A Novel Efficient MPEG-Chitosan/HA Biopolymer for Adsorption of the Anticancer SN-38 Liquid Dispersions: Kinetics, Thermodynamic and Ex-Vivo Release Evaluation

Abstract. Amongst several drug delivery schemes for perfect drug delivery comprise biocompatibility, selective aiming of cancer cells, low-cost, and safe process of nanoparticle preparation. In this work, a new mPEG-chitosan/HA biopolymer was prepared as adsorbent nanoparticles (mNPs) for an efficient drug delivery system.  The mNPs was synthesized by conjugating poly (ethylene glycol) methyl ether (mPEG) to chitosan and prepared through ionic gelation between mPEG-chitosan and hyaluronic acid (HA). The prepared mNPs were used to adsorption/release of 7-ethyl-10-hydroxycamtothecin (SN-38) from its liquid dispersions. The mNPs adsorbent was characterized by Fourier transforms infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM). The results demonstrated that the adsorption isotherm of SN-38 on mNPs follows Langmuir model, and the adsorption capacity was 346.511 mg g-1. Besides, the pseudo-first order kinetic well fitted the equilibrium data. Further, thermodynamic parameters including ΔH, ΔG and ΔS were calculated which demonstrated that the physical spontaneous adsorption was prevailing. In addition, the ex- vivo release of SN-38 from mNPs were in good agreement with Korsmeyer-Peppas equation indicating the drug release process was governed by diffusion phenomena. The above results revealed that mNPs containing SN-38 was a good candidate for the drug delivery systems.   Resumen. Dentro de las diferentes propiedades importantes de los sistemas de liberacion de farmacos se encuentran la biocompatibilidad, el ataque selectivo a las celulas cancerosas, el bajo costo y los procesos adecuados de preparacion de nanoparticulas. En este trabajo, un nuevo biopolimero de mPEG-chitosan/HA se preparo en la forma de nanoparticulas (mNPs) para el uso como un sistema de liberacion controlada de farmacos. Las nanoparticulas se sintetizaron incorporando el eter metilico de poli(etilenglidol) al quitosano, y se prepararon a traves de la gelacion ionica entre el mPEG-quitosano y el acido hialuronico (HA). Las nanoparticulas asi preparadas se probaron en su efectividad para la absorcion y liberacion de 7-etil-10-hidroxicamtotecina (SN-38) en forma de dispersiones liquidas. El absorbente hecho a partir de las nanoparticulas se caracterizo mediante espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (FT-IR), calorimetria diferencial de barrido (DSC) y microscopia electronica de barrido (SEM). Se encontro que la isoterma de adsorcion de la muestra de nanoparticulas conteniendo SN-38 se ajusta al modelo de Langmuir, siendo el valor de la capacidad de adsorcion de 346.511 mg g-1. El modelo cinetico de seudo primer orden se ajusta adecuadamente a los datos obtenidos al equilibrio. Mas aun, los parametros termodinamicos tales como ΔH, ΔG and ΔS se pudieron calcular, lo que indica que la adsorcion fisica espontanea es el mecanismo que prevalece. Ademas, los datos de liberacion ex- vivo de SN-38 a partir de las nanoparticulas se pueden ajustar a la ecuacion de Korsmeyer-Peppas, indicando que el proceso de liberacion del farmaco esta gobernado por un proceso de difusion. Los resultados anteriores indican que el sistema de nanoparticulas conteniendo SN-38 es un buen candidato para desarrollar un sistema de liberacion controlada de farmacos.