv

IIekvIekv

V

VV

A propánsav bezárási hatékonysága: 11 %.

A liposzómákba zárt kálium-jodid kiengedésének idıfüggését a diszperziós közeg fajlagos

elektromos vezetésének változása alapján határoztam meg. A 0,10 tömeg% töménységő

diszperzióhoz adott KI-oldat koncentrációja 7,48 mM volt. A 12. ábra szemlélteti a DPPC

liposzómákat tartalmazó diszperziós közeg (σ) és a liposzóma nélküli elektrolitoldat (σk)

fajlagos elektromos vezetése közötti különbség idıbeli változását. A kinetikai görbe telítési

szakaszából megállapítható, hogy a liposzómákba zárt KI (közel) teljes mennyisége mintegy

4 nap alatt jutott át a DPPC-membránon. A diszperzió és az oldat vezetésében lévı

különbségbıl a liposzómák belsı vizes közegébıl kiáramló KI mennyisége számítható.

0 24 48 72 96 120 144 168

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

3,1

(σ -

σk)

/ (µ

S . c

m-1

)

Tárolási idı / óra

12121212. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: DPPC liposzómákat tartalmazó közeg fajlagos vezetésének idıbeli változása

Α ΚΙ moláris fajlagos vezetése: Λ25 °C = 144,30 m2�S�mol-1 [107]

A vezetıképesség mérések adataiból számított bezárási hatékonysága KI-ra nézve 2,7 %.

Page 50: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 50 -

Ezek az eredmények azt igazolják, hogy a bezárási hatékonyság ilyen híg diszperziókban

is jól tanulmányozható, és a liposzómák létrehozására alkalmazott módszerrel valóban zárt

struktúrájú lipid részecskék (vezikulumok) állíthatók elı.

6. 4. DPPC liposzómák elektrokinetikai jellemzıi6. 4. DPPC liposzómák elektrokinetikai jellemzıi6. 4. DPPC liposzómák elektrokinetikai jellemzıi6. 4. DPPC liposzómák elektrokinetikai jellemzıi

Vízközegő diszperz rendszerek stabilitása (egyéb adalékok nélkül) nagymértékben függ a

diszpergált részecskék felületi elektromos tulajdonságaitól. Az interpartikuláris

kölcsönhatásokat jelentısen megszabja a részecskék között fellépı taszító- és vonzópotenciál

összegzésébıl számított eredı potenciálgörbe. A zéta-potenciál kis ionerısségeknél arányos a

részecskék felületi potenciáljával és emiatt ez a kísérletileg mérhetı paraméter a felületi

elektromos sajátságok egyik fontos gyakorlati jellemzıje és hasznos információt nyújt a

diszpergált részecskék közötti elektrosztatikus stabilizálás mértékérıl.

DPPC liposzómák 0,10 % töménységő diszperzióiban elektrolitmentes közegben Zetasizer

4 készülékkel mértem a részecskék elektrokinetikai (zéta-) potenciálját. A 13. ábrán

bemutatott zéta-potenciál eloszlásgörbe jól szemlélteti, hogy semleges kémhatású közegben

a neutrális (ikerionos) foszfolipidbıl felépülı liposzómák felületi töltése igen csekély, a zéta-

potenciál a megbízhatósági intervallumon belül (± 0,5 mV) 0 mV körüli érték. Ez a tény arra

utal, hogy e liposzóma-diszperziók tárolása során tapasztalt mérsékelt kinetikai

állandóságát nem a vezikulumok közötti elektrosztatikus taszítás biztosítja.

13131313. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: 36,5 °C-on elıállított vízközegő DPPC liposzóma-diszperzió zéta-potenciál (mV)

eloszlása (cDPPC = 0,10 %, T = 25,0 °C)

Page 51: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 51 -

Jól ismert, hogy diszperziók kinetikai állandóságának növelésére és célszerő

szabályozására megfelelı polimerek felhasználásával sztérikus stabilizálás révén lehetıség

kínálkozik [69, 108, 109, 110].

6. 5. Oldott makromolekulák hatása a liposzómák stabilitására6. 5. Oldott makromolekulák hatása a liposzómák stabilitására6. 5. Oldott makromolekulák hatása a liposzómák stabilitására6. 5. Oldott makromolekulák hatása a liposzómák stabilitására

Liposzómák gyakorlati alkalmazása szempontjából a vízközegő diszperziók

stabilitásának biztosítása, illetve szabályozása igen meghatározó jelentıségő tényezı.

Korábbi vizsgálatok eredményei arra utaltak, hogy dimirisztoil-foszfatidilkolin (DMPC)

liposzóma-diszperziók kinetikai állandósága vízoldható neutrális makromolekulákkal

jelentısen növelhetı [111, 112]. A polimerek kémiai szerkezetüktıl és molekulatömegtıl

függıen eltérı mértékő sztérikus stabilizáló hatást fejtenek ki.

Megvizsgáltam, hogy az általam használt ultrahangos diszpergálási módszerrel

elıállított DPPC liposzómák stabilizálhatók-e alkalmasan választott neutrális polimerekkel.

Ezekben a vizsgálatokban a liposzómákat oldott polimer oldatában állítottam elı. A polimert

termosztált vizes oldatban oldottam fel és ezt követıen ultrahangos besugárzás mellett

adagoltam a foszfolipidet a 36,5 °C-os diszperzióközegbe.

A 4. Táblázatban polimer jelenlétében, illetve polimer nélkül elıállított DPPC

liposzómák különbözı tárolási idık után mért átlagméretét, az eloszlásfüggvény

félérékszélességét és a diszperzió polidiszperzitási indexét (PI) együtt tüntettem fel. A

polimertartalmú minták azonos tömegarányban tartalmaztak foszfolipidet és polimert, a két

komponens aránya (mDPPC / mpolimer ) = 4:1 volt.

Page 52: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 52 -

4444. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat: A DPPC liposzómák átlagméretének, a méreteloszlásfüggvény

félértékszélességének és polidiszperzitási indexének változása 25 °C-on történt tárolás során

A táblázat adataiból egyértelmően megállapítható, hogy a sztérikusan stabilizált és a

polimer nélkül elıállított DPPC-diszperziók stabilitása között számottevı különbség van. A

polimer jelenlétében és polimer nélkül (frissen) elıállított vezikulumok átlagméretében

megmutatkozó különbség arra utal, hogy a stabilizált liposzómákon viszonylag vastag

polimerréteg alakul ki. A megnövekedett kinetikai állandóság oka tehát a liposzómák

aggregációját illetve fúzióját megakadályozó védı polimerréteg jelenléte. Megjegyzendı,

hogy e sztérikus stabilizáló hatás csak egy meghatározott DPPC / polimer aránynál, illetve a

felett mutatkozik meg, amelynél a liposzómák felülete jelentıs mértékben polimerrel

borított.

Tárolási idı: 1 nap Tárolási idı: 7 nap

Liposzóma

Átlag-méret (nm)

Félérték-szélesség

(nm) PI

Átlag-méret(nm)

Félérték-szélesség

(nm) PI

DPPC 52 32 0,34 101 66 0,70

DPPC+ MC MH 50 58 40 0,32 68 30 0,47

DPPC+PVA 73 48 0,31 86 48 0,68

DPPC+PVP K 30 65 28 0,43 100 64 0,47

DPPC+PVP K 90 69 34 0,41 80 34 0,50

Page 53: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 53 -

6. 6. Ciklodextrinek hatása DPPC liposzómák fizikai stabilitására6. 6. Ciklodextrinek hatása DPPC liposzómák fizikai stabilitására6. 6. Ciklodextrinek hatása DPPC liposzómák fizikai stabilitására6. 6. Ciklodextrinek hatása DPPC liposzómák fizikai stabilitására

Kiterjedt szakirodalom [50, 61, 121] támasztja alá, hogy vízoldékony ciklodextrinek

zárványkomplex-képzéssel igen jelentısen növelhetik poláris folyadékokban nem, vagy csak

gyengén oldódó hidrofób gyógyszer hatóanyagok és egyéb vegyületek oldhatóságát.

Indokoltnak tőnt annak vizsgálata, hogy ezen elınyös sajátságuk hasznosítható-e

liposzómákat tartalmazó diszperziókban, valamint az is, hogy az oldott ciklodextrin-

molekulák kölcsönhatnak-e zárt struktúrába rendezett DPPC-molekulákkal. Ebbıl a célból

vizsgáltam ciklodextrinek DPPC liposzóma-diszperziók stabilitására gyakorolt hatását.

Olyan liposzóma-diszperziók részecskeméretének idıbeli változását követtem, amelyeket

adott mennyiségő ciklodextrint tartalmazó 36,5 °C-os diszperzióközegekben állítottam elı. A

14 a–d. ábrákon látható eloszlásfüggvények összehasonlításakor jól látható, hogy

ciklodextrin-molekulák jelenlétében jelentısen csökken a liposzóma-diszperziók stabilitása.

Page 54: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 54 -

14141414. a. ábra: . a. ábra: . a. ábra: . a. ábra: Liposzómák méreteloszlása (hozzáadott ciklodextrin nélkül)

I.) frissen elıállított minta, II.) 1 hét tárolási idı után (T = 25 °C)

14141414. b. ábra:. b. ábra:. b. ábra:. b. ábra: Liposzómák méreteloszlása α-ciklodextrin jelenlétében ( nDPPC / nCD=1:7 )

I.) frissen elıállított minta, II.) 8 óra tárolási idı után (T = 25 °C)

I. II.

I. II.

Page 55: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 55 -

14141414. c. ábra:. c. ábra:. c. ábra:. c. ábra: Liposzómák méreteloszlása β-ciklodextrin jelenlétében ( nDPPC / nCD=1:7 )

I.) frissen elıállított minta, II.) 1 nap, III.) 2 nap, IV.) 4 nap V.) 1 hét tárolási idı után

(T = 25°C)

III.

I. II.

IV.

V.

Page 56: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 56 -

14141414. d. ábra: . d. ábra: . d. ábra: . d. ábra: Liposzómák méreteloszlása γ-ciklodextrin jelenlétében ( nDPPC / nCD=1:7 )

I.) frissen elıállított minta, II.) 1 nap, III.) 2 nap, IV.) 4 nap V.) 1 hét tárolási idı után

(T = 25 °C)

I. II.

III.

IV.

V.

