 |
Study of intermolecular interactions in controlled drug release systems
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
115939 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Domján, Attila |
| Title in Hungarian |
Intermolekuláris kölcsönhatások vizsgálata szabályozott hatóanyag-leadású rendszerekben |
| Title in English |
Study of intermolecular interactions in controlled drug release systems |
| Keywords in Hungarian |
intermolekuláris kölcsönhatások, szabályozott hatóanyag-leadás, polimer-mátrix |
| Keywords in English |
intermolecular interactions, controlled drug release, polymer matrices |
| Discipline |
| Material Science and Technology (chemistry) (Council of Physical Sciences) | 70 % | | Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Macromolecular chemistry |
|
| Panel |
Chemistry 2 |
| Department or equivalent |
Institute of Organic Chemistry (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Balázs, Attila György
Balterer, Ede Bence
Hódi, Klára
Kasza, György
Nagyné László, Krisztina
Osváth, Zsófia
Regdon, Géza
Szabó, Márk
|
| Starting date |
2016-02-01 |
| Closing date |
2021-01-31 |
| Funding (in million HUF) |
26.875 |
| FTE (full time equivalent) |
10.30 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Gyógyszerhatóanyagok és különböző egykomponensű és összetett makromolekuláris rendszerek közti másodlagos kölcsönhatásokat kívánjuk vizsgálni. A kölcsönhatások megismerése hozzásegít, hogy új típusú, szabályozott hatóanyag kibocsátó mátrix rendszereket tervezzünk. Kalorimetriás, NMR és optikai spektroszkópiai módszerekkel kívánjuk vizsgálni modellvegyületek és különböző polimerek funkciós csoportjai közti kölcsönhatások természetét és erősségét. A kölcsönhatások ismeretében a gyógyszer technológiában kevéssé alkalmazott, diffúzión alapuló módszerrel juttatjuk a hatóanyagot a polimer mátrixba. Vizsgálni kívánjuk intelligens, reszponzív polimer térhálók alkalmazáshatóságát mint mátrix anyagok. Az ilyen intelligens anyagok környezeti hatásra megváltoztatják bizonyos fizikai-kémiai tulajdonságaikat. A környezeti hatások változtatásával kívánjuk befolyásolni a hatóanyagok morfológiáját és eloszlását a polimer mátrixban. Az elágazó láncú poliglicerol biokompatibilis és kémiailag stabil anyag. A nagyszámú hidroxil csoport lehetővé teszi, hogy a legkülönfélébb módon történő kémiai módosítások segítségével befolyásoljuk a poliglicerol tulajdonságait alapvető hidrofil tulajdonságainakmegőrzése mellett. Az elkészült hatóanyag tartalmú mátrixokat korszerű gyógyszer technológiai vizsgálatoknak vetjük alá. A szerkezetkutatói, szintetikus és gyógyszer technológiai vizsgálatok eredményeinek szintézisével a különböző időprofilú szabályozott hatóanyag kibocsátó mátrixok tervezhetőségét kívánjuk elősegíteni. Tervezzük többlépcsős időprofilú mátrix rendszerek megalkotását is.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás alapkérdése az, hogy a hatóanyag molekulák és a polimer mátrix közti másodlagos kölcsönhatások természete és erőssége hogyan hat a hatóanyag kibocsátásra. A hatóanyagokat oldószerből kívánjuk a polimerbe juttatni, ami a legegyszerűbb esetben is három komponens jelenlétét feltételezi a rendszerben. Az összetett kölcsönhatási viszonyok befolyásolják a hatóanyagok mennyiségét, eloszlását a mátrixban. Az oldószer eltávolítása során a visszamaradó hatóanyagok morfológiáját, részecskeméretét alapvetően befolyásolják a másodlagos kölcsönhatások. A kölcsönhatások ismerete lehetővé teszi többféle kioldódási profilú hatóanyag kibocsátó rendszerek tervezését, de ehhez ismereteink bővítése szükséges. Nem ismert, hogy a reszponzív polimerekből készült mátrixok és a hatóanyag molekulák közti kölcsönhatásokat hogyan befolyásolják a különböző környezeti hatások. Vizsgálni kívánjuk, hogy lehet-e előállítani olyan rendszereket, amelyekben a mátrix és a hatóanyag azonos, azonban a kioldódási profiljuk különböző. Az elágazó láncú poliglicerol kémiai módosításával új típusú mátrixanyagokat kívánunk előállítani. Néhány poliglicerol származékot már az FDA is engedélyezett, de hatóanyag kibocsátó rendszerekben történő felhasználásuk csak a kezdeti fázisban van. Korszerű gyógyszer technológiai vizsgálatok alapvetően fontosak a mechanizmusok megismeréséhez, megértéséhez. A különböző területen tevékenykedő kutatócsoportok együttműködésével új stratégiák kidolgozását tűztük ki célul.