RAMAN SPECTROSCOPY ANALYSIS OF FREEZE-DRIED NANOFIBRILLATED CELLULOSE BASED BIOPHARMACEUTICAL FORMULATIONS

Natiivi nanofibrilloitu selluloosa on puusta saattava, eläinvapaa bioyhteensopiva biomateriaali, joka on osoittanut selluloosananokuitupohjaisten hydrogeelien soveltuvan 3D-soluviljelyyn sekä haavanhoidon sovellutuksiin. Nanofibrilloidun selluloosahydrogeelin (NFCh, englanniksi Nanofibrillated cellulose hydrogel) kylmäkuivauksen ongelmana on ollut NFCh:n hydrofiilisten kuitujen aggregoituminen kylmäkuivauksen aikana, mikä on johtanut kylmäkuivatun tuotteen rakenteen epämuodostumiseen ja näytteen myöhemmän palauttamisen epäonnistumiseen. Molekyylidynamiikka (MD) -simulaatioita on aiemmin käytetty NFCh:n formulaatioden suunnitteluun kylmäkuivausta varten seulomalla mahdollisia apuaineita perustuen niiden ja NFCh väliseen attraktioon. MD-simulaatioiden heikkous kuitenkin on, että ne mallintavat vain tuoreen formulaation tilaa ennen kylmäkuivausta, eivätkä niinkään anna tietoa kylmäkuivauksen varsinaisista vaikutuksista materiaaliin. Tarvitaan yksityiskohtaisempaa tietoa formulaatioiden fysikaalisista ja molekyylien orientaatioiden muutoksista ennen ja jälkeen kylmäkuivauksen, jotta apuaineiden suojaavia ominaisuuksia ja siten MD-simulaatioita voidaan ymmärtää paremmin. Raman-spektroskopialla voidaan tutkia molekyylien ja sidosten värähtelyjä mittaamalla materiaalin molekyylien orientaatioiden muutoksia eri tilanteissa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kylmäkuivaksen mahdollisia aiheuttamia muutoksia NFCh-pohjaisten formulaatioiden molekyylien orientaatioissa Raman-spektroskopiaa hyödyntäen, ja arvioida tuloksia yhdessä MD-simulaatioiden tulosten kanssa. NFCh kylmäkuivattiin eri apuaineiden kanssa ja niiden fysikokemialliset ominaisuudet, reologia ja Raman-spektrit mitattiin ennen ja jälkeen kylmäkuivauksen ja tuloksia verrattiin MD-simulaatioista saatuun tietoon. Spektrien erot määritettiin pääkomponenttianalyysillä (PCA). Kaikkien formulaatioiden spektrit erosivat ennen ja jälkeen kylmäkuivauksen, ja lisäksi yksityiskohtaisemmat analyysit tehtiin potentiaalisille laktoosi 300 mM ja laktoosi 250 mM + glysiini 50 mM formulaatioille. Molemmilla havaittiin MD-simulaatioissa merkittävää atrraktiota NFCh:hen, sekä samankaltaiset reologiset ominaisuudet ennen ja jälkeen kylmäkuivauksen ja palauttamisen. Molempien formulaatioiden eri olomuotojen spektrit erosivat 400–500 cm-1 ja 850–900 cm-1 väleillä, jotka viittaavat laktoosimolekyylien mutarotaatoitumiseen kylmäkuivauksen ja palauttamisen aikana. Kylmäkuivaus NFCh-formulaatiossa suosivat β ja α anomeerien eri suhteita, kuin tuore hydratoitunut tila, joka voidaan havaita Raman spektroskopialla. Raman-spektroskopia todettiin herkäksi työkaluksi arvioida muutoksia molekyylien orientaatioissa tuoreissa, kylmäkuivatuissa ja palautetuissa NFCh-pohjaisissa formulaatioissa, mikä johti yksityiskohtaiseen tietoon apuaineiden molekyylikäyttäytymisestä, jota voitaisiin soveltaa MD-simulaatioissa. ja parempien pakastekuivauskoostumusten suunnittelu tulevaisuudessa.

Grantor dc:publisher

Helsingin yliopisto

Year dc:date.issued

2022

Author dc:creator

• Monola, Julia

Contributors dc:contributor

• Helsingin yliopisto, Farmasian tiedekunta
• University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
• Helsingfors universitet, Farmaceutiska fakulteten

• Nanofibrillated cellulose
• Raman spectroscopy
• freeze-drying
• Molecular Dynamic simulations

Language dc:language.iso

eng

Identifier URI

URN:NBN:fi:hulib-202206152756

OAI identifier oai:identifier

oai:helda.helsinki.fi:10138/345124