Напівтвердий екструзійний 3D-друк функціоналізованих поліетиленоксидних гелів з нановолокнами 1,2,3-триазоло-1,4-бензодіазепінів та сухим екстрактом кропиви собачої, модифікованого валіном (Leonurus cardiaca L.)

Автор(и)

  • Ірина Валеріївна Боцула Національний фармацевтичний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5226-8699
  • Ігор Володимирович Кіреєв Національний фармацевтичний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-5413-9273
  • Олег Миколайович Кошовий Національний фармацевтичний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-9545-8548
  • Jyrki Heinämäki University of Tartu, Естонія https://orcid.org/0000-0002-5996-5144
  • Raal Ain University of Tartu, Естонія https://orcid.org/0000-0001-8731-7366
  • Марина Олександрівна Мазур Державна наукова установа "Науково-технологічний комплекс "Інститут монокристалів" Національної академії наук України", Україна https://orcid.org/0000-0002-3191-8493
  • Валентин Анатолійович Чебанов Державна наукова установа "Науково-технологічний комплекс "Інститут монокристалів" Національної академії наук України", Україна https://orcid.org/0000-0001-7564-778X

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-4852.2024.299205

Ключові слова:

похідне бензодіазепіну, екстракт собачої кропиви, нановолокна, олеогель, поліетиленоксид, 3D друк

Анотація

Тривожні розлади є найбільш поширеними психіатричними розладами і пов'язані з великою кількістю захворювань. Поєднання синтетичних і природних субстанцій у лікуванні таких розладів може забезпечити значні переваги у терапевтичній ефективності. У цьому дослідженні ми поєднали похідні триазолобензодіазепінів та сухий екстракт собачої кропиви трави (Leonurus cardiaca L.).

Мета. Метою цього дослідження була розробка композитних водних гелів на основі поліетиленоксиду (ПEO) з 1,2,3-тріазоло-1,4-бензодіазепіновими нановолокнами та сухим екстрактом собачої кропиви трави, модифікованого валіном, придатних для напівтвердого екструзійного 3D друку. Було досліджено можливість 3D друку таких гелів, їх фізико-хімічні властивості та надруковані на 3D-принтері лікарські форми.

Матеріали та методи. Нове похідне 1,2,3-триазоло-1,4-бензодіазепіну (МА-253) було синтезовано та використано для створення олеогелів з нановолоконами, які були завантажені ним. Сухий екстракт готували з настойки собачої кропиви та валіну. Були виготовлені водні ПЕО-гелі, до складу яких входили нановолокна з синтетичним препаратом MA-253 та екстракт собачої кропиви трави, модифікований валіном, які згодом використовувалися для екструзійниого 3D друку. Було перевірено однорідність, в’язкість і можливість 3D-друку цих композитних ПЕО-гелів. Фітохімічний аналіз флавоноїдів у надрукованих на 3D-принтері лікарських формах проводили спектрофотометричним методом згідно методики Європейської фармакопеї.

Результати досліджень. Три експериментальні гелеві композиції з нановолокнами 1,2,3-тріазоло-1,4-бензодіазепінів та сухим екстрактом собачої кропиви, модифікованим валіном, були розроблені та досліджені на придатність для екструзійного 3D друку. Ці три гелі продемонстрували гарну друкованість без будь-яких суттєвих недоліків. Аналіз решіток, надрукованих на 3D принтері, показав, що ПЕО-гель, який містив 100 мг/мл екстракту собачої кропиви, є найбільш перспективним для 3D-друку. Надруковані на 3D-принтері лікарські форми повністю розчинялися у воді (22±2 °C) протягом 20 хвилин, що свідчить про їх придатність для перорального застосування.

