POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE.
A polyelectrolyte complex (PEC) of sodium alginate with polyethyleneimine, loaded with (5 wt.%) inclusion complex (IC) of sulfobutylether β-cyclodextrin with dexamethasone, was formed from aqueous solutions. Dexamethasone (DM) is a medical and veterinary synthetic glucocorticosteroid with anti-inf...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2023
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/615 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466005847343104 |
|---|---|
| author | Kobrina, Larisa Boiko, Valentina Riabov, Serhii Stompel, Volodumir Sinelnikov, Serhii |
| author_facet | Kobrina, Larisa Boiko, Valentina Riabov, Serhii Stompel, Volodumir Sinelnikov, Serhii |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Larisa Kobrina",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry the NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Valentina Boiko",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry the NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Serhii Riabov",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry the NAS of Ukraine."
},
{
"author": "Volodumir Stompel",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry the NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Serhii Sinelnikov",
"institution": "Institute of Macromolecular Chemistry the NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Kobrina, Larisa |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:53Z |
| description | A polyelectrolyte complex (PEC) of sodium alginate with polyethyleneimine, loaded with (5 wt.%) inclusion complex (IC) of sulfobutylether β-cyclodextrin with dexamethasone, was formed from aqueous solutions. Dexamethasone (DM) is a medical and veterinary synthetic glucocorticosteroid with anti-inflammatory and immunosuppressive effects, used in the treatment of various diseases. The structure of the obtained compositions was analyzed by X-ray diffraction method, confirming the interaction PEC and IC through both Coulombic forces between the ionic groups of PEC and hydrogen bonding involving the proton-donor and proton-acceptor polar groups of PEC and IC. These findings were supported by pyrolytic mass spectrometry data and differential scanning calorimetry. The decrease in PEC swelling degree further supports the above conclusions. Testing the obtained PEC films  for drug release using UV spectrophotometry revealed that the release kinetics were nonlinear and partially dependent on the release medium, indicating their potential as materials for creating polymer matrices with prolonged therapeutic effects. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.89.11.2023.64-74 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
64 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
УДК 544.273:54-386:678.554 doi: 10.33609/2708-129X.89.11.2023.64-74
ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТНИЙ КОМПЛЕКС АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ З ПОЛІ
ЕТИЛЕНІМІНОМ ТА КОМПЛЕКСОМ ВКЛЮЧЕННЯ СУЛЬФО
БУТИЛОВИЙ ЕТЕР β-ЦИКЛОДЕКСТРИНУ — ДЕКСАМЕТАЗОН
Л. В. Кобріна, С. І. Синельніков, В. В. Бойко, В. І. Штомпель , C. В. Рябов
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України,
Харківське шосе 48, Київ 02155, Україна,
e-mail: kobrina.larisa@gmail.com
Із водних розчинів сформовано поліелектролітний комплекс (ПЕК) альгінату нат
рію з поліетиленіміном, наповнений (5 мас.%) комплексом включення (КВ) сульфо
бутилового етеру β-циклодекстрину з дексаметазоном. Дексаметазон (ДМ) – це медич
ний і ветеринарний препарат, синтетичний глюкокортикостероїд, який чинить проти
запальну та імунодепресивну дію і який використовують у терапії багатьох захворю
вань. Шляхом аналізу рентгенівських дифрактограм досліджено структуру отриманих
композицій і доведено існування взаємодії між ПЕК і КВ за рахунок як кулонівських
сил між іонними групами самого ПЕК, так і водневих зв’язків між протонодонорними
і протоноакцепторними полярними групами ПЕК і КВ, що підтверджують результати
піролітичної мас-спектрометрії та диференціальної сканувальної калориметрії. На ко
ристь зроблених висновків свідчить і зниження ступеня набухання ПЕК. Випробуван
ня одержаних плівкових зразків ПЕК на вивільнення лікарського препарату методом
УФ-спектроскопії показало, що кінетика процесу є нелінійною і частково залежить
від середовища вивільнення, отже, їх можна розглядати як потенційний матеріал для
створення полімерних матриць із пролонгованою терапевтичною дією.
Ключові слова: поліелектролітний комплекс, комплекс включення, натрієва сіль
сульфобутилового етеру β-циклодекстрину, дексаметазон, полімерна матриця, про
лонгована терапевтична дія.