Page 57: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 57 -

Az eredményekbıl megállapítható, hogy a 36,5 °C-on ciklodextrin nélkül elıállított DPPC

liposzómák viszonylag stabilak, a 7 nap után meghatározott méreteloszlás-függvény

monomodális marad. Ciklodextrinek jelenlétében azonban néhány óra (α-CD), illetve néhány

nap (β-, γ-CD) tárolási idı után polidiszperzzé válnak a minták, ami a vezikulumok fizikai

stabilitásának jelentıs csökkenésére utal. Az α-CD membránkárosító hatása a leginkább

szembetőnı, de egy hét után a β- és kisebb mértékben a γ-CD is destabilizálja a

liposzómákat.

A különbözı ciklodextrinek membránkárosító hatásának egyszerőbb összevethetısége

végett a ciklodextrint tartalmazó (D) és a ciklodextrin nélkül elıállított (D0) liposzómák

térfogat szerinti átlagméretének hányadosát (illetve annak idıbeli változását) tüntettem fel

a 15. ábrán.

0 24 48 72 96 120 144 1680

5

10

15

20

25 α-CD

β-CD

γ-CD

D /

D0

Tárolási idı / óra

15151515. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: 36,5 °C-on elıállított DPPC liposzómák relatív méretnövekedésének idıbeli változása

ciklodextrinek jelenlétében (Tárolási hımérséklet: 25 °C, nDPPC / nCD=1:7)

Ezek az eredmények világosan mutatják, hogy DPPC kettısrétegekre az α-CD igen

jelentıs, a γ-CD csekélyebb destabilizáló hatást fejt ki. A ciklodextrinek membránkárosító

hatása függ a foszfolipid és a ciklodextrin arányától is. A 16. és 17. ábrákon a liposzómák

változó nDPPC / nCD mólarányoknál meghatározott relatív méretnövekedése hasonlítható

össze.

Az ábrákon jól látszik, hogy nDPPC / nCD= 1:5,5 mólarány felett még a csekély

membránkárosító hatást okozó γ-CD molekulák is egyértelmően csökkentik a liposzómák

Page 58: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 58 -

fizikai stabilitását. α-ciklodextrin jelenlétében a liposzóma-diszperziók igen gyorsan (a

koncentrációtól függıen néhány óra alatt) oly mértékben polidiszperzzé váltak, hogy pontos

méreteloszlás meghatározása nem is volt lehetséges.

0 24 48 72 96 120 144 168

2

4

6

8

10 nDPPC/nCD

1:10 1:7 1:5,5 1:4 1:2

D / D

0

Tárolási idı / óra

16161616. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: DPPC liposzómák relatív méretnövekedése β-CD jelenlétében

(elıállítási hımérséklet: 36,5 °C, tárolási hımérséklet: 25 °C)

0 24 48 72 96 120 144 168

2

4

6

8

10 nDPPC / nCD

1:10 1:7 1:5,5 1:4 1:2

D /

D0

Tárolási idı / óra

17171717. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: DPPC liposzómák relatív méretnövekedése γ-CD jelenlétében

(elıállítási hımérséklet: 36,5 °C, tárolási hımérséklet: 25 °C)

Page 59: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 59 -

Figyelmet érdemel az a tapasztalat is, hogy a ciklodextrin-molekulák mesterséges

foszfolipid-membránra kifejtett károsító hatása a liposzómák elıállítási hımérsékletétıl is

függ. Ez a tény megerısíti azt a korábbi vélekedést, hogy a vizsgált elıállítási

hımérsékleteken különbözı szerkezeti rendezettségő foszfolipid-kettısrétegek alakulnak ki.

A 18. ábrán látható méreteloszlás-függvények azt szemléltetik, hogy 24 óra tárolás után a

25,0 °C-on elıállított DPPC-membránok a három természetes eredető ciklodextrin hatására

már nDPPC / nCD = 1:1 aránynál jelentısen károsodnak, a 36,5 °C-on készült (azonos

összetételő) liposzóma-diszperziók azonban stabilak maradnak. A membránkárosító hatás

mértékének sorrendje megegyezik a 36,5 °C-on (nagyobb ciklodextrin-koncentrációknál)

elıállított liposzómák vizsgálata során megállapított sorrenddel.

Page 60: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 60 -

Elıállítási hımérséklet: 25,0 °C Elıállítási hımérséklet: 36,5 °C

ciklodextrin nélkül

nα-CD : n

DPPC = 1:1

nβ-CD : nDPPC = 1:1

nγ-CD : nDPPC = 1:1

18181818. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: Ciklodextrinek membránkárosító hatása 25,0 °C, illetve 36,5 °C hımérséken

elıállított DPPC liposzómák diszperzióiban (tárolási idı: 24 óra, tárolási hımérséklet: 25 °C)

Page 61: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 61 -

6. 7. Ciklodextrin és DPPC molekulák közötti kölcsönhatás jellemzése6. 7. Ciklodextrin és DPPC molekulák közötti kölcsönhatás jellemzése6. 7. Ciklodextrin és DPPC molekulák közötti kölcsönhatás jellemzése6. 7. Ciklodextrin és DPPC molekulák közötti kölcsönhatás jellemzése

Számos példa igazolja, hogy a ciklodextrinek az alifás szénláncú amfipatikus

molekuláknak is jó komplexképzı partnerei lehetnek [71-75]. A komplexképzıdés vizsgálati

módszerei elvi lehetıséget kínálnak a ciklodextrinek és a tenzidekhez hasonlóan amfifil

molekulaszerkezető foszfolipid- molekulák közötti kölcsönhatás tanulmányozására. A

stabilitásvizsgálatok során (elsısorban a ciklodextrint nagyobb koncentrációban tartalmazó

minták esetén) fehér színő, vízben és szerves folyadékokban (etanol, dietiléter, diklórmetán,

hexán) gyakorlatilag oldhatatlan csapadék kiválását észleltem, ami molekuláris komplex

képzıdésére utal. A ciklodextrinek és a liposzomális DPPC közötti komplexképzıdést a

ciklodextrin-molekulák mesterséges lipid-membránba történı beépülésének vizsgálatával,

illetve spektroszkópiai módszerekkel tanulmányoztam.

6. 7. 1. Oldott ciklodextrinek k6. 7. 1. Oldott ciklodextrinek k6. 7. 1. Oldott ciklodextrinek k6. 7. 1. Oldott ciklodextrinek kötıdése liposzómaötıdése liposzómaötıdése liposzómaötıdése liposzóma----membránmembránmembránmembránokonokonokonokon

Vízoldékony ciklodextrinek és DPPC-molekulák kölcsönhatása – eltérı közegbeli

oldékonyságukból adódóan – többfázisú rendszerben tanulmányozható. A ciklodextrint

tartalmazó liposzóma-diszperziókban az oldott CD-molekulák komplexképzés során a

foszfolipid-molekulák apoláris láncrészeihez kötıdhetnek. A lipid-membránon megkötıdött

CD-molekulák mennyisége ún. „kötési izotermákkal” jellemezhetı [113], amelyek

tájékoztatást nyújtanak a két komponens kölcsönhatásának erısségérıl is.

A 19. ábrán különbözı ciklodextrinek DPPC liposzómákon meghatározott kötési

izotermái láthatók, ahol a liposzómába beépült/liposzómához kötött ciklodextrinek relatív

mennyiségét az egyensúlyi ciklodextrin-koncentráció függvényében ábrázoltam. A kötıdési

izotermákon egy DPPC molekulára jutó kötött ciklodextrin-molekulák számát (Q) tüntettem

fel, ami az alábbi egyenlet alapján számítható:

[ ]

DPPC

CD

DPPC

CD CD

n

n

c

cQ =−= . (13)

Az egyenletben cCD a diszperzióhoz adott ciklodextrin (kiindulási) koncentrációja, [CD] a

mért közegbeli egyensúlyi ciklodextrin-koncentráció, cDPPC a DPPC koncentrációja, míg nCD

és nDPPC a komplexbeli ciklodextrin illetve DPPC anyagmennyisége.

Page 62: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 62 -

19191919. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: Ciklodextrinek kötési izotermái DPPC liposzómákon (T=25 °C)

A természetes eredető ciklodextrinek molekulái jelentısen különbözı mennyiségben

kötıdnek a liposzómákhoz. A kötıdés mértéke α-CD > DIMEB > β-CD > γ-CD sorrendben

csökken. Ez a sorrend teljes korrelációt mutat a ciklodextrin-molekulák DPPC-diszperziókra

kifejtett stabilitáscsökkentı hatásának sorrendjével.

Ezek az eredmények azt jelzik, hogy egy foszfolipid molekulához átlagosan 7-8 α-CD, 2-3

DIMEB és β-CD, illetve kevesebb, mint 1 γ-CD molekula kötıdhet.

A kötıdési sorrendben valószínőleg a ciklodextrinek üregmérete játszik meghatározó

szerepet. Az azonos üregmérető ciklodextrin-molekulák felszínén található funkciós

csoportok hozzájárulása viszonylag csekély, bár a DIMEB O-metil csoportjainak

tulajdoníthatóan valamelyest nagyobb affinitással kötıdik a lipid-membránhoz, mint

alapvegyülete a β-ciklodextrin.

6. 7. 2. CD6. 7. 2. CD6. 7. 2. CD6. 7. 2. CD----DPPC komplexek stabilitási állandóiDPPC komplexek stabilitási állandóiDPPC komplexek stabilitási állandóiDPPC komplexek stabilitási állandói

Ciklodextrinek és DPPC vízközegő diszperzióiban meghatározott kötıdési izotermák

magasabb tagszámú komplexek kialakulásának lehetıségét sugallják. A feltételezett

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

α-CD

DIMEB

β-CD

γ-CD

Q

Egyensúlyi ciklodextrin koncentráció

([CD] / mM)

Page 63: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 63 -

komplexek stabilitását asszociációs állandókkal jellemeztem. A kötıdési vizsgálatok

adatainak figyelembevételével a stabilitási állandók kiszámításához feltételeztem, hogy a

lipid-membránban megkötıdött ciklodextrinek molekuláris komplex formában vannak jelen.

