Results of research of thermosensitive properties of compositions based on chitosan lactate. Problems of biological, medical and pharmaceutical chemistry

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Introduction. The development of stimulus-sensitive drug delivery systems ("in situ" systems) is one of the actively developing trends in pharmaceutical technology. First of all, such systems provide sustained and controlled release of the active substance due to a special sol-gel transition. "In situ" systems are solutions that under various physiological conditions transition into a hydrogel. The transition of a solution into a hydrogel depends on various factors such as temperature, pH change, UV radiation, presence of certain molecules or ions. Biopolymers such as chitosan are the basis for in situ systems. Chitosan is an economically available, biodegradable and biocompatible polymer, which makes it a promising raw material for hydrogels. Solutions of chitosan salts are claimed to have stimuli-responsive properties such as pH- and thermosensitivity, however, the composition of such systems usually includes crosslinking agents that may have intrinsic pharmacological and/or toxic activities.

The aim of this study was to test the hypothesis of the thermosensitivity of chitosan lactate-based hydrogels made without crosslinking agents.

Material and Methods. In accordance with the objective, screening experiments were performed to obtain and investigate the properties of chitosan lactate, during which prototypes were obtained to test the ability of hydrogels to thermosensitive transition without auxiliary crosslinking agents and to evaluate the properties of chitosan-based hydrogels at different temperature values.

Results. As a result of the experiments carried out, it was found that the solutions studied are not capable of thermosensitive phase transition. However, it should be noted that during the experiments samples of hydrogels based on chitosan and lactic acid were obtained with different organoleptic and physical properties depending on the concentration of lactic acid.

Conclusions. Based on the results of the screening study, the hypothesis about the thermosensitive transition ability of chitosan lactate solutions without the addition of crosslinking agents was refuted. This issue requires further study using methods that allow to evaluate the underlying changes in the molecular structure of the polymer during gelation when the solution temperature is changed.

The experiments also proved the ability of chitosan to form hydrogels in aqueous solutions with low concentration of weak organic acids with pH in the range from 5 to 6.

About the authors

V. S. Pyzhov

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: pyzhov_v_s@student.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0003-2174-7157

Post-graduate Student of the Department of Pharmaceutical Technology, A.P. Nelyubin Institute of Pharmacy

Russian Federation, Trubetskaya St., 8, p.2, Moscow, 119991

D. M. Vlasova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: vlasova_d_m@student.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0002-9637-0502

Student of the Educational Department, Institute of Pharmacy named after A.P. Nelyubin

Russian Federation, Trubetskaya St., 8, p.2, Moscow, 119991

E. O. Bakhrushina

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: bakhrushina_e_o@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0001-8695-0346

Ph.D. (Pharm.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Pharmaceutical Technology, A.P. Nelyubin Institute of Pharmacy

Russian Federation, Trubetskaya St., 8, p.2, Moscow, 119991

References

  1. Lapasin R., Abrami M., Grassi M. , Šebenik U. Rheology of Laponite-scleroglucan hydrogels. Carbohydr. Polym. 2017; 168: 290–300.
  2. Furlani F., Rossi A., Grimaudo M.A. et al. Controlled Liposome Delivery from Chitosan-Based Thermosensitive Hydrogel for Regenerative Medicine. Int. J. Mol. Sci. 2022. 23(2): 894.
  3. Fiamingo A., Montembault A., Boitard S.E. et al. Chitosan Hydrogels for the Regeneration of Infarcted Myocardium: Preparation, Physicochemical Characterization, and Biological Evaluation. Biomacromolecules. 2016; 17(5): 1662–1672.
  4. Sacco P., Furlani F., De Marzo G. et al. Concepts for Developing Physical Gels of Chitosan and of Chitosan Derivatives. Gels. 2018; 4(3): 67.
  5. Ribeiro A.M., Flores-Sahagun T.H.S. Application of stimulus-sensitive polymers in wound healing formulation. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. 2019; 69(15): 979–989.
  6. Pieklarz K., Galita G., Tylman M. et al. Physico-Chemical Properties and Biocompatibility of Thermosensitive Chitosan Lactate and Chitosan Chloride Hydrogels Developed for Tissue Engineering Application. J. Funct. Biomater. 2021; 12(2): 37.
  7. Liu M., Zhu J., Song X. et al. Smart Hydrogel Formed by Alginate-g-Poly(N-isopropylacrylamide) and Chitosan through Polyelectrolyte Complexation and Its Controlled Release Properties. Gels. 2022; 8(7): 441.
  8. Schröder P., Cord-Landwehr S., Schönhoff M. et al. Composition and Charge Compensation in Chitosan/Gum Arabic Complex Coacervates in Dependence on pH and Salt Concentration. Biomacromolecules. 2023; 24(3): 1194–1208.
  9. Logigan C.-L., Delaite C., Popa M. et al. Poly(ethylene glycol) Methyl Ether Acrylate-Grafted Chitosan-Based Micro- and Nanoparticles as a Drug Delivery System for Antibiotics. Polymers (Basel). 2024; 16(1): 144.
  10. Racine L., Texier I., Auzély‐Velty R. Chitosan‐based hydrogels: recent design concepts to tailor properties and functions. Polym. Int. 2017; 66(7): 981–998.
  11. Ciptawati E., Takase H., Watanabe N.M. et al. Preparation and Characterization of Biodegradable Sponge-like Cryogel Particles of Chitosan via the Inverse Leidenfrost (iLF) Effect. ACS Omega. 2024; 9(2): 2383–2390.
  12. Abd El-Hady M.M., Saeed S.E.-S. Antibacterial Properties and pH Sensitive Swelling of In situ Formed Silver-Curcumin Nanocomposite Based Chitosan Hydrogel. Polymers (Basel). 2020; 12(11): 2451.
  13. Jiang G., Sun J., Ding F. PEG-g-chitosan thermosensitive hydrogel for implant drug delivery: Cytotoxicity, in vivo degradation and drug release. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2014; 25(3): 241–256.
  14. Sarwan T., Kumar P., Choonara Y.E., Pillay V. Hybrid Thermo-Responsive Polymer Systems and Their Biomedical Applications. Front. Mater. 2020; 7(73): 17.
  15. Dalvi A.V., Ravi P., Uppuluri Ch. et al. Thermosensitive nasal in situ gelling systems of rufinamide formulated using modified tamarind seed xyloglucan for direct nose-to-brain delivery: design, physical characterization, and in vivo evaluation. J. Pharm. 2021; 51: 199–211.
  16. Kong X., Houzong R., Fu J. et al. Application of a novel thermo‐sensitive injectable hydrogel in therapy in situ for drug accurate controlled release. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 2020; 108(8): 3200–3216.
  17. Zarrintaj P., Jouyandeh M. , Ganjali M.R. et al. Thermo-sensitive polymers in medicine: A review. Eur. Polym. J. Elsevier Ltd, 2019; 117: 402–423.
  18. Wu D., Cai W.-M. The Precipitation of Temperature-sensitive in Chitosan-HCl Solution. Acta Phys. Chim. Sin. 2002; 18(6): 554–557.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Graph of dependence of kinematic viscosity of chitosan lactate solutions on temperature

Download (164KB)
3. Fig. 2. Photo of gels obtained in experiments № 14 (left) and № 15 (right)

Download (43KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».