Design of Functionalized Bi-Layered Swellable PCL/Eudragit-Based Matrix Tablets for Controlled Drug Release: Crank’s Diffusion, Kinetic Modeling and Mechanistic Insights

दवा अक्सर शरीर में अचानक बाढ़ की तरह आती है, एक बड़ी खुराक जो एक साथ मुक्त होती है और जिसे फिर लीवर और किडनी द्वारा प्रबंधित किया जाना चाहिए। इस उछाल और उसके बाद होने वाली गिरावट से बचने के लिए, वैज्ञानिक लंबे समय से ऐसे ड्रग डिलीवरी सिस्टम बनाने के तरीके खोज रहे हैं जो एक धीमी, स्थिर नल की तरह काम करें, जो घंटों या दिनों तक चिकित्सीय एजेंट को मुक्त करता रहे। इस नियंत्रण की कुंजी अक्सर दवा के चारों ओर मौजूद सामग्री में निहित होती है। विशिष्ट पॉलिमरों—लंबे शृंखला वाले अणुओं जो गीले होने पर फूल सकते हैं या धीरे-धीरे घुल सकते हैं—को चुनकर, शोधकर्ता एक ऐसा मैट्रिक्स तैयार कर सकते हैं जो यह तय करता है कि दवा ठीक कब और कैसे बाहर निकलेगी। एक विशेष रूप से चतुर रणनीति में दवा को इन पॉलिमरों से एक रासायनिक लिंक के माध्यम से जोड़ना शामिल है जो शरीर के वातावरण के प्रति संवेदनशील होता है। यदि लिंक केवल तभी टूटता है जब वह अम्लता के एक विशिष्ट स्तर का सामना करता है, तो दवा तब तक सुरक्षित रहती है जब तक कि वह सही स्थान, जैसे कि पेट, तक नहीं पहुँच जाती, जिसके बाद उसे अपना काम करने के लिए मुक्त किया जाता है।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार की गोली बनाने के लिए इस दृष्टिकोण को परिष्कृत करने का प्रयास किया जिसे p-anisidine नामक एक मॉडल ड्रग को नियंत्रित तरीके से छोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया था। उन्होंने इन गोलियों को द्वि-स्तरीय टैबलेट के रूप में बनाया, जो अनिवार्य रूप से दो अलग-अलग परतों का संयोजन है, जिसमें दो सामान्य सामग्रियों का मिश्रण उपयोग किया गया: Eudragit RL100, एक सिंथेटिक पॉलिमर जो पानी को आसानी से गुजरने देता है, और पॉली(ε-कैप्रोलैक्टोन), या PCL, एक बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक जो अर्ध-क्रिस्टलीय और हाइड्रोफोबिक (जल-विरोधी) है। सक्रिय तत्व को केवल मिलाया नहीं गया था; इसे रासायनिक रूप से सिस्टम से जोड़ा गया था। प्रयोगों के एक सेट में, दवा को एक छोटे अणु वाहक (carrier) से जोड़ा गया था, जबकि दूसरे में, इसे एक बड़े पॉलिमर शृंखला पर ग्राफ्ट किया गया था। दोनों वाहकों को दवा के साथ एक 'शिफ बेस' (Schiff base) के माध्यम से जोड़ा गया था, जो एक रासायनिक बंधन है जो एक आणविक सुरक्षा लैच (safety latch) की तरह कार्य करता है, और अम्लीय वातावरण में तेजी से टूटने के लिए जाना जाता है लेकिन तटस्थ या क्षारीय वातावरण में बरकरार रहता है। टीम यह देखना चाहती थी कि इन दोनों पॉलिमरों का मिश्रण और आसपास के तरल पदार्थ की अम्लता, दवा के निकलने की गति और मात्रा को कैसे प्रभावित करती है।

शोधकर्ताओं ने पाउडर मिश्रणों को छोटे, बेलनाकार डिस्क में संपीड़ित करके ये टैबलेट तैयार किए। फिर उन्होंने इन डिस्क को तीन अलग-अलग तरल वातावरणों में रखा ताकि मानव शरीर में पाए जाने वाली स्थितियों की नकल की जा सके: एक अत्यधिक अम्लीय तरल जो पेट के रस के समान है जिसका pH 1.2 है, एक हल्का अम्लीय तरल pH 4.0 पर, और एक क्षारीय तरल pH 8.0 पर, जो आंतों का प्रतिनिधित्व करता है। जैसे ही टैबलेट इन तरल पदार्थों में रहे, वे पानी को सोखने और फूलने लगे। वैज्ञानिकों ने समय के साथ कितनी दवा निकली, इसका मापन किया, और प्रक्रिया को समझने के लिए इसे सावधानीपूर्वक ट्रैक किया। उन्होंने पाया कि तरल की अम्लता ने सबसे नाटकीय भूमिका निभाई। अत्यधिक अम्लीय वातावरण में, दवा को थामे रखने वाला रासायनिक लैच तेजी से टूट गया, जिससे अन्य स्थितियों की तुलना में दवा की बहुत अधिक मात्रा मुक्त हुई। इसने पुष्टि की कि सिस्टम वास्तव में pH के प्रति संवेदनशील था, जो वहां सबसे अधिक दवा छोड़ता है जहां एसिड सबसे मजबूत होता है।