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Kutatásunk a modern, személyre szabott gyógyászat eszköztárát kívánja bővíteni új, szabályozott hatóanyag leadású mátrixok kifejlesztéséhez alkalmazható stratégiák kidolgozásával. Az ilyen táplálkozás kiegészítő és gyógyszerkészítmények előállítása rohamosan fejlődik. A kutatási projektben szerkezetkutató, polimerkémikus és gyógyszer technológiai kutatók együttműködésével kívánunk új perspektívát nyitni. Az alapvető célkitűzések elérése érdekében különböző kutatási utakon indulunk el. Gyógyszerhatóanyagok és különböző egykomponensű illetve összetett makromolekuláris rendszerek közti másodlagos kölcsönhatásokat kívánjuk vizsgálni, mivel a szabályozott hatóanyag leadású rendszerek fő komponense polimer. A kölcsönhatások megismerése alapvető feltétele az új szabályozott hatóanyag kibocsátó mátrix rendszerek tervezésének. Új hordozó anyagokat és újfajta hatóanyag töltési módokat tesztelünk és fejlesztünk ki. Reményeink szerint az általunk megállapított összefüggések általánosíthatóak lesznek, és felgyorsíthatják az ilyen irányú kutatásokat. Az említett célok mellett fontos alapkutatási kérdésekre is keressük a választ. A hatóanyag bejuttatását a mátrixba nemcsak hagyományos úton tervezzük megvalósítani, hanem oldatban történő duzzasztás, majd ezt követően az oldószer eltávolításának segítségével. Nem ismert, hogy a keletkező többkomponensű rendszerben az összetevők morfológiáját, részecskeméretét, eloszlását mely paraméterek határozzák meg. A reszponzív polimerek sajátsága, hogy fizikai-kémiai tulajdonságaikat megváltoztatják egyes környezeti paraméterek (hőmérséklet, pH, ionerősség stb.) változásának hatására. A külső paraméterek változásának a hatóanyagok szerkezetére gyakorolt hatását tervezzük vizsgálni.
Az elérni kívánt eredmények társadalmi hasznosíthatósága többrétű. Reményeink szerint eredményeink hozzájárulnak új gyógyszer vagy táplálék kiegészítő termékek kifejlesztéséhez. A különböző hatóanyag leadási profilú készítmények lehetővé teszik, hogy az egyéni érzékenységnek és szükségleteknek legjobban megfelelő terméket választhassák. Másrészt mivel a felhasznált komponensek engedélyezett hatóanyagok vagy biokompatibilis polimerek, egy estleges termék engedélyeztetési eljárása egyszerűbb és olcsóbb.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A szabályozott hatóanyag leadású rendszerek egyre jobban elterjednek a napi életben is. Hatásuk, alkalmazási területük szerint nagyon különbözőek lehetnek. Egyes készítmények nagyon gyors hatásúak, a hatóanyagok gyorsan felszívódnak. Ilyenek például egyes fájdalomcsillapítók. Más készítmények nagyon hosszú ideig fejtik ki egyenletesen a hatásukat. Ez az idő akár több hónap vagy év is lehet, mint például a hormon tartalmú implantátumok esetén. Táplálék kiegészítőként olyan gyógyhatású készítmények is elérhetőek, amelyek órákon át folyamatosan bocsátják ki a vitaminokat. Az ilyen készítmények általában valamilyen polimer hordozóból és kis mennyiségű gyógyszer hatóanyagból állnak. Ez a tudományterület dinamikusan fejlődik, kutatási tervünkben azt a célt tűztük ki, hogy különböző tudományterületek művelőivel közösen új stratégiát és módszereket fejlesszünk ki, amelyek a szabályozott hatóanyag leadó rendszerek tervezhetőségét segíti elő. Fel kívánjuk térképezni azon anyagi tulajdonságokat, amelyek meghatározzák a hatóanyag leadás sebességét, mértékét. Az anyagi jellemzők ismeretében új típusú hordozókat kívánunk kifejleszteni, amelyek felhasználásával további hatóanyagokból lehet ilyen készítményeket előállítani. Olyan gyógyszerkészítési módszereket kívánunk tesztelni, amelyek a gyógyszeriparban még nem elterjedtek. A munkában szerkezetkutató, polimerkémikus és gyógyszertechnológus kutatók vesznek részt. Eredményeinkkel a személyre szabott gyógyászat eszköztárát kívánjuk bővíteni. A szabályozott hatóanyag leadású készítmények felhasználásával az alkalmazott hatóanyagok mennyisége csökkenthető, a nemkívánatos mellékhatások kisebb mértékben lépnek fel.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Second-order interactions between active substances and different one- and multicomponent macromolecular systems will be investigated. Gaining a deeper knowledge of these interactions helps to engineer new type of controlled drug release systems. Calorimetric, NMR, and optical spectroscopy methods will be used for studying the nature and strength of interactions between model drug materials and functional groups of polymers. Loading of drugs into the polymer matrix will be carried out by diffusion from solution. This method is not conventional in pharmaceutical technology. Usage of responsive polymer network as matrix material will be investigated. Upon change of environmental parameters, these intelligent materials alter some of their physicochemical properties. We will investigate the effect of these changes on the morphology and distribution of drugs in the matrix. Hyperbranched polyglycerol (HbPG) is biocompatible and a chemically stable material. A large number of accessible hydroxyl groups makes possible to influence the properties of HbPGs by chemical reactions with retaining their hydrophilic character. The loaded matrices will be investigated by modern pharmaceutical technology methods. We are planning to compose controlled drug release systems with different release profiles including a multistep profile.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The basic hypothesis of the present project is that the determination of interactions between drug and polymer matrix should open new routes for the design of release systems with targeted release characteristics. Drug molecules will be loaded from solution, which means that the system will be composed of at least three components. Distribution and amount of drugs in the matrix are influenced by multiple interactions. Morphology and particle size of the remaining drugs after evaporation of the solvent are also influenced by these interactions. Recognition of these interactions makes possible the engineering of controlled drug release systems with different profiles. Influence of environmental parameters on the interaction between responsive polymers and drug molecules is not understood. Our aim is to investigate the possibility of preparing release systems in which the drug and the matrix material is the same but their release profiles are different. New matrix materials will be synthesized based on hyperbranched polyglycerol. Some derivatives of polyglycerol are already approved as food and drug additives, but their use in drug delivery systems is still under investigation. Modern pharmaceutical technology methods are essential for the study of release and uptake mechanisms. By the cooperation of research teams from different areas, the possibility of new strategies will be investigated.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our research project expects new strategies for new type of drug release systems in the development of modern healing treatments moving toward tailor-made medicines. Produce of such systems either as nourishment supplementals orpharmaceutical products is a dynamically developing area. In the present project, structural researchers, polymer chemists, and pharmaceutical technologists will cooperate to open new perspectives. To fulfill our aims, we will conduct research in different directions. We will investigate the interactions between drug molecules and various one- and multicomponent macromolecular systems, because the main component of release systems is a polymeric material. Better understanding of the relationship between drug-polymer interactions and release properties will help to work out new strategies to prepare drug release systems. New type of matrix materials and new methods for drug loading will be elaborated. By our hope, the results will be generalized and research in this field will be accelerated. Besides our main aims, other problems of basic research will be supported. The loading process will be different from the conventional ones, as the matrices will uptake drug materials from their solution followed by a removal of the solvent. The relationship between the properties of matrix polymers and the morphology, size and distribution of drug particles is unknown. Responsive polymers change their properties due to the change of environmental parameters (temperature, pH, ion strength etc.). Influence of environmental parameters on the structure of drugs will be investigated.
