Synthesis of ceragenin-loaded hydrogel and investigation of its drug release characteristics

Abstract

In this study, ceragenin-loaded polyvinyl alcohol (PVA)/alginate (SA)/gelatin (G) (PAG) hydrogel was prepared by lyophilization. CSA-44 was used as ceragenin. The resulting hydrogel (PAG-CSA) was chemically cross-linked with glutaraldehyde (GA). The amount of PVA, SA, and G was determined after optimization studies preparing seven different PAG hydrogel compositions at different GA amounts and cross-linking times. The PVA:SA: G ratio was determined at 2:1:3 and used to prepare ceragenin-loaded lyophilized PAG-CSA hydrogel cross-linking with 0.125% GA for 20 min. The PAG and PAG-CSA hydrogels were characterized by Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), and mercury porosimetry. Swelling (%), hydrolytic and enzymatic degradation (%), dehydration (%), water vapor transmission rate (WVTR), air permeability, tensile strength, water contact angle (WCA), and thickness of the PAG and PAG-CSA hydrogel were determined. The CSA-44 release studies were conducted, and the fitness of the data to the kinetic models was investigated. The PAG-CSA had a swelling ratio of 780.48% ± 14.80 and maintained resistance towards hydrolytic and enzymatic degradation, which appeared to be 61.17% ± 9.3 and 48.16% ± 4.29, respectively, after a month. The air permeability value of PAG-CSA was 50.7 ± 1.69 l/m² /s, while the WVTR value was 905.41 ± 35.38 g/m² /d. Tensile strength was 9.14 ± 2.39 kPa, indicating decreased flexibility attributed to cross-linking. WCA was not measured after CSA incorporation, demonstrating the hydrophilicity of the PAG-CSA hydrogel. The dehydration test showed that the hydrogel dries out within 3 hours at 37 ⁰C, indicating the ability to keep a balance between water retention and preventing maceration by maintaining a reasonable dehydration rate. The CSA-44 release followed the non-fickian Korsmeyer-Peppas release model (n=0.6103). The drug release studies showed a burst release of 23% CSA-44 within 8 hours, reaching equilibrium after 7 days (29%). The PAG-CSA hydrogel has a high potential to be used as an antibacterial wound dressing material for burn wounds.

Bu çalışmada, liyofilizasyon yöntemiyle seragenin yüklü polivinil alkol (PVA)/aljinat (SA)/jelatin (G) (PAG) hidrojel hazırlandı. Seragenin olarak CSA-44 kullanıldı. Hazırlanan hidrojel (PAG-CSA), glutaraldehit (GA) ile kimyasal olarak çapraz bağlandı. Hidrojel bileşimindeki PVA, SA ve G oranı; farklı GA miktarlarında ve çapraz bağlanma sürelerinde hazırlanan 7 farklı PAG hidrojel üzerinde yapılan optimizasyon çalışmaları ile belirlendi. PVA:SA:G oranı 2:1:3 olarak belirlendi ve seragenin yüklü liyofilize PAG-CSA hidrojel % 0,125 (v/v) GA oranında 20 dakika çapraz bağlama ile hazırlandı. PAG ve PAG-CSA hidrojeller Fourier Dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve civa porozimetrisi ile karakterize edildi. PAG ve PAG-CSA hidrojellerin şişme (%), hidrolitik ve enzimatik bozunma (%), dehidrasyon (%), su buharı geçirgenliği, hava geçirgenliği, gerilme mukavemeti, temas açısı ve kalınlığı belirlendi. Hidrojelden CSA-44 salım çalışmaları yapıldı ve verilerin kinetik modellere uygunluğu araştırıldı. PAG-CSA hidrojelin şişme oranı %780,48 ± 14,80 olarak belirlendi. Hidrojel bir ay sonunda sırasıyla %61,17 ± 9,3 ve %48,16 ± 4,29 degredasyon oranları ile hidrolitik ve enzimatik degredasyona karşı direnç gösterdi. PAG-CSA'nın hava geçirgenlik değeri 50,7 ± 1,69 l/m² /s, su buharı geçirgenliği değeri ise 905,41 ± 35,38 g/m² /gün olarak belirlendi. Gerilme mukavemeti 9,14 ± 2,39 kPa olup CSA-44 ilavesi ile esneklik azaldı. PAG-CSA hidrojelin temas açısı değeri ölçülemedi. Bu sonuç hidrojele CSA dahil edildikten ıslanabilirliğin arttığını gösterdi. Dehidrasyon testi sonuçları hidrojelin 37 ⁰C'de 3 saat içinde kuruduğunu ve dehidrasyon oranını koruyarak su tutma özelliği ile maserasyonu önleme arasında bir denge sağladığını gösterdi. CSA-44 salımı Fickian olmayan Korsmeyer-Peppas salım model (n=0,61) ile açıklandı. İlaç salım çalışmaları CSA-44’ün 8 saat içinde % 23 oranında patlama salımı ile salındığını ve 7 gün sonra (%29) dengeye ulaştığını gösterdi. Elde edilen sonuçlara göre PAG-CSA hidrojeli yanık yaraları için antibakteriyel bir yara örtüsü olarak kullanılma potansiyeline sahiptir.