Παρασκευή πορωδών μικροσφαιρών υδροξυαπατίτη με τις μεθόδους εξώθησης/σφαιροποίησης και σύντηξης και μελέτη της δυνατότητας φόρτισης τους με προβιοτικά
Creators: name: Παπανικολάου, Θεοδώρα Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Φαρμακευτική Τεχνολογία
Μικροσφαίρες
Εξώθηση/ Σφαιροποίηση
Σύντηξη
Λακτοβάκιλλος
Pharmaceutical Technology
Pellets
Extrusion/Spheronization
Sintering
Lactobacillus

description: Στην παρούσα εργασία διερευνάται η δυνατότητα παρασκευής μικροσφαιρών υδροξυαπατίτη (HAP) υψηλού πορώδους με συνδυασμό των μεθόδων εξώθησης/σφαιροποίησης και σύντηξης. Ως ποροσχηματιστής χρησιμοποιήθηκε μικροκρυσταλλική κυτταρίνη (MCC) σε δύο κλάσματα μεγέθους σωματιδίων, μικρονιοποιημένο (M) και ελεύθερης ροής (L), σε αναλογία 50/50 με τον HAP. Ο ΗΑΡ που χρησιμοποιήθηκε (ΗΑΡ sigma, S) υποβλήθηκε σε πύρωση σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες, 850 οC, 1000 οC και 1150 οC, για εξέταση της επίδρασης της θερμοκρασίας πύρωσης επί της δυνατότητας παρασκευής πορωδών μικροσφαιρών. Κατά τη θέρμανση, η MCC καίγεται μετά τους 300 οC και αποβάλλεται ενώ άνω των 1000 oC τα σωματίδια ΗΑΡ συντήκονται με μηχανισμούς μοριακής μεταφοράς προς σχηματισμό μικροσφαιρών πορώδους δομής (scaffold) λόγω των κενών που δημιουργούνται κατά την απομάκρυνση του ποροσχηματιστή. Κατ’ αυτό τον τρόπο από τον ΗΑΡ-S παρασκευάστηκαν τρεις παρτίδες μικροσφαιρών: ΜS1 (850o C), ΜS2 (1000oC) και ΜS3 (1150oC) με ποροσχηματιστή ΜCC &lt;20μm και τρεις με ποροσχηματιστή ΜCC &gt;125μm: LS1 (850o C), LS2 (1000o C) και LS3 (1150o C). Πύρωση σε θερμοκρασία 850 oC και 1000 οC έδωσε μικροσφαίρες μικρής μηχανικής αντοχής και μεγάλης ευθρυπτότητας λόγω ασθενούς σημειακής συγκόλλησης των σωματιδίων υδροξυαπατίτη, ενώ στους 1150 οC η εκτεταμένη μοριακή διάχυση προκάλεσε συγκόλληση επιφανειών και σχηματισμό μικροσφαιρών υψηλής μηχανικής αντοχής και αποδεκτής ευθρυπτότητας. Επομένως, για περαιτέρω αξιοποίηση επιλέχτηκαν μόνο οι πυρωμένες στους 1150 οC μικροσφαίρες. Για το λόγο αυτό, αποφασίστηκε η παρασκευή παρτίδων μικροσφαιρών δύο επιπλέον τύπων ΗΑΡ διαφορετικής ειδικής επιφάνειας, HAP 250 και HAP 350, (Βudenheim, Germany) με πύρωση μόνο σε θερμοκρασία 1150 οC. Έτσι, παρασκευάστηκαν άλλες 4 παρτίδες: M250 (&lt;20μm MCC/ HAP 250), M350 (&lt;20μm MCC/ HAP 350), L250 (&gt;125μm MCC/ HAP 250), L350 (&gt;125μm MCC/ HAP 350). Παρατηρήθηκαν διαφορές στη μηχανική αντοχή, την ευθρυπτότητα, το πορώδες και την ειδική επιφάνεια των μικροσφαιρών ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο είδος HAP οι οποίες είχαν επίδραση στην περαιτέρω αξιοποίησή τους. Συγκεκριμένα, έγινε φόρτιση των μικροσφαιρών με το είδος Lactobacillus acidophilus (La), το οποίο αφθονεί στη φυσιολογική χλωρίδα του ανθρώπου, ενώ παράλληλα διαθέτει ευεργετικές ιδιότητες για τον οργανισμό ως προβιοτικό. Η φόρτιση έγινε ακολουθώντας δύο μεθόδους: α) με απλή επώαση των μικροσφαιρών σε εναιώρημα La για 12 ώρες και β) με εφαρμογή κενού αρχικά στις μικροσφαίρες πριν τη φόρτιση και κατόπιν εισαγωγή του εναιωρήματος λακτοβακίλλου με σύριγγα διαμέσου ελαστικού πώματος χωρίς να σπάσει το κενό και επώαση για 2 h. Και οι δύο μέθοδοι στηρίζονται στο μηχανισμό της διείσδυσης και προσρόφησης του La στο εσωτερικό των μικροσφαιρών. Συγκριτικά η δεύτερη μέθοδος αποδείχτηκε αποτελεσματικότερη, καθώς η εφαρμογή κενού προκάλεσε απομάκρυνση του αέρα από την επιφάνεια και τους πόρους των μικροσφαιρών με αποτέλεσμα την αποτελεσματικότερη διείσδυση του λακτοβάκιλλου στους υπάρχοντες πόρους. Στην εργασία εξετάζεται αφενός η παραγωγή, ο φυσικοχημικός και τεχνολογικός χαρακτηρισμός πορωδών μικροσφαιρών HAP και αφετέρου η φόρτιση με προβιοτικά για ελεγχόμενη per os χορήγηση.
