Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/12024
Title: | Design and Development of Configurational Biomimesis Molecularly Imprinted Polymer Nanoparticles for clinical Analysis of Chiral Drugs / Sirirat Rakkit |
Other Titles: | การออกแบบและการพัฒนาของพอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลชนิดนาโนพาร์ทิเคิล ที่มีความจดจำแบบคอนฟิกุเรชันนอลไบโอมิเมซิสและการประยุกต์ใช้สำหรับการวิเคราะห์ทางคลินิกของอิแนนทิโอเมอร์ของยาไครัล |
Authors: | Roongnapa Srichana Sirirat Rakkit Faculty of Pharmaceutical Sciences (Pharmaceutical Technology) คณะเภสัชศาสตร์ ภาควิชาเทคโนโลยีเภสัชกรรม |
Keywords: | Chiral drugs Biotechnology;Pharmaceutical industry;Drug developmen;Doctoral Degree |
Issue Date: | 2017 |
Publisher: | Prince of Songkla University |
Abstract: | In this study, it was to develop molecularly imprinted polymer nanoparticles (MIPS nanoparticles) for selective recognition to (R)-, and (S)-thalidomide for assessment of chiral drugs in blood. The selectivity of these materials that enable them to selectively bind the (R)-thalidomide and (S)-thalidomide was created using either as a core shell and non-core shell polystyrene. Firstly, the MIP microspheres were produced using a mixture of methacrylic acid (MAA) and 1-vinyl-2-pyrolidone as a mixed functional monomer that was then cross-linked using N,N'-(1,2- dihydroxyethylene) bisacrylamide (DHEBA), followed by high pressure homoginization. The amounts of the added monomers required to prepare the resultant MIP nanoparticles were optimized. To ensure that the imprinting affect its suitability for the combination of MIPs and other ingredients into a nanosized scale was examined. The performances of the thalidomide imprinted nanoparticles were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscope (SEM) and a zeta nanosizer. In addition the atomic force microscopy images of the molecularly imprinted nanoparticles were obtained to examine the surface behaviors and force curve analysis. They were mixed with the resin to study the recognition ability by the different MIPs solid-phase extraction for enrichment the two enantiomers and racemic compounds followed by their detection by HPLC. It was shown that each of the enantiomers was recognized by the appropriate MIP and enriched it in the presence of the other biomolecules into the blood. These molecularly imprinted nanoparticles were then attached to a glass substrate and used to form an interdigitated capacitive electrode to develop a highly sensitive and specific sensor to detect each of the enantiomeric drugs. In the preparation processes the monomer ratios were optimized to favor complexation with the crosslinking monomer during the polymerization process. The imprinted thin- films supported on the interdigitated capacitance electrode (IDC) allowed for a rapid binding the individual thalidomide enantiomer after sensing and reaction on the surface. Upon sensor measurement, the resistance signals were gradually increased when increase the concentration of thalidomide, but at a low concentration the resistance signal reached plateau or even reduced which depended on the MIP formulation, because of the release of the thalidomide from the MIPS. They provided the resistance signal with linearity (R2) > 0.990 in the range of 0.025 to 100 μg mL1. The