[論文レビュー] Natural calcium carbonate for biomedical applications

Sonali S. Sali|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2016

Calcium Carbonate Crystallization and Inhibition参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、天然の海水かけのカルシウムカーボネートを、その固有の多孔質構造と結晶性を活かして持続的で持続可能なドラッグデリバリープラットフォームとして評価した。海水かけ粉末を45–63 µmの粒子に処理した後、アスピリンの効率的封入率は50%、ストリオン酸ランエラートの封入率は39%に達した。初めの2時間で約80%のバースト放出が観察され、その後19時間にわたり持続的放出が継続した。

ABSTRACT

Sea shells are found to be a very rich natural resource for calcium carbonate. Sea shells are made up of CaCO3 mainly in the aragonite form, which are columnar or fibrous or microsphere structured crystals. The bioactivity of nanoparticles of sea shell has been studied in this work. The sea shells collected were thoroughly washed, dried and pulverized. The powder was sieved and particles in the range of 45 to 63 microns were collected. The powdered sea shells were characterized using X-Ray Diffraction and Field Emission Scanning Electron Microscopy. The XRD data showed that the particles were mainly microspheres. Traces of calcite and vaterite were also present. Experiments were conducted to study the aspirin and strontium ranelate drug loading into the sea shell powder using soak and dry method. Different concentrations of drug solution was made in ethanol and water. The shell powder was soaked in drug solutions and was kept soaking for 48 hrs with intermittent ultrasonication. The mixture was gently dried in a vacuum oven. The in vitro drug release studies were done using Phosphate Buffered Saline. The FESEM images displayed a distribution of differently sized and shaped particles. The sea shells due to its natural porosity and crystallinity are expected to be useful for drug delivery. About 50% drug entrapment efficiency for aspirin and 39% for strontium ranelate was seen. A burst release of the drug (80 percent) was observed within two hours for both the drugs studied. Rest of the drug was released slowly in 19 hrs. Further modification of the sea shell with non toxic polymers is also planned as a part of this work. Sea shell powder has become a potential candidate for drug delivery due to all the aforementioned advantages.

研究の動機と目的

• 天然の海水かけ由来カルシウムカーボネートが生体適合性ドラッグデリバリー・システムとしての可能性を評価すること。
• アスピリンおよびストリオン酸ランエラートが海水かけ粉末にどの程度効率的に封入されるかを調査すること。
• 海水かけマトリックスからのドラッグデリバリーのin vitroプロファイルを分析すること。
• 非毒性ポリマーによる海水かけ粒子の修飾が、より優れたデリバリー性能をもたらす可能性を評価すること。

提案手法

• 海水かけを収集し、洗浄・乾燥させ、細かく粉砕した。
• 一貫性のあるテストを確保するため、45–63 µmの粒子サイズ分画を篩い分けで抽出した。
• 結晶性および表面形態を同定するために、X線回折（XRD）および発射型走査電子顕微鏡（FE-SEM）を用いた。
• 48時間にわたり、間歇的な超音波処理を伴うエタノールおよび水系のドラッグ溶液を用いた、浸漬・乾燥法によりドラッグの封入を実施した。
• in vitroドラッグ放出を、リン酸緩衝液（PBS）を放出媒体として用いて評価した。
• 封入効率および放出キネティクスを定量的に評価し、性能を測定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 天然の海水かけ由来カルシウムカーボネートは、効果的かつ生体適合性の高いドラッグデリバリー・マトリックスとして機能できるか？
• RQ2 アスピリンおよびストリオン酸ランエラートは、海水かけ由来カルシウムカーボネート粒子にどの程度封入されるか？
• RQ3 封入されたドラッグのin vitro放出プロファイルは、時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ4 海水かけの天然の多孔質構造および結晶性は、ドラッグ放出キネティクスにどの程度の影響を及ぼすか？

主な発見

• XRD分析により、主たる結晶相がアラゴナイトのマイクロスフィアであることが確認された。カルサイトおよびバテライトのわずかな含有も観察された。
• FE-SEM画像から、異なるサイズおよび形状の粒子が不均一に分布していることが明らかになった。
• アスピリンの封入効率は50%に達した。一方、ストリオン酸ランエラートの封入効率は39%であった。
• 両方の薬剤に対して、初めの2時間で約80%のバースト放出が観察された。
• 残りの20%の薬剤は、その後19時間にわたり徐々に放出され、持続的放出挙動が示された。
• 海水かけ粉末の天然的多孔質構造および結晶性は、ドラッグデリバリー応用分野におけるさらなる開発に向けた有望な候補である。