Висновки. Нові водні ПЕО-гелі з 1,2,3-тріазоло-1,4-бензодіазепіновими нановолокнами та екстрактом собачої кропиви, модифікованим валіном, придатні для фармацевтичного напівтвердого екструзійного 3D друку. Сучасні композитні ПЕО-гелі дозволяють готувати друковані пероральні системи доставки ліків із негайним вивільненням для нових похідних триазолобензодіазепіну та рослинного екстракту з подальшим застосуванням в терапії

Спонсор дослідження

  • Estonian Research Council grant (PRG1903), CurifyLabs project (VMVFA22189), and the European Union in the MSCA4Ukraine project “Design and development of 3D-printed medicines for bioactive materials of Ukrainian and Estonian medicinal plants origin” [ID number 1232466].

Біографії авторів

Ірина Валеріївна Боцула, Національний фармацевтичний університет

Аспірантка

Кафедра клінічної фармакології та клінічної фармації

Ігор Володимирович Кіреєв, Національний фармацевтичний університет

Доктор медичних наук, професор завідувач кафедри

Кафедра клінічної фармакології та клінічної фармації

Олег Миколайович Кошовий, Національний фармацевтичний університет

Доктор фармацевтичних наук, професор

Кафедрa фармакогнозії

Jyrki Heinämäki, University of Tartu

PhD, Professor

Institute of Pharmacy

Raal Ain, University of Tartu

PhD, Professor

Institute of Pharmacy

Марина Олександрівна Мазур, Державна наукова установа "Науково-технологічний комплекс "Інститут монокристалів" Національної академії наук України"

Технік відділу

Відділ органічної та біоорганічної хімії

Науково-дослідне відділення хімії функціональних матеріалів

Валентин Анатолійович Чебанов, Державна наукова установа "Науково-технологічний комплекс "Інститут монокристалів" Національної академії наук України"

