بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

مدل سازي سازي رهایش کنترل شده داروي انسولین از هیدروژل هاي نانو کامپوزیتی بر پایه متاکریلامید-متاکریلیک اسید با استفاده از نرم افزار کامسول

 

چکیده

در این پژوهش، رهایش داروي انسولین از هیدروژل نانو کامپوزیتی بر پایه متاکریلامید-متاکریلیک اسید مدل سازي شده است. براي این منظور یک هندسه دو بعدي با دو ناحیه در مختصات استوانه در نظر گرفته شده و براي هر ناحیه معادلات حاکم بر سیستم بدست آمد و با توجه به شرایط مرزي و اولیه با استفاده از نرم افزار جامع کامسول حل شدند. نتایج نشان داد رهایش دارو از هیدروژل بصورت ناپایدار است و انتقال جرم تا رسیدن حالت تعادل یا از بین رفتن گرادیان پتانسیل شیمیایی ادامه می یابد. نتایج بدست آمده با داده هاي تجربی مقایسه شد که داراي تطابق خوبی می باشد.

واژه هاي کلیدي: رهایش داروي انسولین، هیدروژل، مدل سازي، کامسول.

-1 مقدمه

هیدروژل ها، پلیمر هایی با پیوند عرضی هستند که توانایی جذب مقدار زیادي آب یا مایع از محیط را دارند.

پیشرفت هاي اخیر در زمینه ي استفاده از هیدروژل ها براي مهندسی مواد، رسانش و رهایش دارو، استفاده از لنزهاي چشمی محقق شده است، که از این میان تعدادي از کاربردهاي زیست پزشکی هیدروژل ها منجر به ایجاد پتاسیل لازم براي طراحی سیستم هاي رهایش کنترل شده دارو شده اند تا بتوانند دارو را در محل هاي خاصی از بدن تحویل دهند .[1]

استفاده از هیدروژل ها براي کاربرد هاي درمانی از سال 1960 آغاز شد، یعنی هنگامی که لیم و ویچترل پلی هیدروکسی متاکریلات را سنتز کردند .[2] هیدروژل ها را می توان به طور فیزیکی یا شیمیایی شبکه اي کرد.

ساختار پر منفذ هیدروژل ها، به وسیله چگالی شبکه اي شدن کنترل می شود. به دلیل زیست سازگاري، محتواي زیاد آب، کشش سطحی کم و خواص مکانیکی مشابه این هیدروژل ها با بافت هاي بدن، می توان از هیدروژل ها براي اهداف دارورسانی و مهندسی بافت استفاده کرد .[3] بیش از 40 سال است که توجه روي گسترش سامانه هاي دارو رسانی متمرکز شده است .[4] هدف از طراحی این سامانه ها کاهش تکرار مصرف، افزایش اثر دارو و کاهش عوارض ناشی از آن است. امروزه پلیمر ها و لیپیدها به عنوان پر کاربردترین سامانه هاي دارو رسانی شناخته شدند.

در سال هاي اخیر کوشش هاي زیادي روي اصلاح و افزایش مقاومت مکانیکی هیدروژل ها با اضافه کردن نانو ذرات به ساختار آن ها و تهیه هیدروژل هاي نانو کامپوزیتی شده است که خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی آن ها نسبت به هیدروژل هاي خالص به طور چشم گیري افزایش یافته است .[5]

انسولین به صورت تزریقی مصرف می شود، اگر با سیستم رهایش دارو، انسولین به صورت خوراکی مصرف شود می تواند براي بیماري هاي دیابتی بسیار سودمند باشد 6] و .[7 .محدودیت هایی که در تهیه انسولین به صورت خوراکی وجود دارند، شامل تخریب آن در معده، نفوذ پذیري ضعیف در سراسر روده به دلیل وزن مولکولی بالا و عدم وجود چربی دوستی می باشند .[8] روش هاي مختلفی براي غلبه بر این محدودیت ها وجود دارند از جمله می توان استفاده از سیستم هاي حامل پلیمري براي انسولین به منظور بهبود جذب گوارشی آن را نام برد .(19)

هیدروژل هاي پلیمري شبکه شده به دلیل طبیعت حساس آن ها به pH، ضریب رهایش بالا و زیست سازگاري که دارند می توانند به عنوان سیستم رهایش انسولین به صورت خوراکی مورد استفاده قرار بگیرند 9] و .[10

با توجه به این که در زمینه مدل سازي و شبیه سازي رهایش دارو از هیدروژل ها، تحقیقات زیادي انجام نشده است و در این مقاله، سعی شده رهایش داروي انسولین در هیدروژل هاي نانو کامپوزیتی بر پایه متاکریلامید-متاکریلیک اسید که ترکیب مناسبی براي کاربردهاي پزشکی می باشند مدل سازي و شبیه سازي شود. داده هاي حاصل از آزمایش با داده هاي حاصل از شبیه سازي مقایسه می شوند که بر اساس معادلات ماکسول-استفان براي انتقال جرم به دست آمده اند. براي شبیه سازي فرآیند از نرم افزار جامع کامسول مولتی فیزیک (نسخه (4.4 استفاده شده است.