Mindezek magukban foglalják azt a lehetıséget, hogy ciklodextrinekbıl és DPPC-bıl

különbözı sztöchiometriájú asszociátumok képzıdnek. Így a kiindulási ciklodextrin-

koncentráció (cCD) értékére az alábbi összefüggés érvényes:

[ ] [ ]qpqc )CD()DPPC(CDCD ∑+= , ahol (14)

[(DPPC)p(CD)q] azon molekula asszociátumok egyensúlyi koncentrációja, amelyek az alábbi

folyamatban képzıdnek:

p DPPC + q CD ↔ (DPPC)p(CD)q (15)

Hasonlóképpen, a DPPC-koncentrációra (cDPPC) az alábbi összefüggés érvényes:

]+= ∑ qppc )CD()DPPC[( [DPPC] DPPC (16)

A különbözı összetételő asszociátumok (15. egyenlet) képzıdési állandója (K) az alábbi

összefüggéssel adható meg:

Kpq = [ ][ ] [ ]qp

qp

CDDPPC

)CD()DPPC(, (17)

A ciklodextrin és DPPC (össz-)koncentrációjára az alábbi összefüggések érvényesek:

∑+= qppqqKc ]CD[]DPPC[]CD[CD (18)

∑+= qppqpKc ]CD[]DPPC[]DPPC[DPPC (19)

A stabilitási állandók számításánál az alábbi feltételezéseket és közelítéseket alkalmaztam:

- a.) A két fázisban (oldatban, illetve a diszpergált részecskékben) két egyensúlyi

állapotot kell feltételezni ugyanazon asszociátumok között {(17)-(19) egyenletek}.

- b.) az oldatbeli és a kolloid diszperz fázis egyensúlyi koncentrációi nem függetlenek

egymástól, mivel a két fázis komponensei között folytonos kicserélıdés zajlik.

Page 64: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 64 -

- c.) az ultracentrifugával elkülönített „felülúszó” folyadék gyakorlatilag nem tartalmaz

kolloid állapotú DPPC-t (tehát a felülúszóban mért ciklodextrin-tartalom valóban

megegyezik [CD] mennyiséggel).

- d.) számos ciklodextrin-zárványkomplexszel analóg módon [6], p értéke 1 (ami az egyes

molekuláris asszociátumokon belüli DPPC-molekulák száma).

- e.) q értéke (az egyes molekuláris asszociátumokban a ciklodextrin-molekulák száma)

1-nél nagyobb [78], aminek egy lehetséges magyarázata, hogy nyaklánc-szerő (ún.

rotaxán) szerkezetekkel [114] analóg felépítéső komplexek alakulnak ki.

- f.) mivel egy DPPC molekulában két apoláris palmitoil lánc található, így jogosan

feltételezhetı, hogy q mennyiség értéke páros szám.

A ciklodextrin és a DPPC össz-koncentrációjának (cCD, ill. cDPPC kiindulási adatok), és a

ciklodextrin mért egyensúlyi mennyiségének ismeretében a stabilitási állandó értékeit az

(13) és (18)-(19) egyenletek alapján, iteratív algoritmus alapján számítottam ki [115].

5555. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat: A ciklodextrinek és a DPPC kezdeti koncentrációja, illetve a megfelelı kötött

ciklodextrin (relatív) mennyisége (Q)

CD cDPPC / (mol�dm-3) cCD / (mol�dm-3) Q

γ-CD 1,40·10–3 2,02·10–3 – 1,02·10–2 0,06 – 0,38

DIMEB 1,40·10–3 2,17·10–3 – 1,11·10–2 0,41 – 2,77

β-CD 1,40·10–3 2,17·10–3 – 1,08·10–2 0,46 – 2,08

α-CD 7,00·10–4

1,05·10–3

1,40·10–3

1,75·10–3

1,57·10–2

1,24·10–2 – 2,71·10–2

1,66·10–3 – 3,33·10–2

2,11·10–2 – 2,18·10–2

7,30

6,10 – 8,16

0,47 – 8,25

6,87 – 7,09

A számítás elsı lépéseként meghatároztam Q értékeit különbözı kezdeti paraméterek

(cDPPC és cCD) mellett kapott kísérleti adatokból. A számított értékeket a 5. Táblázatban

tüntettem fel. A d-e-f.) feltételezések helyessége több, különbözı sztöchiometriájú

Page 65: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 65 -

asszociátumokat figyelembe vevı számítással, illetve az így kapott eredményeknek a

kísérleti adatokkal való összevetésével igazolhatók. A d.), illetve e.) feltételezés a 5. Táblázat

alapján szintén megalapozott.

A b.) és c.) feltételezés igazolását kísérleti úton végeztem. Különbözı DPPC-

koncentrációk mellett (ld. 5. Táblázat), illetve hosszabb tárolási idık után is meghatároztam

a kötött ciklodextrinek mennyiségét. Az ily módon kísérletileg meghatározott Q értékek

kísérleti hibán belül megegyeztek a megfelelı izotermák adataival. Az ultracentrifugával

ülepített diszperzió felülúszójának foszfortartalmát ICP-AES (LABTAM 8440 – Melbourne,

Ausztrália) készülékkel határoztam meg 213,618 nm hullámhosszon. Az oldatbeli foszfor

koncentrációja 0,60 mg/dm3 alatt volt, ami azt jelzi, hogy centrifugálással a DPPC-tartalmú

komponensek legalább 99 %-át eltávolítottam.

Ezekbıl az eredményekbıl megállapítható, hogy a ciklodextrinek DPPC-membránokon

kötött relatív mennyisége 7,00·10-4 - 1,75·10-3 M tartományban független a diszperziók

foszfolipid mennyiségétıl.

Mivel a γ-ciklodextrinnel meghatározott kötıdési izotermán Q értéke minden vizsgált

ciklodextrin-koncentrációnál kisebb, mint 1, csupán 1:1 komplex képzıdésével (p=q=1)

számolhatunk. A számítások azonban jobb egyezést mutattak a kísérleti eredményekkel, ha

1:1 és 1:2 arányú asszociátumok jelenlétét is feltételeztem. Az illesztés kevésbé volt

megbízható, ha csak 1:2 komplexek képzıdését vettem figyelembe.

Q értéke mind β-CD-, mind DIMEB-tartalmú mintákban kisebb, mint 3. A legjobb

egyezést a mért és számított eredmények között a q = 1 - 4 minden értékének

figyelembevételével kaptam (q = 4 elhagyásával nagyobb volt az illesztés hibája). A

magasabb koncentráció-tartományban való vizsgálatot a β-CD csekély oldhatósága nem tette

lehetıvé. A csak 1:2 és 1:4 arányú komplexek létezését feltételezı számításokkal hasonlóan

megbízható eredményt kaptam.

A különbözı mólarányú komplexekre kapott stabilitási állandók azt jelzik, hogy a DPPC

a legerısebb, és a legbonyolultabb sztöchiometriájú komplexeket α-ciklodextrinnel képezi. A

kísérleti adatokkal legjobban egyezı számított értékeket abból a modellszámításból kaptam,

amely 1:10 arányú komplexek keletkezésének lehetıségével is számolt. Ez az érték azonban

túl magas ahhoz, hogy a komplexképzés egyetlen palmitoil (azaz hexadekanoil) láncon

történjen [78]. Az α-CD-DPPC asszociátumok sztöchiometriai arányából ezért jogosan lehet

arra következtetni, hogy mindkét oldallánc részt vesz a komplexképzésben. Ezt a

feltételezést erısíti, hogy a számított értékek abban az esetben egyeztek legjobban a

Page 66: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 66 -

kísérleti adatokkal, ha a ciklodextrinek párosával (1:2 – 1:4 – 1:6 – 1:8 – 1:10 arányban)

történı asszociátumképzését valószínősítı modell alapján végeztem a számítást.

Az iterációs módszerrel számított stabilitási állandókat az 6. Táblázatban foglaltam

össze. A számolt értékek (becsült) megbízhatósági intervalluma ± 10 %.

6666. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat: Különbözı mólarányú DPPC-ciklodextrin komplexek stabilitási állandói

(T = 25 °C)

Arány CD

1:1 1:2 1:3 1:4 1:6 1:8 1:10

γ-CD 3,6·101 1,2·103

DIMEB

(a) 1,7·102 3,6·104 7,6·106 1,2·109

(b) 7,8·104 1,3·109

β-CD

(a) 2,9·102 4,6·104 4,3·106 3,8·108

(b) 7,9·104 3,3·108

α-CD 1,5·105 3,0·1010 2,0·1015 3,0·1019 3,0·1022

6. 7. 3. A DPPC6. 7. 3. A DPPC6. 7. 3. A DPPC6. 7. 3. A DPPC----CD kölcsönhatás CD kölcsönhatás CD kölcsönhatás CD kölcsönhatás értelmezése értelmezése értelmezése értelmezése

Cai és munkatársai számítógépes molekulamodellezési számításokkal valószínősítették

[116], illetve Debouzy és munkatársai mágneses magrezonancia vizsgálatokkal [117]

igazolták, hogy ciklodextrinekbıl és foszfolipidekbıl „vendég-gazda” típusú komplex képzıdik.

E vizsgálatok azonban 1:1 mólarányú ciklodextrin-foszfolipid komplexek vizsgálatára

Page 67: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 67 -

korlátozódtak. Bonyolultabb sztöchiometriájú ciklodextrin-foszfolipid komplexek létezésérıl

ezidáig csupán Miyajima és munkatársai számoltak be. Eredményeik szerint különbözı

lánchosszúságú zsírsavakból felépülı foszfolipidek ciklodextrinekkel változatos

sztöchiometriai összetételő komplexeket képeznek, de a szerzık a kölcsönhatás

mechanizmusának értelmezésére nem tértek ki [79].

A ciklodextrin komplexek képzıdésének igazolására – elvileg – többféle spektroszkópiai

módszer áll rendelkezésre: ultraibolya/látható, infravörös, Raman, NMR spektroszkópia és

(indukált) cirkuláris dikroizmus.

Elızetes vizsgálatokat végeztem UV-spektrofotometriás és UV-cirkuláris dikroizmus

módszerekkel annak felderítésére, hogy e két elektronspektroszkópiai módszer alkalmas-e a

komplexképzıdés mechanizmusának feltárására. Nem találtam azonban olyan oldószert,

amelyben a ciklodextrin, a foszfolipid és a képzıdı asszociátumok is kellı mértékben

oldódnak.

Emiatt kézenfekvı volt olyan vizsgálati módszer választása, amely a szerves vegyületek

széles körében ad információt a molekulák szerkezetérıl és a molekulák közötti

kölcsönhatásokról. A DPPC és ciklodextrin közötti molekuláris kölcsönhatás vizsgálatára

infravörös spektroszkópiai méréseket is végeztem, tekintettel arra, hogy a vizsgálat

egyszerően kivitelezhetı, és nem található szakirodalmi elızménye a ciklodextrin-DPPC

komplexek IR spektroszkópiai elemzésének.

A vizsgált CD-DPPC asszociátumok közül a legbonyolultabb sztöchiometriai összetételő és

legstabilabb α-CD-DPPC komplex szerkezetének részletesebb megismerését tőztem ki célul.