Доктор хімічних наук, професор, перший заступник генерального директора

Кафедрa прикладної хімії

Директор відділення

Науково-дослідне відділення хімії функціональних матеріалів

Посилання

  1. Bandelow, B., Michaelis, S., Wedekind, D. (2017). Treatment of anxiety disorders. Dialogues in Clinical Neuroscience, 19 (2), 93–107. https://doi.org/10.31887/dcns.2017.19.2/bbandelow
  2. Penninx, B. W., Pine, D. S., Holmes, E. A., Reif, A. (2021). Anxiety disorders. The Lancet, 397 (10277), 914–927. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)00359-7
  3. Anxiety disorders (2023). WHO. Available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/anxiety-disorders Last accessed: 17.01.2024
  4. Hovenkamp-Hermelink, J. H. M., Jeronimus, B. F., Myroniuk, S., Riese, H., Schoevers, R. A. (2021). Predictors of persistence of anxiety disorders across the lifespan: a systematic review. The Lancet Psychiatry, 8 (5), 428–443. https://doi.org/10.1016/s2215-0366(20)30433-8
  5. Santomauro, D. F., Mantilla Herrera, A. M., Shadid, J., Zheng, P., Ashbaugh, C., Pigott, D. M. et al. (2021). Global prevalence and burden of depressive and anxiety disorders in 204 countries and territories in 2020 due to the COVID-19 pandemic. The Lancet, 398 (10312), 1700–1712. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)02143-7
  6. Vai, B., Mazza, M. G., Delli Colli, C., Foiselle, M., Allen, B., Benedetti, F. et al. (2021). Mental disorders and risk of COVID-19-related mortality, hospitalisation, and intensive care unit admission: a systematic review and meta-analysis. The Lancet Psychiatry, 8 (9), 797–812. https://doi.org/10.1016/s2215-0366(21)00232-7
  7. Haustova, O. (2023). Tryvozhno-depresyvni rozlady v umovakh dystresu viiny v Ukraini. Health-ua.com. Available at: https://health-ua.com/article/71710-trivozhnodepresivn-rozladi-vumovah-distresu-vjni-vukran Last accessed: 17.01.2024
  8. Khan, A., Akram, M., Thiruvengadam, M., Daniyal, M., Zakki, S. A., Munir, N. et al. (2022). Anti-anxiety Properties of Selected Medicinal Plants. Current Pharmaceutical Biotechnology, 23 (8), 1041–1060. https://doi.org/10.2174/1389201022666210122125131
  9. Van Gool, D., Igodt, P., De Cuyper, H. (1992). Mode of action of the triazolobenzodiazepines in the treatment of panic attacks: a hypothesis. European Neuropsychopharmacology, 2 (4), 433–441. https://doi.org/10.1016/0924-977x(92)90006-t
  10. Tibrewal, P., Looi, J. C. L., Allison, S., Bastiampillai, T. (2021). Benzodiazepines for the long-term treatment of anxiety disorders? The Lancet, 398 (10295), 119–120. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(21)00934-x
  11. Brett, J., Murnion, B. (2015). Management of benzodiazepine misuse and dependence. Australian Prescriber, 38 (5), 152–155. https://doi.org/10.18773/austprescr.2015.055
  12. Curado, D. F., de Barros, V. V., Noto, A. R., Opaleye, E. S. (2022). Dependence on hypnotics: a comparative study between chronic users of benzodiazepines and Z-drugs. Brazilian Journal of Psychiatry, 44 (3), 248–256. https://doi.org/10.1590/1516-4446-2020-1651
  13. Koshovyi, O., Raal, A., Kireyev, I., Tryshchuk, N., Ilina, T., Romanenko, Y. et al. (2021). Phytochemical and Psychotropic Research of Motherwort (Leonurus cardiaca L.) Modified Dry Extracts. Plants, 10 (2), 230. https://doi.org/10.3390/plants10020230
  14. Rauwald, H., Savtschenko, A., Merten, A., Rusch, C., Appel, K., Kuchta, K. (2015). GABAA Receptor Binding Assays of Standardized Leonurus cardiaca and Leonurus japonicus Extracts as Well as Their Isolated Constituents. Planta Medica, 81 (12/13), 1103–1110. https://doi.org/10.1055/s-0035-1546234
  15. Qi, J., Hong, Z. Y., Xin, H., Zhu, Y. Z. (2010). Neuroprotective Effects of Leonurine on Ischemia/Reperfusion-Induced Mitochondrial Dysfunctions in Rat Cerebral Cortex. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 33 (12), 1958–1964. https://doi.org/10.1248/bpb.33.1958
  16. Li, Y., Lin, Y., Liu, X., Wang, L., Yu, M., Li, D., Zhu, Y., Du, M. (2019). Leonurine: From Gynecologic Medicine to Pleiotropic Agent. Chinese Journal of Integrative Medicine, 26 (2), 152–160. https://doi.org/10.1007/s11655-019-3453-0
