pH-responsive release of Cyclophosphamide encapsulated in MMT-hydrogel

Abstract

Cyclophosphamide (CPA) is one of the most widely used anti-cancer drug and immunosuppressive one for autoimmune and immune-mediated diseases. However, it has been reported that CPA induces various adverse effects such as gastric ulcer, urine toxicity, neutropenia and etc. In this study, attempts have been made to reduce such side effects potentially in oral administration through controlled release of CPA. CPA, however, chemically and biologically unstable, since it is very sensitive to oxidase, and easy to be degradated at pH 1.2. To overcome such problems, we prepared CPA intercalated Montmorillonite (MMT) mechanochemically by grinding them simply in mortar. MMT was selected as a CPA carrier for oral medication, due to its mucoadhesive property in intestine, resulting in the sustained CPA release. In addition, we have prepared CPA-MMT@Hydrogel (alginate beads) with sodium alginate and calcium chloride for pH selectivity. Because such alginate-beads can release CPA in a controlled manner depending on pH. And moreover, CPA-MMT@Hydrogel was further coated with Eudragit®S100 polymer in order to control the sustained release of CPA. The present quaternary hybrids, CPA-MMT@Hydrogel coated with Eudragits, were characterized by powder X-ray diffraction (PXRD), Fourier transformed infrared (FT-IR) spectroscopy, and Zeta potential measurements, indicating that CPA was successfully immobilized in the interlayer spaces of MMT. According to the pH-dependent release test, it was clearly demonstrated that CPA-MMT@Hydrogel could prevent the decomposition of CPA under gastric pH condition. As a result, quaternary hybrids system could have a great potential to minimize drug dosage, reduce possibility of adverse effects potentially, providing new pathway into their pharmaceutical application.;사이클로포스파마이드 (CPA)는 임상적으로도 활발하게 쓰이고 있는, 항암제 및 면역억제제로서 주로 유방암이나 난소 암 그리고 악성 림프 종과 같은 면역질환과 관련된 거의 모든 질환에 대한 치료제로 사용되고 있다. 하지만, 독한 약물 효과로 인해 수많은 부작용을 같이 동반하는 단점이 있다. 항암제는 소량이어도 부작용 초래하게 되는데 사이클로포스파마이드는 구강 섭취를 하였을 때, 산 조건에서 분해되어 섭취하여야 하는 양을 100%를 몸에 흡수 시킬 수가 없다. 본 연구에서는 이러한 사이클로포스파마이드의 단점을 극복하여 약물의 흡수성을 높이고, 부작용 또한 잠재적으로 극복하고자 약물전달시스템을 적용시켰다. 사이클로포스파마이드를 알루미늄실리케이트 층상구조 클레이인 몬트모릴로나이트에 층간 삽입을 시켜줌으로써 산화되기 쉬운 약물을 보호하였다. 이어서 효과적인 약물전달을 위해 층간 삽입된 CPA-MMT 하이브리드를 하이드로젤에 캡슐화 시켜 약물방출이 지속적으로 될 수 있게 하였다. 마지막으로 약물 방출을 지연시키고자 유드라짓 폴리머에 한번 더 코팅을 진행하였다. X선 회절분석을 통하여 클레이의 층간 거리가 1.24nm에서 1.77nm로 증가한 것으로 세가지 하이브리드 시스템에 약물이 층상구조에 성공적으로 삽입된 것을 확인하였다. 또한 FT 적외선 분광법과 Zeta potential을 통해서 약물이 화학적인 변화 없이 이온-쌍극자 상호작용에 의하여 층간 삽입이 되어있는 것을 확인하였다. HPLC를 통해서는 약물의 하이브리드 내 함량을 확인 할 수 있었는데, CPA-MMT는 24.47%, CPA-MMT@Hydrogel은 13.67%로 이론함량에 가까운 수치로 존재하였다. 다음으로는 지속적인 약물방출을 확인하고자 용출실험을 진행한 결과 4중하이브리드 시스템인 유드라짓 폴리머로 코팅된 CPA-MMT@Hydrogel의 용출결과가 약물이 분해되기 쉬운 pH 1.2 조건에서 CPA만 진행 했을 때 보다 80% 의 수치를 낮춤으로서, 산 조건에서의 약물방출의 최소화를 증명하였다. 이로써, 약물전달 시스템을 이용하여 CPA의 분해를 최소화하였고, 기존에 섭취 되어야 하는 약물의 양보다 적은 양의 약물을 섭취하게 됨으로써 CPA로인해 발생하는 부작용의 발현도 잠재적으로 최소화시켰다.