Published April 6, 2022 | Version v1
Publication Open

Design and optimization of metformin hydrophobic ion pairs for efficient encapsulation in polymeric drug carriers

Creators

  • 1. Assiut University

Description

Abstract Loading small molecular weight hydrophilic drugs into polymeric carriers is a challenging task. Metformin hydrochloride (MET) is a highly soluble oral antidiabetic drug of small size and high cationic charge. Hydrophobic ion pairing (HIP) is an approach for reversible modulation of solubility and hydrophilicity of water-soluble drugs via complexation with oppositely charged molecules. Herein, we prepared MET ion pairs and carefully studied and characterized MET interaction with different ligands, with the aim of increasing MET lipophilicity and loading efficiency. HIP was successful using three hydrophilic anionic ligands; sodium dodecyl sulphate (SDS) Carbopol (CB) and tannic acid (TA). Electrostatic interaction and hydrogen bonding drove the complexation per spectroscopic and thermal studies. Complexation efficiency depended on ligand type and charge ratio. While complexes had varying interaction strengths, the excessive stability of TA/MET resulted in unfavorable poor MET dissociation. Notably, HIP imparted a 450 and tenfold lipophilicity increase for SDS/MET and CB/MET, respectively. The latter showed favorable controlled, yet complete release of MET at pH 6.8 and was loaded into alginate beads. Complex bulkiness and decreased lipophilicity resulted in a dramatic 88% increase of MET loading, demonstrating the success of HIP as a simple, efficient and applicable approach for modulating drug's properties.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص يعد تحميل العقاقير المحبة للماء ذات الوزن الجزيئي الصغير في ناقلات البوليمر مهمة صعبة. ميتفورمين هيدروكلوريد (MET) هو دواء مضاد لمرض السكري عن طريق الفم قابل للذوبان بدرجة عالية بحجم صغير وشحنة كاتيونية عالية. الاقتران الأيوني غير الآلف للماء (HIP) هو نهج لتعديل قابل للعكس للذوبان وألفة الماء للأدوية القابلة للذوبان في الماء عن طريق التعقيد مع جزيئات مشحونة بشكل معاكس. هنا، أعددنا أزواج أيونات MET ودرسنا وتميزنا بعناية تفاعل MET مع روابط مختلفة، بهدف زيادة محبة الدهون MET وكفاءة التحميل. نجح الورك في استخدام ثلاثة روابط أنيونية آلفة للماء ؛ كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS) كاربوبول (CB) وحمض التانيك (TA). أدى التفاعل الكهروستاتيكي والترابط الهيدروجيني إلى التعقيد في الدراسات الطيفية والحرارية. تعتمد كفاءة التعقيد على نوع الترابط ونسبة الشحن. في حين أن المجمعات كانت لها نقاط قوة تفاعل متفاوتة، إلا أن الاستقرار المفرط لـ TA/MET أدى إلى انفصال ضعيف غير مواتٍ. والجدير بالذكر أن الورك أظهر زيادة 450 وعشرة أضعاف في محبة الدهون لـ SDS/MET و CB/MET، على التوالي. أظهر الأخير تحكمًا إيجابيًا، ولكن إطلاقًا كاملاً لـ MET عند درجة الحموضة 6.8 وتم تحميله في خرز الجينات. أدت الضخامة المعقدة وانخفاض محبة الدهون إلى زيادة كبيرة بنسبة 88 ٪ في تحميل MET، مما يدل على نجاح HIP كنهج بسيط وفعال وقابل للتطبيق لتعديل خصائص الدواء.

Translated Description (French)

Résumé Le chargement de médicaments hydrophiles de faible poids moléculaire dans des supports polymères est une tâche difficile. Le chlorhydrate de metformine (MET) est un antidiabétique oral hautement soluble de petite taille et à charge cationique élevée. L'appariement d'ions hydrophobes (HIP) est une approche de modulation réversible de la solubilité et de l'hydrophilie des médicaments hydrosolubles par complexation avec des molécules chargées de manière opposée. Ici, nous avons préparé des paires d'ions MET et soigneusement étudié et caractérisé l'interaction MET avec différents ligands, dans le but d'augmenter la lipophilie MET et l'efficacité de chargement. HIP a réussi en utilisant trois ligands anioniques hydrophiles ; le dodécyl sulfate de sodium (SDS) Carbopol (CB) et l'acide tannique (TA). L'interaction électrostatique et la liaison hydrogène ont conduit à la complexation par des études spectroscopiques et thermiques. L'efficacité de la complexation dépend du type de ligand et du rapport de charge. Bien que les complexes aient des forces d'interaction variables, la stabilité excessive de l'AT/MET a entraîné une dissociation défavorable de l'AT/MET. Notamment, LA HANCHE a entraîné une augmentation de la lipophilie de 450 et dix fois pour SDS/MET et CB/MET, respectivement. Ce dernier a montré une libération contrôlée favorable, mais complète de MET à pH 6,8 et a été chargé dans des billes d'alginate. L'encombrement complexe et la diminution de la lipophilie ont entraîné une augmentation spectaculaire de 88 % de la charge de MET, démontrant le succès de LA HANCHE en tant qu'approche simple, efficace et applicable pour moduler les propriétés du médicament.

