[논문 리뷰] Natural calcium carbonate for biomedical applications

Sonali S. Sali|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 23.

Calcium Carbonate Crystallization and Inhibition참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 천연 칼슘탄산염을 해양 조개껍질에서 유래한 지속 가능한 약물 전달 플랫폼으로 탐색하며, 고유한 다공성과 결정성을 활용한다. 조개껍질 분말를 45–63 µm 입자로 가공한 후, 아스피린의 경우 50%, 스트론티움 랄레네이트의 경우 39%의 약물 함입 효율을 달성하였으며, 초기 폭발적 방출이 2시간 이내 약 80%로 관찰된 후 19시간 동안 지속적 방출이 이루어졌다.

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.

연구 동기 및 목표

• 해양 조개에서 유래한 천연 칼슘탄산염이 생체 적합성 있는 약물 전달 시스템으로서의 잠재력을 평가하기 위해.
• 아스피린과 스트론티움 랄레네이트의 해양 조개 분말에 대한 약물 적재 효율을 조사하기 위해.
• 해양 조개 기반 매트릭스에서 약물 방출 프로파일을 분석하기 위해.
• 유해하지 않은 고분자로 해양 조개 입자를 수정하여 향상된 전달 성능을 확보할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 해양 조개를 수거하여 세척하고 건조시킨 후 미세 분말으로 분쇄하였다.
• 일관된 시험을 위해 45–63 µm 입자 크기 분포를 체로 분리하였다.
• 결정성과 형태를 특성화하기 위해 X선 회절(XRD) 및 필드 에미션 스캐닝 전자현미경(FE-SEM)을 사용하였다.
• 약물 적재는 48시간 동안 간헐적인 초음파 처리를 동반한 에탄올 및 물 기반 약물 용액을 이용한 침지-건조 방법을 통해 수행하였다.
• in vitro 약물 방출은 인산염 버퍼 용액(PBS)을 방출 매체로 사용하여 평가하였다.
• 함입 효율 및 방출 동역학을 정량화하여 성능를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 천연 칼슘탄산염을 해양 조개껍질에서 유래한 물질이 약물 전달을 위한 효과적이고 생체 적합성 있는 매트릭스로 기능할 수 있는가?
• RQ2 해양 조개에서 유래한 칼슘탄산염 입자에 아스피린과 스트론티움 랄레네이트의 약물 적재 효율은 얼마인가?
• RQ3 적재된 약물의 in vitro 방출 프로파일은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 해양 조개의 천연 다공성과 결정성이 약물 방출 동역학에 어느 정도 영향을 미치는가?

주요 결과

• XRD 분석을 통해 주로 아라곤라이트 미세구슬이 결정상 주성분으로 확인되었으며, 소량의 계산석과 바테리트가 존재하는 것으로 나타났다.
• FE-SEM 영상은 크기와 형태가 다른 다양한 입자가 비균일하게 분포되어 있음을 보여주었다.
• 아스피린의 적재 효율은 50%에 도달하였고, 스트론티움 랄레네이트의 함입 효율은 39%를 기록하였다.
• 아스피린과 스트론티움 랄레네이트 모두 첫 2시간 이내에 약물의 약 80%가 폭발적 방출되는 것으로 관찰되었다.
• 남은 20%의 약물은 이후 19시간 동안 점진적으로 방출되어 지속적 방출 행동을 나타내었다.
• 해양 조개 분말의 천연 다공성과 결정성이 약물 전달 응용 분야에서의 향후 개발에 있어 유망한 후보자임을 시사한다.