Nişasta mikroküreleri; biyouyumlulukları, biyobozunurlukları, toksik olmamaları ve nispeten düşük üretim maliyetleri nedeniyle değer verilen, ilaç, gıda ve kozmetik endüstrilerinde önemli bir araştırma odağı haline geldi. Spherex™, Arista™ ve EmboCept™ gibi ürünler, ilaç dağıtım araçları, hemostatik ajanlar ve embolizasyon ajanları olarak ticari açıdan uygulanabilirliğini zaten kanıtlamıştır. Talep arttıkça ölçeklenebilir ve uygun maliyetli üretim yöntemlerine olan ihtiyaç da artıyor. Li ve diğerleri tarafından LWT – Gıda Bilimi ve Teknolojisi dergisinde yayınlanan 2018 tarihli bir çalışma. yeniden kristalize nişasta mikroküreleri (RSM'ler) üretmek için su içinde su (W/W) emülsiyon yöntemini polietilen glikol (PEG) sürekli fazının geri dönüşümüne yönelik pratik bir stratejiyle birleştirerek bu zorluğu doğrudan ele alıyor.
Neden Suda Su Emülsiyon Yöntemi?
Mikroküre üretimine yönelik geleneksel emülsiyon yöntemleri tipik olarak güvenlik, çevre ve mevzuatla ilgili endişeleri artıran organik çözücüler ve kimyasal emülgatörler içeren yağ içinde su (W/O) sistemlerine dayanır. W/W emülsiyon yaklaşımı, yağ fazını sulu bir PEG çözeltisiyle değiştirerek, nişasta damlacıklarının PEG sürekli fazı içinde dağıldığı iki fazlı bir sistem oluşturur. Her iki faz da su bazlı olduğundan, bu yöntem doğası gereği daha güvenli ve daha çevre dostudur. Ancak PEG nispeten maliyetli bir reaktiftir ve çözeltinin her partiden sonra atılması durumunda büyük hacimli üretim önemli miktarda PEG içeren atık üretecektir. Bu nedenle araştırmacılar PEG çözümünün etkili bir şekilde kurtarılıp yeniden kullanılıp kullanılamayacağını ve nasıl kullanılabileceğini araştırdılar.
İki Geri Dönüşüm Stratejisi: DR-PEG ve RS-PEG
Ekip iki kurtarma yolunu test etti. İlkinde, mikroküre ayrımından sonra toplanan PEG çözeltisi, herhangi bir değişiklik yapılmadan doğrudan bir sonraki üretim partisinde kullanıldı; buna DR-PEG (doğrudan yeniden kullanılan PEG) adı verildi. İkinci rotada, geri kazanılan PEG çözeltisi, yeniden kullanımdan önce orijinal konsantrasyonun geri kazanılması için taze katı PEG ile desteklendi; bu, RS-PEG (yenilenen/tamamlanan PEG) olarak anılır.
Önemli bir analitik araç, PEG konsantrasyonu ile görünür viskozite arasındaki üstel ilişkiydi ve araştırmacılar bunu 0,99 R² değeriyle belirledi. Geri kazanılan çözeltinin viskozitesini ölçerek, karmaşık kimyasal analizlere gerek kalmadan ne kadar PEG'in kaybolduğunu ve ne kadar takviyenin gerekli olduğunu hızlı ve doğru bir şekilde hesaplayabildiler.
Sonuçlar: RS-PEG Doğrudan Yeniden Kullanımdan Daha İyi Performans Gösteriyor
DR-PEG yaklaşımının sorunlu olduğu ortaya çıktı. Her döngüde bir miktar PEG ile birlikte nişasta da uzaklaştırıldığından, geri kazanılan çözeltideki PEG konsantrasyonu sürekli olarak azaldı. Bu, ardışık geri dönüşümlerde RSM'lerin veriminin %0,7 ila %11,9 oranında düşmesine neden oldu. Daha da önemlisi, birinci ve ikinci geri dönüşüm partilerinde mikrokürelerin topaklanması ve topaklaşması gözlemlendi; bu, farmasötik veya gıda sınıfı uygulamalarda kabul edilemez bir sonuçtur.
RS-PEG yaklaşımı önemli ölçüde daha iyi sonuçlar verdi. Hedeflenen takviye yoluyla tutarlı bir PEG konsantrasyonunu (yaklaşık 331-334 g·kg⁻¹) koruyan yöntem, yalnızca test edilen beş döngünün tamamında topaklanmayı önlemekle kalmadı, aynı zamanda verimi temel partideki %78,2'den dördüncü geri dönüşümde %83'ün üzerine çıkardı ve daha sonra %83 civarında sabitlendi. Bu gelişme, geri dönüştürülmüş PEG solüsyonunda nişasta moleküllerinin artan birikimine bağlanıyor. Sürekli fazdaki artık nişasta arttıkça, dağılmış damlacıklardan nişasta göçünü yönlendiren konsantrasyon gradyanı azalır, bu da damlacıklar içinde daha fazla nişastanın tutulduğu ve sonuçta mikrokürelere dönüştürüldüğü anlamına gelir.
Taramalı elektron mikroskobu (SEM), RS-PEG çözeltisi kullanılarak üretilen RSM'lerin, beş geri dönüşümün tamamında küresel morfolojilerini ve iyi dağılmış doğalarını koruduğunu doğruladı. X-ışını kırınımı (XRD) analizi ayrıca, kırınım zirveleri yaklaşık 5,5°, 17°, 22° ve 24° olan karakteristik B tipi kristal yapının, taze PEG ile üretilen mikrokürelerle aynı kaldığını gösterdi; bu da geri dönüşümün kristal kalitesi üzerinde herhangi bir olumsuz etkisi olmadığını doğruladı.
Pratik Uygulamalar
Bu çalışma, konsantrasyonun döngüler arasında izlenmesi ve eski haline getirilmesi koşuluyla, PEG'in RSM'lerin W/W emülsiyon üretiminde ürün kalitesinden ödün vermeden birçok kez geri dönüştürülebileceğini ortaya koymaktadır. Viskozite bazlı konsantrasyon tahmin yöntemi, pratik üretim ayarlarına uygun, basit, düşük maliyetli bir analitik yaklaşım sunar. Bulgular, RSM üretiminin hem malzeme maliyetinin hem de çevresel ayak izinin azaltılmasına anlamlı katkıda bulunuyor. Ancak yazarlar, RS-PEG yöntemiyle üretilen RSM'lerin ilaç yükleme kapasitesi ve kontrollü salım performansının henüz karakterize edilmeye devam ettiğini belirtiyor; bu, bu mikrokürelerin spesifik farmasötik uygulamalar için tam olarak değerlendirilmesinden önce gelecekteki araştırmalar için önemli bir alan.