การแลกเปลี่ยนตัวทาละลายและการก่อตัวเป็นไมโครปาร์ติเคลและเจลชนิดก่อตัวเองที่บรรจุ ยาด็อกซีไซคลินไฮเคลตโดยใช้เชลแล็คเป็นสารก่อเมทริกซ์

Abstract

การแลกเปลี่ยนตัวทำละลายคือการแพร่ระหว่างตัวทำละลายอินทรีย์ที่เคลื่อนที่สู่ภายนอกและตัวกลางที่เป็นน้ำาเข้าสู่บริเวณเป้าหมาย เจลชนิดก่อตัวเองเป็นระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงวัฏภาคจากของเหลวเป็นเจลภายหลังสัมผัสตัวกลางที่เป็นน้ำ และไมโครปาร์ติเคลชนิดก่อตัวเองเป็นระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงจากหยดอิมันชันเป็นอนุภาคแข็งหลังสัมผัสตัวกลางที่เป็นน้า การเปลี่ยนแปลงของทั้งสองระบบนี้เกิดขึ้นผ่านกลไกการแยกวัฏภาคซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงค่าการละลายของพอลิเมอร์อย่างฉับพลันที่ตอบสนองต่อการแลกเปลี่ยนตัวทำละลาย งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาพฤติกรรมของตัวทำละลายอินทรีย์ได้แก่ Dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) และ 2-pyrrolidone (PYR) ภายในเชลแล็คตั้งแต่ขั้นตอนการเตรียมจนกระทั่งระบบเกิดการแยกวัฏภาค สูตรตำรับใช้ระบบก่อตัวเองเป็นเจลชนิดก่อตัวเองเป็นวัฏภาคภายในของระบบก่อตัวเองเป็นไมโครปาร์ติเคลซึ่งเป็นอิมัลชั่นที่เกิดจากการผสมระหว่างระบบดังกล่าวกับวัฏภาคภายนอกซึ่งประกอบด้วยน้ามันมะกอกและ Glyceryl monostearate (GMS) ปัจจัยที่ศึกษาในขั้นตอนการเตรียมได้แก่ ความเป็นกรด-ด่าง ค่าดัชนีการละลาย ความหนาแน่น แรงตึงผิว และอัตราการแยกวัฏภาคของส่วนประกอบอิมัลชัน ในระหว่างการแยกวัฏภาคของระบบก่อตัวเองจะศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพซึ่งแบ่งเป็น 3 ส่วนตามลาดับการสัมผัสกับตัวกลางที่เป็นน้ำ 1) ก่อนสัมผัส (รูปร่างและขนาดของอิมัลชัน ความหนืด สมบัติหยุ่นหนืด และการวิเคราะห์เชิงความร้อน) 2) ระหว่างสัมผัส (การเปลี่ยนแปลงจากของเหลวไปสู่ไมโครปาร์ติเคล การปลดปล่อยตัวทำละลายอินทรีย์และยา การสลายตัว อัตราการแพร่ของน้ำ และการแพร่ของตัวทำละลายอินทรีย์) 3) หลังสัมผัส (การวิเคราะห์เนื้อสัมผัส การวิเคราะห์โครงสร้างผลึก และภาพใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) ทั้งนี้เชลแล็คละลายในตัวทาละลายอินทรีย์ด้วยการเกิดพันธะไฮโดรเจนและแรงวานเดอร์วาล เจลชนิดก่อตัวเองที่ใช้ NMP เป็นตัวทาละลายไม่สามารถนามาเตรียมเป็นอิมัลชันได้เนื่องจาก NMP เข้ากับน้ามันมะกอกบางส่วน ค่าดัชนีการละลายสามารถเรียงลาดับตามชนิดตัวทาละลายได้ดังนี้ NMP > DMSO > PYR NMP จึงจัดเป็นตัวทาละลายที่ดีที่สุดสาหรับเชลแล็ค พารามิเตอร์นี้สอดคล้องกับผลการศึกษาด้านความหนืด สมบัติหยุ่นหนืด และการวิเคราะห์เชิงความร้อน รวมถึง PYR มีความหนืดมากกว่า DMSO และ NMP ตามลาดับ กระบวนการแยกวัฏภาคสามารถแบ่งได้ 4 ขั้น ขั้นแรกน้าได้เคลื่อนที่เข้าสู่ระบบด้วยอัตราเร็วต่างกันซึ่งเรียงตามลาดับตามชนิดตัวทาละลายที่ใช้ในระบบดังนี้ DMSO > NMP > PYR น้าที่เข้าสู่ระบบจะลดค่าการละลายของเชลแล็คจนเกิดการแยกวัฏภาค ขั้นที่สองตัวทาละลายอินทรีย์และยาจะแพร่ออกจากระบบออกมาภายนอก อัตราการแพร่ของสารดังกล่าวเรียงตามลาดับตามชนิดตัวทาละลายในระบบได้ดังนี้ DMSO > NMP > PYR ระบบที่มี PYR มีอัตราการปลดปล่อยสารช้าที่สุดเนื่องจากตัวทาละลายเองและระบบมีความหนืดสูงกว่า สาหรับการแพร่ของระบบที่มี DMSO และ NMP สามารถอธิบายได้จากค่าดัชนีการละลาย ขั้นที่สามระบบจะเกิดรูพรุนบริเวณที่มีการเคลื่อนที่ของน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ ขนาดและความหนาแน่นของรูพรุนจะเพิ่มขึ้นตามเวลาซึ่งสอดคล้องกับอัตราการปลดปล่อยตัวทำละลายอินทรีย์และยา เมททริกซ์เชลแล็คที่เกิดจากระบบที่ใช้ PYR มีการฉีกขาดในภายหลังเนื่องจากเกิดไฮโดรไลซิสซึ่งถูกเร่งโดย PYR เหนี่ยวนำให้มีการสะสมน้ำภายในระบบ โครงสร้างที่มีความพรุนสูงจะเกิดการแตกหักได้ง่ายและมีพฤติกรรมแบบพลาสติก แต่โครงสร้างที่มีความพรุนต่างจะทนต่อแรงกดและยืดหยุ่น ขั้นสุดท้ายเชลแล็คเริ่มสลายตัวในสภาวะที่มีน้ำหลังจากระบบกลายเป็นของแข็งอย่างสมบูรณ์ เมื่อสภาวะคงที่ปริมาณการสลายตัวทั้งหมดเรียงตามลาดับตัวทำละลายได้ดังนี้ PYR >> NMP > DMSO ซึ่งมีแนวโน้มคล้ายกับปริมาณน้าที่สะสมในระบบ ระบบที่เตรียมด้วย PYR สามารถกักเก็บน้าได้มากและความเป็นกรด-ด่างของสารละลายด็อกซีไซคลินไฮเครตในเมทริกซ์ที่ควบคุมโดยบัฟเฟอร์มีค่าใกล้เคียง 7 จึงทาให้เกิดไฮโดรไลซิสที่พันธะเอสเตอร์ของเชลแล็คได้สูง อย่างไรก็ตามพฤติกรรมของตัวทาละลายอินทรีย์ในระบบก่อตัวเป็นไมโครปาร์ติเคลถูกบดบังด้วยน้ามัน ตัวทาละลายดังกล่าวไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างเชลแล็คที่เหลือหลังจากกระบวนการแลกเปลี่ยนสารละลาย PYR เป็นตัวทำละลายที่เหมาะสมในการเตรียมระบบก่อตัวเองที่สุดเนื่องจากมันทำให้ระบบมีการปลดปล่อยยาอย่างช้าๆและมีโอกาสสลายตัวได้ในสภาวะร่างกาย