MIP-based IDC showed high sensitivity and selectivity at low concentration detection for thalidomide down to 6.4 ng mL in the presence of biological matrix. This led to interactions between the imprinted nanoparticles and the enantiomers from bovine serum albumin, associated with cholesterol and ceramide that were the interfacial regions on the films. Atomic force microscopy (AFM) and surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) were used to examine the nanometered topographical surface onto the surface of the electrode after exposure to the matrix. The results revealed that, the interaction forces on the surface of 100 nN for (R)- thalidomide, but a very low surface force (0.1 nN) for (S)-thalidomide with a high hysteresis and confirmed the interaction of the localized thalidomide enantiomers into the blood component enabled of distinguishing different local regions, better special resolution in the depth detection of 1 Å with the SERS spectra. Thus, the developed MIP nanoparticles with various chemical functional precursors on the films of polymer yielded adjusting in low detection limit of the analyte in blood sample. Taking sensor together with the detection of significant force of enantiomers and SERS images, we can measured the amount of thalidomide relevant within particular biological component exposed to whole blood, that can manipulate the mechanism of molecule interaction of both enantiomers. The MIPs for recognition of (R)- and (S)-thalidomide can be used for enantiomer separation and they have highly potential for the evaluation of efficient drug delivery and the approach to design the assessment for clinical effect. |
Abstract(Thai): | วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาและออกแบบการสังเคราะห์พอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ ประทับโมเลกุลขนาดนาโนพาร์ทิเคิล (Molecularly Imprinted Polymer Nanoparticles; MIPs nanoparticles) ซึ่งพอลิเมอร์มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลแบบสามมิติซึ่งอยู่ในรูปของอนุภาคขนาดนาโน ที่จําเพาะนั้น ถูกออกแบบโดยใช้โมเลกุลตัวพิมพ์คือ อาร์ หรือ เอส-ทาลิโดไมด์ (R) หรือ (S) thalidomide พิมพ์ประทับโมเลกุลขนาดนาโนพาร์ทิเคิลแบบสามมิติ โดยใช้วิธี multi-step- swelling polymerization โดยใช้มอนอเมอร์ฟังก์ชั่นสองชนิดคือ methacrylic acid (MAA) และ 1-vinyl-2-pyrrolidone (NVP) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันเฉพาะที่เกิดอันตรกิริยาอย่างเหมาะสมกับโมเลกุล ตัวพิมพ์ โดยมอนอมอร์ที่เป็นตัวเชื่อมโยงคือ N,N (1,2-dihydroxyethylene) bisacrylamide (DHEBA) เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชั่นในตัวทําละลายโทลูอีน (toluene) นอกจากนี้การปรับ สัดส่วนระหว่างมอนอเมอร์และตัวพิมพ์จะช่วยทําให้การเกิดอันตรกิริยาดีขึ้นในขบวนการพอลิเมอร์ไร เซชัน เพื่อให้การสร้างรอยพิมพ์ประทับในระดับนาโนมีความจําเพาะที่สูง จากนั้นมีการศึกษา คุณสมบัติทางกายภาพของพอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลขนาดนาโนพาร์ทิเคิลของอาร์ หรือ เอส-ทาลิโดไมด์โดยใช้เทคนิคฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟราเรดสเปคโตรสโคปี (FT-IR) กล้องจุลทรรศน์ อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เครื่องวัดอนุภาคขนาดนาโนพาร์ทิเคิล (zeta nanoparticle) นอกจากนี้ได้ตรวจประเมินคุณสมบัติพื้นผิวของพอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลด้วยกล้อง จุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และตรวจวัดแรงกระทําที่พื้นผิวร่วมกับการตรวจรามานสเปกตรา