ВСТУП. Полімерні матеріали, такі як по
ліелектролітні комплекси (ПЕК), полімер
ні матриці, комплекси включення супра
молекулярних сполук з органічними речо
винами останнім часом широко викорис
товують у фармацевтичній галузі та в медич
ній практиці як системи з контрольованим
вивільненням лікарських речовин (drug
delivery systems), засоби адресного достав
лення лікарських препаратів і ліків із ви
сокою терапевтичною активністю, системи
для інкапсулювання біологічних речовин,
антибактеріальні плівки для тимчасового
захисту і терапії зовнішніх ушкоджень шкі
ри, покриття для загоювання ран, субстра
ти для генної терапії тощо [1–5]. Як основу
65https://ucj.org.ua
Л. В. Кобріна, С. І. Синельніков, В. В. Бойко, В. І. Штомпель , C. В. Рябов УХЖ № 11 / ТОМ 89
в цих матеріалах зазвичай використовують
природні полімери, зокрема полісахари
ди, наприклад, альгінові кислоти, хітозан,
циклодекстрини і т. п. [6–9]. Альгінові
кислоти та їхні солі (альгінати) мають ви
соку водоутримувальну здатність, вони не
токсичні і біодеградабельні, є природними
поліаніонами. Їх використовують у синтезі
ПЕК. З іншого боку, для створення систем
доставки лікарських препаратів альгінати
можна застосовувати як полімерні матри
ці разом із циклодекстринами, зокрема
з β-циклодекстрином та його похідними
[10,11]. Спроможність циклодекстринів ут
ворювати комплекси включення з різними
органічними субстратами дає змогу значно
підвищити розчинність лікарських препа
ратів і пролонгацію їхньої терапевтичної
дії. Тому перспективною є комбінація таких
різних за своєю природою компонентів, як
ПЕК на основі альгінату натрію й комплекс
включення циклодекстрину з лікарською
речовиною, що може дати цікавий синер
гійний ефект при вивільненні препарату з
цієї полімерної системи.
Отже, метою цієї роботи є дослідження
полімерного матеріалу, одержаного комбі
нацією поліелектролітного комплексу аль
гінату натрію та поліетиленіміну з комп
лексом включення сульфобутилового етеру
β-циклодекстрину з дексаметазоном.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. Для одержання поліелектро
літного комплексу використовували:
– альгінат натрію (АН), ММ (мономер
ного фрагмента C6H7O6
.Na) 198; реактив
фірми Aldrich;
– поліетиленімін (ПЕІ) – синтетичний
полімер виробництва фірми Aldrich, Mn=
10000;
– лимонну кислоту (ЛК) формули
С6Н8О7, ММ 192 від ТОВ «Хімлаборреак
тив».
Синтез ПЕК (зразок 1) проводили за
такою методикою: готували 2 % (тут і далі
скрізь мас.%) водні розчини компонен
тів АН, ПЕІ, ЛК. До 4 г розчину АН дода
вали 0,22 г розчину ПЕІ (співвідношення
1:0.25 г/екв) і перемішували 5 хв за кімнат
ної температури. Потім додавали 0,32 г роз
чину ЛК і перемішували ще 5 хв за кімнат
ної температури. Експериментальні зразки
плівок готували методом поливу: форму
вальний розчин наносили на поліпропіле
нову поверхню й сушили плівку за кімнат
ної температури до сталої ваги. Схему син
тезу ПЕК наведено на рис. 1.
Альгінат натрію ПЕІ + лимонна кислота ПЕК
Рис. 1. Схема синтезу ПЕК
Fig. 1. Scheme of PEK synthesis.
66 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТНИЙ КОМПЛЕКС АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ З ПОЛІЕТИЛЕНІМІНОМ ТА КОМПЛЕКСОМ
ВКЛЮЧЕННЯ СУЛЬФОБУТИЛОВИЙ ЕТЕР β-ЦИКЛОДЕКСТРИНУ — ДЕКСАМЕТАЗОНОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Натрієву сіль сульфобутилового ете
ру β-циклодекстрину (СБ-β-ЦД) фірми
CycloLab Ltd., ступінь заміщення DS = 6,5
(рис. 2) використовували без додаткового
очищення.
Рис. 2. Структурна формула СБ-β-ЦД
Fig. 2. Structural formula of SB-β-CD.
Дексаметазон (ДМ) (C22H29FO5; 9-фторо-
11,17-дигідрокси-17-(2-гідроксиацетил)-
10,13,16-триметил-6,7,8,11,12,14,15,16-ок
тагідроциклопента-[a]фенантрен-3-ОН)
(рис. 3) – це медичний і ветеринарний лі
карський засіб, синтетичний глюкокорти
костероїд (аналог преднізолону), чинить
протизапальну та імунодепресивну дію,
його використовують у терапії багатьох за
хворювань.
Дексаметазон – це речовина, нерозчин
на у воді, солюбілізацію якої можна підви
щити, одержавши комплекс включення з
похідним β-циклодекстрину.
Рис. 3. Структурна формула дексаметазону
Fig. 3. Structural formula of dexamethasone.
Комплекс включення (КВ) СБ-β-ЦД із
ДМ (зразок 2) одержували шляхом змішу
вання компонентів у водному середовищі у
співвідношенні компонентів 1:1 упродовж
24 год за кімнатної температури. Отрима
ний розчин фільтрували і сушили за 60°С
до сталої ваги.
Комбінацію ПЕК із КВ (зразок 3) одер
жували шляхом введення комплексу вклю
чення в ПЕК під час синтезу. Вміст КВ у
ПЕК становив 5 мас.%.
Обладнання. ПЕК, КВ та їхню комбінацію
досліджували за допомогою таких методів:
– дифракції рентгенівських променів
(XRD) із використанням рентгенівського
дифрактометра XRD-7000 (Shimadzu, Япо
нія), дослідження проводили в CuKα- ви
промінюванні;
– піролітичної мас-спектрометрії (ПМС)
на мас-спектрометрі МХ-1321, який забез
печує визначення компонентів газових су
мішей у діапазоні масових чисел 1–4000.
Зразки нагрівали до 400 оС із програмо
ваною швидкістю нагрівання (6±1) оС/хв.