  17. Koshevoi, O. N. (2011). Amino-acid and monosaccharide compositions of Salvia officinalis leaves. Chemistry of Natural Compounds, 47 (3), 492–493. https://doi.org/10.1007/s10600-011-9976-3
  18. Romanenko, Y., Koshovyi, O., Ilyina, T., Borodina, N., Melnyk, N. (2019). Standardization parameters of modified extracts from leonurus cardiaca herb. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 1 (17), 17–23. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2019.157996
  19. Fernández, S. P., Wasowski, C., Paladini, A. C., Marder, M. (2005). Synergistic interaction between hesperidin, a natural flavonoid, and diazepam. European Journal of Pharmacology, 512 (2-3), 189–198. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2005.02.039
  20. Tanaka, R., Makino, K., Tabata, H., Oshitari, T., Natsugari, H., Takahashi, H. (2022). Axial chirality and affinity at the GABAA receptor of triazolobenzodiazepines. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 64, 116758. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2022.116758
  21. Wojtyniak, K., Szymański, M., Matławska, I. (2012). Leonurus cardiaca L. (Motherwort): A Review of its Phytochemistry and Pharmacology. Phytotherapy Research, 27 (8), 1115–1120. https://doi.org/10.1002/ptr.4850
  22. File, S. E., Pellow, S. (1985). The effects of triazolobenzodiazepines in two animal tests of anxiety and in the holeboard. British Journal of Pharmacology, 86 (3), 729–735. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.1985.tb08952.x
  23. Mazur, M. O., Zhelavskyi, O. S., Zviagin, E. M., Shishkina, S. V., Musatov, V. I., Kolosov, M. A. et al. (2021). Effective microwave-assisted approach to 1,2,3-triazolobenzodiazepinones via tandem Ugi reaction/catalyst-free intramolecular azide–alkyne cycloaddition. Beilstein Journal of Organic Chemistry, 17, 678–687. https://doi.org/10.3762/bjoc.17.57
  24. Botsula, I., Sсhavikin, J., Heinämäki, J., Laidmäe, I., Mazur, M., Raal, A. et al. (2024). Application of nanofiber-based drug delivery systems in improving anxiolytic effect of new 1,2,3-triazolo-1,4-benzodiazepine derivatives. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 195, 106712. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2024.106712
  25. Jayakrishna, M., Vijay, M., Khan, B. (2023). An Overview of Extensive Analysis of 3D Printing Applications in the Manufacturing Sector. Journal of Engineering, 2023, 1–23. https://doi.org/10.1155/2023/7465737
  26. Johannesson, J., Wu, M., Johansson, M., Bergström, C. A. S. (2023). Quality attributes for printable emulsion gels and 3D-printed tablets: Towards production of personalized dosage forms. International Journal of Pharmaceutics, 646, 123413. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2023.123413
  27. dos Santos, J., Balbinot, G. de S., Buchner, S., Collares, F. M., Windbergs, M., Deon, M., Beck, R. C. R. (2023). 3D printed matrix solid forms: Can the drug solubility and dose customisation affect their controlled release behaviour? International Journal of Pharmaceutics: X, 5, 100153. https://doi.org/10.1016/j.ijpx.2022.100153
  28. Cameron, K. O., Beretta, E. E., Chen, Y., Chu-Moyer, M., Fernando, D., Gao, H. et al. (2012). Discovery of new piperidine amide triazolobenzodiazepinones as intestinal-selective CCK1 receptor agonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 22 (8), 2943–2947. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2012.02.049
  29. Botsula, I. V., Kireyev, I. V., Koshovyi, O. M., Chebanov, V. A. (2023). The influence of new 1,2,3-triazolo-1,4-benzodiazepine derivatives on the muscle tone of rodents. Current Issues in Pharmacy and Medicine: Science and Practice, 16 (3), 217–222. https://doi.org/10.14739/2409-2932.2023.3.287999
  30. Koshovyi, O., Heinämäki, J., Laidmäe, I., Topelius, N. S., Grytsyk, A., Raal, A. (2023). Semi-solid extrusion 3D-printing of eucalypt extract-loaded polyethylene oxide gels intended for pharmaceutical applications. Annals of 3D Printed Medicine, 12, 100123. https://doi.org/10.1016/j.stlm.2023.100123
  31. Azad, M. A., Olawuni, D., Kimbell, G., Badruddoza, A. Z. M., Hossain, Md. S., Sultana, T. (2020). Polymers for Extrusion-Based 3D Printing of Pharmaceuticals: A Holistic Materials–Process Perspective. Pharmaceutics, 12 (2), 124. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12020124
