Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/62897
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorSiriporn Okonogi-
dc.contributor.advisorWim E. Hennink-
dc.contributor.advisorSongyot Anuchapreeda-
dc.contributor.authorOrnchuma Naksuriyaen_US
dc.date.accessioned2018-12-11T07:44:31Z-
dc.date.available2018-12-11T07:44:31Z-
dc.date.issued2015-12-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/62897-
dc.description.abstractCurcumin is a natural yellow phenolic compound which presents in many kinds of herbs, especially in turmeric (Curcuma longa L.). It has been reported in many studies that curcumin is a natural antioxidant and anticancer agent. However, its pharmaceutical applications as therapeutic agent are limited because of its poor aqueous solubility and chemical instability under alkaline condition. Therefore, the aims of this present study were to develop and explore the advantages of novel polymeric micelles composed of block copolymers of methoxy poly(ethylene glycol) (mPEG) and N–(2–hydroxypropyl) methacrylamide (HPMA) modified with aromatic benzoyl side groups as nanocarriers for solubility, stability, and anticancer activity enhancement of curcumin. In first stage of study, the physicochemical characteristics and biological activity of curcumin were investigated. The antioxidant activity of curcumin in comparison with three important natural antioxidants, namely gallic acid, ascorbic acid, and xanthone, were performed on free radical scavenging action. The results indicated that the activities of these compounds were dose–dependent. The 50% effective concentration (EC50) of curcumin was found to be 11 µg/mL (30 µM). Curcumin showed significantly higher antioxidant activity than ascorbic acid and xanthone but less than gallic acid, indicating that antioxidant capacity of curcumin is higher than most of the other natural antioxidants which are ascorbic acid and xanthone. The solubility study showed that curcumin has a poor solubility in water, hexane, and toluene, but it is well soluble in polar aprotic solvent and alcohols. The kinetic degradation of curcumin under various conditions (pH, temperature, and dielectric constant of the medium) was investigated. To fully solubilize curcumin and to prevent curcumin precipitation that occurs when low volume fractions of co–solvent are present, a 50:50 (v/v) buffer/methanol mixture was used as standard medium to study its degradation kinetics. The results showed that the degradation of curcumin followed first order kinetics. It was further shown that an increasing pH, temperature, and dielectric constant (or increasing aqueous buffer volume fraction) of the medium resulted in an increase in degradation rate. Curcumin showed rapid degradation due to autoxidation in phosphate buffer pH = 8.0 with a rate constant of 280 × 10-3 h-1, corresponding with a half–life (t1/2) of 2.5 h. Dioxygenated bicyclopentadione was identified as the final degradation product as evidenced from liquid chromatography electrospray ionization mass spectroscopy (LC–ESI–MS) analysis.Polymeric micelles have shown great