Точність визначення температури зразка
(±1) оС; дослідження проводили за методи
кою, наведеною в роботі [12]:
– диференціальної сканувальної калори
метрії (ДСК) на диференціальному скану
вальному калориметрі TA Instruments DSC
на поліпропіленову поверхню й сушили плівку за кімнатної температури до сталої ваги.
Схему синтезу ПЕК наведено на рис. 1.
Альгінат натрію ПЕІ + лимонна кислотаПЕК
Рис. 1. Схема синтезу ПЕК
Fig. 1. Scheme of PEK synthesis.
Натрієву сіль сульфобутилового етеру β-циклодекстрину (СБ-β-ЦД) фірми
CycloLab Ltd., ступінь заміщення DS = 6,5 (рис. 2) використовували без додаткового
очищення.
Рис. 2. Структурна формула СБ-β-ЦД
Fig. 2. Structural formula of SB-β-CD.
Дексаметазон (ДМ) (C22H29FO5; 9-фторо-11,17-дигідрокси-17- (2-гідро-ксиацетил)-
10,13,16-триметил-6,7,8,11,12,14,15,16-октагідроциклопента-[a]фенантрен-3-ОН) (рис. 3) – це
медичний і ветеринарний лікарський засіб, синтетичний глюкокортикостероїд (аналог
преднізолону), чинить протизапальну та імунодепресивну дію, його використовують у
терапії багатьох захворювань.
Рис. 3. Структурна формула дексаметазону
Fig. 3. Structural formula of dexamethasone.
Дексаметазон – це речовина, нерозчинна у воді, солюбілізацію якої можна підвищити,
одержавши комплекс включення з похідним β-циклодекстрину.
Комплекс включення (КВ) СБ-β-ЦД із ДМ (зразок 2) одержували шляхом змішування
компонентів у водному середовищі у співвідношенні компонентів 1:1 упродовж 24 год за
кімнатної температури. Отриманий розчин фільтрували і сушили за 60С до сталої ваги.
Комбінацію ПЕК із КВ (зразок 3) одержували шляхом введення комплексу включення в
ПЕК під час синтезу. Вміст КВ у ПЕК становив 5 мас.%.
Обладнання. ПЕК, КВ та їхню комбінацію досліджували за допомогою таких методів:
– дифракції рентгенівських променів (XRD) із використанням рентгенівського
дифрактометра XRD-7000 (Shimadzu, Японія), дослідження проводили в CuKα-
випромінюванні;
– піролітичної мас-спектрометрії (ПМС) на мас-спектрометрі МХ-1321, який
забезпечує визначення компонентів газових сумішей у діапазоні масових чисел 1–4000.
Зразки нагрівали до 400 оС із програмованою швидкістю нагрівання (6±1) оС/хв. Точність
визначення температури зразка (±1) оС; дослідження проводили за методикою, наведеною в
роботі [12]:
– диференціальної сканувальної калориметрії (ДСК) на диференціальному
сканувальному калориметрі TA Instruments DSC Q2000 (США). Аналіз проводили в
температурному інтервалі 20–200 °С при нагріванні зі швидкістю 10 °С/хв ;
– набухання зразків вивчали за методикою: 0,1 г полімеру заливали надлишком
дистильованої води, витримували 24 год, потім вимірювали масу гелю. Ступінь набухання(α)
обчислювали за формулою:
67https://ucj.org.ua
Л. В. Кобріна, С. І. Синельніков, В. В. Бойко, В. І. Штомпель , C. В. Рябов УХЖ № 11 / ТОМ 89
Q2000 (США). Аналіз проводили в темпе
ратурному інтервалі 20–200 °С при нагрі
ванні зі швидкістю 10 °С/хв ;
– набухання зразків вивчали за методи
кою: 0,1 г полімеру заливали надлишком
дистильованої води, витримували 24 год,
потім вимірювали масу гелю. Ступінь на
бухання(α) обчислювали за формулою:
,
де mo і m – маса полімеру вихідна й після
набухання у воді відповідно;
– УФ-спектроскопії на спектрофотоме
трі Shimadzu UV-2401 PC (Японія) у діапа
зоні частот 190–800 нм.
За даними методу дифракції рентгенів
ських променів альгінат натрію має аморф
но-кристалічну структуру з відносним рів
нем кристалічності Xcr≈20,4 %, а у ПЕІ аморф
на структура. Синтезований на їхній основі
ПЕК також має аморфно-кристалічну струк
туру, в якій домінує структура АН із Xcr≈
7,0 %. Аморфно-кристалічною структурою
характеризуються як СБ-β-ЦД(Xcr≈42%),
так і комплекс включення з дексаметазоном.
Розмір кристалітів у структурі СБ-β-ЦД (за
рівнянням Шеррера) близько 2,3 нм.
Порівняння рентгенівських дифракто
грам вихідного ПЕК і ПЕК+КВ (рис. 4)
вказує на відмінності в їхній структурі. На
дифрактограмі комбінації ПЕК+КВ чіткі
шою стала вершина дифракційного мак
симума при 2θm≈21,6о, також фіксується
малоінтенсивний дифракційний максимум
при 2θm≈37,8о. Виявлені відмінності рент
генівських дифрактограм досліджуваних
зразків можуть бути свідченням існування
взаємодії між ПЕК і КВ за рахунок як куло
нівських сил між іонними групами самого
ПЕК, так і водневих зв’язків між протоно
донорними і протоноакцепторними поляр
ними групами ПЕК і КВ.
