Παρασκευή, χαρακτηρισμός και μελέτη ελαστομερών πολυμερικών συστημάτων ελεγχόμενης αποδέσμευσης φαρμάκων
Authors: Πάνου Αθανασία 
Published: September 2021

Η παρούσα εργασία αναφέρεται στην παρασκευή, χαρακτηρισμό και μελέτη ελαστομερών συστημάτων ελεγχόμενης αποδέσμευσης τύπου μήτρας στα οποία η δραστική ουσία είναι εγκλεισμένη στην πολυμερική μήτρα. Οι κύριοι στόχοι ήταν η συστηματική μελέτη της επίδρασης ενός υδρόφιλου προσθέτου με ήπια ωσμωτική δράση (α) στη δικτύωση του πολυμερούς και στις ιδιότητες της ελαστομερικής μήτρας και κυρίως στη ροφητική της ικανότητά στο νερό και (β) στην αποδέσμευση δραστικών ουσιών με διαφορετική διαλυτότητα στο νερό. Επιπλέον, επιδιώχθηκε η σταθεροποίηση του ρυθμού αποδέσμευσης με την κατασκευή πολυστρωματικής δομής και η προσομοίωση των αποτελεσμάτων βάσει ενός θεωρητικού μαθηματικού μοντέλου που έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο του Δημόκριτου. Το πολυμερές που χρησιμοποιήθηκε ήταν εμπορική πολυδιμεθυλοσιλοξάνη η οποία αποτελείται από δύο προπολυμερή (RTV-A και RTV-B) τα οποία σχηματίζουν το τελικό δικτυωμένο πολυμερές σε θερμοκρασία δωματίου. Ως υδρόφιλο πρόσθετο χρησιμοποιήθηκε η πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) μοριακού βάρους 3000, η οποία ως βιοσυμβατή ένωση χρησιμοποιείται ευρέως σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Οι δραστικές ουσίες που μελετήθηκαν ήταν τα μεθυλιωμένα παράγωγα της ξανθίνης, θεοβρωμίνη, θεοφυλλίνη και καφεΐνη και τα υδροξυλιωμένα παράγωγα της θεοφυλλίνης, διφυλλίνη και προξυφυλλίνη. Από μια σειρά πειραμάτων διαπιστώθηκε ότι η PEG παρεμποδίζει μερικώς την αντίδραση της δικτύωσης της PDMS και μεταβάλλει τις ιδιότητες των τελικώς δικτυωμένων μεμβρανών. Παρόλα αυτά στα πλαίσια της παρούσας διατριβής η μεταβολή αυτή θεωρείται θετική καθώς αυξάνεται σημαντικά η ροφητική ικανότητα της φάσης της PEG στο πολυμερικό μίγμα PDMS-PEG. Η συγκριτική μελέτη της αποδέσμευσης των δραστικών ουσιών από μήτρες PDMS έδειξε ότι η αποδέσμευση των φαρμάκων με τη μικρή διαλυτότητα στο νερό (θεοβρωμίνη, θεοφυλλίνη και καφεΐνη) ελέγχεται κυρίως από μηχανισμό διάχυσης. Τα άλλα πιο ευδιάλυτα φάρμακα λόγω της αυξημένης διαλυτότητάς τους στο νερό προκαλούν εισρόφηση νερού και η αποδέσμευσή τους ελέγχεται και από άλλους παράγοντες. Η προσθήκη της PEG στις μήτρες PDMS οδήγησε σε σημαντική επιτάχυνση της αποδέσμευσης της θεοβρωμίνης, θεοφυλλίνης και καφεΐνης ενώ στη διφυλλίνη και προξυφυλλίνη δεν επέφερε καμία σημαντική μεταβολή. Επιτεύχθηκε έλεγχος της ταχύτητας αποδέσμευσης της θεοφυλλίνης μεταβάλλοντας το ποσοστό ενσωμάτωσης της PEG και η αύξηση αυτή της ταχύτητας συσχετίστηκε με το θεωρητικό μοντέλο του Maxwell. Τέλος επιτεύχθηκε σταθεροποίηση του ρυθμού αποδέσμευσης της θεοφυλλίνης με την κατασκευή συμμετρικών τριστρωματικών δομών PDMS-PEG με τη δραστική ουσία να είναι ενσωματωμένη μόνο στο εσωτερικό στρώμα. Τα πειραματικά δεδομένα προσομοιώθηκαν στη βάση ενός θεωρητικού μοντέλου που αναπτύχθηκε πρόσφατα στο εργαστήριο του Δημόκριτου όπου από τα δεδομένα των πειραμάτων αποδέσμευσης της θεοφυλλίνης από μονοστρωματικές δομές εξήχθησαν οι απαραίτητες παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν ως παράμετροι εισαγωγής στο θεωρητικό μοντέλο για πολυστρωματικές δομές. Διαπιστώθηκε πολύ καλή συμφωνία των πειραματικών μετρήσεων και θεωρητικών προβλέψεων για τις πολυστρωματικές δομές. Επομένως, χρησιμοποιώντας ένα μικρό αριθμό πειραματικών μετρήσεων και τη βοήθεια του μαθηματικού θεωρητικού μοντέλου, υπάρχει η δυνατότητα σχεδιασμού και πρόβλεψης συμπεριφοράς ενός δεδομένου συστήματος ελεγχόμενης αποδέσμευσης σύνθετης δομής.