Wpływ rodzaju biomateriału ceramicznego na kinetykę uwalniania leków

An alternative method to treat many diseases of the bone tissue may be local drug administration in the form of an implant with incorporated drug substance, which is released at a given time. Beneficial materials to manufacture such carriers tend to be ceramic biomaterials, because of their favorable physicochemical properties, biocompatibility and bioactivity. Great clinical potential of using this type of materials as carriers of many medicinal substances raises the need to study drug release kinetics.The aim of this study was to assess profile and kinetics of in vitro drug release to phosphoric buffer pH 7,35 and 37°C from various ceramic biomaterials. The constitution of implants were different and they were composed of calcined HAp with Mg or Ag, α-TCP and gypsum. Cefuroxime (CFU) or Methotrexate (MTX) were homogeneously distributed in them. Speed of drug release was determined using Higuchi mathematical model.Experiments were carried out using flow-through apparatus according to USP4 from Sotax company, which consisted of flow cells which were placed on a metal tripod, bottles containing medium, the wires and the closed loop pump ensures a buffer flow. The drugs concentration was determined by measuring the absorbance of each samples, and the profile and kinetics of drug release from the tested biomaterials were evaluated using the calculated amount of drug substance released over time.According to experiments, none of the incorporated drugs were completely released from the tested media, and the maximum amount of released CFU fluctuated in the range 65% - 70%, while for MTX was 60.1% or 40.7% of the initial quantity (25 mg). The most of the drug was released from the biomaterial TCFU (17.3543 mg cefuroxime) and material GMTX released the least (10.1760 mg methotrexate). It was also found that the release rate of cefuroxime and methotrexate in media based on α- TCP and HAp subsidized Ag is much higher in comparison with materials made of gypsum and Mg subsidized Hap or gypsum and Ag subsidized Hap.Based on the results, it was found that the profile and kinetics of drug release depends on the composition of the ceramic biomaterial, as well as physicochemical properties of the drug substance.

Alternatywną metodą leczenia wielu schorzeń tkanki kostnej może być miejscowe podanie leku w formie implantu z zainkorporowaną substancją leczniczą, która ulega uwolnieniu w określonym czasie. Dogodnymi tworzywami do produkcji tych nośników wydają się być biomateriały ceramiczne, ze względu na ich korzystne właściwości fizykochemiczne, biozgodność oraz bioaktywność. Ogromny potencjał kliniczny tkwiący w możliwości zastosowania tego typu materiałów jako nośników wielu substancji leczniczych, takich jak antybiotyki, cytostatyki, leki przeciwbólowe i przeciwzapalne czy hormony płciowe sprawia, że badania kinetyki uwalniania leków w warunkach in vitro i in vivo są bardzo pożądane.Celem badań było określenie wpływu rodzaju biomateriału ceramicznego na kinetykę uwalniania leków w warunkach in vitro, do medium o pH 7,35 (bufor fosforanowy) w temperaturze 37°C. Wykorzystano tworzywa ceramiczne o różnym składzie, zawierające kalcynowany hydroksyapatyt (HAp) dotowany Mg lub Ag, α-TCP oraz siarczan (VI) wapnia (gips). Do biomateriałów w sposób homogenny wprowadzano leki, którymi były cefuroksym (CFU) lub metotreksat (MTX). Wykorzystując otrzymane wyniki określono również szybkość uwalniania leku z badanych biomateriałów, na podstawie matematycznego modelu Higuchiego. Poszczególne eksperymenty prowadzono przy użyciu aparatu przepływowego według USP4 firmy Sotax, który składał się z komór przepływowych, umieszczonych na metalowych statywach, butelek zawierających medium, przewodów łączących oraz pompy zapewniającej zamknięty obieg buforu. Stężenie danego leku oznaczano na podstawie pomiaru absorbancji poszczególnych próbek, pobieranych w odpowiednich punktach czasowych, a profil i kinetykę procesu jego uwalniania z badanych nośników oceniano wykorzystując obliczone ilości uwolnionej substancji leczniczej w czasie.W warunkach eksperymentu żaden z zainkorporowanych leków nie uwolnił się całkowicie z badanych nośników, a maksymalna ilość uwolnionego CFU oscylowała w przedziale 65% - 70%, natomiast dla MTX było to 60,1% lub 40,7% jego początkowej ilości (25 mg). Największa ilość leku uwolniła się z biomateriału TCFU (17,35 mg cefuroksymu), a najmniejsza z materiału GMTX (10,18 mg metotreksatu). Obserwowano również, że szybkość uwalniania CFU i MTX z nośników opartych na α-TCP i HAp dotowanym Ag jest znacznie wyższa w stosunku do materiałów wykonanych z gipsu i HAp dotowanego Mg lub z gipsu i HAp dotowanego Ag.Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że profil i kinetyka uwalniania leku zależy od składu biomateriału ceramicznego, a także od właściwości fizykochemicznych samej substancji leczniczej.