Рис. 4. Рентгенівські дифрактограми ПЕК(1)
і ПЕК+КВ (2)
Fig. 4. X-ray diffraction patterns of PEK (1) and
PEK+KV (2).
Рис. 5.Температурна залежність загального
іонного струму виділення летких продуктів
термодеструкції ПЕК (1); КВ (2); комбінації
ПЕК+КВ (3)
Fig. 5. Temperature dependence of the total ion
current of the release of volatile products of ther
mal decomposition of PEK (1); KV (2); the combi
nation of PEK+KV (3).
,
де mo і m – маса полімеру вихідна й після набухання у воді відповідно;
– УФ-спектроскопії на спектрофотометрі Shimadzu UV-2401 PC (Японія) у діапазоні
частот 190–800 нм.
За даними методу дифракції рентгенівських променів альгінат натрію має аморфно-
кристалічну структуру з відносним рівнем кристалічності Xcr≈20,4 %, а у ПЕІ аморфна
структура. Синтезований на їхній основі ПЕК також має аморфно-кристалічну структуру, в
якій домінує структура АН із Xcr≈7,0 %. Аморфно-кристалічною структурою
характеризуються як СБ-β-ЦД(Xcr≈42%), так і комплекс включення з дексаметазоном. Розмір
кристалітів у структурі СБ-β-ЦД (за рівнянням Шеррера) близько 2,3 нм.
Порівняння рентгенівських дифрактограм вихідного ПЕК і ПЕК+КВ (рис. 4) вказує на
відмінності в їхній структурі. На дифрактограмі комбінації ПЕК+КВ чіткішою стала вершина
дифракційного максимума при 2θm≈21,6о, також фіксується малоінтенсивний дифракційний
максимум при 2θm≈37,8о. Виявлені відмінності рентгенівських дифрактограм досліджуваних
зразків можуть бути свідченням існування взаємодії між ПЕК і КВ за рахунок як
кулонівських сил між іонними групами самого ПЕК, так і водневих зв’язків між
протонодонорними і протоноакцепторними полярними групами ПЕК і КВ.
Рис. 4. Рентгенівські дифрактограми ПЕК(1) і ПЕК+КВ (2)
Fig. 4. X-ray diffraction patterns of PEK (1) and PEK+KV (2).
Відмінності у структурній організації ПЕК та його комбінації з КВ встановлено також
методом ПМС.
На рис. 5 наведено криві температурної залежності загального іонного струму
виділення летких продуктів термодеструкції об’єктів дослідження (термограми), а в таблиці
– загальні показники термодеструкції за відповідної температури.
Рис. 5.Температурна залежність загального іонного струму виділення летких
продуктів термодеструкції ПЕК (1); КВ (2); комбінації ПЕК+КВ (3)
68 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТНИЙ КОМПЛЕКС АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ З ПОЛІЕТИЛЕНІМІНОМ ТА КОМПЛЕКСОМ
ВКЛЮЧЕННЯ СУЛЬФОБУТИЛОВИЙ ЕТЕР β-ЦИКЛОДЕКСТРИНУ — ДЕКСАМЕТАЗОНОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Відмінності у структурній організації
ПЕК та його комбінації з КВ встановлено
також методом ПМС.
На рис. 5 наведено криві температурної
залежності загального іонного струму ви
ділення летких продуктів термодеструкції
об’єктів дослідження (термограми), а в таб
лиці – загальні показники термодеструкції
за відповідної температури.
Як видно з термограми ПЕК (рис. 5, кри
ва 1), перший етап терморозкладання по
ліелектролітного комплексу відбувається
в інтервалі температур 150–250оС із мак
симумом за температури 210 оС з утворен
ням 59 од. іонних фрагментів із показни
ком загального іонного струму 131 ум. од.
(таблиця). Найбільш інтенсивні піки в
мас-спектрі ПЕК за цієї температури спо
стерігаємо для ІФ з m/z = 44 (CHCH2OH,
CO2, CH3CHO, C2H6N); 18 (H2O, NН4
+);
17 (OH-, NН3); 43 (C3H7, CH2CHOC2H5N);
28 (CO, C2H4, N2, CH2N); 29 (C2H5,CHO, N2H)
та інші. В діапазоні температур 250–300 оС
показник загального іонного струму майже
не змінюється, залишаючись у межах 75±3
ум. од. Далі цей показник поступово зро
стає і за температури 350 оС досягає вели
чини 91 ум.од. При цьому кількість іонних
фрагментів, що реєструються в мас-спектрі
за цієї температури, становить 94 од. Тобто
відбувається другий етап термодеструкції
ПЕК.
Термограма комплексу включення СБ-
β-ЦД із дексаметазоном (рис. 5, крива 2)
налічує три максимуми: за температури
140 оС (J = 61ум. од., К = 15 од.), 200 оС (J =
122 ум. од., К = 76 од.) та 250 оС (J = 120 ум.
од., К = 71 од.) (таблиця).
