Vitamin B₃ - Clay Nanohybrids for Controlled Release

Abstract

Nicotinic acid (NA; one of Vitamin B3) has a variety of pharmaceutical and dermatological functions such as effective skin whitening, anti-inflammatory and anti-anxiety properties. However, since high dosage administration of NA gives rise to the dermatological side effects such as skin flushing, hyperpigmentation of skin, atopic dermatitis, etc. It is necessary to develop the delivery system with the controlled release property. This system could be accomplished by incorporating NA into the MgAl-layered double hydroxides (LDHs) via co-precipitation and ion-exchange method. According to the x-ray diffraction analysis, the basal spacing of NA-LDH nanohybrids obtained from co-pricipitation method (NA-LDH-C) and ion-exchange method (NA-LDH-I) was determined to be 0.86 nm and 1.55 nm, respectively. This result suggested that NA molecules were incorporated with parallel mono-layer orientation to the LDH layers in NA-LDH-C and with perpendicularly overlap-bilayer orientation to the LDH layers in NA-LDH-I. From the infrared spectra, NA was deprotonated and intercalated into the interlayer of LDH with electrostatic interaction. NA molecules were slowly and safely released from NA-LDH nanohybrids in NaCl solution. MTT assay with L929 mouse fibroblast cell-line showed that NA-LDH did not have any significant cytotoxicity with a dosage less than 250ug/mL. Nicotinamideis part of the vitamin B group. It is considered as a toxic drug. Therefore, in order to add slow and sustained release property to nicotinamide, we have incorporated nicotinamide into layered aluminosilicates (montmorillonite) and protonation montmorillonite by intercalative ion-exchange reaction at 80 oC. According to the x-ray diffraction analysis, the basal spacing of nicotinamide-montmorillonitenanohybrid was determined to be 1.5 nm compared to that of Na+ intercalated montmorillonite (0.96 nm), indicating that nicotinamide was successfully intercalated into the interlayer space of montmorillonite. From the thermogravimetric analysis, the content of nicotinamide stabilized in the montmorillonite lattice was estimated as ~ 15 wt%. In the present study, an attempt has been made to control the release behavior of nicotinamide out of montmorillonite lattice by nanohybrid. The release behavior of nicotinamide from the nanohybrids was investigated in NaCl solution. ;다양한 약물-나노하이브리드는 무기층상물질에 약물을 층간산입반응 시켜 새로운 나노하이브리드를 합성하였다. 이러한 나노하이브리드는 약물전달 시스템에서 효율적으로 사용되며, 여기에 사용된 금속 이중층 수산화물 나노하이브리드와 천연 점토광물 나노하이브리드는 낮은 독성과 생체친화력을 가지기 때문에 약물 전달 물질로 사용된다. Nicotinic acid (NA)와 Nicotinamide (NTA)는 비타민 B3라고 알려져 있는 수용성 비타민으로써 약학에 이용되며 피부과학 구성적인 약물로 피부 화이트닝, 소염제 항불안제에 효과적인 약물이다. 그러나 NA는 과량의 농도로 약물로 이용되었을 때 피부 과학적인 측면에서 과색소침착, 아토피 피부염, 홍조, 가려움을 유발할 수 있는 부작용을 가지고 있다. 본 연구의 제 1장에서는 금속 이중층 수산화물에 수용성 비타민 니코티닉 에시드 (NA)을 공침과 이온교환 반응을 통하여 약물-나노하이브리드 시스템으로 합성하여 약물의 독성을 줄이고 보다 효과적인 약물 전달이 되고자 하였다. 이는 X-선 회절분석 및 분광학적 분석을 통하여 확인하였고 합성한 물질의 약물 전달 시스템으로서의 효과를 확인하기 위하여 NaCl 용액에서 약물 방출 실험을 수행하여 시간에 따른 방출되는 약물의 양을 확인하였다. 또한 세포실험 결과, 피부의 독성실험에서 많이 사용되고 있는 L929 세포에서 금속 이중층 수산화물과 합성된 약물-나노하이브리드는 NA약물 보다 낮은 독성을 확인할 수 있었다. 그 결과로는 L929 세포에서 24시간 동안 약물처리를 하였을 때 250 ug/mL의 높은 투여량에도 독성을 미치지 않았다. 제 2장에서는 층상형 점토물질의 일종인 몬트모릴로 나이트 (MMT) 에 수용성 비타민 니코틴아마이드 (NTA)을 양이온 교환능력을 이용하여 무기층상 내부공간에 약물분자를 약물-나노하이브리드 시스템으로 합성하였고, X-선 회절분석, 열 분석, 적외선 분광분석을 통해 분석하였다. 또한 NaCl 용액에서 약물 방출 실험을 수행하여 합성한 물질의 약물 전달 시스템으로서의 효과를 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통하여 NA-LDH 하이브리드와 NTA-MMT 나노하이브리드는 약물의 낮은 독성과 생물학적 이용 가능성을 향상시킬 수 있는 약물 전달 시스템에 응용 될 수 있음을 입증하였다.