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Module 1: Introduzione alla Drug Delivery e Farmacocinetica

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Salve a tutti, benvenuti a un'altra lezione per i principi di Delivery Principles and Engineering. Basta un rapido riassunto su quello che abbiamo fatto finora. Così, in precedenza avevamo appreso di cosa è la droga che consegna, come sono i farmaci distribuiti nel corpo, quindi (Fare riferimento
Tempo: 00.43) farmacocinetica.
Ora, questo è stato seguito da poco di discussione sui prosecco così come alcuni polimeri.
Quindi, riperdiamo rapidamente quello che abbiamo fatto nell'ultima classe in particolare. Allora, abbiamo parlato di prosecco, quasi il 10% di tutti i farmaci presenti sul mercato sono prosecco.
(Riferimento Slide Time: 01.06)

Abbiamo parlato anche di rilascio controllato e di lunghi vantaggi di circolazione. Allora, perché vorresti che la droga fosse prolungata e rilasciata nel corpo. Quindi, essenzialmente invece di avere un tradizionale sistema di consegna della droga dove bisogna dare una dose elevata, in modo che raggiunga la tossicità e poi venga giù vogliamo di più essere stabili in questa finestra terapeutica. E poi, infine, abbiamo parlato un po' di quello che sono i polimeri e quali sono i diversi tipi in tutto e oggi continueremo la nostra discussione sui polimeri.

(Riferimento Slide Time: 01.36)

Quindi, prima di tutto come sono sintetizzati i polimeri? Quindi, semplicemente parlando le sue essenzialmente singole molecole monomer si uniscono e sono covalentemente legate da varie reazioni chimiche per produrre varietà di molecole di polimeri. Ecco, questa è una definizione molto semplice lì. Quindi, essenzialmente portando i monomeri e combinandoli chimicamente per ottenere polimeri diversi.
Le loro varie classificazioni in modo da sintetizzare i polimeri. Una classificazione tradizionale che è stata conosciuta in letteratura è la classificazione Caraltroni ed è suddivisa in due diversi tipi di polimerizzazione si aggiunge un'altra è la condensa. In aggiunta la polimerizzazione si ha essenzialmente ciascuna unità ripetente ha lo stesso numero di atomi dei monomeri.
Quindi, essenzialmente si aggiungono senza rilasciare alcuna altra molecola che non sia la parte del polimero, come quando le polimerizzazioni di condensa hanno meno numero di atomi nel polimero, poi i singoli monomeri perché tipicamente le reazioni comportano rilascio di acqua o acido o altro come prodotto di reazione. Questo è di nuovo come ho detto Caraltro è una classificazione molto tradizionale e sulla moderna classificazione si basa su come avviene la reazione.
Così, in questo modo è di nuovo suddivisa in due differenti classificazione quando è la polimerizzazione del passo e un'altra è la polimerizzazione a catena. Quindi, parleremo di entrambi mentre andiamo avanti in queste slide.

(Riferimento Slide Time: 03.06)

Quindi, parlare di polimerizzazione di passo in questo in questo processo le catene di polimeri si costruiscono essenzialmente in una moda stepwise e questa potrebbe essere l'unione casuale di singole molecole monomeri. Quindi, essenzialmente se guardiamo la reazione qui, quindi si ha un dimer che si forma combinando due monomeri. Un trimer si forma di nuovo combinando un divo a un monomero, ma poi da lì in avanti ci sono diversi modi che questo può accadere. Quindi, un tetramer può formarsi combinando ai dimer o combinando un trimer con un monomero e similmente le possibilità sono aumentate ulteriormente mentre si va avanti.
Quindi, è essenzialmente solo un'unione casuale di molecole monomer che si combinano, si può ottenere una polimerizzazione lineare questa potrebbe includere sia la condensazione di poli che l'aggiunta di polimerizzazione o questo potrebbe essere non lineare in cui ci potrebbe essere invece che combinare linearmente potrebbero combinarsi in molti più luoghi che creano essenzialmente una rete di polimerizzazione.

(Riferimento Slide Time: 04.08)