Translated Description (Spanish)

Resumen La carga de fármacos hidrófilos de pequeño peso molecular en portadores poliméricos es una tarea difícil. El clorhidrato de metformina (MET) es un fármaco antidiabético oral altamente soluble de pequeño tamaño y alta carga catiónica. El emparejamiento iónico hidrófobo (HIP) es un enfoque para la modulación reversible de la solubilidad y la hidrofilicidad de los fármacos solubles en agua a través de la complejación con moléculas con carga opuesta. En este documento, preparamos pares de iones MET y estudiamos y caracterizamos cuidadosamente la interacción de MET con diferentes ligandos, con el objetivo de aumentar la lipofilia y la eficiencia de carga de MET. HIP tuvo éxito utilizando tres ligandos aniónicos hidrófilos; dodecil sulfato de sodio (SDS) Carbopol (CB) y ácido tánico (TA). La interacción electrostática y los enlaces de hidrógeno impulsaron la complejación según los estudios espectroscópicos y térmicos. La eficiencia de la complejación dependía del tipo de ligando y la relación de carga. Si bien los complejos tenían fortalezas de interacción variables, la estabilidad excesiva de TA/MET dio como resultado una disociación desfavorable de MET deficiente. En particular, HIP impartió un aumento de lipofilia de 450 y diez veces para SDS/MET y CB/MET, respectivamente. Este último mostró una liberación controlada favorable, pero completa de MET a pH 6,8 y se cargó en perlas de alginato. El volumen complejo y la disminución de la lipofilia dieron como resultado un aumento dramático del 88% de la carga de MET, lo que demuestra el éxito de HIP como un enfoque simple, eficiente y aplicable para modular las propiedades del fármaco.

Files

s41598-022-09384-6.pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8e485124f5bdc8ad32f25a5fcadcd478
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تصميم وتحسين أزواج أيونات الميتفورمين غير الآلفة للماء من أجل التغليف الفعال في ناقلات الأدوية البوليمرية
Translated title (French)
Conception et optimisation de paires d'ions hydrophobes de metformine pour une encapsulation efficace dans des supports de médicaments polymères
Translated title (Spanish)
Diseño y optimización de pares de iones hidrófobos de metformina para una encapsulación eficiente en portadores poliméricos de fármacos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4223509063
DOI
10.1038/s41598-022-09384-6

Is supplement to
https://openalex.org/W4386886449 (Other)
https://openalex.org/W3048490970 (Other)
https://openalex.org/W2509016346 (Other)
https://openalex.org/W2394428408 (Other)
https://openalex.org/W2367179472 (Other)
https://openalex.org/W2112164801 (Other)
https://openalex.org/W2018871584 (Other)
https://openalex.org/W2018291033 (Other)
https://openalex.org/W2004826746 (Other)
https://openalex.org/W1973661482 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1990970174
  • https://openalex.org/W2003090882
  • https://openalex.org/W2003563144
  • https://openalex.org/W2011947858
  • https://openalex.org/W2019017315
  • https://openalex.org/W2032167210
  • https://openalex.org/W2035262025
  • https://openalex.org/W2045703061
  • https://openalex.org/W2052650104
  • https://openalex.org/W2079664011
  • https://openalex.org/W2083861991
  • https://openalex.org/W2090887978
  • https://openalex.org/W2098027131
  • https://openalex.org/W2137836474
  • https://openalex.org/W2149140350
  • https://openalex.org/W2155824390
  • https://openalex.org/W2163067330
  • https://openalex.org/W2170640241
  • https://openalex.org/W2223040528
  • https://openalex.org/W2259805133
  • https://openalex.org/W2265242384
  • https://openalex.org/W2286898550
  • https://openalex.org/W2313248048
  • https://openalex.org/W2315921497
  • https://openalex.org/W2331782539
  • https://openalex.org/W2521152886
  • https://openalex.org/W2558415396
  • https://openalex.org/W2587002903
  • https://openalex.org/W2589570306
  • https://openalex.org/W2593348266
  • https://openalex.org/W2625582616
  • https://openalex.org/W2742200852
  • https://openalex.org/W2767449578
  • https://openalex.org/W2772253469
  • https://openalex.org/W2883828549
  • https://openalex.org/W2907224271
  • https://openalex.org/W2915183345
  • https://openalex.org/W2921649571
  • https://openalex.org/W2976252980
  • https://openalex.org/W2978421255
  • https://openalex.org/W2990909339
  • https://openalex.org/W4247884692
  • https://openalex.org/W60307892
  • https://openalex.org/W765815668