ЗАСТОСУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЙ ЕЛЕКТРОФОРМУВАННЯ ТА ВІДЦЕНТРОВОГО ФОРМУВАННЯ ВОЛОКОН ДЛЯ СТВОРЕННЯ ВИСОКОРОЗЧИННИХ ТВЕРДИХ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ ІЗ ВМІСТОМ АКТИВНИХ ФАРМАЦЕВТИЧНИХ ІНГРЕДІЄНТІВ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.1.1.2Ключові слова:
тверді дисперсні системи, відцентрове формування волокон, електроформування, активний фармацевтичний інгредієнт, методи підвищення розчинності, полімери, полівінілпіролідонАнотація
У даній роботі наведено результати аналізу науково-літературних джерел щодо характеристики методів електроформування і відцентрового формування волокон та сучасних тенденцій їхнього використання для отримання високорозчинних твердих дисперсних систем (ТДС) з вмістом активних фармацевтичних інгредієнтів (АФІ). Низька розчинність є однією з ключових проблем, що обмежують біодоступність значної кількості АФІ, тому розробка ефективних стратегій її покращення є актуальним напрямом сучасних хімко-фармацевтичних досліджень. Технологія утворення твердих дисперсних систем, в яких АФІ дисперговані в полімерній матриці, розглядаються як перспективний підхід до вирішення цієї проблеми. При цьому нині зростаючий дослідницький інтерес спостерігається до методів утворення твердих дисперсних систем у формі волокон. Встановлено, що технології електроформування та відцентрове формування волокон набувають широкої популярності в наукових колах та у промисловості. Електроформування передбачає використання електростатичного поля для витягування полімерного розчину або розплаву у волокна субмікронного або нанометрового діаметру. Цей метод забезпечує можливість контролю морфологічних характеристик волокон, проте має певні обмеження, пов’язані з масштабуванням процесу та потребою у високих напругах. У процесі відцентрового формування волокон використовується відцентрова сила для генерації волокон з полімерних розчинів або розплавів із вмістом АФІ. Даний метод характеризується потенційними перевагами, такими як висока продуктивність, знижене енергоспоживання та можливість використання відносно простого обладнання. Згідно проведеного аналізу науково-літературних джерел, доведено, що нині обидва методи знаходять широке застосування у створенні ТДС у формі волокон з покращеною розчинністю АФІ різних фармакологічних груп. Вибір між електроформуванням та відцентровим формуванням волокон залежить від конкретних вимог до морфології волокон ТДС, їхніх механічних властивостей, а також від масштабів виробництва та економічних міркувань.
Посилання
Bessarabov V., Kostiuk V., Lyzhniuk V., Lisovyi V., Smishko R., Kuzmina G., Gureyeva S., Goy A. “Green” technology of centrifugal fiber formation of solid dispersed systems of nimesulide: Evaluation of solubility increases and physicochemical characteristics. Sustainable Chemistry and Pharmacy. 2025. Vol. 43. 101913. https://doi.org/10.1016/j.scp.2025.101913
Zhang X., Xing H., Zhao Y., Ma Z. Pharmaceutical Dispersion Techniques for Dissolution and Bioavailability Enhancement of Poorly Water-Soluble Drugs. Pharmaceutics. 2018. Vol. 10, № 3. 74. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10030074
Patel K., Shah S., Patel J. Solid dispersion technology as a formulation strategy for the fabrication of modified release dosage forms: A comprehensive review. Daru : journal of Faculty of Pharmacy, Tehran University of Medical Sciences. 2022. Vol. 30, № 1. P. 165-189. https://doi.org/10.1007/s40199-022-00440-0
Kumari L., Choudhari Y., Patel P., Gupta G. D., Singh D., Rosenholm J. M., Bansal K. K., Kurmi B. D. Advancement in Solubilization Approaches: A Step towards Bioavailability Enhancement of Poorly Soluble Drugs. Life (Basel, Switzerland). 2023. Vol. 13, № 5. 1099. https://doi.org/10.3390/life13051099
Лісовий В. М., Лижнюк В. В., Костюк В. Г., Пащенко І. О., Смішко Р. О., Гой А. М., Повшедна І. О., Іщенко О. В., Яременко В. В., Бессарабов В. І. Технології отримання високорозчинних полімерних композиційних матеріалів з активними фармацевтичними інгредієнтами. Технології та інжиніринг. 2023. Vol. 3, № 14. Р. 26–35. https://doi.org/10.30857/2786-5371.2023.3.3
Zhang J., Guo M., Luo M., Cai T. Advances in the development of amorphous solid dispersions: The role of polymeric carriers. Asian journal of pharmaceutical sciences. 2023. Vol. 18, № 4. 100834. https://doi.org/10.1016/ j.ajps.2023.100834
