Preparation and evaluation of ophthalmic liposomal voriconazole formulation by thin film hydration method

황금길 Graduate School, Yonsei University 2018 국내석사

1. Introduction Fungal keratitis is one of infectious corneal diseases and is an increasing disease in developing countries. And the incidence is increasing in developed countries due to increased use of contact lenses. To treat this, antifungal agents are used, typically natamycin and amphotericin B. However, its use is limited because of the narrow range of antifungal agents and low permeability. Voriconazole, a second-generation azole antifungal agent with a broad range of antifungal agents, is under investigation. The limitation of Voriconazole is that it has low water solubility and poor cornea permeability. Liposome as nano-carrier can be used to overcome this problem. Voriconazole can be encapsulated between phospholipids of liposome to enhance permeability while increasing solubility. There are various ways of making liposomes. Among the various methods of making liposomes, liposomes were prepared by the commonly used thin film hydration method. Therefore, the goal of this paper is to develop a liposomal formulation of voriconazole with broad spectrum antifungal activity, which is increased water solubility and permeability, thereby increasing the BA of voriconazole and ultimately increasing therapeutic efficiency. 2. Preparation of liposome We prepared liposome by thin film hydration. Formulations of Increasing the organic solvent amount and molar ratio of HSPC were prepared. And we also prepared formulations containing a mPEG-DSPE, SA for positively charged liposome, and DP for negatively charged liposome. Cholesterol was added to find out effect of cholesterol to liposome. 3. Evaluation of liposome Organic solvent amount did not affect to size, zeta potential, assay%, EE%. Increasing molar ratio of HSPC affect to the size, PDI, and pH. Cholesterol did not affect to liposome size, PDI and assay%, EE%, also. Formulation with SPC was viscous and size was largest. mPEG-DSPE makes zeta potetial of liposome to negative charge but stearylamine makes zeta potential to positive. Dicetylphosphate makes liposome acidic but stearylamine makes liposome basic. Voriconazole assay % was almost 100% and EE% was almost 94% in all formulation. Specially formulation with mPEG-DSPE showed 99% of EE%. In the DSC data, voriconazole peak and cholesterol peak was disappeared in all formulations. In vitro release data described that all liposome formulation has higher dissolution rate than 1% voriconazole suspension. Formulation with mPEG-DSPE, Chol shows the higher dissolution rate. And permeation study with bovine cornea described that permeation rate followed the zeta potential. Formulation 12, and 15 have higher permeation rate and stearylamine formulation with positive zeta potential show lowest permeation rate. 진균 각막염은 감염성 각막 질환 중 하나이며 개발 도상국에서 증가하는 질병이다. 그리고 콘택트 렌즈의 사용 증가로 인해 선진국에서는 그 빈도가 증가하고 있다. 이를 치료하기 위해 일반적으로 natamycin과 amphotericin B와 같은 항진균제가 사용된다. 그러나 이들 항균제들은 항균 범위가 좁고 각막 침투성이 낮기 때문에 사용이 제한됩니다. 보리코나졸 (Voriconazole)은 다양한 종류의 항진균 범위를 가진 2 세대 azole계 항진균제이다. 보리코나졸의 사용 제한점은 용해도가 낮고 수분 안정성이 낮다는 것이다. 이 문제를 극복하기 위해 나노 운반체 인 리포좀을 사용할 수 있다. 보리코나졸은 리포솜의 인지질 사이에 encapsulation 되어 안정성이 높아지고 용해도도 높아질 수 있다. 리포솜을 제조하는 다양한 방법 중에서, 일반적으로 사용되는 thin film hydration법으로 리포좀을 제조 하였다. 따라서 본 연구의 목적은 용해도 및 투과성이 증가 된 광범위한 항진균 활성을 갖는 보리 코나 졸의 리포좀 제형을 개발함으로써 보리 코나 졸의 BA를 증가시키고 궁극적으로 치료 효율을 증가시키는 것이다. 2. 리포솜의 제조 Thin film hydration법을 리포솜을 만들었다. HSPC의 유기 용매량 및 몰비를 증가시키는 표뮬레이션을 개발 하였다. 그리고 우리는 또한 mPEG-DSPE, 양전하를 띤 리포솜을 위한 SA 및 음전하를 띠는 리포솜을 위한 DP를 함유하는 제제를 만들었다. 콜레스테롤이 리포솜에 대한 콜레스테롤의 효과를 알아 내기 위해 첨가되었습니다. 3. 리포좀의 평가 유기 용매의 양은 particle mean size, zeta potential, assay%, EE %에는 영향을 미치지 않았다. HSPC의 증가하는 몰 비율은 particle mean size, PDI, pH에 영향을 미친다. 콜레스테롤은 리포좀 mean size, PDI 및 assay%, EE%에도 영향을 미치지 않았다. SPC를 사용한 제제는 점성이 크고 입자 크기가 가장 컸다. mPEG-DSPE는 리간드의 제타 전위를 음전하로하지만 stearylamine은 리포솜의 zeta potential을 양전하로 만든다. dicetylphosphate는 리포좀을 산성으로 만들지만 stearylamine은 리포좀을 염기성으로 만든다. Voriconazole assay%은 거의 100 % 였고 EE %는 거의 모든 포뮬레이션에서 거의 94 %였다. 특히 mPEG-DSPE를 사용한 제제는 99 %의 EE %를 나타냈다. DSC 데이터에서 모든 포뮬레이션에서 보리코나졸 peak와 콜레스테롤 peak가 사라졌다. Drug release study는 모든 리포좀 제형이 1 % 보리코나졸 현탁액보다 높은 용출률을 갖는 것을 의미했다. Chol과 mPEG-DSPE을 함유한 포뮬레이션은 더 높은 용출률을 나타냈다. 소의 각막을 이용한 permeability study에서 permeability rate가 zeta potential과 비례한다고 할 수 있다. 포뮬레이션 12, 포뮬레이션 15는 보다 높은 permeability rate를 가지며, 양의 zeta potential을 갖는 stearylamine 포뮬레이션은 가장 낮은 투과 속도를 나타냈다.

