Studies on controlled release of insulin from the microspheric polysacharide carriers under physiological conditions.

Przedmiotem w niniejszej pracy były badania nad optymalizacją składu i właściwości mikrosfer hydrożelowych na bazie chitozanu sieciowanego genipiną w perspektywie wykorzystania ich jako alternatywnych układów do doustnego, kontrolowanego dostarczania insuliny. Składniki do otrzymywania mikrosfer zostały dobrane tak, aby układ mógł uwalniać inulinę w dolnym odcinku przewodu pokarmowego, w odpowiedzi na zmianę pH.Zaletą proponowanych nośników jest nietoksyczność, biodegradowalność, biodostępność oraz biokompatybilność. W takim układzie proces uwalniania leku może zachodzić na drodze pęcznienia mikrosfer oraz stopniowej degradacji matrycy polimerowej.Celem pracy była optymalizacja procedury otrzymywania hydrożelowych mikrosfer. Nośniki otrzymano metodą emulsyjną z etapem fizycznego(TPP) i chemicznego (genipina) sieciowania .Otrzymane struktury scharakteryzowano za pomocą mikroskopii optycznej oraz mikroskopii AFM. Rozmiar otrzymanych cząsteczek mieścił się w zakresie 1- 15 um. Następnie zbadano zachowanie mikrosfer w roztworach 1 M HCl (pH=1,2 - charakterystyczne dla żołądka) ) i 0,1 M PBS (pH=6,8 – charakterystyczne dla jelita). Na podstawie tej analizy zaobserwowano tendencję mikrosfer do nadmiernego pęcznienia w środowisku kwaśnym oraz kurczenia struktury hydrożelu przy wyższych wartościach pH. Opisane zjawisko może sprzyjać uwalnianiu insuliny w środowisku żołądka, co jest niepożądane w naszym układzie. Aby poprawić właściwości mikrosfer, w kontekście kinetyki kontrolowanego uwalniania insuliny w przewodzie pokarmowym, pokryto ich powierzchnię cienką warstwą naturalnego polimeru. Do pokrywania powierzchni nośników zastosowano 0,2 % roztwory dwóch polisacharydów: alginianu sodu oraz λ- karagenanu. W wyniku tej modyfikacji otrzymano dwa rodzaje nośników. W następnym etapie sprawdzano efektywność pokrycia mikrosfer każdym z zastosowanych polimerów za pomocą spektroskopii FTIR. Najważniejszym etapem pracy było badanie profili uwalniania insuliny i genipiny do roztworów symulujących warunki panujące w żołądku i jelicie w warunkach fizjologicznych dla każdego typu mikrosfer. Do detekcji uwalnianych substancji zastosowano chromatografię HPLC, która pozwoliła na rozdzielenie obu związków na kolumnie chromatograficznej. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że najbardziej obiecującym materiałem są mikrosfery chitozanowe pokryte warstwą λ- karagenanu. Układ ten umożliwia uwalnianie insuliny w sposób kontrolowany w warunkach symulujących środowisko jelita, ograniczając równocześnie jej uwalniania w żołądku. Jednocześnie uwalniania jest genipiny, która wpływa korzystnie na pracę wysepek trzustkowych produkujących insulinę.The work describes the studies on the optimization of the composition and properties of hydrogel microspheres obtained from genipin cross-linked chitosan, in the perspective of their use as alternative systems for controlled oral delivery of insulin. The hydrogel components of the microspheres were selected in a way to allow the release of insulin from the system in the lower part of the gastrointestinal tract, in response to a pH change. The main advantages of the proposed carrier are: non-toxicity, biodegradability, bioavailability and biocompatibility. In the system studied the process of drug release can occur through microsphere swelling as well as through the gradual degradation of a polymer matrix. The aim of this study was to optimize the procedure for obtaining hydrogel of microspheres. The carriers were obtained by the emulsion method with two-step procedure: first by the physical gel formation using TPP and then by chemical cross-linking (genipin). The resulting structures were characterized by optical and atomic force (AFM) microscopies. The size of the obtained particles ranged from 1 to 15 um. Subsequently, the performance of microspheres in 1 M HCl (pH = 1.2 – characteristic for stomach) and 0.1 M PBS (pH = 6.8 – characteristic for intestine) was examined. The excessive swelling of microspheres in acidic environment and shrinking of the hydrogel structure at higher pH values was observed. The described phenomenon may promote, undesirable in our system, release of insulin in gastric environment. To modify the properties of microspheres in order to obtain a better control over the insulin release kinetics, their surfaces were coated with a thin layer of a natural polymer. A 0.2% solutions of two polysaccharides: sodium alginate and λ- carrageenan were used for the coating procedure. As a result of that modification, two types of carriers were obtained. Next, the efficiency of coverage of the microspheres of each type were analysed using FTIR spectroscopy.The most important part of the research was focused on studying the profiles of insulin and genipin release in solutions simulating the conditions in stomach and intestine for each type of microspheres. HLPC chromatography was used to detect the released compounds, as it allowed to measure both insulin and genipiny thanks to the effective separation in chromatographic column. Based on the conducted studies, it was estimated that chitosan microspheres coated with λ- carrageenan thin layer constitute the most promising material. The system enables controlled release of insulin in the intestine, while limiting insulin release in the stomach. Additionally the system allows for the simultaneous release of genipin which demonstrates a positive influence on the performance of the pancreatic isles producing insulin