Таблиця. Температура розкладання, загальний іонний струм та кількість
іонних фрагментів при піролізі об’єктів дослідження
Table. Decomposition temperature, total ion current and amount
of ionic fragments upon pyrolysis of the research objects.
Температура,
оС
Показники Об’єкти дослідження
Зразок 1 (ПЕК) Зразок 2 (КВ) Зразок 3 (ПЕК
+ КВ)
100 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
51
10
36
12
44
11
140 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
– 61
15
–
200 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
– 122
76
–
69https://ucj.org.ua
Л. В. Кобріна, С. І. Синельніков, В. В. Бойко, В. І. Штомпель , C. В. Рябов УХЖ № 11 / ТОМ 89
Температура,
оС
Показники Об’єкти дослідження
Зразок 1 (ПЕК) Зразок 2 (КВ) Зразок 3 (ПЕК
+ КВ)
210 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
131
59
– –
214 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
– – 122
44
250 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
– 120
71
–
320 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
– – 78
79
350 Загальний іонний струм,
ум. од.
Кількість іонних фрагмен
тів, од.
91
94
– –
У мас-спектрі (крива 2) КВ за цих зна
чень температури реєструють леткі ком
поненти, характерні для β-ЦД та інших
його похідних [11], а саме іонні фрагмен
ти з m/z = 17 (ОН–); 18 (Н2О); 31 (CH2OH);
44(CH3CHO, CH2CHOH); 45(CH3CHOH;
60(O=CH–CH2OH); 73 (HOCCH2CHOH).
Крім цього він фіксує іонні фрагменти, що
утворюються при руйнуванні сульфобу
тилової групи СБ-β-ЦД: m/z = 27 (C2H3);
28 (C2H4); 29 (C2H5); 39 (C3H3); 41 (C3H5);
42 (C3H6); 43 (C3H7); 44 (C3H8); 54 (C4H6);
55 (C4H7); 57 (C4H9); 69 (C4H5О); 70 (C4H6О);
71 (C4H7О) та ін. Також за температури
200 оС та 250 оС у мас-спектрі комплексу
реєструються леткі компоненти з m/z = 19
та 37, які можна ідентифікувати як іони
Флуору у складі молекули дексаметазону.
Термограма зразка 3(ПЕК+КВ) характе
ризується відсутністю екстремального піку
в діапазоні 100–160 оС, який спостерігаємо
на термограмі КВ, і подібна до термогра
ми вихідного ПЕК, але з меншими показ
никами загального іонного струму (рис. 5,
крива 3). Загалом як показник ЗІС, так і
кількість іонних фрагментів у мас-спектрах
цього зразка менші, ніж у вихідних компо
нентів (таблиця). Відмінністю мас-спектра
70 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТНИЙ КОМПЛЕКС АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ З ПОЛІЕТИЛЕНІМІНОМ ТА КОМПЛЕКСОМ
ВКЛЮЧЕННЯ СУЛЬФОБУТИЛОВИЙ ЕТЕР β-ЦИКЛОДЕКСТРИНУ — ДЕКСАМЕТАЗОНОРГАНІЧНА ХІМІЯ
зразка 3 є відсутність іонних фрагментів
Флуору ( m/z = 19 та 37). Тобто комбінація
ПЕК із КВ є більш термостабільною, ніж
окремі ПЕК та комплекс включення. Це,
вочевидь, пов‘язано з утворенням біль
шої кількості міжмолекулярних зв’язків у
зразку 3, що добре корелює з результатами
рентгеноструктурного аналізу.
Для з’ясування механізму взаємодії ПЕК
із комплексом включення зразки піддавали
циклічному нагріванню в ході калориме
тричного дослідження.
На рис. 6 наведено термограму нагріван
ня вихідного СБ-β-ЦД. Для зазначеної ре
човини характерна аморфно-кристалічна
структура, тому на кривій нагрівання зраз
ка фіксують ендопік за 63°С.
Рис. 6. Термограма нагрівання зразка СБ-β-ЦД
Fig. 6. Heating thermogram of the SB-β-CD
sample.
Коли молекула-«гість» (дексаметазон)
розміщується в порожнині СБ-β-ЦД, то її
теплофізичні характеристики змінюються і
на термограмі нагрівання КВ пік плавлення
(ендопік) дексаметазону не проявляється
(рис.7 крива 2).
Рис. 7. Термограми нагрівання зразків АН (1);
КВ (2); ПЕК+КВ (3)
Fig. 7. Heating thermograms of the samples of
AN (1); KV (2); PEK+KV (3).
На термограмі нагрівання вихідного
альгінату натрію реєструють ендотерміч
ний пік плавлення за 64 ºС (рис. 7, кри
ва 1). Своєю чергою, на термограмі зразка
3 (ПЕК+КВ) ендопік, пов'язаний з плавлен
ням АН, зменшується, розширюється і тро
хи зміщується в низькотемпературну об
ласть (62оС). Можливо, це повязано з тим,
що в зразках ПЕК функціональні групи
альгінату натрію перебувають як у «зшито
му стані» (з групами ПЕІ), так і частково у
вільному, отже, наявні зони гетерогенності
в об’ємі ПЕК.
