سنتز و بررسی سمیت تری متیل کیتوزان کلرید به‌عنوان حامل واکسن و دارو

اکبری, محمد رضا; سعادتی, مجتبی; هنری, حسین; زرگان, جمیل

سنتز و بررسی سمیت تری متیل کیتوزان کلرید به‌عنوان حامل واکسن و دارو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشگاه جامع امام حسین(ع)

² دانشگاه جامع امام حسین (ع)

چکیده

تری متیل کیتوزان برای انتقال ژن، داروهای پپتیدی و واکسن‌ها از طریق مسیرهای مخاطی بینی و خوراکی به کار گرفته می‌شود. این پلیمر یک مشتق کیتوزان است که حلالیت آن در آب از طریق متیلاسیون گروه آمین نوع اول و تبدیل آن به آمونیوم افزایش پیدا کرده است. در این فرایند، متیلاسیون گروه هیدروکسی نیز انجام می‌شود که حلالیت آن در آب را کاهش می‌دهد. هدف این مطالعه بررسی سمیت تری متیل کیتوزان با وزن مولکولی بالا و درصد بیشتری از آمین نوع چهارم بوده است. به این منظور ابتدا دی متیل کیتوزان با روش متیلاسیونEschweiler-Clarke سنتز گردید. سپس برای پرهیز از متیلاسیون گروه هیدروکسی که در شرایط قلیایی اتفاق می‌افتد ادامه متیلاسیون توسط واکنشMenshutkin و با استفاده از یدومتان به‌عنوان عامل آلکیلهکننده و در حلال NMP انجام شد. درصد دی متیلاسیون و کواترنیزاسیون با روش‌های NMR و FTIR تعیین شد. میزان سمیت سلولی محصول تولیدشده، با روش MTT علیه سلول‌های اپی‌تلیال Caco2 بررسی شد. فعالیت همولیتیک محصول سنتزی نیز با روش رهایش هموگلوبین در گلبول‌های قرمز انسانی انجام شد. داده‌ها از لحاظ آماری با روش ANOVA و آزمون توکی ‌بررسی شدند. پلیمر سنتز شده تا غلظت 1 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر در سلول Caco2 فاقد سمیت بود و تا سطح 001/0 اختلاف معنادار مشاهده نشد (001/0> p). در آزمایش رهایش هموگلوبین نیز با افزایش غلظت پلیمر افزایش سمیت مشاهده نشد. بنابراین پلیمر سنتز شده می‌تواند بهعنوان یک حامل انتقال مواد زیستی به کار رود.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26762935.1398.10.2.10.4

عنوان مقاله [English]

Synthesis and Toxicity Assay of Trimethyl Chitosan Chloride as a Carrierfor Vaccines and Drugs

نویسندگان [English]

M. R. Akbari ¹
M. Saadaty ¹
H. Honary ¹
J. Zargan ²

¹ Imam Hossein University

² Imam Hossein University

چکیده [English]

Tri-methyl chitosan is used to deliver genes, peptide drugs and vaccines through nasal and oral mucosal routes. This polymer is a chitosan derivative that the solubility in water has been enhanced by methylation of primary amine group and its convertion to quaternary amonium. During this process, O-methylation also occurs, reducing the water solubility of the product. The purpose of this study is to evaluate the toxicity of trimethyl chitosan with high molecular weight and high degree of quaternary amine. Thus, high molecular weight chitosan was used for the synthesis of dimethyl chitosan through the Eschweiler-Clarke methylation method. Then, to avoid the O-methylation, methylation was continued by Menshutkin reaction using iodomethane as alkylating agent in NMP solvent. The quaternized chitosan was characterized by NMR and FTIR spectroscopy methods. The cytotoxicity of the product was investigated on Caco-2 cells via MTT assay. Hemolytic activity of the synthesized polymer was evaluated using haemoglobin release test. The data were statistically analyzed by ANOVA and Tukey's multiple comparisons test. The results showed that the synthesized polymer had no toxicity on Caco2 cells (up to the concentration of 1 mg/ml) (p<0.001). Haemoglobin release test further confirmed the lack of toxicity of the polymer up to the mentioned concentration. In conclusion, the polymer can be envisaged as a carrier in biomaterials delivery.

کلیدواژه‌ها [English]

Trimethyl Chitosan
Synthesis
Cell Toxicity
Vaccine Delivery

مراجع

[1] Chaturvedi, M.; Kumar, M.; Pathak, K. “A Review on Mucoadhesive Polymer Used in Nasal Drug Delivery System”; J. Adv. Pharm. Technol. Res. 2011, 2, 215.

[2] Junginger, H. E.; Verhoef, J. C. “Macromolecules as Safe Penetration Enhancers for Hydrophilic Drugs—a Fiction?”; Pharm. Sci. Technol. 1998, 1, 370-376.

[3] Sahni, J. K.; Chopra, S.; Ahmad. F. J.; Khar, R. K. “Potential Prospects of Chitosan Derivative Trimethyl Chitosan Chloride (TMC) as a Polymeric Absorption Enhancer: Synthesis, Characterization and Applications”; J. Pharm. Pharmacol. 2008, 60, 1111-1119.

[4] Thanou, M.; Verhoef, J. C.; Marbach, P.; Junginger, H. E. “Intestinal Absorption of Octeriotide: N-trimethyl Chitosan Chloride (TMC) Ameliorates the Permeability and Absorption Properties of the Somatostatin Analogue in-vitro and in-vivo”; J. Pharm. Sci. 2000, 89, 951–7.