Az 20. a, b, c ábrákon α-CD, DPPC és az α-CD-DPPC komplex infravörös spektrumai láthatók.

A komplex spektrumát az α-CD jellegzetes, 1028 cm-1 hullámszámnál jelentkezı elnyelési

sávjának intenzitásához normálva ábrázoltam. A spektrum sávjaihoz irodalmi adatok alapján

rendeltem a vegyérték (ν)- illetve deformációs (δ) rezgéseket (ld. 7. Táblázat) [118, 119]

Page 68: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 68 -

3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800

-0,20

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35 α-CD DPPC α-CD-DPPC komplex

1244 cm-1

Abs

zorb

anc

ia

(vá

lasz

tott

egy

ség

ekbe

n)

hullámszám (cm-1)

1467 cm-1

20202020. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: α-CD, DPPC, és α-CD-DPPC komplex infravörös spektrumai 7777. Táblázat. Táblázat. Táblázat. Táblázat: α-CD, DPPC és α-CD-DPPC komplex infravörös spektrumain levı abszorpciós sávok helye és a sávokhoz rendelt rezgéstípusok

α-CD DPPC α-CD-DPPC komplex Rezgéstípus

721 δkaszáló (CH2) 819 νas(P-(OC)2)

970 972 νas N(CH3)3 1006 1006 (váll) 1032 1030 ν (C-O) (primer OH-nál) 1057 1057 (váll) 1059 ν (C-O-C) 1081 1080 ν (C-O) (szekunder

OH-nál) 1090 νs (PO2) 1154 1153 νC-O (glikozidos)

1200-1500 1200-1500 C-H; CH2; OH hajlító- rezgések

1199, 1244 1244 1244 1244 δbólogató (CH2) 1378 δs (CH3) 1467146714671467 δollózó (CH2) 1738 1737 ν (C=O) 2849 2850 2850 νs (CH2) 2874 2871 νs (CH3) 2922 2916 2919 νas (CH2) 2956 2957 νas (CH3)

Page 69: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 69 -

1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

δsCH3,

1378

CH2 ollózó,

1467

C=O1737

C=O1738

α-CD DPPC α-CD-DPPC komplex

Abs

zorb

anc

ia(v

ála

szto

tt e

gysé

gekb

en)

hullámszám (cm-1)

1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

α-CD DPPC α-CD-DPPC komplex

νsPO

2

-,

1091

νsC-C, C-O,

1080

νsC-C, C-O,

1028

νasC-O-C,

1156ν

asC-O-C,

1152

CH2 bólogató,

1199

CH2 bólogató,

1244

Abs

zorb

anc

ia

(vál

asz

tott

egy

sége

kbe

n)

hullámszám (cm-1)

20202020. b., c.. b., c.. b., c.. b., c. ábra:ábra:ábra:ábra: α-CD, DPPC, α-CD-DPPC komplex infravörös spektrumai a fıbb sávok megjelölésével

Page 70: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 70 -

A DPPC molekulában található jellegzetes csoportok vegyértékrezgései fellelhetık a

komplexben is (kisebb intenzitással, mivel a komplexben túlsúlyban van a ciklodextrin

komponens). A DPPC 1244 és 1467 cm-1 hullámszámnál található intenzív sávjai, melyek a

molekulában található metiléncsoportok deformációs rezgéseihez rendelhetık, a komplexben

azonban nem detektálhatók (a 20. b. és c ábrán e két sáv részletesebben megfigyelhetı). Ez a

jelenség arra utal, hogy a DPPC metiléncsoportjainak szabad rotációja a komplexben gátolt.

Ennek alapján is valószínősíthetı, hogy a ciklodextrinek a DPPC lipid oldalláncaihoz

kötıdnek, és az ún. rotaxánokkal (ld. 21. ábra) analóg szerkezető komplex képzıdik.

21212121. ábra: . ábra: . ábra: . ábra: Egy rotaxán szerkezető α-CD komplex [120]

Page 71: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 71 -

6. 8. Liposzómák stabilizálása a ciklodextrinek membránkárosító hatása ellen6. 8. Liposzómák stabilizálása a ciklodextrinek membránkárosító hatása ellen6. 8. Liposzómák stabilizálása a ciklodextrinek membránkárosító hatása ellen6. 8. Liposzómák stabilizálása a ciklodextrinek membránkárosító hatása ellen

Elızıekben hivatkozott eredmények [32, 31, 34, 35] igazolták, hogy ciklodextrint nem

tartalmazó DPPC-diszperziók homo- és kopolimerekkel hatékonyan stabilizálhatók.

Kézenfekvı azt feltételezni, hogy ciklodextrinek jelenlétében is érvényesülhet a neutrális

makromolekulák stabilizáló hatása, azaz a ciklodextrinek nemkívánatos membránkárosító

hatása gátolható, vagy kellıen szabályozható polimerekkel. Ennek igazolására 0,10 tömeg%-

os liposzóma-diszperziókat állítottam elı α-ciklodextrint és polimert tartalmazó vizes

oldatokban. A foszfolipid és a ciklodextrinek moláris aránya 1:7, míg a DPPC és a polimer

tömegének aránya (mDPPC / mpolimer) 4:1 volt. Ezeket az arányokat elızetes stabilitási

vizsgálatok alapján választottam ki. A minták egyes összetevıit öt különbözı sorrendben,

illetve módon elegyítettem, az elkészült diszperziókban azonban az egyes összetevık

koncentrációja minden esetben megegyezett.

a.) Számított mennyiségő α-ciklodextrint és polimert együtt oldottam fel desztillált vízben.

Az elegyet 24 óráig tároltam 25 °C-os termosztátban. Ultrahangos besugárzás mellett

(36,5 °C-on) a ciklodextrint és polimert tartalmazó oldathoz adtam a DPPC absz.

etanolos oldatát.

b.) Megfelelı mennyiségő α-ciklodextrint és polimert tartalmazó oldatot állítottam elı a

fentiek („a módszer”)szerint. A frissen készült oldathoz adtam a DPPC absz. etanolos

oldatát ultrahangos besugárzás mellett (36,5 °C-on).

c.) 36,5 °C-on elıállított adalékanyag-mentes DPPC liposzóma-diszperzióhoz polimer

oldatot adtam. Az elegyhez 1 óra idıtartamú 25 °C-on történı termosztálást követıen

keverés mellett adtam az α-CD oldatot.

d.) Polimeroldathoz ultrahangos besugárzás mellett adtam a DPPC absz. etanolos oldatát

36,5 °C-on. Az elegyhez 1 óra idıtartamú 25 °C-on történı termosztálást követıen

keverés mellett adtam az α-CD oldatot.

e.) DPPC és polimer absz. etanolos oldatát adtam ultrahangos besugárzás mellett 36,5 °C-

on termosztált ciklodextrin-oldathoz.

Az a.) módszerrel nagy mérető részecskéket tartalmazó, durva diszperzió keletkezett. A c.)

módszer esetében nem tapasztaltam a polimerek stabilizáló hatását. A b.), d.) és e.) jelzéső

eljárások során, amikor a DPPC kondenzációja polimer-tartalmú közegben ment végbe,

egyértelmően tapasztalható volt a polimerek stabilizáló hatása. Az e.) módszer csak olyan

polimerek esetében alkalmazható, melyeknek az etanol és víz is jó oldószere, mint például a

Page 72: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 72 -

PVP. Természetesen figyelmet érdemel, hogy az a.) módszer alkalmazásával is polimer-

tartalmú közegben történt a foszfolipid kondenzálása, mégsem észleltem stabilizáló hatást.

Ennek okát még nem ismerjük, a ciklodextrin és polimer-molekulák specifikus kölcsönhatása

játszhat ebben szerepet [121].

A fentiek figyelembevételével kísérleteim döntı többségét a b.) módszerrel elıállított

diszperziókkal végeztem.

A 22. a. ábrán látható kinetikai görbék különbözı molekulatömegő PVP-minták α-CD

jelenlétében kifejtett stabilizáló hatását mutatják. A foszfolipid kettısrétegekbe vélhetıen

beépülı polimer-molekulák hosszabb tárolási idı után is növelik a vezikulumok stabilitását.

A stabilizáló hatás mértéke arányos az egyes PVP minták molekulatömegével (K 25 < K 30 <

K 60 < K 90), azaz a nagyobb lánchosszúságú polimer a liposzómák hatékonyabb

stabilizátora.

Különbözı molekulatömegő metilcellulóz minták stabilitást növelı hatása hasonló

tendenciát mutatott (22. b. ábra). A vizsgált legnagyobb molekulatömegő MC jelenlétében öt

nap után is csak csekély növekedés volt tapasztalható a vezikulumok átlagméretében.

Azonos polimerizációfokú hidrolizált PVA, és PVA-alapú acetál kopolimerek stabilizáló

hatását a 22. c. ábra szemlélteti. Látható, hogy mindkét kopolimer hatékonyabb stabilizáló

hatást mutat, mint a PVA homopolimer. Különösen a PVA propanalszármazéka

csökkentette jelentıs mértékben a lipid-membránok aggregációjának sebességét.

Ezek az eredmények egyértelmően bizonyítják, hogy a polimer jelenlétében, illetve polimer

nélkül elıállított liposzómák fizikai stabilitása között jelentıs eltérés van. Alkalmasan

választott makromolekulákkal hatékonyan gátolható a ciklodextrinek által okozott

membránkárosító hatás, így ezáltal lehetıség kínálkozik a liposzóma-diszperziók kinetikai

állandóságának szabályozására [122].

Page 73: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 73 -

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

25

D /

D0

Tárolási idı / nap

α-CD α-CD + PVP K-25 α-CD + PVP K-30 α-CD + PVP K-60 α-CD + PVP K-90

a

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

25

D / D

0

Tárolási idı / nap

α-CD α-CD + MH 50 α-CD + MH 300 α-CD + MH 1000

b

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

25

D /

D0

Tárolási idı / nap

α-CD α-CD + PVA α-CD + PVA-Bul α-CD + PVA-Prol

c

22222222. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: DPPC-liposzómák relatív méretnövekedése α-CD és különbözı kémiai szerkezető

polimerek jelenlétében (tárolási hımérséklet: 25 °C, nDPPC/nCD = 1:7, mDPPC/mpolimer = 4:1)

a.a.a.a.) PVP ; b.b.b.b.) MC; c.c.c.c.) PVA , Poli(vinilalkohol-vinilpropanal) kopolimer (PVA-Prol),

Poli(vinilalkohol-vinilbutanal) kopolimer (PVA-Bul)

Page 74: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 74 -

A sztérikus stabilizáló hatás mechanizmusának felderítésére további szorpciós és termikus

vizsgálatokat végeztem.