Zare M., Dziemidowicz K., Williams G. R., Ramakrishna S. Encapsulation of Pharmaceutical and Nutraceutical Active Ingredients Using Electrospinning Processes. Nanomaterials (Basel, Switzerland). 2021. Vol. 11, № 8. 1968. https://doi.org/10.3390/nano11081968
Yu D. G., Li J. J., Williams G. R., Zhao M. Electrospun amorphous solid dispersions of poorly water-soluble drugs: A review. Journal of controlled release : official journal of the Controlled Release Society. 2018. № 292. Р. 91–110. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2018.08.016
Duan X., Chen H.-l., Guo C. Polymeric Nanofibers for Drug Delivery Applications: A Recent Review. J. Mater Sci: Mater Med. 2022. № 33. 78 https://doi.org/10.1007/s10856-022-06700-4
Marjuban S. M. H., Rahman M., Duza S. S., Ahmed M. B., Patel D. K., Rahman M. S., Lozano K. Recent Advances in Centrifugal Spinning and Their Applications in Tissue Engineering. Polymers. 2023. Vol. 15, № 5. 1253. https://doi.org/10.3390/polym15051253
Ahmadi Bonakdar M., Rodrigue D. Electrospinning: Processes, Structures, and Materials. Macromol. 2024. Vol. 4, № 1. Р. 58–103. https://doi.org/10.3390/macromol4010004
Kausar A., Ahmad I. Electrospinning Processing of Polymer/Nanocarbon Nanocomposite Nanofibers–Design, Features, and Technical Compliances. Journal of Composites Science. 2023. Vol. 7, № 7. 290. https://doi.org/10.3390/jcs7070290
Haider A., Haider S., Kang I. K. A comprehensive review summarizing the effect of electrospinning parameters and potential applications of nanofibers in biomedical and biotechnology. Arabian Journal of Chemistry. 2018. Vol. 11, № 8. Р. 1165–1188. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.11.015
Ishchenko O., Plavan V., Valeika V., Koliada M., Liashok I., Budash Y., Bessarabov V. Modified Starch in Composition with Polyvinyl Alcohol as a Basis for Development of the Polymeric Materials for Pharmaceutical Use. Starch‐Stärke, 2022. Vol. 74 № 9–10. 2200062. https://doi.org/10.1002/star.202200062
Kai D., Liow S. S., Loh X. J. Biodegradable polymers for electrospinning: towards biomedical applications. Materials science & engineering. C, Materials for biological applications. 2014. № 45. Р. 659–670. https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.04.051
Farhaj S., Conway B. R., Ghori M. U. Nanofibres in Drug Delivery Applications. Fibers. 2023. Vol. 11, № 2. 21. https://doi.org/10.3390/fib11020021
Adeli E. Irbesartan‐loaded electrospun nanofibers‐based PVP K90 for the drug dissolution improvement: Fabrication, in vitro performance assessment, and in vivo evaluation. Journal of Applied Polymer Science. 2015. Vol. 132, № 27. https://doi.org/10.1002/app.42212
Łyszczarz E., Sosna O., Srebro J., Rezka A., Majda D., Mendyk A. Electrospun Amorphous Solid Dispersions with Lopinavir and Ritonavir for Improved Solubility and Dissolution Rate. Nanomaterials. 2024. Vol. 14, № 19. 1569. https://doi.org/10.3390/nano14191569
Nagy Z. K., Balogh A., Vajna B., Farkas A., Patyi G., Kramarics A., Marosi G. Comparison of electrospun and extruded Soluplus®-based solid dosage forms of improved dissolution. Journal of pharmaceutical sciences. 2012. Vol. 101, № 1. Р. 322–332. https://doi.org/10.1002/jps.22731
El-Newehy M. H., Al-Deyab S. S., Kenawy E.-R., Abdel-Megeed A. Fabrication of electrospun antimicrobial nanofibers containing metronidazole using nanospider technology. Fibers and Polymers. 2012. Vol. 13, № 6. Р. 709–717. https://doi.org/10.1007/s12221-012-0709-4
Ren X., Hu Y., Chang L., Xu S., Mei, X., Chen Z. Electrospinning of antibacterial and anti-inflammatory Ag@ hesperidin core-shell nanoparticles into nanofibers used for promoting infected wound healing. Regenerative biomaterials. 2022. № 9. rbac012. https://doi.org/10.1093/rb/rbac012
Kase S., Matsuo T. Studies on melt spinning. I. Fundamental equations on the dynamics of melt spinning. Journal of Polymer Science Part A: General Papers. 1965. Vol. 3, № 7. Р. 2541–2554. https://doi.org/10.1002/pol.1965.100030712
Voelker H., Zettler H. D., Fath W., Berbner H. Production of fibers by centrifugal spinning : Patent No. US 5494616A United States. Application US08/239,311; Application 06.05.1994; Publication 27.02.1996.