promises in solubilization, stabilization, and delivery of hydrophobic drugs for cancer treatment. Therefore, the amphiphilic block copolymers, ω–methoxy poly(ethylene glycol)–b–(N–(2–benzoyloxypropyl) methacrylamide (PEG–HPMA–Bz, molecular weight of PEG = 5000 Da, molecular weight of HPMA–Bz block from 18000 – 43800 Da), were synthesized. One polymer with molecular weight of 28300 Da had the lowest polydispersity index and was obtained in a high yield. This polymer was used in this study and compared with different aromatic substituted micelle forming polymers, (ω–methoxypoly(ethylene glycol)–b–(N–(2–hydroxypropyl) methacrylamide dilactate) (PEG–HPMA–DL)which has dilactate side chains and ω–methoxy poly(ethylene glycol)–b–(N–(2–benzoyloxy) methacrylamide)–co–(N–(2–lactoyloxypropyl) metha-crylamide) (PEG–HPMA–Bz–L) which has monolactate (75%) and benzoyl (25%) side groups. A simple micellar formation was used by a fast heating method for PEG–HPMA–DL and PEG–HPMA–Bz–L, whereas a nanoprecipitation method was used to obtain micelles of PEG–HPMA–Bz. The average particle sizes of curcumin–loaded polymeric micelles ranged from 46 to 85 nm, and the micelles showed spherical shapes. The PEG–HPMA–Bz micelles with benzoyl side groups (100%) gave the best solubili-zation and the curcumin solubility increased up to 2 mg/mLat a polymer concentration of 10 mg/mL. Fourier transform infrared spectroscopic analysis, x–ray diffraction patterns, and differential scanning calorimetry confirmed that curcumin was successfully entrapped in the micelles. The PEG–HPMA–DL micelles without aromatic benzoyl group almost fully released curcuminin20 days, whereas PEG–HPMA–Bz and PEG–HPMA–Bz–L released in the same time (27% and 50% of their curcumin loading, respectively). This release profile pointed a greater affinity of curcumin for polymeric micelles with aromatic groups. More importantly, curcumin in PEG–HPMA–Bz, PEG–HPMA–Bz–L and PEG–HPMA–DL micelles was about 300, 8, and 2 times, respectively, more stable than curcumin in phosphate buffer pH = 8.0. Curcumin–loaded PEG–HPMA–Bz micelles also showed the best stabilization of curcumin (80% of curcumin remaining) with the similar particle size as the first day (50 – 60 nm) after storage at 4, 30, and 40°C for 90 days, whereas curcumin–loaded PEG–HPMA–Bz–Land PEG–HPMA–DL micelles were less stable. The greater loading capacity, slower sustained release, and greater stabilization of the PEG–HPMA–Bz micelles are probably due to 𝜋–𝜋 stacking between the aromatic groups of curcumin and benzoyl groups of the polymer.Moreover, the interaction of proteins and all three polymeric micellar systems investigated in this thesis did not cause aggregation of the polymericmicelles. It was demonstrated that all three curcumin–loaded polymeric micelles showed no toxicity towards normal cells (red blood cells and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)), but provided good cytotoxic effects against human ovarian carcinoma cells (OVCAR–3), human cervical adenocarcinoma (HeLa), human colorectal adenocarci-noma (Caco–2), human breast adenocarcinoma (MCF–7), human lymphoblastic leukemia (Molt–4), and human chronic myelogenous leukemia (K562). Additionally, curcumin–loaded polymeric micelles were effectively internalized into K562 cells as demonstrated by fluorescence microscopy. It was shown that curcumin–loaded polymeric micelles induced cell cycle arrest at G2/M phase in K562 cells, and they also suppressed Wilms’ tumor 1 protein levels to 43 – 47%. In conclusion, the results in this study suggest that the enhanced solubility and stability of curcumin by loading into PEG–HPMA–Bz micelles is a promising nanodelivery system to provide suitable nanocarriers for further pharmaceutical and clinical development for cancer therapy.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherเชียงใหม่ : บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเชียงใหม่en_US
dc.subjectNovel Polymeric Micellesen_US
dc.subjectDrug Delivery Systemsen_US
dc.subjectCurcuminen_US
dc.titleDevelopment of Novel Polymeric Micelles as Drug Delivery Systems for Curcuminen_US
dc.title.alternativeการพัฒนาพอลิเมอริคไมเซลล์ชนิดใหม่เพื่อเป็นระบบนำส่งยาสำหรับเคอร์คิวมินen_US
dc.typeThesis
thailis.classification.ddc615.19-
thailis.controlvocab.thashDrug delivery systems-
thailis.controlvocab.thashPharmaceutical technology-
thailis.controlvocab.thashPolymerization-
thailis.controlvocab.thashDrug delivery devices-
thailis.manuscript.callnumberTh 615.19 O74D-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractเคอร์คิวมินเป็นสารประกอบฟีนอลิกสีเหลืองจากธรรมชาติที่มีอยู่ในสมุนไพรหลายชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในขมิ้นชัน (Curcuma longa L.) ซึ่งมีรายงานจำนวนมากว่าเคอร์คิวมินเป็นสารต้านอนุมูลอิสระธรรมชาติและสารต้านมะเร็งที่มีศักยภาพ อย่างไรก็ตามการประยุกต์ใช้ทางเภสัชกรรมในแง่ของตัวยารักษาโรคนั้นถูกจำกัด เนื่องจากมีความสามารถในการละลายน้ำที่น้อยมากและมีความไม่คงตัวทางเคมีภายใต้สภาวะความเป็นด่าง ดังนั้นการศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาพอลิเมอริคไมเซลล์ชนิดใหม่ที่ประกอบด้วย พอลิเมอร์ผสมแบบบล็อก (block copolymer) ของ methoxy poly-(ethylene glycol) (mPEG) และ N–(2–hydroxypropyl) methacrylamide (HPMA) ซึ่งดัดแปลงส่วนที่เชื่อมต่อเป็น benzoyl ที่มีวงแหวนอะโรมาติกเพื่อเป็นระบบนำส่งยาสำหรับการช่วยเพิ่มการละลาย ความคงตัว และฤทธิ์ต้านมะเร็งของเคอร์คิวมินขั้นตอนแรกทำการศึกษาลักษณะทางเคมีกายภาพและฤทธิ์ทางชีวภาพของเคอร์คิวมินได้ถูกตรวจสอบโดยทำการเปรียบเทียบฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของเคอร์คิวมินกับสารต้านอนุมูลอิสระธรรมชาติที่สำคัญสามชนิด ได้แก่ กรดแกลลิก วิตามินซี และแซนโทน ด้วยวิธี free radical scavenging action จากผลการศึกษาพบว่าฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสารเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพในการต้านอนุมูลอิสระร้อยละ 50 (EC50) ของเคอร์คิวมิน คือ 11 ไมโครกรัม/มิลลิลิตร (30 ไมโครโมลาร์) โดยเคอร์คิวมินมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูงกว่าวิตามินซีและแซนโทน แต่น้อยกว่ากรดแกลลิก แสดงให้เห็นว่าฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของเคอร์คิว-มินมีศักยภาพมากกว่าสารต้านอนุมูลอิสระจากธรรมชาติคือ วิตามินซีและแซนโทนการศึกษาการละลายพบว่า เคอร์คิวมินมีการละลายที่น้อยมากในน้ำ เฮกเซน