-2 تئوري

براي استفاده از هر نرم افزار یک سري مسیر هاي خاص وجود دارد تا با انجام آن به توان بـه حـل مسـاله پرداخت و به نتیجه رسید. نرم افزار کامسول هم از این قانون جدا نیست. در این نرم افزار ابتدا تعیین می کنـیم کـه چه ماژولی احتیاج داریم، با انتخاب ماژول پدیده مورد نظر در آن هم انتخاب می کنیم و بـه ایـن ترتیـب معـادلات حاکم مشخص می شود. مرحله دیگر انتخاب بعد سیستم، که می توان یک بعدي، دو بعدي، سه بعدي و یک بعـدي و دو بعدي متقارن محوري هم باشد. بعد از آن مشخص کردن متغیرهاي سیستم که در قسمت متغیرهـا مـی تـوان آنها را مشاهده یا وارد نمود، ناحیه محاسباتی (هر ناحیه می تواند پدیده مربوط به خود را داشـته باشـد) را انتخـاب می کنیم و در نظر می گیریم. سپس هندسه سیستم را مشخص می کنیم و شکل مربوط به آن را ترسیم می کنیم، وارد کردن ثابت ها هم می تواند در این مرحله یا قبل از هندسه انجام بگیرد. در مرحله بعد ناحیه هـا را مشـخص و خواص فیزیکی را مقدار می دهیم. شرایط مرزي را براي هر ناحیه و مرزهایش مشـخص مـی کنـیم، مـش بنـدي را انجام داده و بعد از آن به گزینه حل می رسیم .همچنین در آخر به تحلیل داده هاي خروجی می توان پرداخت.

-1-2 فرضیات مدل سازي

براي بررسی رهایش دارو در هیدروژل فرضیاتی در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

• هندسه هیدروژل استوانه اي می باشد که رهایش دارو در دو بعد انجام می شود.

• رهایش با مکانیسم نفوذ مولکولی صورت می گیرد.

• ضریب نفوذ مولکولی جهت رهایش دارو مقداري ثابت و بدون وابستگی به مکان فرض شده است.

• شرایط هم دما فرض می شود.

• هندسه سیستم در ضمن فرآیند رهایش ثابت است.

• رهایش در شرایط ناپایدار انجام می شود و غلظت درون هیدروژل و محیط آن با زمان تغییر می کند.

• انتقال دارو از درون هیدروژل به محلول اطراف آن که محیطی شبیه به سیالات بدن است، انجام می گیرد.

-2-2 مدل فیزیکی

شکل (1) هندسه سیستم مورد مطالعه را نشان می دهد. هندسه سیستم شامل دو ناحیه می باشد که تقارن دارد، ناحیه اول شامل هیدروژل و ناحیه دوم محلول محیط هیدروژل می باشد. جهت مدل سازي معادلات حاکم بر هر ناحیه بدست آمده و بعد از مشخص کردن شرایط مرزي و اولیه لازم حل شده اند.

3

شکل :1 هندسه سیستم

-3-2 معادلات حاکم

جهت مدل سازي انتقال جرم در هیدروژل و محیط اطراف آن بایستی معادلات حاکم در نواحی مختلف مشخص شود. رهایش دارو از هیدروژل بستگی به نوع پلیمر، هندسه سیستم، روش تهیه هیدروژل و شرایط محیطی دارد. مکانیسم نفوذ مولکولی، وسیع ترین کاربرد را در رهایش دارو از هیدروژل دارد. این مکانیسم بر اساس قانون فیک به صورت زیر قابل توجیه می باشد .[11-13]

(1) J D

در رابطه فوق:
 JA شار انتقال دارو

 D ضریب نفوذ

 CA غلظت دارو است

در بسیاري حالات ضریب نفوذ دارو براي ساده سازي مدل ثابت در نظرگرفته می شود، اما در حالت کلی این ضریب تابعی از غلظت دارو است. با توجه به غلظت پایین انسولین و عدم وجود سرعت در هیدروژل می توان انتقال جرم توده اي را از معادلات موازنه جرم حذف کرد، البته در محلول نیز این گونه است. بر این اساس معادلات موازنه جرم براي رهایش دارو از هیدروژل در شرایط ناپایدار بصورت زیر می باشد.

(2) D . C

با توجه به اینکه انتقال جرم دو بعدي و در مختصات استوانه اي انجام می شود معادله (2) به صورت زیر ساده می شود:

4


(3)
∂Z D r D
در صورتی که DAB ثابت باشد:
∂Z ∂ C D r D ∂r ∂ C D

1-3-2 معادلات حاکم در محلول بافر:

انتقال جرم در محلول با مکانیسم نفوذ مولکولی انجام می شود که توزیع غلظت دارو بر اساس معادله زیر قابل پیش بینی می باشد.

(4) . D C R


در این معادله:

 C غلظت

 D ضریب نفوذ
 R مقادیر in put هاي ما می باشد. معادلات MASS BALANCE در بافر می باشد.

2-3-2 معادله حاکم در ژل:

در هیدروژل نیز معادله حاکم بر انتقال دارو به صورت زیر بیان می شود.

(5) . D C R

در این معادله:

 CA غلظت انسولین داخل هیدروژل

 DAB ضریب نفوذ مولکولی

 RA سرعت واکنش می باشد که برابر صفر است.

4-3 شرایط مرزي

غلظت در سطح تماس بین هیدروژل و محلول بافر به صورت تعادلی و با ثابت تعادل K فرض می گردد. که در این رابطه CAgel غلظت انسولین در هیدروژل و CAbafer غلظت انسولین در محلول بافر می باشد.

K = (CAgel / CAbafer)

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید