Controlled Drug Release from Biodegradable Hydrogels.

Předkládaná dizertační práce je zaměřena na řízené uvolňování léčiv z biodegradabilních amfifilních hydrogelů na bázi kopolymeru hydrofobní kyseliny poly(mléčné) a poly(glykolové) a hydrofilního polyethylenglykolu (PLGA-PEG-PLGA, ABA) a jeho modifikace anhydridem kyseliny itakonové (ITA). Výsledný ,-itakonyl(PLGA-PEG-PLGA) je označovaný v této práci jako ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA neboli ITA/ABA/ITA. Kyselina itakonová poskytuje reaktivní dvojné vazby a funkční karboxylovou skupinu na koncích řetězce PLGA-PEG-PLGA kopolymeru, čímž se modifikovaný kopolymer ITA/ABA/ITA stává méně hydrofobním a nabízí tak možnost tvořit nosič i pro léčivé látky hydrofilní povahy. Tyto funkční kopolymery jsou citlivé na teplo a změnou vnějšího prostředí (teploty) vykazují sol-gel fázový přechod díky vzniku micelární struktury gelu. Léčivé látky tak mohou být smíchány s kopolymerem, který je v nízko viskózní fázi (sol fáze) a následně tato směs může být injektována do těla pacienta na cílové místo, kde vytvoří gel při 37 °C. Tento hydrogel se stává zásobníkem léčivé látky, odkud se postupně substance uvolňuje. Predikce trendu uvolňování léčivé látky z hydrogelu je účinný nástroj pro zjištění frekvence podávání, zvýšení účinnosti léčiva a také pro zjištění nežádoucích účinků spojené s dávkováním. Jako hydrofilní modelové léčivo bylo vybráno analgetikum paracetamol. Zástupce hydrofobního modelového léčiva bylo použito sulfonamidové antibiotikum sulfathiazol. Přídání léčivé látky do roztoku kopolymeru mělo následně významný vliv na výslednou tuhost hydrogelu. Vliv na tuhost hydrogelu a následnou stabilitu systému mělo použití nanohydroxyapatitu i různých rozpouštědel resp. inkubačních médií. Řízené uvolňování léčiv probíhalo v simulovaných podmínkách lidského těla. Tato práce se zabývá ověřením Korsmeyer-Peppasova modelu vhodného pro popis uvolňování hydrofobního modelového léčiva sulfathiazolu z hydrogelu ABA i ITA/ABA/ITA. Naopak bylo prokázáno, že Korsmeyer-Peppasův model není vhodný pro popis uvolňování hydrofilního léčiva paracetamolu z ABA hydrogelů, proto byl navržen nový regresní model, vhodný jak pro pufrované simulované prostředí, tak i pro vodu. Tento model byl také ověřen za velmi těsný i pro popis uvolňování sulfathiazolu i paracetamolu z kompozitního materiálu připraveného z ABA hydrogelu a nanohydroxyapatitu.This dissertation is focused on the controlled release of drugs from a biodegradable amphiphilic hydrogel based on hydrophobic poly(lactic acid), poly(glycolic acid) and hydrophilic poly(ethylene glycol) (PLGA-PEG-PLGA, ABA) and its modification with itaconic anhydride (ITA). The resulting ,-itaconyl(PLGA-PEG-PLGA) copolymer is referred to as ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA or ITA/ABA/ITA. Itaconic acid provides reactive double bonds and a functional carboxyl group at the ends of the PLGA-PEG-PLGA copolymer chain, thereby rendering the modified ITA/ABA/ITA copolymer less hydrophobic and offering the possibility of forming a carrier for hydrophilic drug substances. These functional copolymers are thermosensitive and change in the external environment (e.g. temperature) causes a sol-gel phase transition due to the formation of micellar structure. The bioactive substances can thus be mixed with a copolymer which is in a low viscous phase (sol phase) and subsequently the mixture can be injected into patient's body at the target site where it forms a gel at 37 °C. This hydrogel becomes a drug depot, which gradually releases the active substance. Prediction of the substance’s release profile from the hydrogel is an effective tool to determine the frequency of administration, potentially enhancing efficacy, and assessment of side effects associated with dosing. The analgesic paracetamol and the sulfonamide antibiotic sulfathiazole were used as model drugs, representing hydrophilic and hydrophobic substances, respectively. The active substances had a significant effect on the resulting hydrogel stiffness. Type of solvent, incubation medium and nanohydroxyapatite also influenced on the gel stiffness and subsequent stability of the hydrogel-drug system. Controlled release of drugs took place in simulated conditions of the human body. Verification of Korsmeyer-Peppas (KP) drug-release model is also discussed in this thesis. The KP model was found suitable for simulating the release of sulfathiazole from ABA and ITA/ABA/ITA hydrogels. On the contrary, the performance of KP model was not suitable for describing the release of paracetamol from the ABA hydrogels. Therefore, a new regression model suitable for both buffered simulated media and water has been proposed. The proposed model fitted better the release of both sulfathiazole and paracetamol from composite material prepared from ABA hydrogel and nanohydroxyapatite.