Preparation and evaluation of protein-encapsulated liposome using poloxamer and sucrose ester surfactant for dry powder inhalation

박주현 Graduate School, Yonsei University 2023 국내석사

본 연구는 폴록사머188, 폴록사머 407그리고 자당지방산 에스테르 고체 계면활성제와 함께 제조하고 분무건조기기를 이용하여 흡입분말 리포좀 형태로 제조하고 그 영향을 평가하였다. 리포좀 이중층 구조를 구성하기 위하여 DSPC와 콜레스테롤을 사용하였고 라이소자임이 모델 단백질로 사용되었다. DSPC와 콜레스테롤의 적정 비율을 탐색한 후 고체 계면활성제의 종류에 따라 안정하고 균질한 형태의 리포좀을 제작하기 위해 고압균질기를 사용하여 제형을 제조하였다. 건조분말 형태의 파우더 리포좀을 입자사이즈, 제타전위, 라이소자임 정량, 봉입률, 잔류 수분량, 흐름성, 등을 측정하였고, 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경으로 흡입분말로 제조된 리포좀의 형태를 확인하였다. 자당지방산 에스테르 S-1670을 고형 계면활성제로서 사용한 제형이 라이소자임 정량을 통해 흡입분말 리포좀에 봉입된 라이소자임의 봉입률은 29.21%이다. 최종적으로 in vitro 에어로졸화 효능 평가를 통한 방출량(EF%) 결과는 93%이며, 미세입자분획 (FPF%) 결과가 24.6%로 미세한 입자로서 수득 되었다. 이는 폐 깊은 곳까지 제형이 도달할 수 있다는 것을 나타내며, 고형 계면활성제의 종류에 따라 수득 되는 제형을 확인하고 흡입 분말 리포좀에 사용한 고형 계면활성제의 제조 및 평가 연구의 가능성을 보여주었다. In this study, poloxamer 188, poloxamer 407, and sucrose fatty acid ester were used as solid surfactant in the preparation of inhaled powder liposomes a spray drying machine, and the effect was evaluated. DSPC, and cholesterol were used to construct the liposomal bilayer structure, and lysozyme was used as a model protein. After exploring the appropriate ratio of DSPC, and cholesterol, formulations were prepared using a high-pressure homogenizer to prepare stable, and homogeneous liposomes according to the type of solid surfactant. Powder liposomes in the form of dry powder were characterized after measuring particle size, zeta potential, lysozyme quantity, encapsulation efficiency (EE%), residual moisture content, flowability, and morphology was observed. The lysozyme encapsulation rate of the formulation using sucrose fatty acid ester s-1670 as a solid surfactant was 29.21% through lysozyme quantification. Finally, the emission fraction (EF%) results was 93%, and the fine particle fraction (FPF%) result was 24.6%, which means the fine particles could reach deep into the lungs, through in vitro aerosolization efficacy evaluation. The formulation obtained according to the above was confirmed, and the possibility of manufacturing, and evaluating solid surfactants used for inhalation powder liposomes was demonstrated.