Social impact of our project is multi-lateral. We think that our results will contribute to developing new nourishment supplemental and pharmaceutical products. Release systems with different release profiles make possible the usage of products according to personal need and sensitivity. Other advantage of the systems proposed to be investigated is that the drugs we are planning to use are already approved and the matrix materials are biocompatible. Approving of such systems is faster and considerably cheaper than approving of original substances.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Controlled drug release systems are increasingly used in everyday life. Their impact and applicability are diverse. Some of these products have a fast effect. Their active substance works off very fast, like some painkiller pills. Other products have a long-time steady effect. This can be even months or years, like some hormone containing implants. Nourishment supplemental and pharmaceutical products releasing vitamins steadily on the time scale of hours are available on the market. Generally, these systems are composed of a polymer carrier and a small amount of active substance. This field of research is growing dynamically. In the present project researches from different area will cooperate to develop new strategies and methods for engineering controlled drug release systems. The main material properties will be characterized, which determine the speed and amount of drug release. By the recognition of these properties, new carrier materials will be developed to produce release systems applicable for further active substances. New processes for the preparation of pharmaceutics will be tested, which are currently not common in the pharmaceutical industry. In the team structural scientists, polymer chemists, and pharmaceutical technologist will work together. Our results will improve the possibilities of personal healing. By the use of controlled drug release systems, the amount of active substances can be decreased thus lowering the unwanted side effects.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Barbara Berke, László Sós, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Effect of surface chemistry of graphene oxide on its compatibility with organic matrix, CARBON Conference, Abstract Book, 2016 | | Stumphauser Tímea, Kasza György, Domján Attila, Wacha András, Varga Zoltán, Thomann Yi, Thomann Ralf, Pásztói Balázs, Trötschler Tobias M., Kerscher Benjamin, Mülhaupt Rolf, Iván Béla: Nanoconfined Crosslinked Poly(ionic liquid)s with Unprecedented Selective Swelling Properties Obtained by Alkylation in Nanophase-Separated Poly(1-vinylimidazole)-l-poly(tetrahydrofuran) Conetworks, POLYMERS 12: (10) 2292, 2020 | | Sovány, Tamás ; Bánfi, Blanka ; Aigner, Zoltán ; Kasza, György ; Domján, Attila ; Regdon, Géza: Investigation of hyperbranched polyglycerol as affinity-based stabilizer and release modifier in polymeric free films, 3rd European Conference on Pharmaceutics - Bringing science into pharmaceutical practice, 2019 | | Nagy, Nóra Zsuzsanna ; Varga, Zoltán ; Mihály, Judith ; Domján, Attila ; Fenyvesi, Éva ; Kiss, Éva: Highly Enhanced Curcumin Delivery Applying Association Type Nanostructures of Block Copolymers, Cyclodextrins and Polycyclodextrins, Polymers, 12(9), 2167, 2020 | | Galgóczi Bálint: Polimer micella és indolszármazékok kölcsönhatásainak vizsgálata szabályozott hatóanyag-leadású rendszer fejlesztésére, TDK előadás és dolgozat BME, 2019 | | Adrienn Kazsoki, Péter Szabó, Attila Domján, Attila Balázs, Tamás Bozó, Miklós Kellermayer, Attila Farkas, Diána Balogh-Weiser, Balázs Pinke, András Darcsi, Szabolcs Béni, János Madarász, Lajos Szente, Romána Zelko: Microstructural Distinction of Electrospun Nanofibrous Drug Delivery Systems Formulated with Different Excipients, Molecular Pharmaceutics, 15 : 9 pp. 4214-4225, 2018 | | Adrienn Kazsoki, Attila Domján, KárolySüvegh, RománaZelkó: Microstructural characterization of papaverine-loaded HPC/PVA gels, films and nanofibers, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 122 pp. 9-12., 2018 | | Attila Domján, Márk Szabó, Klára Hódi, Géza Regdon, Adrienn Kazsoki, Romána Zelkó, Györgyi Szarka, Béla Iván: Solid state NMR study of plasticization process in polymers, EUROMAR 2018, Abstract Book, p. 508, 2018 | | Márk Szabó , Benjámin Kovács, Bianka Kótai, Tamás Földes, Éva Dorkó, Imre Pápai, Tibor Soós, Attila Domján: Design of Water-Tolerant Frustrated Lewis Pairs: Structure and Dynamics of Borane Complexes, EUROMAR 2018, Abstract Book, p. 602, 2018 | | Barbara Berke: Thermosensitive hydrogel - carbon nanoparticle composites, BME repozitorium, 2018 | | Bulátkó Anna: A poli(N-izopropil-akrilamid) hidrogél kölcsönhatásai indolszármazékokkal, BME, BSc szakdolgozat, 2019 | | Barbara Berke, Lionel Porcar, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Correlation between structure and