Θεωρητική μελέτη της αποδέσμευσης φαρμακευτικών ουσιών από νανοπορώδεις φορείς

Κούβελος, Ευάγγελος; Kouvelos, Efangelos

dc.contributor.author	Κούβελος, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Kouvelos, Efangelos	en
dc.date.accessioned	2019-12-05T10:30:17Z
dc.date.available	2019-12-05T10:30:17Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49550
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17248
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοντέλα ελεγχόμενης αποδέσμευσης φαρμάκων	el
dc.subject	MCM-41	el
dc.subject	Ιβουπροφένη	el
dc.subject	Διατεταγμένες μεσοπορώδεις πυριτίες	el
dc.subject	Μη γραμμική διάχυση	el
dc.subject	Controlled drug release models	en
dc.subject	Ibuprofen	en
dc.subject	Nonlinear diffusion	en
dc.subject	Ordered mesoporous silicas	en
dc.title	Θεωρητική μελέτη της αποδέσμευσης φαρμακευτικών ουσιών από νανοπορώδεις φορείς	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπολογιστική μηχανική	el
heal.classification	Ordered mesoporous silicas	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-23
heal.abstract	The aim of the present thesis is the theoretical determination of the release profiles of pharmaceutical substances in aqueous solutions encapsulated in ordered mesoporous silicas as well as the study of the effect of the various parameters on it. The ordered mesoporous silicas as drug carriers offer some unique features compared to the conventional drug delivery methods such as: a) low cytotoxicity b) biocompatibility c) control over the drug release rate to optimal therapeutic levels and finally d) site specific delivery. The mathematical model used to describe the kinetic release profile of the MCM-41 (spherical nanoparticles of 150 nm diameter) - ibuprofen (analgesic substance) system is based οn the homogeneous Fick’s diffusion equation for spherical coordinates with a concentration-dependent diffusion coefficient. Also, the model takes into account the resistance of the boundary layer, nonlinear relation for the distribution of the drug in the liquid and the adsorbed phase (Langmuir-type equation) and a boundary equation describing the drug concentration change in the aqueous solution examined for two limited cases: a) finite volume of solution (approximating saturation level after release, varying boundary condition with time) and b) infinite volume of solution (sink condition, constant boundary condition with time, Cbulk = 0). The equations were solved in dimensional form using the COMSOL program and the finite element method as discretisation scheme while in non-dimensional form were solved with gPROM’s program using a second order centered finite difference discretisation scheme. The parametric study included the examination of the initial loading θο (as ratio of the overall capacity) of the porous silica matrix MCM-41 with ibuprofen, the reduced time (Dot/rp2), the two coefficients of Langmuir equation (qsw, b) and, to a lesser extent, the Sherwood number. The results revealed that in the case of the infinite volume solution the kinetic release profiles, when expressed as a function of the reduced time, tend to have a stable form and does not differ appreciably with the different values of the aforementioned parameters. In contrast, for the finite volume solution, the parameter values affect significantly the kinetic curves with the following manner: the higher the values of Langmuir coefficients the lower is the release rate, while high initial loadings causes an increase in the release rate. Concerning the Sherwood number, since the diffusion coefficient of the drug in the pores is many orders of magnitude lower than the transfer coefficient of the boundary layer, its effect on the present case study is negligible.	en
heal.abstract	Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική μελέτη της κινητικής αποδέσμευσης φαρμακευτικών ουσιών σε υδατικά διαλύματα από διατεταγμένες μεσοπορώδεις πυριτίες στις οποίες βρίσκονται ενθυλακωμένες, καθώς και ο προσδιορισμός της επίδρασης των διαφόρων παραμέτρων σε αυτήν. Οι διατεταγμένες μεσοπορώδεις πυριτίες ως φορείς φαρμάκων υπερτερούν έναντι των συμβατικών τρόπων χορήγησης διότι: α) παρουσιάζουν χαμηλή κυτταροτοξικότητα, β) είναι βιοσυμβατές, γ) μπορεί να ελεγχθεί ο ρυθμός αποδέσμευσης της φαρμακευτικής ουσίας στα βέλτιστα θεραπευτικά επίπεδα και δ) εφαρμόζονται τοπικά στα σημεία στόχους που χρήζουν θεραπείας. Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή της κινητικής αποδέσμευσης αναφέρεται σε σφαιρικά νανοσωματίδια (150 nm διάμετρος) MCM-41 πληρωμένα με ιβουπροφαίνη (αναλγητική ουσία) και αποτελείται από ένα σύνολο μερικών διαφορικών και αλγεβρικών εξισώσεων με πιο βασική αυτή της ομογενούς διάχυσης του Fick για σφαιρικές συντεταγμένες και με μη σταθερό συντελεστή διάχυσης εξαρτώμενο από τη συγκέντρωση. Επίσης, το μοντέλο λαμβάνει υπόψη του την αντίσταση του οριακού στρώματος, μη γραμμική σχέση για τη συνάρτηση κατανομής της φαρμακευτικής ουσίας στην υγρή και την προσροφημένη φάση (εξίσωση τύπου Langmuir) καθώς και μια εξίσωση που αφορά την μεταβολή της συγκέντρωσης του φαρμάκου στο υδατικό διάλυμα η οποία και εξετάστηκε για δύο οριακές περιπτώσεις: α) πεπερασμένος όγκος διαλύματος που προσεγγίζει τον κορεσμό μετά την αποδέσμευση (μεταβαλλόμενη οριακή συνθήκη με το χρόνο) και β) άπειρος όγκος διαλύματος (sink condition, σταθερή οριακή συνθήκη με το χρόνο, Cbulk=0). Οι εξισώσεις επιλύθηκαν σε διαστατική μορφή με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων στο πρόγραμμα COMSOL ενώ στην αδιαστατοποιημένη τους μορφή στο πρόγραμμα gPROM’s όπου το σχήμα διακριτοποίησης περιελάμβανε κεντρικές πεπερασμένες διαφορές δευτέρας τάξης. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν το αρχικό κλάσμα πλήρωσης θο της πορώδους μήτρας πυριτίας MCM-41σε ιβουπροφαίνη, ο ανηγμένος χρόνος (Do*t/rp^2 ), οι δύο συντελεστές της εξίσωσης Langmuir (qsw, b) καθώς και - σε μικρότερο όμως βαθμό - ο αριθμός Sherwood. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για την περίπτωση του άπειρου όγκου διαλύματος η κινητική αποδέσμευσης, όταν εκφράζεται συναρτήσει του ανηγμένου χρόνου, τείνει να έχει μια σταθερή μορφή και δεν διαφοροποιείται αισθητά σε σχέση με τις διάφορες τιμές των προαναφερθέντων παραμέτρων. Αντίθετα για την περίπτωση του πεπερασμένου όγκου διαλύματος οι τιμές των παραμέτρων διαφοροποιούν σε μεγάλο βαθμό τις κινητικές καμπύλες με τον εξής τρόπο: αύξηση των τιμών των συντελεστών της εξίσωσης Langmuir προκαλεί μείωση της ταχύτητας αποδέσμευσης ενώ αύξηση του αρχικού κλάσματος πλήρωσης του πορώδους σωματιδίου προκαλεί αύξηση της ταχύτητας αποδέσμευσης. Η επίδραση του αριθμού Sherwood για το εξεταζόμενο σύστημα είναι αμελητέα επειδή ο συντελεστής διάχυσης του φαρμάκου στους πόρους είναι κατά πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερος από το συντελεστή μεταφοράς στο οριακό στρώμα με αποτέλεσμα να μην επηρεάζει την κινητική αποδέσμευσης.	el
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	84 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true