Solubilization behavior of diclofenac sodium in polyethylene glycol 400/water mixtures: A solubility and thermodynamic study

تصمم العديد من الأدوية لمحاربة الأمراض، لكنها تواجه عقبة فيزيائية بسيطة قبل أن تتمكن من العمل: يجب أن تذوب في سوائل الجسم. إذا لم يتمكن الدواء من الذوبان بسهولة، فلن يتم امتصاصه في مجرى الدم، ولن يحصل المريض على أي فائدة تذكر. هذا تحدٍ شائع لدواء مسكن للألم ومضاد للالتهابات يستخدم على نطاق واسع وهو ديكلوفيناك الصوديوم. وبينما يعد الدواء فعالاً في تقليل الألم والحمى، إلا أنه لا يمتزج جيداً مع الماء، وهو السائل الأساسي في أجسامنا. وللتغلب على ذلك، غالباً ما يخلط العلماء الماء بسوائل أخرى يمكنها احتواء الدواء بشكل أسهل، وهي تقنية تُعرف باسم "المذيب المشترك" (cosolvency). والهدف هو إيجاد المزيج المثالي من الماء وسائل آخر يسمح بذوبان أكبر كمية ممكنة من الدواء، مما يضمن تقديم الدواء بفعالية.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون لاستكشاف خليط سائل محدد لمعرفة مدى قدرته على إذابة ديكلوفيناك الصوديوم. وقد ركزوا على دمج الماء مع البولي إيثيلين جليكول 400، وهو سائل شفاف وسميك يُستخدم غالباً في المستحضرات الصيدلانية. أراد الفريق، الذي يتخذ من جامعة تبریز للعلوم الطبية في إيران مقراً له، فهم مقدار الدواء الذي يمكن أن يذوب بالضبط في هذا الخليط عند درجات حرارة مختلفة. كما هدفوا إلى رسم خريطة لتغيرات الطاقة التي تحدث عند ذوبان الدواء، ومعرفة ما إذا كانت العملية تمتص الحرارة أو تطلقها، وما إذا كان اضطراب الجزيئات يزداد أو ينقص. ومن خلال قياس هذه العوامل، أملوا في إنشاء أدوات رياضية موثوقة يمكنها التنبؤ بكيفية سلوك الدواء في هذه البيئة دون الحاجة إلى إجراء تجارب جديدة في كل مرة.

بدأ الباحثون بتحضير أنابيب صغيرة تحتوي على نسب مختلفة من الماء والبولي إيثيلين جليكول 400. وأضافوا كمية من الدواء أكثر مما يمكن أن يذوب، مما خلق خليطاً مشبعاً حيث استقرت جزيئات الدواء الصلبة في القاع. وتم رج هذه الأنابيب لمدة ثلاثة أيام في بيئة محكومة الحرارة لضمان وصول الدواء والسائل إلى توازن مثالي. واختبر الفريق هذه المخاليط عند أربع درجات حرارة محددة، تتراوح من 298.2 كلفن الباردة إلى 313.2 كلفن الأكثر دفئاً. وبعد توقف عملية الرج، فصلوا السائل الشفاف عن الجزيئات الصلبة وقاسوا كمية الدواء المذابة باستخدام جهاز يعتمد على الضوء. وكرروا هذه العملية ثلاث مرات لكل خليط لضمان دقة أرقامهم.

كشفت النتائج عن نمط واضح. ففي الماء النقي، وجد الدواء صعوبة أكبر في الذوبان. ومع إضافة الباحثين لمزيد من البولي إيثيلين جليكول 400، زادت كمية الدواء التي يمكن أن تذوب تدريجياً. ووجد أعلى مستوى من الذوبانية عندما كان الخليط يحتوي على 60% من البولي إيثيلين جليكول 400 من حيث الوزن. وعند هذه النسبة المحددة، احتوى السائل على أكبر كمية من الدواء، وزادت هذه القدرة بشكل أكبر مع ارتفاع درجة الحرارة. لاحظ الفريق أن الدواء يذوب بشكل أفضل عندما يستطيع الوسط السائل التفاعل مع الأجزاء المحبة للماء والأجزاء المحبة للزيت في جزيء الدواء. وبدا أن مزيج الماء والبولي إيثيلين جليكول 400 يوفر التوازن المناسب لإحاطة جزيئات الدواء وإبقائها في المحلول.

ولفهم هذه النتائج، اختبر العلماء عدة نماذج رياضية لمعرفة ما إذا كان بإمكانها التنبؤ ببيانات الذوبانية التي جمعوها. واستخدموا معادلات تربط الذوبانية بدرجة الحرارة وتكوين الخليط السائل. وقد أدت النماذج أداءً جيداً، حيث تنبأت النماذج الأكثر دقة بالنتائج التجريبية بأخطاء ضئيلة جداً. وأثبت أحد النماذج، الذي جمع بين درجة الحرارة وتكوين السائل، أنه مفيد بشكل خاص لتقدير الذوبانية عبر كامل نطاق الظروف التي اختبروها. وهذا يعني أنه في المستقبل، يمكن للعلماء استخدام هذه المعادلات لتقدير كمية الدواء التي ستذوب في هذا الخليط دون الحاج في كل مرة إلى قياسها مادياً.

كما تناولت الدراسة الديناميكا الحرارية، أو قصة الطاقة، الكامنة وراء عملية الذوبان. وحسب الباحثون تغيرات الطاقة المعنية ووجدوا أن العملية تتطلب حرارة، مما يعني أنها عملية ماصة للحرارة (endothermic). وبعبارة أبسط، امتص الدواء طاقة من محيطه ليتفكك ويمتزج مع السائل. ورغم أن قيم ΔG° الموجبة تشير إلى أن العملية غير تلقائية عند التشبع، إلا أن قيم الإنتروبيا الموجبة الكبيرة كشفت عن مساهمة كبيرة مدفوعة بالإنتروبيا. ومع ذلك، أظهرت البيانات في النهاية أن ذوبان ديكلوفيناك الصوديوم في هذه المخاليط المحددة كان عملية مدفوعة بالإنثالبي (enthalpy-driven) بشكل أساسي. هذا التوازن بين الطاقة والاضطراب جعل عملية الذوبان ملائمة في هذه المخاليط المحددة.

في نهاية المطاف، يقدم هذا العمل خريطة مفصلة لكيفية سلوك ديكلوفيناك الصوديوم عند خلطه بالماء والبولي إيثيلين جليكول 400. وقد أكد الباحثون أن هذا الخليط فعال للغاية في إذابة الدواء، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة وعندما يشكل البولي إيثيلين جليكول 400 حوالي 60% من المزيج. ومن خلال التحقق من صحة النماذج الرياضية مقابل بياناتهم التجريبية، فقد أنشأوا أدوات يمكن أن تساعد في صياغة أدوية أفضل. وتشير النتائج إلى أن هذا المزيج السائل المحدد يمكن أن يكون خياراً قيماً لتحسين كيفية تحضير هذا المسكن وتوصيله، مما يضمن وصول كمية أكبر من الدواء الفعال إلى الجسم حيث تشتد الحاجة إليه.