Аналіз результатів калориметричних до
сліджень також є свідченням, що введення
КВ у ПЕК спричинює реалізацію різних ти
пів зв'язування: крім електростатичної вза
ємодії між карбоксильними групами АН
та аміногрупами ПЕІ утворюються також
і водневі зв'язки, до того ж відбуваються
певні міжмолекулярні взаємодії між група
ми ПЕК та КВ, що підтверджується також
і зниженням ступеня набухання зразка 3 у
71https://ucj.org.ua
Л. В. Кобріна, С. І. Синельніков, В. В. Бойко, В. І. Штомпель , C. В. Рябов УХЖ № 11 / ТОМ 89
воді порівняно зі зразком 1 на 6600 % (для
ПЕК α = 11500 %; для комбінації ПЕК із КВ
α = 4900 %). Водночас втрата маси зразків
після набухання та сушіння становить 10 %
для ПЕК та 75 % для комбінації ПЕК із КВ.
Велика втрата маси для зразка 3, вочевидь,
пов’язана з розчиненням комплексу вклю
чення у воді.
Дослідження процесу вивільнення КВ зі
зразка 3 проводили з використанням ме
тоду УФ-спектроскопії. Оптичну густину
вимірювали за довжини хвилі 239 нм, яка
є характерною для дексаметазону, і обчис
лювали концентрацію препарату в розчині.
На рис. 8 наведено криві кінетики ви
вільнення дексаметазону зі зразків ком
бінації ПЕК+КВ у дистильованій воді та в
фізіологічному розчині.
Рис. 8. Кінетика вивільнення дексаметазону зі зразків ПЕК+КВ у дистильованій воді (1)
та в фізіологічному розчині (2)
Fig. 8. Kinetics of dexamethasone release from PEK+KV samples in distilled water (1)
and in physiological solution (2).
Слід відзначити, що практично в усіх
зразках вихід дексаметазону був неповним
навіть упродовж двох діб. Дослідження
показало, що вивільнення дексаметазону
частково залежить від середовища: у фізіо
логічному розчині показники концетрації
дексаметазону вищі. Загалом вивільнення
дексаметазону становить ~85%.
ВИСНОВКИ. Досліджено структуру по
лімерної системи, одержану комбінацією
поліелектролітного комплексу альгінату
натрію та поліетиленіміну з комплексом
включення сульфобутиловий етерβ-цикло
декстрину – дексаметазон, і доведено наяв
ність взаємодії між ПЕК і КВ за рахунок як
кулонівських сил між іонними групами са
мого ПЕК, так і водневих зв’язків між про
тонодонорними і протоноакцепторними
полярними групами ПЕК і КВ. Така ком
бінована система відзначається більшою
72 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТНИЙ КОМПЛЕКС АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ З ПОЛІЕТИЛЕНІМІНОМ ТА КОМПЛЕКСОМ
ВКЛЮЧЕННЯ СУЛЬФОБУТИЛОВИЙ ЕТЕР β-ЦИКЛОДЕКСТРИНУ — ДЕКСАМЕТАЗОНОРГАНІЧНА ХІМІЯ
термостабільністю і меншим ступенем на
бухання порівняно з її складовими, що та
кож свідчить про формування численних
міжмолекулярних зв’язків. Вивчення кі
нетики виходу дексаметазону вводу і у фі
зіологічний розчин показало, що препарат
вивільнюється з плівкових зразків неліній
но, а значення виходу залежить від виду
середовища. Отже, на підставі проведених
досліджень можна зробити висновок про
потенційну придатність поліелектролітно
го комплексу альгінату натрію та поліети
леніміну з комплексом включення сульфо
бутилового етеру β-циклодекстрину з дек
саметазоном для різних видів терапії як
матеріалу полімерної матриці зі здатністю
пролонгованої дії лікарських препаратів.
Роботу виконано в межах відомчої
теми «Наукові засади створення
та модифікації поліелектролітних
комплексів та полімерних наносис-
тем багатофункціонального при-
значення на основі природних та синте-
тичних сполук», державний реєстрацій-
ний номер РК 0121U114675.
POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM
ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE
INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER
β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE.
L.V. Kobrina, S.I. Synelnykov, V.V. Boyko,
V.I. Shtompel , S.V. Riabov
Institute of Macromolecular Chemistry, the Na
tional Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv
48 Kharkivske Shosse, 02155 Kyiv, Ukraine
e-mail: kobrina.larisa@gmail.com
A polyelectrolyte complex (PEC) of sodium
alginate with polyethyleneimine, loaded with
(5 wt.%) inclusion complex (IC) of sulfobu
tylether β-cyclodextrin with dexamethasone,
was formed from aqueous solutions. Dexa
methasone (DM) is a medical and veterinary
synthetic glucocorticosteroid with anti-in
flammatory and immunosuppressive effects,
used in the treatment of various diseases. The
structure of the obtained compositions was
analyzed by X-ray diffraction method, con
firming the interaction PEC and IC through
both Coulombic forces between the ionic
groups of PEC and hydrogen bonding involv
ing the proton-donor and proton-acceptor po
lar groups of PEC and IC. These findings were
supported by pyrolytic mass spectrometry data
and differential scanning calorimetry. The de
crease in PEC swelling degree further supports
the above conclusions. Testing the obtained
PEC films for drug release using UV spectro
photometry revealed that the release kinetics
were nonlinear and partially dependent on the
release medium, indicating their potential as
materials for creating polymer matrices with
prolonged therapeutic effects.
