Diffusion of drugs in hydrogels based on (meth)acrylates, poly(alkylene glycol) (meth)acrylates and itaconic acid

Abstract

The aim of this paper is to propose equations for the diffusion of drugs for investigated drug/hydrogel systems using the parameters affecting the transport of drug through poly- (2-hydroxyethylmethacrylate/itaconic acid) (P(HEMA/IA)), poly(2-hydroxyethylacrylate/ita- conic acid) (P(HEA/IA)), and poly(2-hydroxyethylmethacrylate/poly(alkyleneglycol) (meth)- acrylates) (P(HEMA/BIS)) copolymeric hydrogels. Different monomer types, as well as the variable content of some components in hydrogel composition (the amount of ionizable comonomer (IA) and different type of nonionic poly(alkyleneglycol) (meth)acrylates), ultimately defined the pore size available for drug diffusion. The hydrogels synthesized ranged from nonporous to microporous, based on the classification in accordance to the pore size, and could be classified as hydrogels that contain ionic groups and hydrogels without ionic groups. The drugs selected for this study are bronchodilators-theophylline (TPH), fenethylline hydrochloride (FE), and antibiotic cephalexin (CEX). Results of in vitro drug release tests defined the release systems based on the drug type, as well as the type of hydrogel used. The diffusion coefficient of drugs and the restriction coefficient, λ, defined as the ratio of solute to 'pore' radius (rs/rζ) that describes the ease of drug release from the gels, were used as factors that govern the release process.

Cilj ove studije je da se predlože difuzione jednačine za ispitivane sisteme lek/hidrogel. Korišćeni su hidrogelovi poli(2-hidroksietilmetakrilat/itakonska kiselina) (P(HEMA/IK)), poli(2-hidroksietilakrilat/itakonska kiselina) (P(HEA/IK)) i poli-(2-hidroksietilmetakrilat/poli(alkilenglikol)-(met)akrilati) (P(HEMA/BIS)). Komponenta koja se menja u sastavu hidrogela HEMA, HEA, kao i udeo komponente sa promenljivim sadržajem (udeo jonizujućeg komonomera (IK) i tip BIS komponente) definiše veličinu pora koja je dostupna za difuziju leka. U ovoj studiji su korišćeni lekovi bronhodilatori teofilin (TPH) i fenetilin-hidrohlorid (FE), i antibiotik cefaleksin (CEX). Ovi gelovi su klasifikovani u režimu poroznosti kao neporozni i mikroporozni, sa veličinom pora u opsegu 0,18-24,9 nm. Kontrolisano otpuštanje lekova je izvedeno u in vitro uslovima u puferu pH 7,40 i na 37 °C, da bi se odredili difuzioni koeficijenti leka u hidrogelovima. Na osnovu toga su predložene jednačine difuzije leka kroz hidrogel za svaki sistem lek/hidrogel. Rezultati dobijeni fitovanjem eksperimentalnih podataka su pokazali da difuzija leka zavisi od hemijske strukture i morfologije hidrogela i parametra λ, koji predstavlja odnos prečnika leka i veličine pora. Eksponencijalna zavisnost koeficijenta restrikcije od normalizovanog koeficijenta difuzije je dobijena za sisteme TPH/P(HEMA/IA), FE/P(HEMA/ /IA), CEX/P(HEMA/BIS) i CEX/P(HEA/IA).Utvrđeno je da veliki uticaj na difuziju leka imaju interakcije koje se odigravaju između funkcionalnih grupa leka i polimerne mreže.