1. Αποθετήριο Παραδοτέων Υποτρόφων Δράσεων ΕΣΠΑ Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης 2017-2023
2. Όλο το Αποθετήριο
3. Υποψήφιοι διδάκτορες

Τύπος:	Διδακτορική διατριβή
Τίτλος:	Επιδράσεις παραγόντων μορφοποίησης και πειραματικών συνθηκών στην παραγωγή νανοκρυστάλλων δυσδιάλυτων φαρμάκων με υγρή άλεση
Συγγραφέας:	[EL] Βαρδάκα, Ελισάβετ[EN] Vardaka, Elisavet
Επιβλέπων διατριβής:	[EL] Καχριμάνης, Κυριάκος[EN] Kachrimanis, Kyriakos
Συμβουλευτική επιτροπή:	[EL] Νικολακάκης, Ιωάννης[EN] Nikolakakis, Ioannis [EL] Αβρανάς, Αντώνιος[EN] Avranas, Antonios
Μέλος εξεταστικής επιτροπής:	[EL] Φατούρος, Δημήτριος[EN] Fatouros, Dimitrios [EL] Αντιμησιάρη, Σοφία[EN] Antimisiaris, Sophia [EL] Ζαχαρής, Κωνσταντίνος[EN] Zacharis, Konstantinos [EL] Μπαρμπαλέξης, Παναγιώτης[EN] Barmpalexis, Panagiotis
Ημερομηνία:	27/09/2021
Περίληψη:	Για την επίτευξη των στόχων του διδακτορικού ήταν αναγκαίο να ακολουθηθούν συγκεκριμένα βήματα και να εφαρμοστούν κατάλληλες πειραματικές μέθοδοι. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η επιλογή κατάλληλων ουσιών, δυσδιάλυτων στο ύδωρ, των οποίων η απορρόφηση αναμένεται να βελτιωθεί με αύξηση της διαλυτότητάς τους. Τέτοιες ουσίες είναι αυτές που κατατάσσονται στην κατηγορία ΙΙ του Βιοφαρμακευτικού Συστήματος ταξινόμησης (BCS Class II) και σε μερικές περιπτώσεις και στην κατηγορία IV (BCS Class IV). Η επιλογή έγινε μετά από εκτεταμένη βιβλιογραφική έρευνα στις σχετικές βάσεις δεδομένων (Scopus, PubMed κλπ) με κριτήριο τη χαμηλή υδατοδιαλυτότητα, τα προβλήματα βιοδιαθεσιμότητας, αλλά και την ύπαρξη ή μη πληροφοριών σχετικά με την κρυσταλλική δομή της ουσίας μετά από έρευνα στις βάσεις δεδομένων (Cambridge Structural Database, Open Crystallography Database). Προτιμήθηκαν δραστικές των οποίων η κρυσταλλική δομή είναι γνωστή, ούτως ώστε να είναι δυνατή η προσομοίωση του κρυσταλλικού τους πλέγματος, της μορφολογίας τους και των εδρών τους, για την εκτίμηση των αλληλεπιδράσεων με τα πολυμερή/σταθεροποιητές. Στο επόμενο στάδιο επιλέχθηκαν πιθανοί σταθεροποιητές από τον κατάλογο ουσιών GRAS (Generally Recognized As Safe) με κριτήριο τη χημική τους δομή. Επιθυμητό ήταν να ανήκουν σε όσο το δυνατόν περισσότερες χημικές κατηγορίες, ώστε να μπορεί να εντοπιστεί ποιες χημικές ομάδες συνεισφέρουν (ή δε συνεισφέρουν) στη θραύση των κρυστάλλων και τη σταθεροποίηση του νανο-αιωρήματος. Ακολούθως, διεξήχθη εκτενής φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των φαρμάκων και των σταθεροποιητών, ο οποίος περιλαμβάνει τη διερεύνηση πιθανού κρυσταλλικού πολυμορφισμού, τις θερμο-φυσικές και μηχανικές ιδιότητες (αντοχή σε εφελκυσμό, σκληρότητα, μέτρο Young) των δραστικών ουσιών (φαρμάκων). Επίσης προσδιορίστηκε η επιφανειακή ενέργεια με τη βοήθεια μετρήσεων της γωνίας συνεπαφής (contact angle) με υγρά διαφορετικής (γνωστής) πολικότητας και κατασκευάστηκαν οι φάκελοι διαβροχής των δραστικών ουσιών. Επιπρόσθετα, οι σταθεροποιητές που επιλέχθηκαν, αξιολογήθηκαν, όσον αφορά τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες, το ιξώδες των διαλυμάτων τους στην περιοχή συγκεντρώσεων που θα χρησιμοποιηθεί κατά την υγρή άλεση και τη γωνία συνεπαφής αυτών με τις δραστικές φαρμακευτικές ουσίες. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλες πειραματικές τεχνικές όπως περίθλαση ακτίνων Χ από κόνις (PXRD), φασματοσκοπία εξασθενημένης ολικής ανάκλασης υπερύθρου (ATR-FTIR), οπτική θερμο-μικροσκοπία και μεθόδους θερμικής ανάλυσης (διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης, DSC).Στη συνέχεια διεξήχθη υγρή άλεση των επιλεγέντων φαρμάκων παρουσία διαφορετικών σταθεροποιητών με ή χωρίς την παρουσία τασενεργού ουσίας, σε πλανητικό σφαιρόμυλο. Για τον εντοπισμό των σημαντικών πειραματικών παραγόντων και την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας εφαρμόστηκε στατιστικός σχεδιασμός πειραμάτων, ώστε να επιλεγούν αφενός το κατάλληλο μέγεθος σφαιριδίων, η ταχύτητα περιστροφής του θαλάμου και ο χρόνος άλεσης, αφετέρου το κατάλληλο είδος και η αναλογία του σταθεροποιητή. Ως κριτήρια για την καταλληλότητα των σταθεροποιητών χρησιμοποιήθηκαν: το μέγεθος σωματιδίων των νανο-αιωρημάτων, η σταθερότητα κατά την αποθήκευση και