Weitz R. T., Harnau L., Rauschenbach S., Burghard M., Kern K. Polymer nanofibers via nozzle-free centrifugal spinning. Nano letters. 2008. Vol. 8, № 4. Р. 1187–1191. https://doi.org/10.1021/nl080124q
Sarkar K., Gomez C., Zambrano S., Ramirez M., De Hoyos E., Vasquez H., Lozano K. Electrospinning to forcespinning™. Materials today. 2010. Vol. 13, № 11. P. 12–14. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(10)70199-1
Brako F., Nkwo M. Leveraging artificial intelligence for better translation of fibre-based pharmaceutical systems into real-world benefits. Pharmaceutical Development and Technology. 2024. Vol. 29, № 8. Р. 793–804. https://doi.org/10.1080/10837450.2024.2395422
Rogalski J. J., Bastiaansen C. W. M., Peijs T. Rotary jet spinning review – a potential high yield future for polymer nanofibers. Nanocomposites. 2017. Vol. 3, № 4. Р. 97–121. https://doi.org/10.1080/20550324.2017.1393919
Guo Q., Ye P., Zhang Z., Xu Q. Optimization Mechanism of Nozzle Parameters and Characterization of Nanofibers in Centrifugal Spinning. Nanomaterials (Basel, Switzerland). 2023. Vol. 13, № 23. 3057. https://doi.org/10.3390/nano13233057
Stojanovska E., Canbay E., Pampal E. S., Calisir M. D., Agma O., Polat Y., Simsek R., Gundogdu N. A. S., Akgul Y., Kilic A. A review on non-electro nanofibre spinning techniques. RSC advances. 2016. Vol. 6 № 87. Р. 83783–83801. https://doi.org/10.1039/C6RA16986D
Mary L. A., Senthilram T., Suganya S., Nagarajan L., Venugopal J., Ramakrishna S., Giri Dev V. R. Centrifugal spun ultrafine fibrous web as a potential drug delivery vehicle. Express Polym. Lett. 2013. Vol. 7, № 3. Р. 238–248. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2013.22
Bitay E., Gergely A. L., Kántor J., Szabó Z. I. Evaluation of Lapatinib-Loaded Microfibers Prepared by Centrifugal Spinning. Polymers. 2022. Vol. 14, № 24. 5557. https://doi.org/10.3390/polym14245557
Bitay E., Gergely A. L., Szabó Z. I. Optimization and Production of Aceclofenac-Loaded Microfiber Solid Dispersion by Centrifugal Spinning. Pharmaceutics. 2023. Vol. 15, № 9. 2256. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15092256
Bitay E., Gergely A. L., Szabó Z. I. One-Step Preparation of Fiber-Based Chlorzoxazone Solid Dispersion by Centrifugal Spinning. Polymers. 2023. Vol. 16, № 1. 123. https://doi.org/10.3390/polym16010123
Li X., Lu Y., Hou T., Zhou J., Yang B. Centrifugally spun ultrafine starch/PEO fibres as release formulation for poorly water‐soluble drugs. Micro & Nano Letters. 2018. Vol. 13, № 12. Р. 1688-1692. https://doi.org/10.1049/mnl.2018.5267
Marano S., Barker S. A., Raimi-Abraham B. T., Missaghi S., Rajabi-Siahboomi A., Craig D. Q. M. Development of micro-fibrous solid dispersions of poorly water-soluble drugs in sucrose using temperature-controlled centrifugal spinning. European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics : official journal of Arbeitsgemeinschaft fur Pharmazeutische Verfahrenstechnik e.V. 2016. № 103. Р. 84–94. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2016.03.021
Marano S., Ghimire M., Missaghi S., Rajabi-Siahboomi A., Craig D. Q. M., Barker S. A. Development of Robust Tablet Formulations with Enhanced Drug Dissolution Profiles from Centrifugally-Spun Micro-Fibrous Solid Dispersions of Itraconazole, a BCS Class II Drug. Pharmaceutics. 2023. Vol. 15, № 3. 802. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15030802
Nasir S., Hussain A., Abbas N., Bukhari N. I., Hussain F., Arshad M. S. Improved bioavailability of oxcarbazepine, a BCS class II drug by centrifugal melt spinning: In-vitro and in-vivo implications. International journal of pharmaceutics. 2021. № 604. 120775. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120775
Hussain A., Hussain F., Arshad M. S., Abbas N., Nasir S., Mudassir J., Mahmood F., Ali E. Ibuprofen-loaded centrifugally spun microfibers for quick relief of inflammation in rats. Drug development and industrial pharmacy. 2021. Vol. 47, № 11. Р. 1786–1793. https://doi.org/10.1080/03639045.2022.2059500
Bessarabov V., Lisovyi V., Lyzhniuk V., Kostiuk V., Smishko R., Yaremenko V., Goy A., Derkach T., Kuzmina G., Gureyeva S. Development and characterisation of polymeric solid dispersed systems of hesperidin, obtained by centrifugal fibre formation. Heliyon. 2025. Vol. 11, № 4. e42702. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e42702
