aalto1 untyped-item.component.html
Polymeric drug delivery systems and release profiles
Loading...
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3013
Degree programme
Language
en
Pages
35
Series
Abstract
This thesis is a literature review on polymeric drug delivery systems and characteristic release profiles. Most drugs rely on rapid-release formulations, however, there is a growing demand for more precise delivery methods to meet the needs of advancing drug technology. Polymers are widely used in controlled drug release formulations for targeting the release site and controlling the release rate.
In this thesis, polymeric drug delivery systems are examined through three most common release mechanisms: diffusion, swelling and degradation. Simple empirical models were analyzed for each mechanism to further explain how geometry and formulation affect release kinetics.
While the ideal release would follow zero-order kinetics, most systems exhibit decreasing release rates. The models presented are suitable for comparing different mechanisms and are the basis of modern-day modelling. However, due to complexity of novel formulations, creating general empirical models is difficult. Thus, mechanistic models are essential for developing more accurate modelling.
Tämä kandidaatintyö on kirjallisuustutkimus, joka käsittelee polymeeripohjaisten lääkeannostelujärjestelmien perusteita eri vapautumismekanismien kannalta, sekä niille tyypillisiä vapautumisprofiileja. Polymeeripohjaisissa lääkeannostelujärjestelmissä polymeeri ja lääke ovat joko homogeenisesti sekoitettu matriisiksi tai lääke on suojattu kalvolla säiliötyyppiseen laitteeseen. Lääkeannostelujärjestelmiä ovat esimerkiksi tabletit, implantit ja voiteet. Polymeerejä käytetään laajasti kontrolloidussa lääkkeennostelussa niiden monipuolisuuden vuoksi ja tarve uusille – mahdollisesti polymeeripohjaisille – kehittyneemmille säännöstelymenetelmille on edelleen suuri.
Työssä käsiteltävät vapautumismekanismit ovat diffuusio, biohajoaminen ja turpoaminen. Diffuusio on mekanismeista yksinkertaisin ja siksi käytetyin. Se on ilmiö, jossa ainetta siirtyy konsentraatioprofiilin mukaan väkevämmästä liuoksesta laimeampaan liuokseen, eli lääke diffusoituu polymeerimatriisista ulos kehoon. Toiseksi yleisin on polymeerien turpoaminen, josta yleisin esimerkki ovat hydrogeelit, joissa polymeeriverkostoon diffusoituva vesi turvottaa matriisin ja mahdollistaa lääkkeen kulkeutumisen ulos. Kolmas käsitelty mekanismi on biohajoaminen, jossa lääke vapautuu polymeerin hajotessa entsyymien tai hydrolyysin vaikutuksesta. Yleensä lääkkeen vapautumiseen liittyy useita mekanismeja, ja vapautumisnopeuden määrittää yksinkertaisimmillaan hitain mekanismi. Työssä tarkasteltiin mekanismeja rajoittavina tekijöinä, eli hitaimpina mekanismeina.
Polymeeripohjaisten ratkaisujen kehitys kulkee käsi kädessä matemaattisen mallinnuksen kanssa, minkä takia työssä käsiteltiin kontrolloituja vapautumisprofiileja, joita voidaan polymeereillä saavuttaa. Tarkastellut vapautumisprofiilit olivat yksinkertaisia malleja pallomaisille, sylinterimäisille ja tasomaisille objekteille, sillä vapautumisprofiilit riippuvat vahvasti geometriasta. Tämän lisäksi käyttäytymiseen vaikuttavat myös polymeerin, lääkkeen, sekä vapautumismedian kemialliset sekä fysikaaliset ominaisuudet, joita ei yksinkertaisissa malleissa näkynyt.
Diffuusiomalleja analysoitiin matemaattisesti yksityiskohtaisemmin, sillä se on erittäin tutkittu ilmiö, jolle löytyy useita tunnettuja yhtälöitä. Turpoamiselle ja hajoamiselle puolestaan esiteltiin yksinkertaisempia empiirisiä malleja havainnollistamaan vapautumisprofiilien muotoa niiden monimutkaisuuden vuoksi.
Käsitellyt yhtälöt ovat yksinkertainen tapa tarkastella ja vertailla eri vaihtoehtoja keskenään. Kuitenkaan mallit eivät yksinkertaisuudellaan riitä kuvaaman vapautumisprosesseja riittävän tarkasti, ilmiöiden ymmärtämiseen tarvitaan mekanistisia malleja, jotka ottavat huomioon eri tekijöiden vaikutuksen lääkkeen vapautumiseen.
Nykyään lääkkeenannostelun kehittyneisyys tekee mallintamisesta haastavampaa, sillä tarkkojen vapautumisprofiilien ennustamiseen vaaditaan esimerkiksi tilastollisia ja mekanistisia malleja, joiden kehittämiseen tarvitaan tietokoneen apua. Lisäksi yleispätevien mallien kehittäminen nykypäivän lääkejärjestelmille on haastavaa, koska niiden monimutkaisuus vaatii jo tapauskohtaisten mallien kehittämistä.