6. 9. Ciklodextrinek kötött mennyisége DPPC liposzómákon polimerek jelenlétében6. 9. Ciklodextrinek kötött mennyisége DPPC liposzómákon polimerek jelenlétében6. 9. Ciklodextrinek kötött mennyisége DPPC liposzómákon polimerek jelenlétében6. 9. Ciklodextrinek kötött mennyisége DPPC liposzómákon polimerek jelenlétében

Megvizsgáltam, hogy a lipid-membránokon kötött ciklodextrin mennyisége változik-e

azon polimerek jelenlétében, amelyek hatékony stabilizáló hatást fejtenek ki a DPPC

liposzóma-diszperziókra. A 8. Táblázatban tüntettem fel a három természetes eredető

ciklodextrin relatív kötött mennyiségét (Q) különbözı egyensúlyi ciklodextrin-

koncentrációknál.

8888. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat: Ciklodextrin-molekulák kötött mennyisége polimer nélkül elıállított és polimer-

tartalmú DPPC liposzómákon

Ciklodextrin [CD] DPPC DPPC+ PVP K 90 DPPC+ MC MH 50

(mmol � dm-3) Q (mol/mol)

3,9 4,8 ± 0,2 4,7 ± 0,2 4,8 ± 0,2 α-CD

8,0 7,1 ± 0,3 7,2 ± 0,3 6,8 ± 0,3

3,9 1,0 ± 0,1 0,9 ± 0,1 0,9 ± 0,1 β-CD

8,1 2,1 ± 0,2 2,0 ± 0,2 2,0 ± 0,2

4,0 0,18 ± 0,02 0,19 ± 0,02 0,20 ± 0,02 γ-CD

8,2 0,39 ± 0,03 0,41 ± 0,03 0,41 ± 0,03

A táblázat adataiból kitőnik, hogy a jelenlévı makromolekulák a mérési hibahatáron belül

nem befolyásolják a ciklodextrinek kötött mennyiségét. Ebbıl arra lehet következtetni, hogy a

DPPC kettısrétegekbe beépült polimer-molekulák nem gátolják a kismérető CD-molekulák

kötıdését a foszfolipid láncokhoz. Más megfogalmazásban a vizsgált polimer- illetve

foszfolipid-molekulák között nincs számottevı kompetíció a komplexképzı ciklodextrin-

molekulákért.

Page 75: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 75 -

6. 10. Differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) vizsgálatok 6. 10. Differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) vizsgálatok 6. 10. Differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) vizsgálatok 6. 10. Differenciális pásztázó kalorimetriás (DSC) vizsgálatok

6.10.1. Elıkísérletek6.10.1. Elıkísérletek6.10.1. Elıkísérletek6.10.1. Elıkísérletek

Kiterjedt szakirodalom áll rendelkezésre sejtmembránok, illetve azokhoz hasonló

szerkezető liposzómák szerkezetében beálló változások DSC módszerrel történı

vizsgálatáról [123, 124]. Kísérleti munkámban is célszerőnek mutatkozott kalorimetriás

módszer alkalmazása ciklodextrinek és DPPC liposzómák közötti kölcsönhatás

tanulmányozására. Elıkísérleteket végeztem DPPC-bıl készített nagymérető liposzómákat

(MLV) tartalmazó tömény diszperziókkal, amelyeket az 5. 3. 3.5. 3. 3.5. 3. 3.5. 3. 3. „Mintaelıkészítés I.” pontban

leírt módon állítottam elı. (Az elıkísérletekhez használt NETZSCH DSC 200-készülék

érzékenysége nem tette lehetıvé a fotonkorrelációs vizsgálatokhoz használt 0,10 tömeg% -os

SUV-liposzómák diszperzióinak közvetlen vizsgálatát.)

A 23. ábrán víz közegő 15 tömeg%-os DPPC liposzóma-diszperzió fázisátalakulási görbéje

látható. A minta Tp (elı-fázisátalakulási) hımérséklete 37,7 °C, a Tm (fı-fázisátalakulási)

hımérséklete pedig 42,4 °C. Ezek a mérési adatok jól egyeznek a DPPC-kettısrétegekre

vonatkozó irodalmi értékekkel [125].

23232323. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: 15 tömeg%-os DPPC-diszperzió DSC-görbéje

Page 76: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 76 -

Az ábra adataiból megállapítható az elı- (∆Hp) és fı-fázisátalakulást (∆Hm) kísérı

entalpiaváltozás értéke is (∆Hp=2,9 J/g, ∆Hm=15,9 J/g), amelyek a lipidmolekulák

rendezettségérıl és a szénhidrogénláncok közötti intermolekuláris kölcsönhatásokról adnak

hasznos információt.

A 24. ábrán a 15 tömeg%-os adalékanyag-mentes, valamint α, β, illetve γ-ciklodextrint

tartalmazó liposzóma-diszperziók DSC-görbéi láthatók. Ez utóbbi mintákban a DPPC és a

CD mólaránya 1:7.

24242424. ábra:. ábra:. ábra:. ábra: α, β és γ-CD hatása a DPPC-diszperzió fázisátalakulási görbéjére

Nagyon feltőnı, hogy a DPPC-diszperzió ciklodextrinek jelenlétében, 30-55 °C

hımérséklettartományban nem mutat fázisátalakulást, illetve nem mérhetı szerkezeti

változásra utaló hıeffektus. Ebbıl arra lehet következtetni, hogy a ciklodextrinek a lipid-

membránba történı beépüléskor (vélhetıen a komplexképzés miatt) megszüntetik a

membránba rendezıdött foszfolipid-molekulák kooperativitását, megbontják a rendezett

struktúrát. A különbözı ciklodextrinek eltérı mértékő membránkárosító hatása ezzel a

módszerrel nem mutatható ki, azonban a DSC-vizsgálatok megerısítik az elızıekben

ismertetett stabilitásvizsgálatok eredményeit, azaz a ciklodextrin-molekulák a DPPC

membránszerkezetének nagymértékő destabilizációját, károsodását okozzák, ami az egyedi

liposzómák aggregációjához, a lipidrétegek fúziójához vezethet. Ezek a változások

mutatkoznak meg a diszperziókban tárolás során az átlagos részecskeméret és a

polidiszperzitás számottevı növekedésében.

α-CD

β-CD γ-CD

DPPC-kontroll

Page 77: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 77 -

6.10.2. Ciklodextrinek és makromolekulák hatása DPPC liposzóma6.10.2. Ciklodextrinek és makromolekulák hatása DPPC liposzóma6.10.2. Ciklodextrinek és makromolekulák hatása DPPC liposzóma6.10.2. Ciklodextrinek és makromolekulák hatása DPPC liposzóma----diszperziók termikus diszperziók termikus diszperziók termikus diszperziók termikus

sajátságairasajátságairasajátságairasajátságaira

Kis unilamelláris vezikulumokat (SUV) tartalmazó 0,10 %-os DPPC liposzóma-

diszperziók termikus vizsgálatát egy érzékeny detektorral ellátott Perkin Elmer III

készülékkel, kissé módosított mintaelıkészítési módszerrel (ld. 5. 3. 3.5. 3. 3.5. 3. 3.5. 3. 3. „Mintaelıkészítés

II.”) végeztem. Ehhez ultacentrifugálással célszerően töményített mintákat állítottam elı.

Elızetesen megvizsgáltam, hogy az ultracentrifugával végzett ülepítés hatással van-e a

liposzómák méreteloszlására. Az adalékmentes, illetve a polimertartalmú töményített

liposzóma-diszperziók DSC-méréshez fel nem használt részletét az eredeti diszperziós

közeggel újból meghígítottam. Az így kapott diszperzió méretanalízisével igazoltam, hogy a

centrifugálás következtében a liposzómák méreteloszlásában nem történt lényeges változás

(az újrahígított mintákban a részecskék átlagmérete: 55-65 nm, méreteloszlásuk

félértékszélessége: 30-35 nm). Ezt követıen a töményített diszperziókkal meghatároztam a

DPPC liposzómák fázisátalakulási entalpia értékeit különbözı adalékanyagok jelenlétében.

Page 78: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 78 -

298 303 308 313 318 3235045403530

Tm = 42,1 °C

∆H = 0,382 J/g

d.)

Tm = 41,8 °C

∆H = 0,361 J/g

T / °C

a.)

b.)c.)

Tm = 41,6 °C

∆H = 0,417 J/g0,

01 W

/ge

xo

25

25252525. ábra: . ábra: . ábra: . ábra: 1,5 tömeg%-os DPPC-diszperziók DSC-görbéi

a.) adalékanyag nélkül,

b.) α-CD jelenlétében (nDPPC/nCD = 1:7),

c.) PVP K 90 jelenlétében (mPVP/mDPPC= 1:4)

d.) α-CD és PVP K 90 jelenlétében (nDPPC/nCD = 1:7; mPVP/mDPPC= 1:4)

A 25. ábrán különbözı DPPC-diszperziók DSC-görbéi láthatók. A 25. ábra a.), c.), d.)

görbéin nem mutatkozik a jellegzetes elı-fázisátalakulást kísérı entalpiaváltozás, amely

megerısíti azt a feltételezést, hogy a minták SUV liposzómákat tartalmaznak [28, 29]. A

DPPC-kettısrétegek fı-fázisátalakulási hımérsékletéhez tartozó endoterm csúcs

(Tm = 41,6 °C) α-CD jelenlétében teljesen eltőnik, ami ismét jelzi, hogy a liposzóma-

membránt összetartó kooperatív kölcsönhatások a beépülı ciklodextrin-molekulák hatására

megszőnnek.

Page 79: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 79 -

PVP K 90 jelenlétében a DPPC liposzómák termikus sajátságai a polimermentes lipid-

membránéhoz hasonlóak, de az entalpiaváltozás (∆H) alapján megállapítható, hogy a

makromolekula kissé csökkenti a membránstruktúrát összetartó intermolekuláris

kötıerıket. Ennek vélhetı oka lehet, hogy a polimer kémiai szerkezetébıl adódóan ion-dipól,

dipól-dipól, illetve diszperziós kölcsönhatásba léphet a membránt alkotó ikerionos

foszfolipid-molekulákkal [126].

A termikus vizsgálatokat olyan diszperziókkal is elvégeztem, amelyek közege a

liposzómák készítésekor a ciklodextrin mellett polimert is tartalmazott. Az így készült

liposzóma-diszperziók és az adalékanyag-mentes minta termikus adatai között csak csekély

mértékő eltérés tapasztalható. Ez az eredmény egyértelmően jelzi, hogy a vezikulumokhoz

kötıdı makromolekulák gátolják a membrán rendezett szerkezetének megbontását.