และโทลูอีนแต่ละลายได้ในตัวทำละลายมีขั้วที่ปราศจากไฮโดรเจนที่แตกตัวได้ และแอลกอฮอล์การศึกษาทางจลน์ศาสตร์ของการสลายตัวของเคอร์คิวมิน (พีเอช อุณหภูมิ และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสารละลายตัวกลาง) โดยใช้สารผสมบัฟเฟอร์/เมทานอลในสัดส่วน 50:50 (v/v) เป็นตัวกลางมาตรฐานในการศึกษาจลน์ศาสตร์การสลายตัวเพื่อละลายเคอร์คิวมินอย่างสมบูรณ์และเพื่อป้องกันตะกอนเคอร์คิวมินที่เกิดขึ้นเมื่อตัวทำละลายร่วมมีความเข้มข้นต่ำ ผลการศึกษาพบว่าการสลายตัวของเคอร์คิวมินเป็นแบบจลน์ศาสตร์อันดับหนึ่ง (first order kinetic) นอกจากนี้การเพิ่มพีเอช อุณหภูมิ และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสารละลายกลางส่งผลให้อัตราการสลายตัวของเคอร์คิวมินเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากปฏิกิริยาออโตออกซิเดชันในสารละลายบัฟเฟอร์พีเอชเท่ากับ 8.0 โดยมีค่าคงที่ของปฏิกิริยาสลายตัวเท่ากับ 280 × 10-3 ชั่วโมง-1สอดคล้องกับค่าครึ่งชีวิต (t1/2) ของเคอร์คิวมินซึ่งเท่ากับ 2.5 ชั่วโมง และ dioxygenated bicyclopentadione เป็นสารสลายตัวสุดท้ายจากการวิเคราะห์โดย liquid chromatography electrospray ionization mass spectrometry (LC–ESI–MS) การเกิดพอลิเมอริคไมเซลล์ (polymeric micellization) นับว่าเป็นวิธีที่ดีในการเพิ่มการละลาย ความคงตัวและการนำส่งยาที่มีสมบัติไม่ชอบน้ำในการรักษาโรคมะเร็ง ดังนั้นจึงได้สังเคราะห์พอลิเมอร์ผสมแบบบล็อกที่มีสมบัติทั้งเข้ากับน้ำและไม่เข้ากับน้ำ คือ ω–methoxy poly(ethylene glycol)–b–(N–(2–benzoyloxypropyl) methacrylamide (PEG–HPMA–Bz, น้ำหนักโมเลกุล PEG = 5000 ดาลตัน, น้ำหนักโมเลกุล HPMA–Bz = 18,000 – 43,800 ดาลตัน) โดยหนึ่งในพอลิเมอร์ที่น้ำหนักโมเลกุล 28,300 ดาลตันซึ่งมีดัชนีการกระจายตัวของมวลโมเลกุลพอลิ-เมอร์ต่ำสุดและมีผลผลิตสุทธิสูงได้นำมาใช้ในการศึกษาครั้งนี้และนำมาเปรียบเทียบกับไมเซลล์ที่มีปริมาณวงแหวนอะโรมาติกที่ต่างกัน คือ ω–methoxy poly(ethylene glycol)–b–(N–(2–hydroxylpro-pyl) methacrylamide dilactate (PEG–HPMA–DL) ที่มีส่วนเชื่อมต่อเป็น dilactate และ ω–methoxy poly(ethylene glycol)–b–(N–(2–benzoyloxy) methacrylamide)–co–(N–(2–lactoyloxypropyl) metha-crylamide) (PEG–HPMA–Bz–L) ที่มีส่วนเชื่อมต่อเป็น monolactate (ร้อยละ 75) และ benzoyl (ร้อยละ 25) การเตรียมไมเซลล์เหล่านี้สามารถทำได้ง่ายโดยวิธีการให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว (fast heating method) สำหรับ PEG–HPMA–DL และ PEG–HPMA–Bz–L และวิธีการตกตะกอนนาโน (nano-precipitation) สำหรับ PEG–HPMA–Bz ส่วนขนาดอนุภาคเฉลี่ยของพอลิเมอริคไมเซลล์ที่บรรจุเคอร์-คิวมินนั้นอยู่ในช่วง 46 – 85 นาโนเมตรและแสดงลักษณะเป็นรูปทรงกลม ส่วนไมเซลล์ที่มีกลุ่มวงแหวนอะโรมาติกร้อยละ100 (benzoyl group) ที่ปลาย พบว่ามีสมบัติในการเพิ่มการละลายได้ดีที่สุด และพบว่าที่ความเข้มข้นของพอลิเมอร์ 10มิลลิกรัม/มิลลิลิตร เคอร์คิวมินสามารถละลายเพิ่มขึ้นถึง 2 มิลลิกรัม/มิลลิลิตร ผลของ fourier–transform infrared spectra, x–ray diffraction patterns และ differential scanning calorimetry ยืนยันว่าประสบความสำเร็จในการบรรจุเคอร์คิวมินเข้าไปในพอลิ-เมอริคไมเซลล์ไมเซลล์ชนิด PEG–HPMA DL ที่ไม่มีกลุ่มวงแหวนอะโรมาติกพบว่าสามารถปลด-ปล่อยเคอร์คิวมินได้เกือบทั้งหมดในเวลา 20 วันในขณะที่ไมเซลล์ PEG–HPMA–Bz และ PEG–HPMA–Bz–L สามารถปลดปล่อยออกมาในเวลา 20 วันที่ร้อยละ 27 และ 50 ตามลำดับ โดยข้อมูลการปลดปล่อยนี้ชี้ให้เห็นว่าพอลิเมอริคไมเซลล์ที่มีวงแหวนอะโรมาติกมีความสามารถในการกักเก็บ เคอร์คิวมินที่ดีกว่า ที่สำคัญไปกว่านี้คือเคอร์คิวมินในไมเซลล์ชนิด