description: The present study investigates the possibility of preparing microspheres of hydroxyapatite (HAP, Ph.Eur, Ca5(OH)(PO4)3) with high porosity by the combination of extrusion/spheronization and sintering methods. As pore former was used microcrystalline cellulose (MCC) into two fractions of particle size: this of micronised (M) and that of free flow (L) in porpotion 50/50 to HAP. The HAP used (HAP sigma, S) was subjected to calcination at three different temperatures, 850 ° C, 1000 ° C and 1150 ° C, to examine the effect of calcination temperature on the possibility of preparing porous. During calcination, the MCC is burned at 300 oC and eliminated, while at 1000 oC the HAP particles are fused by molecular transport mechanisms to form porous microspheres (scaffold) due to the created voids by the removal of pore former. In this way three microsphere batches of HAP-S were prepared: MS1 (850 oC), MS2 (1000 oC) and MS3 (1150 oC) with MCC &lt;20 microns as pore former and three with MCC&gt; 125mm: LS1 (850 oC), LS2 ( 1000 oC) and LS3 (1150 oC). Calcination at 850 oC and 1000 oC gave microspheres of low mechanical strength and high friability due to the weak spot bonding of hydroxyapatite particles, while at 1150 °C the extensive molecular diffusion caused bonding of surfaces and formation of microspheres of high mechanical strength and acceptable friability. Therefore, for further use were selected only the calcined microspheres at 1150 °C. For this reason, it was decided to prepare microspheres of two additional types of hydroxyapatite (HAP-250 and HAP-350) with different surface area by sintering at 1150 °C. Thus, 4 additional batches were prepared: M250 (&lt;20 microns MCC / HAP-250), M350 (&lt;20 microns MCC / HAP-350), L250 (&gt; 125mm MCC / HAP-250), L350 (&gt; 125mm MCC / HAP-350). Differences were observed in the mechanical strength, the friability, the porosity and the specific surface area of the microspheres depending on the type of HAP, which had an effect on their further utilization. Specifically, the microspheres were charged with Lactobacillus acidophilus (La), which is abundant in normal flora of human, while it has beneficial properties for the body as a probiotic. The loading was carried out by two methods: a) by simple incubation of the microspheres in La suspension for 12 hours, and b) by applying vacuum to the microspheres before charging, and then inserting the La suspension by syringe without breaking the vacuum and incubation for 2 h. Both methods are based on the mechanism of penetration and absorption of La within the microspheres. By comparison, the second method proved more effective, as the vacuum caused removal of the air from the surface and pores of the microspheres resulting in effective penetration of La into the pores. In this study are examined the production, the physico-chemical and technological characterization of porous HAP microspheres and the charging with probiotics for controlled per os administration.