Allora, qual è l'effetto del gruppo funzionale? Numero su questo, quindi consideriamo questa reazione chimica. Quindi, abbiamo un acido che reagisce con un alcol per dare un gruppo di estere e rilasciando anche acqua così; ovviamente, visto che c'è un rilascio di acqua questa è una reazione di condensazione. L'importante da notare è che l'acido acetico e l'alcol etilico che vengono utilizzati qui come monomeri hanno entrambi un gruppo funzionale ciascuno.
Quindi, diciamo che questa reazione è accaduta c'è un gruppo davvero non funzionale rimasto nel prodotto che si forma, dato che non esiste un gruppo funzionale in questo prodotto la molecola risultante non può andare più in reazione. Quindi, non accadrà più la polimerizzazione.
Quindi, essenzialmente tutto quello che avete fatto è una semplice reazione che rende una piccola molecola che sostanzialmente non è un polimero.
Allora, che cosa ci dice? Questo ci dice che per le polimerizzazioni da realizzare servono almeno 2 gruppi funzionali uno ciascuno dei monomeri. Così, un esempio qui è l'acido tereftalico con alcool etilenico, quindi in questo caso si hanno gruppi che contengono entrambi l'acido ha due acidi diversi due diversi COOH e poi l'alcol etilico ha di nuovo due diversi gruppi OH.
Quindi, in questo modo qualunque sia il prodotto che si forma anche se hai usato 2 dei gruppi funzionali uno ciascuno sui monomeri ci sono ancora 2 gruppi più funzionali disponibili sul prodotto che ne deriva per continuare a reagire. Quindi, la cosa veloce qui è quello che accadrà se avrete più di due gruppi funzionali nel vostro monomero ogni indovina allora potreste avere. Quindi, vi darò un momento per pensarci.
Quindi, come la maggior parte di voi potrebbe averlo indovinato già, se avete più di 2 gruppi funzionali può essenzialmente raggiungere brani. Così, si può avere una situazione in cui si ha un gruppo qui; un gruppo qui se ce ne sono solo due allora essenzialmente può crescere solo linearmente, ma; tuttavia, se c'è un altro gruppo sul monomero che è qui non può solo crescere linearmente che crescerà anche in rami che portano a una rete complessa essenzialmente conducendo un sacco di rami nel polimero.
(Riferimento Slide Time: 06.36)

Ecco, altri esempi di polimerizzazione a passo lineare, quindi ora abbiamo parlato solo di lineare, questo è anche esempi di condensa di polpa. Quindi, significa che si tradurrà in un'eliminazione di piccole molecole. Quindi, ecco un esempio che abbiamo già usato nella slide precedente che è di acidi che reagiscono con gli alcoli sono tipicamente raramente utilizzati non hanno ottime reattività; tuttavia, vengono utilizzati e sostanzialmente avrete rilasciato una molecola d'acqua oltre a formare il polimero.
Un'altra reazione è il dicloruro con di alcoli questo è più energeticamente favorita perché il cloruro è un buon gruppo reattivo e quindi si otterrà essenzialmente una reazione molto efficiente in questo caso in questi casi, ma in questo caso in quanto si tratta di una reazione di condensazione di polpa avrete una piccola molecola HCL rilasciata.

E poi in alternativa, i poliesteri possono essere realizzati anche da monomeri singoli. Quindi, non deve essere due monomeri diversi si può avere un monomero singolo contenente sia l'idrossile che il gruppo carbossilico e poi possono reagire all'interno degli stessi monomeri per formare un polimero.
(Riferimento Slide Time: 07.56)

Ancora qualche esempio qui, quindi questa volta parliamo di sintesi di poliammidi e si sa dove si vedono i poliammidi nel nostro corpo? Sì se si è familiari con proteine tutte le proteine non sono essenzialmente nulla, ma le poliammidi e quella che è una reazione di gruppi carbossilici con un gruppo di ammina. Quindi, potrebbe essere qualcosa che avevamo due carbossili e un monomero sono presenti e due ammine su un altro monomero rappresentano e reagiranno per formare questo legame di ammide che è un legame CONH.
Quindi, essenzialmente questo è un legame di ammide e questa sarà questa sarà la reazione che accadrà.
Un altro esempio qui è la sintesi di polanidine, quindi questa è la reazione di due acidi diversi tra loro. Quindi, questo potrebbe essere che tu abbia un monomero R 1 contenente a diversi acidi e questo reagirà essenzialmente con se stesso per formare questo gruppo anhydride che è di nuovo rappresentato come questo gruppo e questo essenzialmente è un gruppo anhydride e si può avere una polimerizzazione che accada anche così.

E poi ancora ci sono partite di variazione un altro esempio qui è la sintesi di poleteri e che è essenzialmente reazione di alcol con se stessi. Quindi, si possono avere due alcolici che reagiscono continuamente a formare anche un polimero.
(Riferimento Slide Time: 09.39)

