エレクトロスピンメッシュからの疎水性薬物の制御された持続的な放出を促進するマトリックス特性の特定の組み合わせを特定する

Identifying Specific Combinations of Matrix Properties that Promote Controlled and Sustained Release of a Hydrophobic Drug from Electrospun Meshes.

• Nikhita Joy
• Satyavrata Samavedi

抄録

薬物送達のための分解性ポリマーの開発が進んでいるにもかかわらず、薬物を担持した材料の効果的な翻訳は、制御された持続的な放出を促進するマトリックス特性の組み合わせが十分に理解されていないために、しばしば妨げられている。本研究では、エレクトロスピンメッシュからの疎水性グルココルチコイドデキサメタゾン（DEX）の放出に対する支配因子の影響を調べた。ポリカプロラクトンメッシュは24時間以内に98%の薬物を放出したが，ポリ(l-ラクチド)メッシュは両ポリマーとも分解が遅いにもかかわらず，28日後にも無視できるほどの放出を示した．薬物-ポリマー間の相互作用や薬物-ポリマーの混和性の違いは、マトリックスの劣化やバルクの疎水性の違いではなく、これらの半結晶性マトリックスからのDEXの放出に影響を与えた。2つの異なる繊維径を有するポリ(d,l-ラクチド-グリコリド)50:50メッシュは、連続的なバーストおよび持続的な放出を示したが、ポリ(d,l-ラクチド-グリコリド)85:15メッシュは、制御された方法で26%の薬物を累積的に放出した。これらのマトリックスからの初期の薬物放出は、マトリックスの構造および固体状態の薬物溶解度の違いによって駆動されたが、後の段階への放出は、メッシュネットワークへの総体的および微細構造の変化によって証明されるように、繊維の膨潤およびマトリックスの劣化の組み合わせによって影響を受けた。我々は、高分子マトリックスからの薬物放出は、放出に影響を与えるマトリックスの重要な特性を調査し、薬物とポリマーの相互作用と混和性を同時に調査することによって、よりよく理解できることを示唆している。これらの知見は、持続的な生物学的反応を促進するために、薬物放出を制御／延長するための合理的なマトリックス設計基準を提供するものである。

Despite advances in the development of degradable polymers for drug delivery, effective translation of drug-loaded materials is often hindered due to a poor understanding of matrix property combinations that promote controlled and sustained release. In this study, we investigated the influence of dominant factors on the release of a hydrophobic glucocorticoid dexamethasone (DEX) from electrospun meshes. Polycaprolactone meshes released 98% of the drug within 24 h, while poly(l-lactide) meshes exhibited negligible release even after 28 days despite both polymers being slow-degrading. Differences in drug-polymer interactions and drug-polymer miscibility-but neither matrix degradation nor differences in bulk hydrophobicity-influenced DEX release from these semi-crystalline matrices. Poly(d,l-lactide--glycolide) 50:50 meshes possessing two different fiber diameters exhibited a sequential burst and sustained release, while poly(d,l-lactide--glycolide) 85:15 meshes cumulatively released 26% drug in a controlled manner. Although initial drug release from these matrices was driven by differences in matrix architecture and solid-state drug solubility, release toward the later stages was influenced by a combination of fiber swelling and matrix degradation as evidenced by gross and microstructural changes to the mesh network. We suggest that drug release from polymeric matrices can be better understood via investigation of critical matrix characteristics influencing release, as well as concomitant examination of drug-polymer interactions and miscibility. Our findings offer rational matrix design criteria to achieve controlled/extended drug release for promoting sustained biological responses.

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