Keywords: polyelectrolyte complex, inclu
sion complex, sodium salt of sulfobutyl ether
β-cyclodextrin, dexamethasone, polymer mat
rix, prolonged therapeutic effect.
73https://ucj.org.ua
Л. В. Кобріна, С. І. Синельніков, В. В. Бойко, В. І. Штомпель , C. В. Рябов УХЖ № 11 / ТОМ 89
ЛІТЕРАТУРА
1. Sung Y.K., Kim S.W. Recent advances in poly
meric drug delivery systems. Biomaterials Re-
search. 2020. 24 (1). P. 1–12.
2. Abasian P. et al. Polymeric nanocarriers in
targeted drug delivery systems: A review.Poly-
mers for Advanced Technologies. 2020. 31 (12).
P. 2939–2954.
3. Adepu S., Ramakrishna S. Controlled drug de
livery systems: current status and future direc
tions. Molecules. 2021. 26 (19). 5905 p.
4. Tong X. et al. Recent advances in natural poly
mer-based drug delivery systems. Reactive and
Functional Polymers. 2020. 148. 104501 p.
5. Putro J.N., Lunardi V.B., Soetaredjo F.E., Yuli
ana M., Santoso S.P., Wenten I.G., &Ismadji S.
A review of gum hydrocolloid polyelectrolyte
complexes (Pec) for biomedical applications:
Their properties and drug delivery studies. Pro-
cesses. 2021. 9(10).1796 p.
6. Kumar A., Sood A., & Han S.S. Poly (vinyl al
cohol)-alginate as potential matrix for various
applications: A focused review. Carbohydrate-
Polymers. 2022. 277. 118881p.
7. Idrees H., Zaidi S.Z.J., Sabir A., Khan R.U.,
Zhang X., & Hassan S.U. A review of biode
gradable natural polymer-based nanoparticles
for drug delivery applications. Nanomateri-
als. 2020. 10(10). 1970 p.
8. Liu Z., Ye L., Xi J., Wang J., & Feng Z G. Cyclo
dextrin polymers: Structure, synthesis, and use
as drug carriers. ProgressinPolymer Science.
2021. 118. 101408 p.
9. Pardeshi C.V., Kothawade R.V., Markad A.R.,
Pardeshi S.R., Kulkarni A.D., Chaudhari P.J., ...
& García M.C. Sulfobutylether-β-cyclodextrin:
A functional biopolymer for drug delivery ap
plications. CarbohydratePolymers. 2023. 301.
120347 p.
10. Орел Л. А., Синельніков С. І., Кобріна Л. В.,
Бойко В. В., Рябов С. В. Полімерні матриці
на основі альгінату натрію: синтез і кінетика
вивільнення метопрололу. Питання хімії
та хімічної технології. 2017. 6. C. 32–38.
11. Орел Л. А., Синельніков С. І., Кобріна Л. В.,
Радченко О. А., Бойко В. В., Рябов С. В. Вплив
β-циклодекстринів в альгінатній матриці на
кінетику вивільнення кверцетину. Укр. хім.
журнал. 2018. 84 (4). C. 86–93.
12. Бойко В. В., Рябов С. В., Кобріна Л. В., Дмит
рієва Т. В., Штомпель В. І., Гайдук Р. Л., Керча
Ю. Ю. Процеси біодеградації сегментованих
поліуретанів. Укр. хім. журнал. 2007. 73(7).
C. 51–60.
REFERENCES
1. Sung Y.K., Kim S.W. Recent advances in po
lymeric drug delivery systems.Biomaterials Re-
search. 2020. 24 (1):1–12.
2. Abasian P. et al. Polymeric nanocarriers in tar
geted drug delivery systems: A review.Polymers
for Advanced Technologies. 2020. 31 (12): 2939–
2954.
3. Adepu S., Ramakrishna S. Controlled drug de
livery systems: current status and future direc
tions. Molecules. 2021. 26 (19): 5905.
4. Tong X. et al. Recent advances in natural poly
mer-based drug delivery systems. Reactive and
Functional Polymers. 2020. 148: 104501.
5. Putro J.N., Lunardi V.B., Soetaredjo F.E., Yuli
ana M., Santoso S.P., Wenten I.G., &Ismadji S.
A review of gum hydrocolloid polyelectrolyte
complexes (Pec) for biomedical applications:
Their properties and drug delivery studies. Pro-
cesses. 2021. 9 (10): 1796.
6. Kumar A., Sood A., & Han S.S. Poly (vinyl al
cohol)-alginate as potential matrix for various
applications: A focused review. Carbohydrate
Polymers. 2022. 277: 118881.
7. Idrees H., Zaidi S.Z.J., Sabir A., Khan R.U.,
Zhang X., & Hassan S.U. A review of biode
gradable natural polymer-based nanoparticles
for drug delivery applications. Nanomateri-
als. 2020. 10 (10): 1970.
74 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТНИЙ КОМПЛЕКС АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ З ПОЛІЕТИЛЕНІМІНОМ ТА КОМПЛЕКСОМ
ВКЛЮЧЕННЯ СУЛЬФОБУТИЛОВИЙ ЕТЕР β-ЦИКЛОДЕКСТРИНУ — ДЕКСАМЕТАЗОНОРГАНІЧНА ХІМІЯ
8. Liu Z., Ye L., Xi J., Wang J., & Feng Z G. Cyclo
dextrin polymers: Structure, synthesis, and use
as drug carriers. Progress in Polymer Science.
