Zastosowanie polimerów pochodnych celulozy w opatrunkach stomatologicznych do miejscowego stosowania mgr farm. Dorota Kida Rozprawa doktorska Streszczenie promotor: prof. dr hab. Janusz Pluta promotor pomocniczy: dr hab. Bożena Karolewicz Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej Katedra i Zakład Technologii Postaci Leku Wrocław 2017
Streszczenie Głównym celem leczenia periodontologicznego jest ochrona i regeneracja uszkodzonych tkanek uzębienia pacjenta oraz zatrzymanie przewlekłego procesu zapalnego, odpowiedzialnego za postępującą degradację aparatu zawieszeniowego i formowanie kieszonek patologicznych. Podstawową metodą postępowania leczniczego w periodontopatiach jest eliminacja porowatych złogów nazębnych oraz poddziąsłowej płytki bakteryjnej poprzez mechaniczne usunięcie przesiąkniętego toksynami bakteryjnymi cementu korzeniowego (ang. scaling) i wygładzenie powierzchni korzenia (ang. polishing). W wyniku wspomnianej terapii mechanicznej może jednak nastąpić recesja dziąseł, ich uszkodzenie i obniżenie, utrata tkanki zębnej i narastanie nadwrażliwości zębów. Ponadto mechanoterapia nie gwarantuje wyeliminowania bakterii beztlenowych z głębokich kieszeni i przestrzeni międzykorzeniowych, a pozostałe mikroorganizmy mogą stanowić rezerwuar patogennych dla przyzębia drobnoustrojów zdolnych do ponownej kolonizacji. Dokładne wyeliminowanie mikroorganizmów chorobotwórczych z miejsc trudno dostępnych uzyskuje się poprzez systemowe lub lokalne podanie chemioterapeutyku. Przy czym podanie lokalne w stosunku do systemowego pozwala na dostarczanie odpowiedniej dawki substancji aktywnej do miejsca zmienionego chorobowo w zaplanowanym czasie bez narażania organizmu na systemowe działania leku. Jednak leczenie stanów zapalnych błony śluzowej dziąseł z wykorzystaniem preparatów w postaci płynnych i półstałych żeli, zdaniem współczesnych periodontologów, nie jest w pełni zadowalające. Istnieje potrzeba opracowania elastycznego nośnika utrzymującego się i uwalniającego substancję leczniczą przez dłuższy czas w miejscu zmienionym chorobowo. Cel pracy Celem pracy było opracowanie i ocena porowatych matryc na bazie biozgodnych polimerów: żelatyny i pochodnych celulozy z zamiarem ich zastosowania jako nośnika dla substancji leczniczej w terapii chorób przyzębia. Materiały i metodyka Zastosowano żelatynę w zakresie stężeń od 1,8% do 10,8%, jako składnik stanowiący szkielet dla opatrunku oraz polimery pochodne celulozy tj. metylocelulozę, hydroksypropylometylocelulozę, hydroksyetylocelulozę i sól sodową karboksymetylocelulozy. Żelatyna jest naturalnym białkiem stosowanym w technologii biodegradowalnych matryc wykorzystywanych w inżynierii tkankowej. Wybrane pochodne celulozy są biozgodnymi, błonotwórczymi związkami wielkocząsteczkowymi, regulującymi konsystencję i zwiększającymi lepkość opracowywanych form leku. W pierwszym etapie pracy dokonano optymalizacji procesu technologicznego obejmującego homogenizację dyspersji polimerów, warunki ich spieniania i parametry suszenia liofilizacyjnego. Po wysuszeniu oceniano cechy fizykochemiczne matryc tj.: morfologię powierzchni, zdolność sorpcji wody, przebieg rozmywania i elastyczność. W celu dokonania opisu mechanizmu procesu uwalniania substancji modelowej - metronidazolu z badanych nośników zastosowano modele matematyczne zerowego rzędu, pierwszego rzędu, model Higuchiego i Korsmeyera Peppasa. Dla wybranych dwóch rodzajów opatrunków o optymalnych parametrach