Автореферат (1097909), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Вмомент t=t1 температура пленки мгновенно становится выше НКТР ипленка переходит в набухшее состояние. В момент t=t2 происходитобратный процесс перехода в коллапсированное состояние. Далее циклпереходов повторяется несколько раз. Обозначим, чтоH(t) иD(t)толщина пленки и коэффициент диффузии соответственно. Уравнениедиффузии для данной модельной системы можно записать в следующемвиде:∂c∂ 2c= D (t ) 2∂t∂x, для0 < x < H (t )(1)33где Dc , 0 ≤ t < t1 , D , t ≤ t < t2 ,D (t ) =  s 1 Dc , t2 ≤ t < t3 ,⋮ Hc , 0 ≤ t < t1 , H , t ≤ t < t2 ,и H (t ) =  s 1 Hc , t2 ≤ t < t3 ,⋮(2)Уравнения (1) и (2) должны быть дополнены следующими начальными играничными условиями: (i) Лекарство равномерно распределено в пленке.Следовательно, С=С0 в момент t=0 при 0<x< Hc.

С0 – постоянная. (ii)Нижняя граница пленки,выполняется условие: − D(iii)x=0 непроницаема для лекарства, т.е.∂c= 0 при x = 0.∂xНулевая концентрация лекарства на поверхности пленки, т.е. с=0при x=H(t), что соответствует идеальному перемешиванию водногораствора над поверхностью покрытия.Решение системы (1, 2) с условиями (i)-(iii) может быть получено методомразделения переменных. Если общее количество лекарства, вышедшее изHпленки за время t,M (t ) = Hc0 − ∫ c( x, t )dx, то выражение для M(t) принимает0вид:∞2Dc t 1 − ∑ exp  −λn 2  , 0 ≤ t < t1 ,Hc  n =1 λn∞ Dc t1 Ds (t − t1 )  21 −M t  ∑ exp  −λn  2 +  , t1 ≤ t < t 2 ,H s2  =  n =1 λn HcM∞ ∞ Dc t1 Ds t2 Dc (t − t2 )  21−  , t2 ≤ t < t3 , ∑ λ exp  −λn  H 2 + H 2 +H c2n =1 ncs⋮(3)(2n − 1)2 π 2.

Для случая постоянной температуры, а соответственно4нециклического выхода лекарств имеем Dc / H c2 = Ds / H s2 = D / H 2 ,Где λn =подставляя в (3) получаем:34Mt8=1− 2M∞π∞1∑ (2n − 1)n =1 (2n −1) 2 π 2 Dt exp−24H 2(4)Для всех t>0.Уравнение (4) –решение задачи диффузии с плоской поверхности.В эксперименте относительно легко варьируемыми параметрамиявляются толщина покрытий и начальная концентрация родамина В.Измеряемым параметром является количество вещества, вышедшего изпленки. Зная кинетику выхода M(t), аппроксимируя кривую выхода,можно из уравнения (4) методом наименьших квадратов определятьразмерный параметр D/H2.

Далее, зная D/H2 для разных температур иподставляя эти значения в уравнение (3), можно получить теоретическуюкривую выхода лекарства и сравнить ее с данными эксперимента.4.2 Экспериментальное исследование доставки лекарств изтермочувствительных покрытийНа первом этапе мы исследовали выход родамина из полимерныхпокрытий при различных температурах.На Рис.

13 приведены кривыевыхода родамина В для температуры 4°С и 37°С, т.е. из набухшего исколлапсированного состояния полимерного покрытия. В течение первогочаса более 90% родамина В диффундирует в водную среду из набухшегопокрытия. Кинетика выхода при 37°С, как и ожидалось, – гораздо болеезамедленная. За 42 ч выходит приблизительно 90% красителя.