Jogosnak tőnik tehát az a feltételezés, hogy a PVP-tartalmú liposzómák megnövekedett

stabilitása annak tulajdonítható, hogy a membrán körül kialakuló polimerréteg sztérikus

stabilitást biztosít a liposzómák aggregációja, illetve fúziója ellen.

6. 11. Polimerszorpció vizsgálata DPPC liposzóma6. 11. Polimerszorpció vizsgálata DPPC liposzóma6. 11. Polimerszorpció vizsgálata DPPC liposzóma6. 11. Polimerszorpció vizsgálata DPPC liposzóma----diszperziókondiszperziókondiszperziókondiszperziókon

A foszfolipid kettısrétegekhez kötött polimer mennyisége vélelmezhetıen jelentısen

befolyásolja a vezikulumok stabilitását. Az oldott polimermolekulák foszfolipid-membránhoz

eltérı módon kapcsolódhatnak akkor, ha a vezikulumok kialakulásával egyidejőleg is

megkötıdhetnek DPPC-membránon, illetve ha már elızetesen kialakult liposzómákon

szorbeálódnak. A feltételezés igazolására mindkét módszerrel meghatároztam a fajlagos

kötött polimer mennyiségeket. A kísérleti eredményeket a 9. Táblázatban foglaltam össze:

σfm a liposzómák elıállításával egyidıben megkötıdı, σ

vm a szorbeált polimer mennyiségét

jelzi.

Page 80: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 80 -

9999. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat:. Táblázat: DPPC-membránokon a vezikulumok kialakulásával egyidejőleg kötött ( σfm )

illetve elızetesen létrehozott liposzómákon szorbeált ( σvm ) polimer mennyiségek

σfm σ

vm Polimer

(mg polimer / g DPPC)

PVP K 30 58 ± 4 38 ± 3

PVP K 90 86 ± 5 63 ± 4

PVA 10 ± 2 7 ± 2

MC MH 50 89 ± 11 20 ± 5

A táblázat adatai egyértelmően mutatják, hogy lényegesen kisebb mennyiségő polimer

kötıdik a foszfolipid-membránhoz akkor, ha a polimerek csak a kettısrétegek kialakulása

után szorbeálódhatnak a liposzómákon. Fontos rámutatni, hogy a polimerek

ciklodextrinekkel szembeni stabilizáló hatását is csak akkor tapasztaltam, ha a polimerek

kettısrétegekkel való kölcsönhatására a kettısrétegek kialakulásával egyidejőleg is

lehetıség nyílik. Ekkor lehetıvé válik a polimerláncok beépülése a lipid kettısrétegbe,

ezáltal olyan természetes sejtmembránokéhoz hasonló szerkezet jöhet létre, amelyeket

transzmembrán fehérjemolekulák stabilizálnak [127]. Ezek az eredmények megerısítik azt a

feltételezést, hogy szoros összefüggés van a polimerek stabilizáló hatásának mértéke és a

fajlagos kötött polimermennyiség között.

Mindezek figyelembevételével az a kísérleti tapasztalat, miszerint polimerekkel

jelentısen gátolható az oldott ciklodextrinek DPPC-membránokat károsító hatása

egyértelmően a makromolekulák sztérikus stabilizáló hatásának tulajdonítható. A

liposzóma-membránokba beépülı polimer láncok vélhetıen olyan makromolekuláris

védıréteget képeznek, amelyek hatékonyan akadályozzák a DPPC liposzómák

dezintegrációját és aggregációját ciklodextrinek jelenlétében is (ld. 26. ábra).

Page 81: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 81 -

26262626. ábra: . ábra: . ábra: . ábra: Makromolekulákkal stabilizált DPPC liposzóma feltételezett szerkezete.

: ciklodextrin-molekula

Emellett elvben azt sem lehet teljesen kizárni, hogy a liposzóma-membránokon

megkötıdı polimerek a ciklodextrin-molekulák lipid oldalláncokkal történı

komplexképzıdését is gátolják. Ilyen kompetitív mechanizmus számbavehetıségének

azonban ellentmond az a tapasztalat, hogy a ciklodextrinek 48 órás szorpciós periódus után

mért kötött mennyisége gyakorlatilag megegyezett polimert nem tartalmazó és polimer

jelenlétében formulált liposzómákon (ld. 8. Táblázat).

Page 82: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 82 -

7 Összefoglalás7 Összefoglalás7 Összefoglalás7 Összefoglalás

Jól reprodukálható kondenzációs formulálási eljárást dolgoztam ki szők méreteloszlású

SUV DPPC liposzómák elıállítására. Az ultrahangos diszpergálással készített liposzóma-

diszperziók stabilitását a vezikulumok részecskeméret-eloszlásának idıbeli változásával

jellemeztem.

Kimutattam, hogy a különbözı ciklodextrinek adott DPPC/CD mólarány felett

csökkentik a foszfolipid-membrán stabilitását. A ciklodextrin molekulák destabilizáló hatása

a liposzómák elıállítási hımérsékletétıl is függ. A membránkárosító hatás sorrendje:

γ-CD < β-CD < α-CD.

Vizsgáltam különbözı kémiai felépítéső ciklodextrin-molekulák DPPC-membránon való

kötıdését. A kötött CD mennyisége – a stabilitásvizsgálatok eredményeivel összhangban – γ-

CD < β-CD, (DIMEB) < α-CD sorrendben nı. A kötıdési vizsgálatok adatainak

figyelembevételével, a keletkezı asszociátumokat komplex stabilitási állandókkal

jellemeztem. A vizsgált asszociátumok közül a legbonyolultabb sztöchiometriai összetételő

és legstabilabb az α-CD-DPPC komplex volt. Infravörös színképelemzési vizsgálatok alapján

valószínősíthetı, hogy a lipidmembránban megkötıdı α-CD a DPPC metiléncsoporjaihoz

kötıdik, mert a komplexben gátolt lipid-oldalláncok szabad rotációja.

Kimutattam, hogy alkalmasan választott makromolekulákkal hatékonyan gátolható a

ciklodextrinek által okozott membránkárosító hatás, és ezáltal lehetıség kínálkozik a

liposzóma-diszperziók kinetikai állandóságának szabályozására. A stabilizáló hatás függ a

liposzómák elıállítási körülményeitıl, valamint a diszperziókhoz adott polimerek

molekulatömegétıl és kémiai szerkezetétıl. A ciklodextrinekkel szembeni stabilizáló hatás

csak abban az esetben mutatkozott meg, ha a polimerek kettısrétegekkel való

kölcsönhatására a kettısrétegek kialakulásával egyidejőleg is lehetıség nyílt.

Termoanalitikai vizsgálatokkal igazoltam, hogy oldott CD-molekulák és DPPC

kölcsönhatása a membránszerkezet felbomlását eredményezheti. Makromolekulák

szorpciója és lipidmembránba történı beépülése során a kialakult kettısréteg szerkezet

fennmarad membránkárosító hatású ciklodextrin jelenlétében is.

Megállapítottam, hogy a polimer molekulák beépülnek a DPPC kettısrétegekbe. A

membránba beépülı polimerláncok nem gátolják a kismérető CD-molekulák kötıdését a

foszfolipid kettısrétegekhez. A makromolekulák sztérikus stabilizáló hatásának

tulajdonítható, hogy a polimerek gátolják az oldott ciklodextrinek DPPC-membránokat

károsító hatását.

Page 83: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 83 -

8 Summary8 Summary8 Summary8 Summary

A reproducible formulation method for the preparation of DPPC small unilamellar

vesicles with narrow size distribution has been elaborated applying ultrasound irradiation.

The kinetic stability of liposomal dispersions was characterized by the changes of the size-

distribution functions in time.

It was found that above a CD / DPPC molar ratio, different cyclodextrins decrease the

stability of phospholipid membranes. The destabilizing effect depends on the temperature of

the formulation of the liposomes. The order of reducing the physical stability of the vesicles

is γ-CD < β-CD < α-CD.

The sorption of cyclodextrin molecules onto DPPC liposomes was studied. The amount of

the CD molecules bound to the bilayers increased in correlation with the order of reducing

the physical stability of the vesicles, i. e.: γ-CD < β-CD < α-CD. Based on the quantity of the

cyclodextrins bound to the membrane bilayers, stability constants for the CD-DPPC

associates were estimated. The most stable associates that may form with the most variable

stoichiometric compositions are the α-CD-DPPC complexes. The results of infrared

spectroscopic studies suggest that α-CD molecules sorbed on the lipid bilayer bind to the

methylene groups of DPPC, since the free rotation of the lipid chains is hindered in the

complex.

The CD-induced destabilization of the lipid membranes might be prevented by suitable

macromolecules enabling the control of the kinetic stability of liposome dispersions. The

stabilizing effect depends on the method of liposome formulation, the chemical composition

and the molecular mass of the macromolecules. The stabilizing effect of the macromolecules

was only detectable when the attachment of the macromolecules proceeded simultaneously

with the vesicle formation.

Thermoanalytical investigations showed that dissolved CD molecules bound to the

phospholipid molecules cause definite destruction of the vesicle bilayers. In the presence of

macromolecules the membrane structure is preserved for longer time even in the presence of

dissolved cyclodextrin.

It was concluded that dissolved polymer chains might incorporate into the DPPC

bilayers. However, the macromolecules do not inhibit the binding of the cyclodextrin

molecules to the bilayers. The high effectiveness of the polymers to hinder the disintegration

of the liposomal bilayers of DPPC due to dissolved cyclodextrins can be ascribed to steric

stabilization of the vesicles.

Page 84: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 84 -

jelöliésahol yx

jelöli ahol x

100% ⋅=ix

ss

9999 FüggelékFüggelékFüggelékFüggelék

Mérési eredmények matematikai feldolgozása:Mérési eredmények matematikai feldolgozása:Mérési eredmények matematikai feldolgozása:Mérési eredmények matematikai feldolgozása:

SzórásSzórásSzórásSzórás

Statisztikai mintát reprezentáló xi mérési eredmények (korrigált) tapasztalati szórásának

becsült értékét (s), illetve relatív értékét (s%) az alábbi összefüggésekkel adtam meg :

1

)(1

2

−=∑

=

n

xxs

n

ii

, (20)

(21)

x értékek (számtani) átlagát, n a mérések számát.