fizykochemicznych zawierających obok żelatyny odpowiednio sól sodową karboksymetylocelulozy i hydroksyelylocelulozę przeprowadzono ocenę biologiczną tj. badano cytotoksyczność wobec linii komórkowych osteoblastów i fibroblastów oraz strefę zahamowania wzrostu wobec mikroorganizmów z rodzaju Bacteroides spp. Badania wykonano w Zakładzie Mikrobiologii Farmaceutycznej i Parazytologii Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich we Wrocławiu. Oba badane nośniki placebo nie wykazywały istotnego działania cytotoksycznego wobec osteoblastów i fibroblastów, 2
a przeżywalność komórek poddanych 48-godzinnemu działaniu ekstraktów z opatrunków placebo wynosiła powyżej 70%. Jednocześnie badanie stref zahamowania przeprowadzone metodą dyfuzyjno agarową potwierdziło skuteczność zahamowania inkorporowanego w nośniku metronidazolu na wzrost mikroorganizmów z rodzaju Bacteroides spp. Opatrunek na bazie żelatyny i hydroksyetylocelulozy poddano ocenie klinicznej. Badanie przeprowadzono w Katedrze Periodontologii Wydziału Lekarsko-Stomatologicznego Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu, w grupie 12 pacjentów. Do oznaczenia stanu higieny jamy ustnej wykorzystano aproksymalny wskaźnik występowania płytki bakteryjnej w przestrzeniach międzyzębowych APIx (Approximal Plaque Index). Do oceny stanu zapalnego dziąseł użyto wskaźnika krwawienia dziąseł BOP (Bleeding On Probing), a intensywność stanu zapalnego dziąseł oszacowano przy użyciu badania krwawienia z brodawek dziąsłowych PBI (Papilla Bleeding Index). Oceny stopnia destrukcji tkanek przyzębia dokonano poprzez pomiar głębokości kieszonek przyzębnych PPD (Probing Pocket Depth) oraz przez pomiar poziomu przyczepu łącznotkankowego CAL (Clinical Attachment Level). Na prowadzone badanie otrzymano zgodę Komisji Bioetycznej (Opinia Komisji Bioetycznej Nr KB 98/2016 z dn. 25.02.2016.), a wszyscy pacjenci po zapoznaniu się z celem i planem badań wyrazili na nie pisemną zgodę. Po dokieszonkowej aplikacji metronidazolu w badanym opatrunku uzyskano poprawę parametrów klinicznych tj. zmniejszenie krwawienia z badanych kieszonek przy zgłębnikowaniu oraz zmniejszenie liczby bakterii periopatogennych w kieszonkach przyzębnych odpowiedzialnych za utrzymywanie zapalenia, w związku z czym można wnioskować, iż aplikacja dokieszonkowa metronidazolu w opracowanym nośniku miejscowym jest cennym uzupełnieniem leczenia klasycznego zapalenia przyzębia i alternatywą dla ogólnoustrojowego podawania antybiotyków w zaleceniach periodontologicznych. Wnioski Przeprowadzone badania pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: 1. Optymalizacja procesu technologicznego obejmującego homogenizację dyspersji żelatyny z dodatkiem wybranych pochodnych celulozy, warunki jej spieniania i parametry suszenia liofilizacyjnego, pozwoliła na uzyskanie suchego porowatego nośnika o pożądanej morfologii i powtarzalnych parametrach struktury. 2. Wzrost zawartości pochodnych celulozy w nośnikach powodował zwiększenie średnicy ich porów i jednoczesny spadek homogeniczności. W opatrunkach zawierających dodatek hydroksypropylometylocelulozy czy hydroksyetylocelulozy stwierdzono mniejsze wielkości porów w stosunku do otrzymanych z udziałem metylocelulozy. Można wnioskować, iż morfologia gąbki zależy od struktury chemicznej i substytucji zastosowanej pochodnej celulozy, a nie bezpośrednio od lepkości jej dyspersji. 