Solvent exchange is the diffusion between solvent efflux and water influx at specific site. In situ forming gel exhibits a sol-to-gel phase transition after contact with aqueous fluid whereas in situ microparticle (ISM) obsesses transformation of emulsion droplets into the solid particles. Phase separation is the main strategy of these systems, and it undergoes the prompt changes in solubility of polymer in response to solvent exchange. This research purposed to better comprehend the behavior of solvent (e.g. Dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 2-pyrrolidone (PYR)) state in bleached shellac from preparation process to the entire phase separation of in situ forming microparticles and gel. The formulations employed the in situ forming gel as an internal phase of ISM, and emulsion was achieved by mixing the in situ forming gel with the external phase made from GMS and olive oil. In preparation process, the parameters such as pH, solubility parameter, density, interfacial tension and phase separation rate of emulsion compositions were investigated. During the phase separation, the physical characteristics were examined for the three phases according to exposure time. 1) Before (morphology of o/o emulsion and its droplet size, viscosities, viscoelasticity and thermal analysis). 2) During (transformation of sol to microparticles, solvent and drug releases, in vitro degradation, water diffusion rate and solvent diffusion). 3) After (texture analysis, XRD pattern and SEM microphotograph). Bleached shellac dissolved in solvents via strongly hydrogen bonding and van der Wall forces. In situ forming gel using NMP as solvent could not fabricate into an emulsion because NMP was partial miscible with olive oil. The solubility parameter could be in rank of the solvent order as following: NMP > DMSO > PYR. NMP was described as the best “good solvent”. This parameter related to viscosities, viscoelasticity and thermal analysis. Additionally, PYR itself was more viscous than DMSO and NMP, respectively. There are four crucial steps of phase separation. Firstly, water flowed into the system with different rate in rank of the solvent order as following: DMSO > NMP > PYR. This water permeation decreased the solubility of bleached shellac, and it then precipitated. Secondly, solvent and drug diffused out in few minutes later. The diffusion rate of all species was presented in term of solvent applied in formulation as DMSO > NMP > PYR. PYR formula had the slowest release rate of solvent and drug because solvent itself and its systems were higher viscous. Whereas, all diffusion profiles from DMSO and NMP systems were governed by solubility parameter. Thirdly, pores were supplied with water and solvent fluxes. The size and density of pores were increased by time similarly to the release rate of solvent and drug. Bleached shellac matrices prepared using PYR as solvent eventually dissipated due to hydrolysis at ester bond which was accelerated by PYR-induced water accumulation. A higher porous structure collapsed easily and it was more likely plastic but a dense one considerably resisted to a compression and deformed elastically. Finally, the degradation of bleached shellac in aqueous condition actually started after systems completed solidification. At steady state, the total mass loss converted to PYR >> NMP > DMSO similarly to a water content pattern. PYR could gain the high amount of water and pH of doxycycline hyclate solution in matrix was maintained by buffer pH nearly to 7, resulting in the large hydrolysis at polyesters. However, all behaviors of solvent state in ISM was covered by hindrance effect of oil phase. The solvent had no effect on the structure of remained bleached shellac after solvent exchange. PYR was the most appropriated solvent for preparing the in situ forming systems because its formulations demonstrated the proper sustained drug release profiles and preferable self-degradation in physiological condition.