Synthesis and characterization of ?-cyclodextrin incorporated nanocomposite hydrogels and investigation of controlled release behavior

Abstract

Poli(N-izopropilakrilamid ve sodium aljinat içeren nanokompozit ve geleneksel hidrojeller serbest radikal çözelti polimerizasyonu yöntemi ile üretilmiş olup, poli(N-izopropilakrilamid ve sodium aljinat içeren nanokompozit hidrojellerde nanokil, geleneksel hidrojellerde ise N,N'-metilenbis(akrilamid) çapraz bağlayıcı olarak kullanıldı. Sentezlenen hidrojeller Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi, taramalı elektron mikroskopu (SEM), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve X-ışını kırınım (XRD) cihazı ile karakterize edildi. Nanokompozit hidrojellerin yüksek oranda gözenekli yapıya sahip olduğu ve içerdikleri nanokil miktarı arttıkça, gözenek sayısının artarken, gözenek çapının küçüldüğü gözlendi. Hidrojellerin şişme davranışları pH 1.2-10 ile 5-37 °C sıcaklık aralığında incelendi. Hazırlanan hidrojeller, pH ve sıcaklığa duyarlı davranış gösterdi. Nanokompozit hidrojellerin geleneksel hidrojellerden pH, sıcaklık ve hidrojel kompozisyonu değişimine daha duyarlı olduğu görüldü. Birlikte çöktürme yöntemi kullanılarak kurkumin molekülünün ?-siklodekstrin ile inkluzyon kompleksi (Cur-?-CD) hazırlandı. Benesi-Hildebrand metodundan yararlanılarak kurkumin ve ?-siklodekstrin arasındaki stokiyometrik oranın 1:2 olduğu ve kararlılık sabitinin 3.80×?10?^8 M^(-2) olduğu belirlendi. İnkluzyon kompleks oluşumu FT-IR ve DSC analizleri ile doğrulandı. İnkluzyon kompleksi oluşumu sonucunda kurkumin molekülünün sudaki çözünürlüğünün 0.00122 mg ml^(-1) değerinden 0.721 mg ml^(-1) değerine yükseldiği tespit edildi. İnkluzyon kompleksinin, hazırlanan nanokompozit ve geleneksel hidrojellerden salınması simüle edilerek mide-bağırsak koşullarında incelendi. Kümülatif salım değerlerinin hidrojel kompozisyonu ve salınım yapılan ortamın pH değerine bağlı olarak değiştiği görüldü. En düşük şişme pH = 1.2 değerinde gözlenirken, en yüksek şişme pH = 6.8 değerinde gerçekleşti. Nanokompozit hidrojellerin, insan mide bağırsak sisteminde antiproliferat bir ilaç olan kurkuminin sudaki çözünürlüğünü ve biyoyararlılığını arttıracak potansiyel ilaç taşıyıcı sistemler olabileceği görüldü.Poly(N-isopropylacrylamide) and sodium alginate-based nanocomposite and conventional hydrogels were synthesized via free radical solution polymerization in which nanoclay was used as the cross-linker for poly(N-isopropylacrylamide) and sodium alginate-based nanocomposite hydrogels while N,N?-methylenebis(acrylamide) was used as the cross-linker in the conventional hydrogels. Prepared hydrogels were characterized by Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD). The hydrogels revealed a highly porous structure in which pore sizes decreased, and number of pores increased with increasing nanoclay content in the hydrogels. Swelling studies were conducted in the pH range of 1.2-10.0 and in the temperature range of 5-37 °C. The prepared hydrogels showed pH and temperature responsive behavior. The nanocomposite hydrogels showed higher dependency on pH, temperature and hydrogel composition than the conventional hydrogels. Inclusion complex of curcumin with ?-cyclodextrin (Cur-?-CD) was prepared using co-precipitation method. Stoichiometric ratio between curcumin and ?-cyclodextrin was found to be 1:2 with an association constant of 3.80×?10?^8 M^(-2) using Benesi-Hildebrand method. Inclusion complex formation was confirmed by FT-IR and DSC analyses. Water solubility of curcumin increased from 0.00122 to 0.721 mg ml^(-1) with the inclusion complex formation. Release of the inclusion complex from the prepared nanocomposite and conventional hydrogels were investigated in simulated gastrointestinal conditions. Cumulative release was dependent on the hydrogel composition and pH. At pH = 1.2, hydrogels showed the lowest release ratio while at pH = 6.8 highest swelling ratios were attained. Nanocomposite hydrogels were found to have potential as drug carriers for the targeted delivery of antiproliferative drug of curcumin in gastrointestinal tract of humans to increase solubility and bioavailability of curcumin.