  32. Anderspuk, H., Viidik, L., Olado, K., Kogermann, K., Juppo, A., Heinämäki, J., Laidmäe, I. (2021). Effects of crosslinking on the physical solid-state and dissolution properties of 3D-printed theophylline tablets. Annals of 3D Printed Medicine, 4, 100031. https://doi.org/10.1016/j.stlm.2021.100031
  33. Derzhavna Farmakopeia Ukrainy. Vol. 1 (2015). Kharkiv: Derzhavne pidpryiemstvo «Ukrainskyi naukovyi farmakopeinyi tsentr yakosti likarskykh zasobiv», 1028.
  34. European Pharmacopoeia (2022) Strasbourg: Council of Europe.
  35. Ilina, T., Skowrońska, W., Kashpur, N., Granica, S., Bazylko, A., Kovalyova, A. et al. (2020). Immunomodulatory Activity and Phytochemical Profile of Infusions from Cleavers Herb. Molecules, 25 (16), 3721. https://doi.org/10.3390/molecules25163721
  36. Robakowska, M., Gibson, I., Akkerman, R., Wurm, F. R., Gojzewski, H. (2023). Towards more homogeneous character in 3D printed photopolymers by the addition of nanofillers. Polymer Testing, 129, 108243. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2023.108243
  37. Viidik, L., Seera, D., Antikainen, O., Kogermann, K., Heinämäki, J., Laidmäe, I. (2019). 3D-printability of aqueous poly(ethylene oxide) gels. European Polymer Journal, 120, 109206. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.08.033
  38. Mohammed, A. A., Algahtani, M. S., Ahmad, M. Z., Ahmad, J. (2021). Optimization of semisolid extrusion (pressure-assisted microsyringe)-based 3D printing process for advanced drug delivery application. Annals of 3D Printed Medicine, 2, 100008. https://doi.org/10.1016/j.stlm.2021.10000
  39. Wang, N., Shi, H., Yang, S. (2022). 3D printed oral solid dosage form: Modified release and improved solubility. Journal of Controlled Release, 351, 407–431. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.09.023
  40. Macedo, J., Marques, R., Vervaet, C., Pinto, J. F. (2023). Production of Bi-Compartmental Tablets by FDM 3D Printing for the Withdrawal of Diazepam. Pharmaceutics, 15 (2), 538. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15020538
  41. Wang, M., Li, D., Zang, Z., Sun, X., Tan, H., Si, X. et al. (2021). 3D food printing: Applications of plant-based materials in extrusion-based food printing. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 62 (26), 7184–7198. https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1911929
  42. Raal, A., Jaama, M., Utt, M., Püssa, T., Žvikas, V., Jakštas, V. et al. (2022). The Phytochemical Profile and Anticancer Activity of Anthemis tinctoria and Angelica sylvestris Used in Estonian Ethnomedicine. Plants, 11 (7), 994. https://doi.org/10.3390/plants11070994
  43. Shang, X., Pan, H., Wang, X., He, H., Li, M. (2014). Leonurus japonicus Houtt.: Ethnopharmacology, phytochemistry and pharmacology of an important traditional Chinese medicine. Journal of Ethnopharmacology, 152 (1), 14–32. https://doi.org/10.1016/j.jep.2013.12.052
  44. Fierascu, R. C., Fierascu, I., Ortan, A., Fierascu, I. C., Anuta, V., Velescu, B. S. et al. (2019). Leonurus cardiaca L. as a Source of Bioactive Compounds: An Update of the European Medicines Agency Assessment Report (2010). BioMed Research International, 2019, 1–13. https://doi.org/10.1155/2019/4303215
Напівтвердий екструзійний 3D-друк функціоналізованих поліетиленоксидних гелів з нановолокнами 1,2,3-триазоло-1,4-бензодіазепінів та сухим екстрактом кропиви собачої, модифікованого валіном (Leonurus cardiaca L.)

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-29

Як цитувати

Боцула, І. В., Кіреєв, І. В., Кошовий, О. М., Heinämäki, J., Ain, R., Мазур, М. О., & Чебанов, В. А. (2024). Напівтвердий екструзійний 3D-друк функціоналізованих поліетиленоксидних гелів з нановолокнами 1,2,3-триазоло-1,4-бензодіазепінів та сухим екстрактом кропиви собачої, модифікованого валіном (Leonurus cardiaca L.). ScienceRise: Pharmaceutical Science, (1(47), 40–48. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2024.299205

Номер

№ 1(47) (2024)

Розділ

Фармацевтичні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Iryna Botsula, Igor Kireyev, Oleh Koshovyi, Jyrki Heinämäki, Raal Ain, Maryna Mazur, Valentyn Chebanov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.