RegresszióanalízisRegresszióanalízisRegresszióanalízisRegresszióanalízis

A regresszióanalízis során meghatároztam az egyes x-értékekhez tartozó becsült y-

értékek tapasztalati szórásának becsült értékét (s):

−−−−

−= ∑

=

=

=n

in

ii

n

iii

i

xx

yyxx

yyn

s1

1

2

12

)(

))((

)()2(

1, (22)

x, illetve y értékek (számtani) átlagát, n pedig a mintaméretet.

Page 85: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 85 -

n

stxc

⋅±=

x

Megbízhatósági (konfidencia) intervallum:Megbízhatósági (konfidencia) intervallum:Megbízhatósági (konfidencia) intervallum:Megbízhatósági (konfidencia) intervallum:

Egy mennyiség (az alábbi példában c koncentráció) megbízhatósági intervallumát a mérési

adatokból (xi) az alábbi összefüggéssel adtam meg:

(23)

Ahol n a mérések száma, t a Student-féle együttható, s a tapasztalati szórás,

pedig xi mérési adatok (számtani) átlaga.

Jelen disszertációban a feltüntetett mennyiségek mellett „±” szimbólummal jelölt

konfidencia intervallumok megbízhatósági szintje 95%-os.

Page 86: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 86 -

KöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánítás

Köszönetemet fejezem ki Dr. Nagy Miklós tanszékvezetı egyetemi tanár Úrnak, hogy a

Kolloidkémiai és Kolloidtechnológia Tanszéken elkezdhettem doktori tanulmányaimat.

Hálás köszönettel tartozom témavezetımnek, Dr. Csempesz Ferenc egyetemi docens

Úrnak, hogy kutatómunkám során számos elméleti és gyakorlati útmutatással látott el.

Megköszönöm, hogy dolgozatom elkészítése során folyamatos és lekiismeretes támogatást

nyújtott.

A munka a Cyclolab Ciklodextrin Kutató, Fejlesztı Laboratórium Kft. támogatásával

készült. Köszönetemet fejezem ki Dr. Szente Lajos ügyvezetı igazgató Úrnak, hogy

biztosította a vizsgálatok során felhasznált ciklodextrin mintákat, és hasznos segítséget

nyújtott a témát érintı szakirodalom áttekintésében.

Köszönetemet fejezem ki Dr. Barcza Lajos Tanár Úrnak a CD-DPPC komplexeket

jellemzı stabilitási állandók számításához nyújtott segítségért.

Köszönettel tartozom Dr. Pöppl László, Ö. Kovács Alajos, és Dr. Groma István tanár

Uraknak a DSC-vizsgálatok, Dr. Varga Imrének az ICP-analízis, Dr. Takács Mihálynak az

infravörös spektroszkópiai vizsgálatok elvégzéséhez és a spektrumok értékeléséhez nyújtott

segítségéért, valamint Dr. Bóka Károlynak az elektronmikroszkópos felvételekért.

Szeretném megköszönni Bokor Irén vegyésztechnikusnak és Frecskáné Dr. Csáki

Katalin tanársegédnek, hogy munkám során mindig önzetlen segítséget nyújtottak.

Hálás köszönettel tartozom Szüleimnek, akik szeretettel támogatták és ösztönözték

tanulmányaimat.

Page 87: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 87 -

10101010 IrodalomjegyIrodalomjegyIrodalomjegyIrodalomjegyzékzékzékzék

1 A. T. Hubbard (ed): Encyclopedia of surface and colloid science. Marcel Dekker, New

York, Basel (2002)

2 Y. Sadzuka, S. Nakai, A. Miyagishima, Y. Nozawa, S. Hirota: J. Drug

Targeting 3333, 31 (1995)

3 D.D. Lasic: Nature 380380380380, 561 (1996)

4 R. H. Müller: Colloidal Carriers for Controlled Drug Delivery and Targeting.

Wissenschlaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart (1991)

5 G. Gregoriardis: Liposomes as Drug Carriers: Recent Trends and Progress. Wiley,

Chicester (1988)

6 K. H. Frömming – J. Szejtli: Cyclodextrins in Pharmacy. Kluwer Academic Publisher,

Dordrecht, p.324 (1993)

7 J. Szejtli: Controlled Drug Bioavailability. (Ed. W.F. Smolen and L.A. Ball) Vol.3

Wiley, New York, p.365 (1985)

8 G. Gregoriadis, A.C. Allison: Liposomes in biological systems. John Wiley & Sons, New

York (1986)

9 J. Szejtli, Gy. Sebestyén: Starch 31313131, 385 (1979)

10 D. Duchene (Ed.): Cyclodextrins and Their Industrial Uses. Editions de Santé, Paris

(1987)

11 J. Mosinger et al.: Analytical Letters 12 (34)12 (34)12 (34)12 (34), 1979 (2001)

12 J. Szemán: Cyclodextrin News 21212121, 1 (2007)

13 I. Róbert: Új típusú ciklodextrin-származékok elıállítása és speciális alkalmazási

lehetıségeinek vizsgálata. Doktori Értekezés, ELTE (2006)

14 A.D. Bangham, M.M. Standish, J.C. Watkins: J. Mol. Biol. 13131313, 238 (1965)

15 A.D. Bangham: Ann. Rev. Biochem. 41414141, 753 (1972)

16 C.J Knight: Liposomes - from physical structure to therapeutic applications.

Elsevier/North Holland, Amsterdam (1981)

17 D. Papahadjopoulos, A.D. Bangham: Biochim. Biophys. Acta 128128128128, 185 (1966)

18 P.J.F. Henderson, J.D. McGivan, J.B. Chappell: Biochem. J. 111111111111, 521 (1969)

Page 88: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 88 -

19 C. Huang: Biochemistry 8888, 334 (1969)

20 Kim et. al., Biochim. Biophys. Acta 646646646646, 1 (1981)

21 Kim et. al., Biochim. Biophys. Acta 782782782782, 339 (1983)

22 F.C. Szoka, D. Papahadjopoulos: Ann. Rev. Biophys. Bioeng. 9999, 467 (1980)

23 G. Gregoriadis: Liposome technology. CRC Press, Boca Raton, Florida (1984)

24 S.J. Singer, G.L. Nicholson: Science 175175175175, 720 (1972)

25 S. Hobai: ArXib: physics 0101022 (2001)

26 A. Bóta, Á. Csiszár, T. Drucker, B. Horváth et al.: Magyar Kémiai Folyóirat 12,12,12,12, 488

(2000)

27 D.M. Small: Handbook of lipid research. Vol. 4. Plenum Press, New York (1996)

28 T. Heimburg: Biophys. J. 78787878, 1154 (2000)

29 M. Vandenbranden, C. Stil, R. Brasseur, J.-M. Ruysschaert: Cell Mol. Life Sci. 40(7)40(7)40(7)40(7),

715 (1984)

30 N. Weiner, F. Martin, M. Riaz: Drug Develop. Indust. Pharm. 15151515, 1523 (1989)

31 F. L. Grohmann, F. Csempesz, M. Szıgyi: Colloid Polym. Sci. 276276276276, 66 (1998)

32 F. L. Grohmann, F. Csempesz: Magyar Kémiai Folyóirat. 104(2), 104(2), 104(2), 104(2), 53 (1998)

33 F. L. Grohmann, F. Csempesz, M. Szıgyi: Acta Pharm. Hung. 66666666, 197 (1996)

34 K. Saito, J. Ando, M. Yoshida, M. Haga, Y. Kato: Chem. Pharm. Bull. 36,36,36,36, 4187 (1988)

35 S.M. Moghimi, C.J.H. Porter, L. Illum, S.S. Davis: Int. J. Pharm. 68686868, 121 (1991)

36 S. Zalipsky: Polyethylene glycol-lipid conjugates. In D. Lasic, F. Martin (Eds.), Stealth

Liposomes. CRC Press, Boca Raton, London, Tokyo, p.93-101 (1995)

37 T. M. Allen: Advanced Drug Delivery Reviews 13131313, 285 (1994)

38 M.C. Woodle, D.D. Lasic: Biochim. Biophys. Acta 1113,1113,1113,1113, 171 (1992)

39 L. Margolis: Cell Interactions with Solid and Fluid Liposomes in vitro. In G.

Gregoriadis (Ed.), Liposomes as Drug Carriers, Wiley, Winchester, p.75-94 (1988)

40 P.G. de Gennes: J. Phys. Chem. 94949494, 8407 (1990)

41 M. Jamshaid, S.J. Farr, P. Kearney, L.W. Kellaway: Int. J. Pharm. 48484848, 125 (1988)

42 S. L. Croft: Pharmacy International 7777, 229 (1986)

43 R. R. C. New, M. L. Chance, S. C. Thomas, W. Peters: Nature 272272272272, 55 (1978)

44 N. C. Philips, E. Skamene, C. Tsoukas: J. Immun. Def. Synd. 4444, 959 (1991)

45 D. D. Lasic: Liposomes from Physics to Applications. Elsevier, Amsterdam, London,

New York, Tokyo (1993)

46 L.D. Mayer, L.C.L. Tai, D.S.C. Ko, D. Masin, R.S. Ginsberg, P. R. Cullis, M.B. Bally:

Cancer Research 49494949, 5922 (1989)

Page 89: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 89 -

47 K. Gruiz: Géntechnikák. BME jegyzet, Alkalmazott Biotechnológia és

Élelmiszertudományi Tanszék (2007)

48 T. M. S. Chang: Science 146146146146, 524 (1964)

49 K. L. Larsen: Biological Journal of Armenia, Special Issue: Cyclodextrins 53535353, 9 (2001)

50 J. Szejtli: Cyclodextrins and Their Inclusion Complexes. Akadémiai Kiadó, Budapest

(1982)

51 J. Szejtli: Magyar Kémikusok Lapja 45(345(345(345(3----4)4)4)4) (1990)

52 A. W. Coleman, I. Nicolis, N. Keller, J. P. Dalbiez: J. Incl. Phen. Mol. Recognit. Chem.

13(2)13(2)13(2)13(2), 139 (1992)

53 W. Chen, C.-E. Chang, M. K. Gilson: Biophys. J., 87,87,87,87, 3035 (2004)

54 R. J. Bergeron: Inclusion compounds. Vol 3., Academic Press, London p.391 (1984)

55 R. J. Bergeron, M. A. Channing et al.: J. Am. Chem. Soc. 99999999, 5146 (1977)

56 R. J. Bergeron, M. Meeley: Bioorg. Chem. 5,5,5,5, 197 (1976)

57 L. Szente, É. Fenyvesi, J. Szejtli: Environ. Sci. Technol. 33(24)33(24)33(24)33(24), 4495 (1999)

58 L. Szente, J. Szejtli, É. Fenyvesi, I. Pásztor: Magyar szabadalmi bejelentés, P9800111

(1999)