Нами былиполучены кривые выхода красителя для температур в диапазоне от 24°С 40°С.По кривым выходакрасителя оценивали параметрD/H 2иполучали теоретические кривые выхода для режима циклическогоизменения температур.На рис. 14 представлены экспериментальная и теоретическаякривыециклического выхода лекарств. Температура принимала два значения:3540°C (выше НКТР, «медленный выход») и 4°C (ниже НКТР , «быстрыйвыход»). Во всех шести циклах температура выше НКТР поддерживалась3 мин, далее система переключалась на температуру ниже НКТР.

В этовремя происходил наиболее интенсивный выход красителя.Продолжительностьэтогосостояниянебыла010постоянной,аувеличивалась,(a)(b)100Cumulative Release (%)Cumulative Release (%)10080604020806040200002040608010012020304050Time (hours)Time (Minute)Рис. 13. Выход родамина В при температурах ниже НКТР 4°C (а) и выше НКТР 37°C(б).для того чтобы общий выход красителя за каждый циклпрактическипостоянным.экспериментальнымданнымМодельнаязаисключениемкриваяпервогооставалсясоответствуетцикла,гдеэксперимент показывает существенно более медленный выход красителя.5.3 Система доставки лекарств из термочувствительных полимеровна основе устройства ПельтьеКонцепция доставки лекарств из термочувствительных полимеров былапредложена в работахA.

Hoffman (Huffman et al., 1986; Afrassiabi et al.,1987). В дальнейшем было предложено немало полимерных систем иразличных типов лекарств, которые обеспечивали циклический выход36лекарств хотя бы за два цикла. До сегодняшнего дня не было предолженони одной практической реализации термочувствительной системы,которая могла бы автономно функционировать в организме.предложилииспользоватьэлементПельтьевМыкачестветермоэлектрического преобразователя энергии, необходимогодлялокального понижения температуры. Схема экспериментальной ячейкиПредставлена на рис. 15. Покрытие с родамином В располагалось наРис.

14. Циклический выход родамина В при изменении температуры между 4°C и40°C. Покрытие 5 мкм, концентрация родамина В - 20 (нмоль/пленка ).пластине из материала Thermanox®. Пластина, в свою очередь, прилегалак холодной части элемента Пельтье. Элемент Пельтье был соединен систочником постоянного тока.Был проведен ряд калибровочных измерений, в частности, исследоваласьзависимость изменения температуры воды в ячейке от силы подаваемоготока и зависимость изменения температуры воды в ячейке от объема37ячейкипри заданном токе.

Оцениваласьзадержка изменениятемпературы в ячейке при мгновенной подаче электрического сигнала.Циклический режим удалось продемонстрироватьна 3-х циклахизменения напряжения (рис.16) при токе 2.00 А.Рис. 15. а ). Ячейка для измерения выхода родамина В. Покрытие с родаминомнаходится на холодной стороне элемента Пельтье. б). Общий вид элемента Пельтьес термочувствительным покрытием.Рис. 16.

Циклический выход родамина В в водную фазу при изменении электрическогосигнала. Родамин В иммобилизован в термочувствительном гидрогеле на основеполи-(N-ИПААм-со-ААБФ). Толщина покрытия – 5 мкм. Концентрация родамина В- 20нмол /мг.38В Заключении сформулированы основные результаты и выводыдиссертационной работы.В работе предложена и реализована методология получениятермочувствительных покрытий на базе полимеров с нижней критическойтемпературойрастворимостибесферментногодляоткрепления.культивированияСозданиеклетокиихтермочувствительныхбиоматериалов включает в себя методы химической модификацииполимеровнаповерхностейосновеN-изопропилакриламида,различнымифакторамиадгезиифункционализациюклеток,получениегидрогелей, а также изменения свойств поверхностей за счет методовформирования покрытий.По результатам диссертационной работы можно сформулироватьследующие выводы:1.