Development of polydiacetylenes(PDA) paper-based sensor using flow chemistry

정가람 성균관대학교 일반대학원 2021 국내석사

본 연구에서는 리포솜 형성 방법의 새로운 방법을 제시한다. 기존의 리포솜 형성 배치 방법은 물리적 조건을 조절하기 어렵다는 한계가 있으며, 물리적 조건에 민감한 리포솜을 형성하는 방법으로는 적합하지 않았다. 따라서 리포솜의 응용에 필수적인 단분산성을 해결하고자 유동 화학(flow chemistry)을 통해 물리적 조건을 조절하여 안정적인 리포솜을 형성하고자 한다. 외부자극을 통해 색 변이를 나타내는 PDA 를 사용하여 유동 화학으로 리포솜을 형성하였다. PDA 유도체인 PCDA, HCDA, NCDA 를 사용하여, 유동 화학의 조건이 비슷한 구조의 다른 PDA 분자에도 적용 가능한지 확인하였다. 또한, 알킬 체인 길이의 변화가 리포솜 입자의 크기, 안정성 및 광중합 특성에 영향을 미치는 지 확인하였다. PSA 를 통해 리포솜 형성과 안정성 척도를 확인하고, 광중합 및 온도 감지의 특징은 UV-Vis spectra 로 살펴보았다. 마지막으로, 용액상태의 리포솜 입자의 감도를 증가시키고 장기보관으로 인한 고유응집을 감소시키기 위해, paper type 의 센서(μPAD)에 적용하였다. 본 연구는 배치 반응과 비교하여 유동 화학으로 형성된 PDA 리포솜의 안정성(입자 크기, 단분산성, 저장안정성)의 우수성을 볼 수 있었다. 이는 새로운 전략으로 형성된 리포솜이 여러 분야의 센서로써 응용을 가능하게 할 것이다. In this study, we propose a new method of liposome formation. Existing methods for forming liposomes have limitations in that it is difficult to control physical conditions, and are not suitable as a method for forming liposomes sensitive to physical conditions. Therefore, in order to solve the monodispersity essential for the application of liposomes, it is intended to form stable liposomes by controlling the physical conditions through flow chemistry. Liposomes were formed by flow chemistry using a PDA that exhibits color shift through external stimulation. Using PDA derivatives PCDA, HCDA, and NCDA, it was confirmed whether the conditions of flow chemistry are applicable to other PDA molecules with similar structures. In addition, it was confirmed whether the change in the length of the alkyl chain affects the size, stability and photopolymerization properties of the liposome particles. The liposome formation and stability measures were confirmed through PSA, and the characteristics of photopolymerization and temperature detection were examined by UV-Vis spectra. Finally, in order to increase the sensitivity of the liposome particles in solution and reduce intrinsic aggregation due to long-term storage, it was applied to a paper type sensor (μPAD). Compared with the batch reaction, this study showed the superiority of the stability (particle size, monodispersity, storage stability) of PDA liposomes formed by flow chemistry. This will enable liposomes formed with a new strategy to be applied as sensors in various fields.

New Advances in Spectroscopy: Applications to Aqueous Interfaces and Liquid Carbon

Mizuno, Hikaru University of California, Berkeley ProQuest Disser 2021 해외박사(DDOD)

MgO 박막의 수화 및 수화방지

김민경 서울대학교 대학원 2005 국내석사