Complex Polymer Electrospun Nanofibers for Drug Delivery Applications

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Heidari, Mina:
Complex Polymer Electrospun Nanofibers for Drug Delivery Applications.
Bayreuth , 2022 . - 164 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006022

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Abstract

Electrospinning has been introduced as an efficient technique for the fabrication of polymeric nanofibers. Electrospun nanofibrous structures have gained an unprecedented application among other nanostructures in drug delivery owing to their high surface area, which enable drugs to be adhered on the surface of the nanofibers. Our concept was to fabricate electrospun nanofibers and then immobilize drug-loaded polyeric micro- and nanoparticles into electrospun nanofibers. In our studies, artemisone (ART) as an antiplasmodial anti-inflamatory medication was used. By immobilizing ART into micro and nanocarriers, we aimed at increasing the stability as well as protecting the drug from degradation in aqueous medium and more importantly reducing the amount of burst release along with prolonging the release rate.
We developed different carriers such as ART-loaded micro and nanoparticles synthesized by spray drying and solvent-displacement method. We were aiming at optimizing the governing parameters, which substantially influences particle size and encapsulation efficiency. It is important to produce particles with an efficient amount of drug and achieve the highest encapsulation efficiencies especially in case of ART, which is an expensive drug. Our concept was to immobilize these ART-loaded nanoparticles in electrospun nanofibers to evaluate whether we can merit from both advantages of nanoparticle and nanofiber. Our results proved our concept that the electrospun nanofibers immobilized with ART-loaded nanoparticles showed less burst release and more sustained release compared to nanoparticles and nanofibers itself. In other work, we tried to immobilize ART-loaded micro and nanoparticle in electrospun nanofibers simeltaneously by conducting suspension electrospinning to have an understanding of how the particle size impacts the ART release from electrospun nanofibers. Using this concept, the ART-loaded micro and nanoparticles immobilized in electrospun nanofibers revealed a less burst release and a more sustained release compared to fibers without particles. We also employed core-shell electrospinning as a concept to encapsulate ART into electrospun nanofibers. We achieved the core-shell structure, which resulted in a sustained release as well as less burst release compared to other systems. Lastly, we electrospun two types of cellulose namely MCC and CP, which resulted in obtaining nanofibers with a unique structure. The obtained nanofiber could be loaded with ART and find application for drug delivery.

Abstract in weiterer Sprache

Das Elektrospinnen wurde als effiziente Technik für die Herstellung von polymeren Nanofasern eingeführt. Elektrogesponnene Nanofaserstrukturen haben aufgrund ihrer großen Oberfläche, die es ermöglicht, Arzneimittel auf der Oberfläche der Nanofasern anzuheften, eine beispiellose Anwendung unter anderen Nanostrukturen für die Arzneimittelverabreichung gefunden. Unser Konzept bestand darin, elektrogesponnene Nanofasern herzustellen und dann mit Medikamenten beladene polymere Mikro- und Nanopartikel in den elektrogesponnenen Nanofasern zu immobilisieren. In unseren Studien wurde Artemison (ART), ein entzündungshemmendes Medikament gegen Plasmodium, verwendet. Durch die Immobilisierung von ART in Mikro- und Nanocarrier wollten wir die Stabilität erhöhen und das Medikament vor dem Abbau in wässrigem Medium schützen, und, was noch wichtiger ist, die Freisetzungsrate verlängern und die Menge des Freisetzungsstoßes verringern.
Wir entwickelten verschiedene Träger wie ART-beladene Mikro- und Nanopartikel, die durch Sprühtrocknung und Lösungsmittelverdrängung hergestellt wurden. Unser Ziel war es, die maßgeblichen Parameter zu optimieren, die die Partikelgröße und die Verkapselungseffizienz wesentlich beeinflussen. Es ist wichtig, Partikel mit einer effizienten Menge an Medikamenten herzustellen und die höchste Verkapselungseffizienz zu erreichen, insbesondere im Falle von ART, einem teuren Medikament. Unser Konzept bestand darin, diese mit ART beladenen Nanopartikel in elektrogesponnenen Nanofasern zu immobilisieren, um zu prüfen, ob wir die Vorteile von Nanopartikeln und Nanofasern nutzen können. Unsere Ergebnisse bestätigten unser Konzept, dass die elektrogesponnenen Nanofasern, die mit ART-beladenen Nanopartikeln immobilisiert wurden, im Vergleich zu den Nanopartikeln und den Nanofasern selbst eine geringere sprunghafte und nachhaltigere Freisetzung zeigten. In einer anderen Arbeit haben wir versucht, ART-beladene Mikro- und Nanopartikel gleichzeitig in elektrogesponnenen Nanofasern zu immobilisieren, indem wir Suspensions-Elektrospinnen durchgeführt haben, um zu verstehen, wie die Partikelgröße die ART-Freisetzung aus elektrogesponnenen Nanofasern beeinflusst. Mit diesem Konzept zeigten die mit ART beladenen Mikro- und Nanopartikel, die in elektrogesponnenen Nanofasern immobilisiert waren, eine geringere Freisetzung und eine nachhaltigere Freisetzung im Vergleich zu Fasern ohne Partikel. Wir verwendeten auch das Konzept des Kern-Schale-Elektrospinnens, um ART in elektrogesponnene Nanofasern einzukapseln. Wir erreichten eine Kern-Schale-Struktur, die im Vergleich zu anderen Systemen zu einer anhaltenden Freisetzung und einer geringeren Freisetzung in Schüben führte. Schließlich haben wir zwei Arten von Zellulose, nämlich MCC und CP, elektrogesponnen, wodurch wir Nanofasern mit einer einzigartigen Struktur erhalten haben. Die erhaltenen Nanofasern könnten mit ART beladen werden und für die Verabreichung von Medikamenten eingesetzt werden.