responsivity in PNIPAM based nanocomposites: a nano- and mac, European Polymer Journal 99, 180-188, 2018 | | Barbara Berke, Virág Bérczes, Lionel Porcar, Sylvain Prevost, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Crystalline carbon nanoparticles in thermoresponsive smart gels., Absract Book, World Carbon Conference, 2018, 2018 | | Bánfi Blanka: Új típusú hiperelágazásos polimer tulajdonságainak és gyógyszertechnológiai alkalmazhatóságának vizsgálata, TDK előadás, SZTE, 2018 | | Barbara Berke, Lionel Porcar, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Correlation between structure and responsivity in PNIPAM based nanocomposites: a nano- and macroscale view, European Polymer Journal, 2018 | | Enikő Manek, Etelka Tombácz, Erik Geissler, Krisztina László: Search for origin of discrepancies among osmotic measurements in the PNIPAM - water system., Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 61(1), 39-50, 2017 | | Barbara Berke, László Sós, Virág Bérczes, Attila Domján, Lionel Porcar, Orsolya. Czakkel, Krisztina László: Graphene-derivates containing responsive nanocomposite polymer gels: Effect of concentration and surface chemistry of the nanoparticles, BiPoCo 2016, Abstract Book, 2016 | | Márk Szabó, Barbara Berke, Krisztina László, Zsófia Osváth, Attila Domján: Non-covalent interactions between poly(N-isopropylacrylamide) and small aromatic probe molecules studied by NMR spectroscopy, BiPoCo 2016, Abstract Book, 2016 | | Barbara Berke, László Sós, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Effect of surface chemistry of graphene oxide on its compatibility with organic matrix, CARBON Conference, Abstract Book, 2016 | | Attila Domján, Márk, Szabó, Enikő Manek, Krisztina László: Application of solid state NMR spectroscopy to study non-covalent interactions in complex macromolecular systems, BiPoCo 2016, Abstract Book, 2016 | | Orsolya Czakkel, Lione Porcar, Eric Geissler, Krisztina László: Effect of graphene oxide loading on the mechanical and thermoresponsive properties of PNIPA based hydrogels, 4th International Soft Matter Conference, Abstract Book, 2016 | | László Sós, Barbara Berke, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Reduced graphene oxide containing responsive hydrogels, BiPoCo 2016, Abstract Book, 2016 | | Virág Bérczes, Barbara Berke, Orsolya Czakkel, Krisztina László: Poly(N-isopropyl acrylamide) based responsive hydrogels: Effect of cross-linker, XIIIth International Conference "Students for Students", Abstract Book, 2016 | | Bérczes Virág: Hatóanyag-leadást befolyásoló kölcsönhatások lágy gélekben, TDK dolgozat és előadás - TDK-koncerencia - Budapest, BME VBK, 2016 | | Bérczes Virág: Hatóanyag-leadást befolyásoló kölcsönhatások lágy gélekben" - Budapest, BME VBK, szakdolgozat, 2017 | | Berke B, Sós L, Bérczes V, Domján A, Porcar L, Czakkel O, László K: Graphene derivatives in responsive hydrogels: Effect of concentration and surface chemistry, EUROPEAN POLYMER JOURNAL 93: pp. 717-725. (2017), 2017 | | Szabó M, Berke B, László K, Osváth Z, Domján A: Non-covalent interactions between poly(N-isopropylacrylamide) and small aromatic probe molecules studied by NMR spectroscopy, EUROPEAN POLYMER JOURNAL 93: pp. 750-760. (2017), 2017 | | György Kasza, Gergely Kali, Attila Domján, Lilla Pethő, Györgyi Szarka, Béla Iván: Synthesis of Well-Defined Phthalimide Monofunctional Hyperbranched Polyglycerols and Its Transformation to Various Conjugation Relevant Functionalities, MACROMOLECULES 50:(8) pp. 3078-3088. (2017), 2017 | | Berke B, Porcar L, Czakkel O, László K: Correlation between structure and responsivity in PNIPAM based nanocomposites: A combined nano- and macroscale view, EUROPEAN POLYMER JOURNAL (ISSN: 0014-3057) 99: pp. 180-188. (2018), 2018 | | Krisztina László1, Barbara Berke, Lionel Porcar, Orsolya Czakkel: Carbon nanoparticle containing hydrogel nanocomposites with enhanced IR sensitivity, CARBON Conference, Abstract Book, pp. 239, 2017 | | Attila Domján, Márk Szabó, Benjamin Kovács, Éva Dorkó, Tibor Soós: COMPLEXATION STUDY OF FRUSTRATED LEWIS PAIRS, Magnetic Moments in Central Europe (MMCE) 2017, Abstract Book, 2017 | | Márk Szabó, Attila Domján: NMR study on non-covalent interactions between polymers and models of drug molecules, Magnetic Moments in Central Europe (MMCE) 2017, Abstract Book, 2017 | | B. Berke, L. Sós, V. Bérczes, A. Domján, L. Porcar, O. Czakkel, K. László: Graphene-derivative containing responsive hydrogels: effect of concentration and surface chemistry, European Polymer Federation Congress 2017 (2-7.07.2017. Lyon, France), Abstract Book, 2017 | | B. Berke, L. Porcar, O. Czakkel, K. László: Thermoresponsive hydrogel nanocomposites with tuneable deswelling kinetics., APME2017: The 12th International Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering (21-25.05.2017. Ghent, Belgium), Abstract Book, 2017 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