2021. 118: 101408.
9. Pardeshi C.V., Kothawade R.V., Markad A.R.,
Pardeshi S.R., Kulkarni A.D., Chaudhari P.J., ...
& García M.C. Sulfobutylether-β-cyclodextrin:
A functional biopolymer for drug delivery ap
plications. Carbohydrate Polymers. 2023. 301:
120347.
10. Orel L.A., Sinelnikov S.I., Kobrina L.V., Boyko
V.V., Riabov S.V. Polymer matrices based on
sodium alginate: synthesis and kinetics of the
release of metoprolol. Voprosy khimiii khi
micheskoi technologii. 2017. 6: 32–38.
11. Orel L.A., Sinelnikov S.I., Radchenko O.A., Ko
brina L.V., Boyko V.V., Riabov S.V. β-cyclodex
trins influence in alginate matrices on the re
lease kinetics of quercetin. Ukr. chem. journal.
2018. 84(4): 86–93.
12. Boyko V.V., Riabov S.V., Kobrina L.V., Dmitrie
va T.V., Shompel’V.I.,Gaiduk R.I., Kercha Yu.Yu.
Segmented polyurethane biodegradation pro
cesses. Ukr. chem. journal. 2007. 73 (7): 51–60.
Стаття надійшла 25. 09. 2024.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-615 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:11:03Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/28/5145195cddc9345f6e3351d3b0e9ee28.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-6152026-07-22T08:23:53Z POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. Kobrina, Larisa Boiko, Valentina Riabov, Serhii Stompel, Volodumir Sinelnikov, Serhii polyelectrolyte complex, inclusion complex, sodium salt of sulfobutyl ether β-cyclodextrin, dexamethasone, polymer matrix, prolonged therapeutic effect. A polyelectrolyte complex (PEC) of sodium alginate with polyethyleneimine, loaded with (5 wt.%) inclusion complex (IC) of sulfobutylether β-cyclodextrin with dexamethasone, was formed from aqueous solutions. Dexamethasone (DM) is a medical and veterinary synthetic glucocorticosteroid with anti-inflammatory and immunosuppressive effects, used in the treatment of various diseases. The structure of the obtained compositions was analyzed by X-ray diffraction method, confirming the interaction PEC and IC through both Coulombic forces between the ionic groups of PEC and hydrogen bonding involving the proton-donor and proton-acceptor polar groups of PEC and IC. These findings were supported by pyrolytic mass spectrometry data and differential scanning calorimetry. The decrease in PEC swelling degree further supports the above conclusions. Testing the obtained PEC films  for drug release using UV spectrophotometry revealed that the release kinetics were nonlinear and partially dependent on the release medium, indicating their potential as materials for creating polymer matrices with prolonged therapeutic effects. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2023-12-29 Article Article Organic chemistry Органическая xимия Органічна xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/615 10.33609/2708-129X.89.11.2023.64-74 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 89 No. 11 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 64-74 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 89 ##issue.no## 11 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 64-74 Український хімічний журнал; Том 89 № 11 (2023): Український хімічний журнал; 64-74 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/615/310 Copyright (c) 2023 Larisa Kobrina, Valentina Boiko, Serhii Riabov, Volodumir Stompel, Serhii Sinelnikov https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Kobrina, Larisa Boiko, Valentina Riabov, Serhii Stompel, Volodumir Sinelnikov, Serhii POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. |
| title | POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. |
| title_full | POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. |
| title_fullStr | POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. |
| title_full_unstemmed | POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. |
| title_short | POLYLECTROLYTE COMPLEX OF SODIUM ALGINATE - POLYETHYLENIMINE WITH THE INCLUSION COMPLEX OF SULFOBUTYL ETHER β-CYCLODEXTRIN – DEXAMETHASONE. |
| title_sort | polylectrolyte complex of sodium alginate - polyethylenimine with the inclusion complex of sulfobutyl ether β-cyclodextrin – dexamethasone. |
| topic_facet | polyelectrolyte complex inclusion complex sodium salt of sulfobutyl ether β-cyclodextrin dexamethasone polymer matrix prolonged therapeutic effect. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/615 |
| work_keys_str_mv | AT kobrinalarisa polylectrolytecomplexofsodiumalginatepolyethyleniminewiththeinclusioncomplexofsulfobutyletherbcyclodextrindexamethasone AT boikovalentina polylectrolytecomplexofsodiumalginatepolyethyleniminewiththeinclusioncomplexofsulfobutyletherbcyclodextrindexamethasone AT riabovserhii polylectrolytecomplexofsodiumalginatepolyethyleniminewiththeinclusioncomplexofsulfobutyletherbcyclodextrindexamethasone AT stompelvolodumir polylectrolytecomplexofsodiumalginatepolyethyleniminewiththeinclusioncomplexofsulfobutyletherbcyclodextrindexamethasone AT sinelnikovserhii polylectrolytecomplexofsodiumalginatepolyethyleniminewiththeinclusioncomplexofsulfobutyletherbcyclodextrindexamethasone |