59 A. Schlatter, M. K. Kundu, W.-D. Woggon: Angewandte Chemie, Int. Ed. 43(48)43(48)43(48)43(48), 6731

(2004)

60 Á. Stadler-Szıke, J. Szejtli: Proc. 1st. Int. Symp. Cyclodextrins. (Ed.: Szejtli, J.) Reidel,

Dordrecht and Akadémiai Kiadó, Budapest p.377 (1982)

61 J. Szejtli: Cyclodextrin Technology. Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, p.187-188

(1988)

62 D. Duchene (Ed.): New Trends in Cyclodextrins and Derivatives. Editions de Santé,

Paris, p. 635 (1991)

63 J. Szejtli: Magyar Kémikusok Lapja 6666 (1998)

64 M. Hayashi, A. Ishihara: Egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés US4054736

(1977)

65 D. Fanara, M. Berwaer, P. Nolf, H. Vranckx, M. Deleers: PCT szabadalmi bejelentés

WO9901133 (1999)

66 Gy. L. Kis, A. Fetz, C. Schocz: PCT szabadalmi bejelentés WO9710805 (1997)

67 M. E. Brewster, J. W. Simpkins, M. S. Hora, W. C. Stern: J. Parenter. Sci. Technol.

43(5),43(5),43(5),43(5), 231 (1989)

68 F. J. Konings, M. J. M. Noppe, J. L. Mesens: Európai szabadalmi bejelentés EP513072

Page 90: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 90 -

69 Lipatov YS in: A. T. Hubbard (ed) Encyclopedia of surface and colloid science A. Marcel

Dekker, New York, Basel, 2002

70 G. J. Fleer, M. A. Cohen Stuart, J. M. H. M. Scheutjens, T. Cosgrove, B. Vincent:

Polymers at Interfaces. Chapman and Hall, London (1993)

71 N. Funasaki, S. Neya: Langmuir 16,16,16,16, 5343 (2000)

72 T. Liptaj, N. Prónayová, K. Králová: Pharmazie 50, 50, 50, 50, 744 (1995)

73 Y. Saito, H. Ueda, M. Abe et al.: Colloids and Surfaces A 135,135,135,135, 103 (1998)

74 T. Cserháti, G. Oros, J. Szejtli: Tenside Surf. Det. 29,29,29,29, 52 (1992)

75 C. D. Lavandier, M. P. Pelletier, V. C. Reinsborough: Aust. J. Chem. 44444444, 457 (1991)

76 R. Zidovetzki, I. Levitan: Biochim. Biophys. Acta 1768176817681768, 1311 (2007)

77 L. Szente: Cyclodextrin News 16(4)16(4)16(4)16(4), 59 (2002)

78 W. Schlenk, D. M. Sand: J. Am Chem. Soc, 83838383, 2312 (1961)

79 K. Miyajima, K. Tomita, M. Nagaki: Chem. Pharm. Bull. 33(6)33(6)33(6)33(6), 2587 (1985)

80 V. Bernat, C. Ringard-Lefebvre, G. Le Bas, S. Lesieur: J. Incl. Phenom. Macrocycl.

Chem. 57,57,57,57, 113 (2007)

81 J. Nishijo, S. Shiota, K. Mazima et al. Chem. Pharm. Bull. 48(1),48(1),48(1),48(1), 48 (2000)

82 F. Maestrelli, M. L. González-Rodriguez, A. M. Rabasco, P. Mura: Int. J. Pharm.

312(1312(1312(1312(1----2)2)2)2), 53 (2006)

83 Y. Ohtani, T. Irie, K. Uekama, K. Fukunaga, J. Pitha:. Eur. J. Biochem. 186186186186, 17 (1989)

84 T. Irie, K. Uekama: J. Pharm. Sci 86868686, 147 (1997)

85 K. Motoyama, H. Arima, H. Toyodome, T. Irie, F. Hirayama, K. Uekama: Eur. J.

Pharm. Sci. 29,29,29,29, 111 (2006)

86 B. McCormack, G. Gregoriadis: Int. J. of Pharmaceutics 112,112,112,112, 249 (1994)

87 C. Marques, A. Schroeder, N. Fa: PCT szabadalmi bejelentés WO2005030170 (2005)

88 Y. L. Loukas, P. Jayasekera, G. Gregoriadis: Int. J. of Pharmaceutics 117,117,117,117, 85-94 (1995)

89 G. Gregoriadis, B. McComarck: PCT szabadalmi bejelentés WO9515746 (1995)

90 K. Sinil: PCT szabadalmi bejelentés WO9423697 (1994)

91 P. F. Vieira, L. T. Mesquita, A. G. Ramaldes, C. M. de Oliveira: Proc. 4th World

Meeting ADRITELF/APGI/APV, Florence, 8-11 April, p.755 (2002)

92 P. Hatzi, S. Mourtas, P. G. Klepetsanis, S. G. Antimisiaris.: Int. J. Pharmaceut., 333(1333(1333(1333(1----

2)2)2)2), 167 (2007)

93 E. Fattal, L. Boulmedarat, S. Lesieur, A. Bochot: Abst. 13th International Cyclodextrin

Symposium, Torino, May 14-17 (2006)

94 M. Szıgyi, T. Cserháti, J. Szejtli: J. Incl. Phen. Macrocycl. Chem. 5555, 433 (1987)

Page 91: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 91 -

95 P. Saarinen-Savolainen, A. Urtti, P. Jarho, T. Jaervinen: Eur. J. Pharm. Sci., 5(2),5(2),5(2),5(2), 89

(1997)

96 K-F. Csáki, M. Nagy and F. Csempesz: Langmuir 21, 21, 21, 21, 761 (2005)

97 J. M. H. Kremer, M. W. J. Esker, C. Pathamanoharan, P. H. Wiersema: Biochem. 16161616,

3932 (1977)

98 B. J. Berne, R. Pecora: Dynamic Light Scattering. Wiley, New York (1976)

99 Zetasizer 4, Applying advanced particle science in industry and research. Malvern

Instruments Ltd, Spring Lane South, Malvern, Worcs. (1993)

100 D. J. A. Crommelin, H. Schreier: Colloidal Drug Delivery Systems. (Ed.: Jörg Kreuter)

Vol 66., 79 (1994)

101 M. Vikmon: I. Int. Symp. on Cyclodextrins. Akadémiai Kiadó, Budapest (1981)

102 J. Szejtli, Zs. Budai, M. Kajtár: Magyar Kémiai Folyóirat 84,84,84,84, 68 (1978)

103 Á. Buvári, L. Barcza: Inorg. Chim. Acta 33,33,33,33, 179 (1981)

104 J. Horacek: Chem. Prum. 12121212, 385 (1962)

105 B. Levy, D. Fergus: Anal. Chem. 25252525, 1408 (1953)

106 J. Balogh, D. Kiss, J. Dredán, I. Puskás, F. Csempesz, R. Zelkó: AAPS PharmSciTech

7(4)7(4)7(4)7(4), Art. 98. (2006)

107 CRC Handbook of Chemistry and Physics. 70th Edition, CRC Press, Boca Raton,

Florida (1989)

108 F. L. Grohmann: Sztérikusan stabilizált liposzómák formulálása és „in vitro” stabilitás

vizsgálatai. Doktori értekezés, ELTE-SOTE (1998)

109 M. Johnsson: Sterically stabilised liposomes and related lipid aggregates: Fundamental

studies on aggragate structure and stability. Doktori értekezés, Uppsala University

(2001)

110 D. Momekova, S. Rangelov, S. Yanev, E. Nikolova, S. Konstantinov, B. Romberg, G.

Storm, N. Lambov: Eur J Pharm Sci. 32(432(432(432(4----5)5)5)5), 308 (2007)

111 F. L. Grohmann, F. Csempesz: Magyar Kémiai Folyóirat 104(2),104(2),104(2),104(2), 53 (1998)

112 F. Csempesz, I. Puskás: „Controlling the Physical Stability of Liposomal Colloids” in

Colloid Stability and Application in Pharmacy. Vol. 3 (Ed. Th. F. Tadros), Wiley-VCH

Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim (2006)

113 I. Puskás, L. Barcza, L. Szente, F. Csempesz: J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 54545454, 89

(2006)

114 A. Harada, M. Okada, J. Li, M. Kamachi: Macromol. 28282828, 8406 (1995)

Page 92: Témavezetı: Dr. Csempesz Ferenc Dr. Csempesz Ferenc Dr. …teo.elte.hu/minosites/ertekezes2008/puskas_i.pdf · 2019-02-22 · - 5 - A ciklodextrinek több, mint száz éve ismert

- 92 -

115 K. A. Connors: Measurement of Cyclodextrin Complex Stability Constants. in J. L.

Altwood, J. E. D. Davies, D. D. Macniol, F. Vögte (Eds.): Comprehensive

Supramolecular science. Vol 3: Cyclodextrins. 205-238 (1996)

116 W. Cai, Y. Yu, X. Shao: Chemom. Intell. Lab. Syst. 82828282, 260 (2006)

117 J.C. Debouzy, F. Fauvelle, S. Crouzy, L. Girault, Y. Chapron, M. Göschl, A. Gadelle: J.

Pharm. Sci 87(1)87(1)87(1)87(1), 59 (1998)

118 H. Binder, W. Pohle: J. Phys. Chem. B 104104104104, 12039 (2000)

119 H. Hübner, H. H. Mantsch: Biophys J. 59,59,59,59, 1261 (1991)

120 A. Harada, J. Li, M. Kamachi: Nature 356356356356 325 (1992)

121 T. Loftsson: Egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés US 2003/0109492 A1 (2003)

122 I. Puskás, F. Csempesz: Colloids and Surfaces B 58(2)58(2)58(2)58(2), 218 (2007)

123 J. Nishijo, H. Mizuno: Chem. Pharm. Bull. 46464646(1)(1)(1)(1), 120 (1998)

124 T. G. Anderson, A. Tan, P. Ganz, J. Seelig: Biochemistry 43(8)43(8)43(8)43(8), 2251 (2004)

125 T. Le Bihan, M. Pézolet: Chem. Phys. Lipids 94949494, 13 (1998)

126 T. Ishøy, K. Mortensen: Langmuir 21(5)21(5)21(5)21(5), 1766 (2005)

127 M. Bálint: Molekuláris Biológia II. Mőszaki Könyvkiadó, Budapest (2000)