हालाँकि, टैबलेट की संरचना स्वयं भी उतना ही महत्वपूर्ण साबित हुई जितना कि अम्लता। जब शोधकर्ताओं ने Eudragit RL मैट्रिक्स में अर्ध-क्रिस्टलीय PCL मिलाया, तो उन टैबलेट ने Eudragit अकेले वाले टैबलेट की तुलना में काफी अधिक दवा छोड़ी। ऐसा इसलिए नहीं था कि दवा सामग्री के माध्यम से सरल अर्थ में तेजी से आगे बढ़ी, बल्कि इसलिए क्योंकि PCL ने टैबलेट की आंतरिक संरचना को बदल दिया। इस दूसरे पॉलिमर के जुड़ने से मैट्रिक्स पानी के प्रवेश के लिए अधिक खुला हो गया, जिससे तरल टैबलेट को अधिक प्रभावी ढंग से फुला सका। इस बढ़ी हुई हाइड्रेशन ने दवा को थामने वाले रासायनिक बंधों को तोड़ने में मदद की और मुक्त अणुओं के यात्रा करने के लिए अधिक मार्ग प्रदान किए। वास्तव में, PCL मिश्रण वाले टैबलेट ने अम्लीय वातावरण में अपने दवा भार का 78 प्रतिशत तक हिस्सा छोड़ा, जबकि केवल एकल पॉलिमर से बने टैबलेट ने 60 प्रतिशत से कम छोड़ा। यह सुधार सभी pH स्तरों पर सुसंगत था, जो दर्शाता कि मिश्रण ने आसपास की अम्लता के बावजूद एक अधिक कुशल वितरण प्रणाली बनाई।

यह समझने के लिए कि दवा वास्तव में कैसे आगे बढ़ी, शोधकर्ताओं ने डेटा का विश्लेषण उन गणितीय मॉडलों का उपयोग करके किया जो वर्णन करते हैं कि पदार्थ एक जेल जैसी सामग्री के माध्यम से कैसे विसरित (diffuse) होते हैं। उन्होंने पाया कि यह फैलाव एक अनुमानित पैटर्न का पालन करता है जिसे 'फिक्सियन डिफ्यूजन' (Fickian diffusion) कहा जाता है, जहाँ दवा टैबलेट के अंदर और बाहर के सांद्रता अंतर द्वारा निर्धारित दर पर फूला हुआ पॉलिमर नेटवर्क के माध्यम से चलती है। इसका अर्थ यह था कि एक बार जब टैबलेट गीला हो गया और रासायनिक बंधन टूट गए, तो दवा बस एक स्थिर, नियंत्रित धारा में बाहर निकल गई। अध्ययन ने उनके द्वारा परीक्षण किए गए दो प्रकार के दवा वाहकों के बीच एक सूक्ष्म लेकिन महत्वपूर्ण अंतर भी प्रकट किया। जब दवा को एक छोटे अणु से जोड़ा गया था, तो रिलीज लगभग पूरी तरह से इस बात की गति से संचालित थी कि रासायनिक बंधन कितनी तेजी से टूटा। लेकिन जब दवा को एक बड़ी पॉलिमर शृंखला से जोड़ा गया था, तो यह प्रक्रिया बंधन टूटने, टैबलेट के पानी से फूलने और अंततः दवा के बाहर विसरित होने का एक तीन-चरणीय नृत्य बन गई। इस दूसरे परिदृश्य में, टैबलेट की भौतिक संरचना ने अंतिम परिणाम को नियंत्रित करने में बड़ी भूमिका निभाई।

इस कार्य के परिणाम इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि एक सफल ड्रग डिलीवरी सिस्टम डिजाइन करने के लिए रासायनिक संवेदनशीलता और भौतिक संरचना के बीच संतुलन बनाना आवश्यक है। एक pH-संवेदनशील रासायनिक लिंक को प्रभावी ढंग से फूलने वाले पॉलिमर मिश्रण के साथ जोड़कर, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा प्लेटफॉर्म बनाया जिसे विभिन्न दरों पर दवा छोड़ने के लिए ट्यून किया जा सकता था। अध्ययन ने प्रदर्शित किया कि जबकि रासायनिक वातावरण यह तय करता है कि दवा कब मुक्त होगी, टैबलेट की भौतिक बनावट यह निर्धारित करती है कि वास्तव में उसका कितना हिस्सा बाहर निकल सकता है। यह दोहरा नियंत्रण भविष्य की दवाओं के निर्माण के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है जिन्हें उनकी सामग्री को सटीक रूप से वहीं और वहीं छोड़ने के लिए तैयार किया जा सकता है जहाँ उनकी आवश्यकता है, जिससे अचानक, अनियंत्रित खुराक से जुड़ी बर्बादी या दुष्प्रभावों के बिना शरीर तक दवा की सही मात्रा पहुँच सके।