η ανασύσταση των στερεοποιημένων νανο-αιωρημάτων. Ο προσδιορισμός του μεγέθους της διαμέτρου διεξείχθει με δυναμική σκέδαση φωτονίων (dynamic light scattering) με τη χρήση κατάλληλου οργάνου (Malvern nanosizer). Η στερεοποίηση των νανο-αιωρημάτων επιτεύχθηκε με την τεχνική της ξήρανσης δια ψεκασμού, η οποία επιτρέπει την παραγωγή σφαιρικών κατά κανόνα μικροσωματιδίων στην εισπνεύσιμη περιοχή μεγέθους (< 10 μm) και με την τεχνική της λυοφιλοποίησης. Τα στερεοποιημένα νανο-αιωρήματα αξιολογήθηκαν επίσης όσον αφορά τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και ειδικότερα διερευνήθηκε το ενδεχόμενο η δραστική ουσία να έχει υποστεί κάποια πολυμορφική μετάπτωση κατά την άλεση και την επακόλουθη ξήρανση, αλλά κυρίως το μέγεθος των διασπειρόμενων νανοκρυστάλλων κατά την ανασύσταση του νανο-αιωρήματος, όταν τα μικροσωματίδια διασπείρονται στο ύδωρ. Μετά τη συλλογή των επιθυμητών πειραματικών δεδομένων ακολούθησε ανάλυσή τους και αποπειράθηκε η συσχέτιση της δομής και των ιδιοτήτων των σταθεροποιητών και των δραστικών ουσιών με το μέγεθος νανοκρυστάλλων, τη σταθερότητα και την ανασύσταση των νανο-αιωρημάτων, ούτως ώστε να προσδιοριστούν οι καταλληλότεροι σταθεροποιητές για κάθε δραστική ουσία. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε επί τη βάσει της υπολογιστικής προσομοίωσης του κρυσταλλικού πλέγματος των δραστικών ουσιών. Ειδικότερα διερευνήθηκαν οι κατευθύνσεις των δυνάμεων αλληλεπίδρασης στο πλέγμα ώστε να αναγνωριστούν με ακρίβεια τα πιθανά επίπεδα ολίσθησης, τα οποία καθορίζουν και τις επιφάνειες κατά μήκος των οποίων θα επέλθει θραύση του κρυστάλλου. Ακολουθεί προσομοίωση της κρυσταλλικής μορφολογίας ώστε να εξεταστεί η δομή των κρυσταλλικών επιφανειών και να προσομοιωθεί εν συνεχεία η αλληλεπίδραση των επιφανειών αυτών με μόρια των σταθεροποιητών. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με μεθόδους υπολογιστικής χημείας, με χρήση κατάλληλου λογισμικού και παρήγαγαν σημαντικές πληροφορίες για τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ κρυσταλλικών επιφανειών και σταθεροποιητών, οι οποίες ευθύνονται για το τελικό αποτέλεσμα (διευκόλυνση της θραύσεως και σταθεροποίηση του νανο-αιωρήματος). Το προσδοκώμενο αποτέλεσμα από το στάδιο αυτό της παρούσης διδακτορικής διατριβής, είναι η κατανόηση του μηχανισμού αλληλεπίδρασηςviii φαρμάκων-σταθεροποιητών και η εξαγωγή απλών κανόνων για την επιλογή του κατάλληλου σταθεροποιητή για κάθε δραστική ουσία, με βάση τα δομικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους. Aiming to achieve the objectives of the doctorate thesis it was necessary to follow specific scientific steps and to apply the appropriate experimental methods. Initially, were selected suitable poorly soluble active pharmaceutical ingredients (APIs), the absorption of which is expected to improve by increasing their solubility. Such APIs are those classified in Class II of the Biopharmaceutical Classification System (BCS Class II) and in some cases in Class IV (BCS Class IV). The selection was made after extensive literature research in the relevant databases (Scopus, PubMed, etc.) based on low water solubility, bioavailability problems and the presence or absence of information on the crystalline structure of the substance after research in databases (Cambridge Structural Database, Open Crystallography Database). Drugs whose crystal structure is known were preferred so that it could be possible to simulate their crystal lattice, their morphology and their crystal faces in order to evaluate the interactions with the polymers/stabilizers. At the next step, potential stabilizers were selected from the list of GRAS (Generally Recognized As Safe) substances based on their chemical structure. It was desirable to belong to as many chemical categories as possible, so that it could be identified which chemical groups contribute (or do not contribute) to the breaking of the crystals and the stabilization of the nanosuspension. Then, an extensive physicochemical characterization of the APIs and the stabilizers was carried out, which included the investigation of possible crystalline polymorphism, the thermo-physical and