3. Wielkość porów opatrunków otrzymanych z udziałem metylocelulozy koreluje z ich zdolnością sorpcji, szybkością pęcznienia, podatnością na rozmywanie w środowisku wodnym i szybkością dyfuzji metronidazolu z matryc. 4. Proces uwalniania metronidazolu z porowatych matryc przebiegał w sposób anomalny lub był bliski dyfuzji zgodnej z prawem Ficka, przy czym szybkość dyfuzji substancji z nośnika rosła wraz ze wzrostem udziału procentowego zastosowanych pochodnych celulozy. Największą szybkość procesu uwalniania substancji odnotowano dla nośników opracowanych z wykorzystaniem metylocelulozy, a najmniejszą z dodatkiem soli sodowej karboksymetylocelulozy. 5. Potwierdzono istnienie dodatniej korelacji pomiędzy dostępnością farmaceutyczną metronidazolu z nośników opracowanych na bazie żelatyny z dodatkiem soli sodowej karboksymetylocelulozy i żelatyny z dodatkiem hydroksyetylocelulozy w badaniach in 3
vitro a stopniem zahamowania wzrostu drobnoustrojów z rodzaju Bacteroides spp. w metodzie dyfuzyjno-agarowej. 6. W ocenie biologicznej nośniki placebo opracowane na bazie żelatyny z dodatkiem soli sodowej karboksymetylocelulozy i żelatyny z dodatkiem hydroksyetylocelulozy były pozbawione istotnego działania cytotoksycznego wobec linii komórkowych osteoblastów U2-OS i fibroblastów L929. 7. Aplikacja dokieszonkowa metronidazolu w nośniku opracowanym na bazie żelatyny z dodatkiem hydroksyetylocelulozy zapewnia penetrację API do zmienionej zapalnie tkanki i wpływa na poprawę parametrów klinicznych tj. zmniejszenie krwawienia z badanych kieszonek przy zgłębnikowaniu i zmniejszenie liczby bakterii periopatogennych w ich obrębie. 8. Opracowana porowata matryca jest cennym uzupełnieniem klasycznej terapii zapaleń przyzębia i bardzo dobrą alternatywą dla systemowego podawania antybiotyków w zaleceniach periodontologicznych. Dorobek naukowy Oryginalne prace doświadczalne 1. Dorota Kida, Janusz Pluta.: Wpływ wybranych substancji hydrofilizujących na uwalnianie metronidazolu z hydrożelowych opatrunków stomatologicznych na bazie Carbopolu 971P, Polim. Med. 2010 T.40 nr 3; s.3-9, Pkt. MNiSW/KBN: 6.000 2. Dorota Kida, Janusz Pluta.: Ocena właściwości fizykochemicznych opatrunków stomatologicznych wytworzonych na bazie Carbopolu 971P i metylocelulozy, Farm. Pol. 2011 T.67 nr 2; s.799-803, Pkt. MNiSW/KBN: 6.000 3. Dorota Kida, Janusz Pluta.: Wpływ składu preparatów stomatologicznych sporządzonych na bazie polimerów - Carbopolu 971P i metylocelulozy na dostępność farmaceutyczną metronidazolu, Polim. Med. 2011 T.41 nr 3; s.33-38, Pkt. MNiSW/KBN: 6.000 Prace poglądowe 1. Agata Długoszowska-Szablewska, Marek Ziętek, Dorota Kida, Janusz Pluta.: Overview of compounds that may be carries of metronidazole used in topical treatment of chronic periodontitis, Dent. Med. Probl. 2012 Vol.49 no.4; s.583-587, Pkt. MNiSW/KBN: 5.000 Doniesienia zjazdowe 1. Dorota Kida, Janusz Pluta.: Hydrożelowe opatrunki stomatologiczne z metronidazolem sporządzone na bazie Carbopolu 971P, W:XXI Naukowy Zjazd Polskiego Towarzystwa Farmaceutycznego "Farmacja polska na tle Unii Europejskiej". Gdańsk, 12-15 września 2010. Streszczenia; Gdańsk : MSM Studio, 2010; s.35 poz.ap16, ISBN 978-83-927125-1-0 2. Grażyna Meler, Aneta Fortuna-Gut, Dorota Kida, Olaf Gubrynowicz, Jan Meler.: Lektyny prewencją choroby nowotworowej, W:XXI Naukowy Zjazd Polskiego Towarzystwa Farmaceutycznego "Farmacja polska na tle Unii Europejskiej". Gdańsk, 12-15 września 2010. Streszczenia; Gdańsk : MSM Studio, 2010; s.472 poz.jp26, ISBN 978-83-927125-1-0 3. Dorota Kida, Janusz Pluta, Jan Meler.: Ocena właściwości fizykochemicznych hydrożelowych opatrunków stomatologicznych sporządzonych na bazie Carbopolu 971P, W:XXI Naukowy Zjazd Polskiego Towarzystwa Farmaceutycznego "Farmacja 4
