The aim of this thesis was to develop drug encapsulation in chitosan nanoparticles for dermal patch formulations. The thesis project included the optimization of preparation protocols of drug capsulated nanoparticles by using a model drug and a variety of synthetic routes. Subsequently, the model drug was replaced by the local anesthetic drug, lidocaine. In addition, one part of the project was to develop a thin polymer film which incorporates lidocaine-encapsulated chitosan nanoparticles. Ph.D. Didem Sen Karaman from Åbo Akademi University acted as a supervisor and an expert during this thesis project. The thesis was commissioned by the Pharmaceutical Sciences Laboratory at Åbo Akademi University.
Nanotechnology refers to technology that utilizes nanosized materials with a diameter of 1-100 nanometers of materials. Nanoparticles have specific properties, based on their large surface area / mass ratio and specific physicochemical properties. When the material is processed to nanoscale, the chemical, physical and biological properties are either significantly better or completely different as compared to conventional materials.
Chitosan is a natural biopolymer which can be used in drug delivery due to its many good properties. For example, it is non-toxic, biodegradable and has bactericidal and growth-inhibiting effects. Lidocaine is a widely used drug for local anesthesia. Its effect is based on the fact that it is nonionic, which means it can easily pass through the cell membrane. Lidocaine has the ability to close sodium channels of nerve cells and thus prevent the transmission of nerve impulses.
Thin polymer films are being developed for use in drug delivery. They have a number of advantages, including the possibility of designing different drug dosing on the natural polymer matrix. In addition, a thin polymer film which incorporates drug-encapsulated nanoparticles modify the release rate of the drug, reduce toxicity and enhance the therapeutic efficiency.
The obtained results revealed that encapsulation of lidocaine into chitosan nanoparticles improves the release of drug compared to free lidocaine in the patch formulation. In addition, the flux of drug from the film is higher when the formulation contains nanoparticles. However, the results showed that the nanoparticles’ incorporation route in the patches must be improved.Opinnäytetyön tavoitteena oli kehitellä paikallispuudutelaastari kitosaaninanopartikkeleja apuna käyttäen. Työhön kuului lääkeainetta sisältävien nanopartikkelien valmistamiseen liittyvien olosuhteiden optimointi käyttäen erilaisia synteesireittejä, minkä jälkeen malliaine korvattiin varsinaisella lääkeaineella. Lisäksi yksi osa tutkimusta oli kehitellä polymeerikalvo, johon lidokaiinilla kapseloitu kitosaaninanopartikkeli voidaan yhdistää. Opinnäytetyössä ohjaajana sekä asiantuntija-apuna toimi tohtori Didem Sen Karaman Åbo Akademista. Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Åbo Akademi, farmasian tutkimuslaitos.
Nanoteknologialla tarkoitetaan teknologiaa, jossa hyödynnetään nanokokoisia, halkaisijaltaan 1 - 100 nanometriä olevia materiaaleja. Nanopartikkeleilla on erityisiä ominaisuuksia, jotka perustuvat niiden suureen pinta-alan ja massan suhteeseen ja erityisiin fysikaaliskemiallisiin ominaisuuksiin. Kun materiaali pilkotaan nanomittakaavaan, sen kemialliset, fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet ovat joko huomattavasti parempia tai täysin erilaisia verrattuna tavanomaisiin materiaaleihin.
Kitosaani on luonnollinen biopolymeeri, jota voidaan käyttää apuna muun muassa lääkeaineiden annostelussa lukuisien hyvien ominaisuuksien ansiosta. Se on muun muassa myrkytön, biohajoava ja sillä on bakteereja sekä tappava että kasvua estäviä vaikutuksia. Lidokaiini on laajalti käytetty lääkeaine paikallispuudutuksessa. Sen vaikutus perustuu siihen, että se on ionisoitumaton eli se läpäisee helposti solukalvon. Lidokaiini pystyy sulkemaan hermosolujen natriumkanavat ja näin ollen estää hermoimpulssien välittymisen. Ohuita polymeerikalvoja kehitellään käytettäväksi lääkeannostelussa. Niillä on useita etuja, kuten mahdollisuus ohjelmoituun lääkeaineen annosteluun luonnollisesta polymeerimatriisista. Lisäksi ohuet polymeerikalvot, joihin on yhdistetty lääkekapseloituja nanopartikkeleja, muokkaavat lääkkeiden vapautumisnopeutta, vähentävät myrkyllisyyttä sekä parantavat terapeuttista tehokkuutta.
Saadut tulokset osoittivat, että laastarit, jotka sisälsivät kitosaaninanopartikkeleja vapauttavat kolme kertaa enemmän lääkeainetta verrattuna vain lidokaiinia sisältäviin laastareihin. Lisäksi lidokaiinin virtaus kalvosta on suurempi, kun formulaatio sisältää nanohiukkasia. Kuitenkin tulokset osoittivat, että polymeerikalvojen valmistusmenetelmää on kehitettävä