mechanical properties (tensile strength, hardness, Young module) of the APIs. The surface energy of the APIs was determined by the contact angle measurements with liquids of different (known) polarity and the wetting envelopes were constructed. In addition, the selected stabilizers were evaluated in terms of physicochemical properties, solution viscosity and contact angle with the API in the selected concentration. Appropriate experimental techniques such as powder X-ray diffraction (PXRD), attenuated total infrared reflection spectroscopy (ATR-FTIR), optical thermo-microscopy and thermal analysis methods (differential scanning calorimetry, DSC). Then conducted wet milling of the selected APIs in the presence of different stabilizers with or without the addiction of a surfactant in a planetary ball mill. With the intention to identify the important experimental factors and to select the optimal operating conditions, statistical design of experiments was applied, in order to select the appropriate bead size, the mill rotation speed, the grinding time, and the appropriate ratio of the stabilizer. The criteria for the suitability of the stabilizers were: the particle size of the nano-suspensions, the stability during storage and the reconstitution of the solidified nanox suspensions. The determination of the size was carried out by dynamic light scattering using a suitable instrument (Malvern nanosizer). The solidification of the nano-suspensions was achieved by the spray drying technique, which allows the production of spherical microparticles in the inhalable size range (<10 μm) and by the lyophilization technique. The solidified nanocomposites were mainly evaluated in terms of size during reconstitution, physicochemical properties and in particular the possibility of existence any polymorphic transition during milling and subsequent drying. After collecting the desired experimental data, an attempt was made to correlate the structure, the size of the nanocrystals, the stability, the reconstitution of the nano-suspensions, in order to determine the most suitable stabilizer substance. The analysis was performed on the basis of the computer simulation of the crystal lattice of the APIs. In particular, the directions of the interaction forces in the lattice were investigated in order to accurately identify the possible slip planes, which determine the surfaces along with the location where the crystal will break. It is following a simulation of the crystalline morphology to examine the structure of the crystalline surfaces and then to simulate the interaction of these surfaces with molecules of the selected stabilizers. The simulations were performed with methods of computational chemistry, using appropriate software and the provided important information of the interactions between the crystalline surfaces and stabilizers, which are responsible for the final result (facilitation of fracture and stabilization of the nano-suspension). The expected result from this stage of the present dissertation is the understanding of the mechanism of drug-stabilizer interaction and the derivation of simple rules for the selection of the appropriate stabilizer for each active substance, based on their structural and physicochemical characteristics
Γλώσσα:	Ελληνικά
Τόπος δημοσίευσης:	Θεσσαλονίκη, Ελλάδα
Σελίδες:	258
DOI:	10.12681/eadd/50247
Θεματική κατηγορία:	[EL] Χημεία, διεπιστημονική προσέγγιση[EN] Chemistry, interdisciplinary
Λέξεις-κλειδιά:	nanocomposite; nanoparticles; Molecular Dynamics; nanomilling; wet milling; nanosuspension
Κάτοχος πνευματικών δικαιωμάτων:	© Ελισάβετ Βαρδάκα © Α.Π.Θ.
Διατίθεται ανοιχτά στην τοποθεσία:	https://www.didaktorika.gr/eadd/handle/10442/50247
Σημειώσεις:	«Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάπτυξη Ανθρώπινου Δυναμικού, Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση», στο πλαίσιο της Πράξης «Ενίσχυση του ανθρώπινου ερευνητικού δυναμικού μέσω της υλοποίησης διδακτορικής έρευνας - 2 ος κύκλος» (MIS-5000432), που υλοποιεί το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ)»
Εμφανίζεται στις συλλογές:	Υποψήφιοι διδάκτορες