Разработаны методы получения термочувствительных поверхностей смалой шероховатостью (RMS<30 нм), заданной толщиной в диапазоне10 нм -104 нм и обладающие модулем Юнга 3-5 ГПа.2. Впервые получен и охарактеризованновый класс гидрофильныхсополимеров на основе N-изопропилакриламида и этилпирролидонметакрилата с нижней критической температуройрастворимости вдиапазоне 33°С - 36°С. Полимеры этого класса поддерживают ростклеток и обеспечивают бесферментное снятие клеток.3. ВпервыеохарактеризованыпокрытиянаосновеN-изопропилакриламида и N-трет-бутилакриламида с различнымимолярными соотношениями мономеров и с нижней критическойтемпературой растворимости в диапазоне 9°С - 32°С.Предложеныметоды улучшения цитосовместимости данных покрытий путемувеличения содержания N-трет -бутилакриламида, а также примененияфакторов адгезии таких как коллаген, ламинин, фибронектин и поли-Lлизин.394.

Впервые установлено , что применение метода центрифугирования длянанесенияпокрытийпозволяетполучатьтермочувствительныеповерхности на основе N-изопропилакриламида с краевым угломнатекания близким кклеточную50 град.пролиферациюоткреплениеклеток.наиболее значимыйТакие покрытия поддерживаютиобеспечиваютбесферментноеВпервые экспериментально показано, чтополимер с нижней критической температуройрастворимости (поли- N-изопропилакриламид) может быть успешноиспользован при работах с культурами клеток без какой-либохимической модификации.5. Впервые установлено, что рост клеток на термочувствительныхгидрогеляхнаосновеакриламидобензофенонасубстратом,N-изопропилакриламидаковалентносвязанныхсиподлежащимзависит от толщины покрытий.

Показано, чтоисключительно ультратонкие покрытия толщиной порядка 10 нмобеспечивают рост клеток и бесферментное открепление клеток.6. Предложенныеметодыбесферментногооткрепленияклетокапробированы на 12-ти типах клеточных культур. Установлено, чтоскорость бесферментного открепления клеток уменьшается с ростомгидрофобности покрытий,факторы адгезии клеток специфичноуменьшают скорость открепления клеток.7. ПрипролонгированномкультивированиинаподложкеизN-изопропилакриламида мезенхимальные стволовые клетки человека неменяютсвойМезенхимальныефенотиписохраняютстволовыеклетки,термочувствительном покрытии,хондроцитыиостеоцитыплюропотентность.культивируемыенадифференцируются в адипоциты,придифференцировки.40соответствующейиндукции8.

Впервые представлена математическая модель доставки лекарств изтермочувствительных гидрогелей. Модель описывает выход лекарствапри циклическом изменении температуры. В эксперименте исследованакинетика выхода родамина В из термочувствительных гидрогелей наосновеN-изопропилакриламидаиакриламидобензофенонаприразличных температурах. Показано соответствие экспериментальныхданных предложенной математической модели.9. Впервые предложено и разработано устройстволекарствизполимеровснижнейкритическойрастворимости на базе элемента Пельтье.длядоставкитемпературойУстройство позволяетуправлять кинетикой выхода лекарств.Публикации по теме диссертацииСтатьи в рецензируемых журналах1.

Satyam A., Kumar R., Fan X., Gorelov A., Rochev Y., Joshi L., Selgas H.P., Lyden D., Thomas B., Rodriguez B., Raghunath M., Pandit A. andZeugolis D., Macromolecular crowding meets tissue engineering by selfassembly: A paradigm shift in regenerative medicine // Adv.Mater.- 2014, V.26(19),-P.3024-3034.2. Meere M.G., Tuoi Vo, Yang R., Aldabbagh F., Carroll W., Rochev Y ., AThermally Activated Drug Delivery System Based on a ThermoresponsivePolymer and a Cooling Device: a Theoretical Assessment // J. Thermal Sci.Eng.-2014,-V.6(2),-N 021012.3. Fan X., Nosov M., Carroll W., Gorelov A., Elvira C., Rochev Y.,Macrophages behaviour on different NIPAm based thermoresponsivesubstrates // J.

Характеристики

Список файлов диссертации