ศึกษาประสิทธิภาพของการจดจําต่ออิแนนทิโอเมอร์ของทาลิโดไมด์โดยใช้เทคนิคการสกัดด้วยวัฏภาค ของแข็ง (SPE) โดยมีเรซินเป็นเฟสของตัวดูดซับของแข็งเพื่อศึกษาผลของการทําให้เข้มข้นและการแยกระหว่างคู่อิแนนทิโอเมอร์จากราชิมิคของยาทาลิโดไมด์ จากตัวทําละลายอะซิโตไนไตรท์ที่มีน้ํา และเลือด จากผลการทดลองพบว่าการประยุกต์ใช้ของพอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลขนาดนา โนพาร์ทิเคิลของอิแนนทิโอเมอร์ของทาลิโดไมด์กับเรซิน สามารถที่จะแยกคู่อิแนนทิโอเมอร์และสารที่ เชื่อมโยงกับทาลิโดไมด์ นอกจากนี้ได้ทําการเตรียมตัวตรวจวัดที่เตรียมจากพอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลบน นาโนพาร์ทิเคิลของตัวพิมพ์อิแนนทิโอเมอร์ โดยองค์ประกอบของพอลิเมอร์ได้มีการตรวจสอบ คุณสมบัติจนเหมาะสําหรับนําไปเคลือบบนตัวแปลงสัญญาณอินเตอร์ดิจิเตทคอนดักโตเมทตริก อิเล็กโทรด (IDC) เพื่อพัฒนาเป็นเครื่องมือที่มีความไวและมีประสิทธิภาพสูงสําหรับตรวจสัญญาณ ความต้านทานของเซ็นเซอร์ต่ออิแนนทิโอเมอร์ทั้งสอง สัญญาณความต้านทานการตรวจวัดสอดคล้อง กับความเข้มข้นของทาลิโดไมด์ที่เพิ่มขึ้น และสามารถตรวจวัดสัญญาณความต้านทานที่ระดับความ เข้มข้นต่ําของทาลิโดไมด์ และปรากฏสัญญาณที่คงที่ขึ้นกับสูตรของพอลิเมอร์ และได้มีการทดสอบ การตรวจวัดทั้งในสภาวะในตัวทําละลายและจากการเติมสารชีวโมเลกุลได้แก่ เซราไมด์ (Ceramide), คอเลสเตอรอล (Cholesterol), และโปรตีนอัลบูมิลวัว (bovine serum albumin) ในเลือดซึ่ง สามารถตรวจทาลิโดไมด์ได้ในระดับที่ต่ําถึง 6.4 ng mL (ในช่วงความเข้มข้นระหว่าง 0.025-100 ug m] เซ็นเซอร์ที่เตรียมได้เมื่อใช้ MIP เป็นตัวตรวจวัดสัญญาณจะมีความไวและความเลือกจําเพาะสูง จากนั้นตรวจวิเคราะห์เพื่อยืนยันตําแหน่งเฉพาะที่ของตัววิเคราะห์อิแนนทิโอเมอร์ โดยใช้เทคนิคกล้อง จุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และรามานอะตอมมิคฟอดไมโครสโครปี (Raman-AFM) เพื่อตรวจ สภาพผิวของอิเล็กโทรดหลังสัมผัสกับสารชีวโมเลกุลและอันตรกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างทาลิโดไมด์ อิแนนทิโอเมอร์ บนรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลและผลของสารชีวโมเลกุลในเลือดต่ออิแนนทิโอเมอร์ที่ สามารถแยกความแตกต่างของแรงดึงดูดของ (R)-thalidomide (100 nN) ขณะที่แรงลดลงอย่างมาก ของ (S-thalidomide (0.01 nN) สอดคล้องกับแรงกระทําบนผิวของอิเล็กโทรดซึ่งแตกต่างกันอย่าง ชัดเจนระหว่างอิแนนทิโอเมอร์ทั้งสองบนพอลิเมอร์ที่มีรอยพิมพ์ประทับโมเลกุลในเลือดและมี ประโยชน์ในการประเมินของการนําส่งยาโดยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมที่ทําให้แยกความแตกต่าง ของบริเวณเฉพาะที่ได้ดีขึ้นในระดับ 1-2 Å เมื่อตรวจด้วย SERS spectra และจากผลการศึกษาทําให้ สามารถที่จะออกแบบอุปกรณ์การตรวจวัดในสภาวะที่มีเลือดและสารชีวโมเลกุล ซึ่งการออกแบบการ ตรวจวัดเพื่อให้เกิดความจําเพาะกับอิแนนทิโอเมอร์เป้าหมายที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ สมบัติทางสเตอริโอ เคมี และอันตรกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างทาลิโดไมด์ในปริมาณที่ต่ํามากกับการเพิ่มความแตกต่างในการตรวจวัดของแรงที่สําคัญของอิแนนทิโอเมอร์ด้วยความแตกต่างของลักษณะผิวที่ระดับนาโน ที่สามารถ ตรวจด้วย MIP-SPE และการใช้ MIP เป็นเซนเซอร์สําหรับตรวจการนําส่งยาและใช้เป็นแนวทาง สําหรับการประเมินผลการวิเคราะห์ทางคลินิก |
Description: | Thesis (Ph.D., (Pharmaceutical Sciences))--Prince of Songkla University, 2017 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/12024 |
Appears in Collections: | 580 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
417057.pdf | 7.22 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in PSU Knowledge Bank are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.