[5] Illum, L.; Jabbal-Gill, I.; Hinchcliffe, M.; Fisher, A. N.; Davis, S. S. “Chitosan as a Novel Nasal Delivery System for Vaccines”; Adv. Drug. Deliv. Rev. 2001, 51, 81-96.

[6] Strand, S. P.; Tømmeraas, K.; Vårum, K. M.; Østgaard, K. “Electrophoretic Light Scattering Studies of Chitosans with Different Degrees of N-acetylation”; Biomacromolecules 2001, 2, 1310-1314.

[7] Rinaudo, M.; Domard, A. “Solution Properties of Chitosan”; University Joseph Fourier - Grenoble, 1989.

[8] Werle, M.; Takeuchi, H.; Bernkop‐Schnürch, A. “Modified Chitosans for Oral Drug Delivery”; J. Pharm. Soc. 2009, 98, 1643-1656.

[9] De Britto, D.; Celi Goy, R.; Campana Filho, S. P.; Assis, O. B. G. “Quaternary Salts of Chitosan: History, Antimicrobial Features, and Prospects”; Int. J. Carbohyd. Chem. 2011, 12 pages.

[10] Martins, A. F.; Facchi, S. P.; Monteiro, J. P.; Nocchi, S. R.; Silva, C. T.; Nakamura, C. V.; Girotto, E. M.; Rubira, A. F.; Muniz, E. C. “Preparation and Cytotoxicity of N, N, N-Trimethyl Chitosan/Alginate Beads Containing Gold Nanoparticles”; Int. J. Biol. Macromol. 2015, 72, 466-471.

[11] Thanou, M.; Kotzé, A. F.; Scharringhausen, T.; Luessen, H. L.; de Boer, A. G.; Verhoef, J. C.; Junginger, H. E. “Effect of Degree of Quaternization of N-trimethyl Chitosan Chloride for Enhanced Transport of Hydrophilic Compounds Across Intestinal Caco-2 Cell Monolayers”; J. Controlled Release 2000, 64, 15-25.

[12] Mourya, V.; Inamdar, N. N. “Trimethyl Chitosan and its Applications in Drug Delivery”; J. Mater. Sci. - Mater. Med. 2009, 20, 1057.

[13] Verheul, R., “Tailorable Trimethyl Chitosans as Adjuvant for Intranasal Immunization”; Utrecht University, 2010.

[14] Verheul, R. J.; Amidi, M.; Van Der Wal, S.; Van Riet, E.; Jiskoot, W.; Hennink, W. E. “Synthesis, Characterization and in Vitro Biological Properties of O-methyl Free N, N, N-Trimethylated Chitosan”; Biomaterials 2008, 29, 3642-3649.

[15] Sieval, A.; Thanou, M.; Kotze, A.; Verhoef, J.; Brussee, J.; Junginger, H. “Preparation and NMR Characterization of Highly Substituted N-Trimethyl Chitosan Chloride”; Carbohyd. Polym. 1998, 36, 157-165.

[16] Rúnarsson, Ö.V.; Holappa, J.; Nevalainen, T.; Hjálmarsdóttir, M.; Järvinen, T.; Loftsson, T.; Einarsson, J.M.; Jónsdóttir, S.; Valdimarsdóttir, M.; Másson, M. “Antibacterial Activity of Methylated Chitosan and Chitooligomer Derivatives: Synthesis and Structure Activity Relationships”; Eur. Polym. J. 2007, 43, 2660-2671.

[17] Boonyo, W.; Junginger, H. E.; Waranuch, N.; Polnok, A.; Pitaksuteepong, T. “Chitosan and Trimethyl Chitosan Chloride (TMC) as Adjuvants for Inducing Immune Responses to Ovalbumin in Mice Following Nasal Administration”; J. Controled Release 2007, 121, 168-175.

[18] Yoshihara, E.; Nakae, T. “Cytolytic Activity of Liposomes Containing Stearylamine”; BBA-Biomembranes 1986, 854, 93-101.

[19] Rúnarsson, Ö.V., Holappa, J.; Jónsdóttir, S.; Steinsson, H.; Másson, M. “N-Selective ‘One Pot’synthesis of Highly N-Substituted Trimethyl Chitosan (TMC)”; Carbohydr. Polym. 2008, 74, 740-744.

[20] Muzzarelli, R. A. A.; Tanfani, F. “The N-permethylation of Chitosan and the Preparation of N-trimethyl Chitosan Iodide”; Carbohyd. Polym. 1985, 5, 297-307.

[21] Thanou, M. M.; Verhoef, J. C.; Romeijn, S. G.; Nagelkerke, J. F. “Effects of N-Trimethyl Chitosan Chloride, a Novel Absorption Enhancer, on Caco-2 Intestinal Epithelia and the Ciliary Beat Frequency of Chicken Embryo Trachea”; Int. J. Pharm. 1999, 185, 73-82.

[22] Khademi, F.; Derakhshan, M.; Yousefi-Avarvand, A.; Tafaghodi, M. “Potential of Polymeric Particles as Future Vaccine Delivery Systems/Adjuvants for Parenteral and Non-Parenteral Immunization against Tuberculosis: A Systematic Review”; Iran J. Basic Med. Sci. 2018, 21, 116.