PEG–HPMA–Bz, PEG–HPMA–Bz–L, และ PEG–HPMA–DL มีความคงตัวมากกว่าเคอร์คิวมินในฟอสเฟตบัฟเฟอร์ที่พีเอช 8.0 ถึง 300, 8, และ 2 เท่าตามลำดับ เมื่อทำการศึกษาความคงสภาพของเคอร์คิวมินในไมเซลล์หลังจากเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่างๆ ได้แก่ 4, 30, และ 40 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 90 วัน พบว่าเคอร์คิวมินที่บรรจุในไม-เซลล์ชนิด PEG–HPMA–Bz–L และ PEG–HPMA–DL มีความคงสภาพน้อยกว่าเคอร์คิวมินที่บรรจุในไมเซลล์ชนิดPEG–HPMA–Bz ซึ่งไมเซลล์ชนิด PEG–HPMA–Bz สามารถรักษาความคงตัวให้เคอร์-คิวมินได้ดีที่สุด (ร้อยละ 80 ของเคอร์คิวมินที่ยังเหลืออยู่) โดยมีขนาดอนุภาคเท่ากับขนาดในวันแรก (50 – 60 นาโนเมตร) การเพิ่มส่วนของแหวนอะโรมาติกในสายพอลิเมอร์ทำให้พอลิเมอริคไมเซลล์ที่ได้มีความสามารถในการกักเก็บเคอร์คิวมินที่ดีขึ้น มีการปลดปล่อยแบบเนิ่นช้าลงและเพิ่มความคงตัวของเคอร์คิวมินซึ่งเกิดจากการจับกันชนิดไพ–ไพ สแตคกิ้ง (𝜋–𝜋 stacking) ระหว่างกลุ่มวงแหวนอะ-โรมาติกของเคอร์คิวมินกับส่วนเชื่อมต่อที่เป็นกลุ่ม benzoyl ของพอลิเมอร์นอกจากนี้ปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนและพอลิเมอริคไมเซลล์ทั้งสามระบบนั้นไม่มีผลทำให้เกิดการรวมตัวกันของพอลิเมอริคไม-เซลล์ อีกทั้งพอลิเมอริคไมเซลล์ทั้งสามชนิดที่กักเก็บเคอร์คิวมินไม่มีความเป็นพิษกับเซลล์ปกติ (เซลล์เม็ดเลือดแดงและเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดนิวเคลียสเดี่ยว (peripheral blood mononuclear cells หรือ PBMCs) แต่มีความเป็นพิษกับเซลล์สายพันธุ์มะเร็งรังไข่ของมนุษย์ (OVCAR–3) มะเร็งปากมดลูกของมนุษย์ (HeLa) มะเร็งลำไส้ใหญ่ของมนุษย์ (Caco–2) มะเร็งเต้านมของมนุษย์ (MCF–7) มะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลันชนิดลิมโฟบลาสท์ของมนุษย์ (Molt–4) และมะเร็งเม็ดเลือดขาวเรื้อรังชนิดไมอิโลไซติกของมนุษย์ (K562) นอกจากนี้จากการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงพบว่าพอลิเมอริคไม-เซลล์ที่บรรจุเคอร์คิวมินถูกนำเข้าสู่เซลล์ K562 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แสดงให้เห็นว่าพอลิเมอริคไม-เซลล์ที่บรรจุเคอร์คิวมินเหนี่ยวนำให้เกิดการหยุดวงจรชีวิตของเซลล์ในระยะ G2 /M ในเซลล์ K562 และยับยั้งการแสดงออกของโปรตีนวิล์มทูเมอร์วัน (Wilms’ tumor 1)ได้ถึงร้อยละ 43–47 การศึกษาครั้งนี้สามารถสรุปได้ว่าการละลายและความคงตัวของเคอร์คิวมินที่เพิ่มขึ้นโดยการบรรจุลงในพอลิ-เมอริคไมเซลล์เป็นระบบนำส่งที่น่าสนใจในการจัดเตรียมระบบนำส่งนาโนที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาทางเภสัชกรรมและทางคลินิกในการรักษามะเร็งต่อไปen_US
Appears in Collections:PHARMACY: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ABSTRACT.pdfAbstract458.46 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
APPENDIX.pdfAppendix311.14 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
CHAPTER 1.pdfChapter 11.04 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy
CHAPTER 2.pdfChapter 2664.05 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
CHAPTER 3.pdfChapter 35.34 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy
CHAPTER 4.pdfChapter 4230.77 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
CONTENT.pdfContent746.7 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
COVER.pdfCover241.85 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy
REFERENCE.pdfReferences451.95 kBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.