polska na tle Unii Europejskiej". Gdańsk, 12-15 września 2010. Streszczenia; Gdańsk : MSM Studio, 2010; s.47 poz.ap28, ISBN 978-83-927125-1-0 4. Rafał Jakub Wiglusz, Zbigniew Rybak, Janusz Pluta, Wiesław Stręk, Stanisław Han, Dorota Kida.: Pommades et pansements innovants pour plaies difficilement cicatrisables, à base d'hydroxyapatites = Innovative hydroxylapatite-based ointment and dressing for hard-to-heal wounds, W:Brussels INNOVA 2013, 14-16.11.2013. Brussels Expo (Heysel) : Pologne/Poland; s.30-31 poz.11 5. Dorota Kida, R.J. Wiglusz, Janusz Pluta.: Biokompozyt nanohydroksyapatytu z metronidazolem (HAp/Met) jako nowy sposób na leczenie miejscowe w stomatologii, W:Konferencja Naukowa "Modyfikacje technologiczne w aspekcie zwiększania skuteczności terapeutycznej". Wrocław, 25 kwiecień 2013. Streszczenia; s.27 poz.p19 6. Jan Meler, Bożena Grimling, Maria Szcześniak, Dorota Kida, Janusz Pluta.: Badania adsorpcji ketokonazolu z chitozanem = Adsorption studies of ketoconazole with chitosan, W:XIX Seminarium Robocze "Nowe aspekty w chemii i zastosowaniu chityny i jej pochodnych". Żywiec, 18-20 września 2013 r.; s.[52-55] 7. Dorota Kida, Janusz Pluta.: Wpływ składu podłoża na dostępność farmaceutyczną hydrożeli z metronidazolem, W:XXII Naukowy Zjazd Polskiego Towarzystwa Farmaceutycznego "Farmacja - Nauka - Społeczeństwo". Białystok, 18-21 września 2013 r. Streszczenia; s.334 poz.s.05.p-150, 8. Bożena Grimling, Dorota Kida, Elżbieta Sienkiewicz, Janusz Pluta.: Ocena wypisywania oraz realizacji recept na hormonalne środki antykoncepcyjne, W:III Konferencja Naukowo-Szkoleniowa "Prowadzenie opieki farmaceutycznej". Kraków, 13-14 czerwca 2014 r. Doniesienia konferencyjne [USB-Drive]; poz.20 9. Dorota Kida, Janusz Pluta.: Wpływ składu podłoża na dostepność farmaceutyczną metronidazolu z hydrożeli sporządzonych na bazie Carbopolu 971P i Pluronicu 127F, W:Optymalizacja postaci leku: nowe rozwiązania technologiczne w dążeniu do bezpiecznej farmakoterapii : Konferencja naukowa. Kraków, 25-26 kwietnia 2014. Program konferencji, streszczenia; s.99-100, ISBN 978-83-62275-83-0 Skrypty i monografie 1. Grimling B., Meler J., Kida D., Grela K.:. Stałe formy leków w: Technologia postaci leku. Materiały do zajęć praktycznych. Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Pluta J., Figura B., 2016, 44-75 Udzielone patenty i zgłoszenia patentowe 1. Współautorstwo zgłoszenia patentowego wynalazku Nośnik substancji farmaceutycznej i preparat farmaceutyczny, twórcy: Kida D., Pluta J., Rybak Z., Stręk W., Wiglusz R. J., numer zgłoszenia P.405133, data zgłoszenia 26.08.2013 Nagrody 1. Nagroda Rektora Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu za Ważne i twórcze osiągnięcia w pracy dydaktycznej i organizacyjnej, nagroda indywidualna II stopnia, 2015 2. Złoty Medal INNOVA 2013 Brussels przyznany przez Jury Targów INNOVA 2013 Brussels za Innowacyjne maści i plastry na ciężko gojące się rany na bazie hydroksyapatytów, nagrodzeni: Wiglusz R., Rybak Z., Pluta J., Stręk W., Han S., Kida D. 5
3. Nagroda Rektora Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu za Ważne i twórcze osiągnięcia w pracy naukowej, za cykl prac dotyczących technologii postaci leku 2009-2011, nagroda zespołowa 6