Preparation and Characterization of Poly(lactic-co-glycolic acid) Microspheres Containing Paclitaxel

Abstract

Paclitaxel (Taxol^(??)) has an anti-tumor activity for various cancers especially ovarian and breast cancer. However, its high hydrophobicity makes clinical use and many formulations have been attempted until now. Microsphere of biodegradable polymers could be an ideal solution. This study compared the effects of two emulsion-stabilizer (polyvinyl alcohol (PVA), methyl cellulose (MC)) on the physical properties of paclitaxel loaded microspheres fabricated by the solvent extraction and evaporation techniques. Physical characteristics of each microsphere (i.e. particle size distribution, encapsulation efficiency, and in vitro release test) were studied. The microspheres manufactured with each emulsifier were characterized by Multisizer as their size distribution; Scanning electron microscopy (SEM) for their surface morphology. High performance liquid chromatograghy (HPLC) was used for measure of their encapsulation efficiency and in vitro release test. The morphology of paclitaxel loaded PLGA microspheres fabricated with PVA and MC was shown round shape and the distribution SD(standard deviation) of particle size decreased as RPM speed increased. PLGA microspheres fabricated with PVA showed increase on encapsulation efficiency (%) as RPM speed was higher, but PLGA microspheres with MC didn’t follow any regular patterns by RPM speed. In the in vitro release, PLGA microsphere fabricated with PVA(1%) under the extraction method indicated burst effect, and PLGA microsphere with MC(0.5%) showed slower and more controlled release compared to the standard microsphere (PLGA microsphere with PVA under the evaporation method). Its results showed that methyl cellulose (MC), which has better effect for in vitro release profile compared with polyvinyl alcohol (PVA), could be used as a good emulsifier.;Paclitaxel은 Taxus brevifolia에서 추출한 물질로서 난소암과 유방암 등 여러 항암 치료에 사용되고 있다. 그러나 이 약은 난용성이어서 임상적인 사용이 어렵기 때문에 이를 개선하기 위한 제형을 연구하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 생분해성 고분자인 Poly(D,L lactide-co-glycolide),(PLGA)를 이용한 microsphere의 제조 또한 이러한 시도 중 하나인데, 이 때 유화제(emulsion stabilizer)로서 Polyvinyl alcohol을 사용하고 있다. 본 논문에서는 지금까지 PLGA microsphere의 emulsion stabilizer로 Methyl cellulose (MC)를 사용하여 solvent evaporation과 solvent extraction 방법으로 만든 후 같은 방법으로 만든 PVA와 비교해보았다. 두 가지 유화제를 이용하여 만든 microsphere의 물리학적 특성을 비교하기 위해 입자의 분포와 봉입효율을 측정하였고, pH 7.4 phosphate buffer에서 용출 시험을 하였다. 각각의 유화제로 만든 microsphere는 Multisizer를 이용하여 이들의 크기 분포를 확인, 비교하였고 Scanning electron microscopy (SEM)를 이용하여 표면의 형태를 살펴보았다. 또한 High performance liquid chromatography (HPLC)를 이용하여 봉입효율(EE)과 용출되는 양상을 비교하였다. 난용성인 paclitaxel을 균일한 입자를 가진 oil-in water (O/W) emulsion으로 제조하기 위해 섞을 때의 RPM 속도가 높아질수록 두 약물 모두 각각의 입자 분포가 고르게 나타났다. 두 가지 유화제를 사용한 약물 모두 높은 EE를 나타냈는데, PVA를 사용한 약물은 RPM 속도가 증가함에 따라 EE 또한 증가되는 양상을 보였으나 MC의 경우는 일정한 상관성을 보이지 않았다. 용출 시험의 경우, solvent extraction 방법 하에서 1 % PVA를 사용한 약물은 burst effect 현상이 나타났다. Solvent extraction 방법 하에서 0.5 % MC를 사용한 약물은 PVA를 이용하여 만든 약물(solvent evaporation 방법 하)에 비해 좀더 controlled release되는 결과를 보였다. 이러한 결과를 정리해 볼 때, MC는 기존에 사용되어 온 PVA를 대체할 수 있는 좋은 유화제로 이용될 것으로 기대된다.