Quindi alcuni concetti qui, parliamo ora della polimerizzazione a catena. Così, in questa catena di polimeri cresce per reazione di un monomero con un gruppo finale reattivo, quindi c'è qualche ordine al suo posto piuttosto che essere casuale come è stato nel precedente esempio nella polimerizzazione del gradino. Nella polimerizzazione a catena c'è qualche ordine e vi spiego come funziona questo ordine. Quindi si può avere una molecola di iniziatore altamente reattiva, che sigla la crescita di queste catene di polimeri.
Così, una molecola di iniziatore rappresentata da I qui reagirà con il monomero per formare un IO, questo IO si propagherà ulteriormente per continuare a reagire e il modo in cui la catena crescerà è solo in questa direzione uniforme piuttosto che qualsiasi combinazione casuale di diversi reazionari in quel momento. Tipicamente, tali reazioni a differenza della polimerizzazione del passo non vi è rilascio di prodotto e quindi il monomero viene consumato lentamente durante tutto il corso di questa reazione.
Quindi, i monomeri tipici che contengono doppio legame sono molto comunemente utilizzati per la polimerizzazione a catena anche i polimeri che monomeri che hanno anelli in essi possono essere utilizzati per la polimerizzazione a catena con l'anello si apre e i risultati in polimerizzazione si verificano e discuteremo alcuni esempi mentre andiamo d'accordo.

(Riferimento Slide Time: 11.04)

Quindi, la polimerizzazione a catena qualche processo generale. Così, generalmente ci sono tre distinti passi cinetici che abbiamo già parlato di iniziazione dove si ha quella molecola di iniziatore che reagisce con un monomero, quindi questo è un iniziatore il tutto in generale di generazione di alcuni radicali liberi, ma anioni, cationi qualche altro tipo di complessi che sono essenzialmente il centro attivo questi sono i siti reattivi che vanno a trovare un altro monomero e reagiscono con esso.
Quindi, questa è la fase iniziale e questa è; ovviamente, iniziata, quindi se si desidera avviare una polimerizzazione a catena si dovrà aggiungere una certa concentrazione di iniziatore ad esso, in modo che queste reazioni di iniziazione possano verificarsi. Il prossimo è seguito da una propagazione, quindi una volta che l'iniziazione della polimerizzazione è già avvenuta, la propagazione non è nulla, ma questi centri attivi reagiscono con i monomeri e continuando a crescere.
Quindi, per darvi un esempio l'iniziatore nell'iniziazione in questo caso è che si ha un iniziatore contenente un radicale libero che poi reagisce con lasciarsi dire qui C doppio legame C reagire con conseguente prodotto che sta combinando quell' iniziatore con la molecola così come un altro sito del reattore alla fine di esso.
Quindi, questo lato del reattore poi può andare dentro a reagire con un altro doppio legame per provocare una molecola più grande e questo continuerà a propagarsi con il passare del tempo. Ecco l'anello di apertura della reazione di polimerizzazione, quindi avete un altro iniziatore B qui che è un anione e andrà e reagirà con questa struttura ad anello per dare origine ad un anione più grande che poi troverà di nuovo un'altra struttura ad anello e questa reazione continuerà fino a quando i reazionari saranno tutti consumati. Così, così come ho discusso questa propagazione accadrà mentre andiamo avanti.
(Riferimento Slide Time: 13.02)

Allora, che dire delle terminazioni e quando si ferma tipicamente? Quindi, può fermarsi quando tutti i reagenti sono consumati o possono essere diverse le cose che può accadere, quindi questa è la combinazione. Quindi, può capitare che un solo sito reattivo possa invece di reagire al monomero può reagire con un altro sito reattivo e che si tradurrà nella perdita dei siti reattivi su due molecole diverse e se saranno consumate combinazioni sufficienti come questo accade tutti i siti reattivi.
E un'altra come a volte questa proporzione dove invece di avere effettivamente reagendo uno dei siti attivi riprende l'elettrone dall'altro sito attivo e non si combina davvero con il polimero in crescita, ma si traduce ancora in esaurimento dei siti reattivi con conseguente perdita della polimerizzazione. Così, questo si chiama sproporzionato.
Quindi, tipicamente entrambe le reazioni avvengono dipende da ciò che i polimeri che state utilizzando diversi polimeri si tradurranno in diverse tipologie di reazioni. Così, ad esempio, in polistirolo principalmente la terminazione avviene attraverso la combinazione in PMMA un altro polimero largamente usato, la sua tipicità tipicamente sproporzionata domina alla temperatura superiore a 60 ° grado Celsius.

(Riferimento Slide Time: 14.16)

E poi abbiamo qualcosa chiamato polimerizzazione vivente, quindi questo è essenzialmente se la polimerizzazione a catena continua ad andare avanti e si hanno ancora siti reattivi presenti, ma si esaurisce i monomeri, allora avrete ancora dei radicali liberi i centri attivi che sono disponibili per la polimerizzazione e questo è qualcosa che possiamo poi usare per modificare i nostri polimeri attraverso diversi modi.
Quindi, una cosa che possiamo fare è che il in questo caso da quando la catena finisce sono reattivi possiamo poi mettere in un altro tipo di monomero che poi continuerà la reazione. Quindi, invece di avere solo un singolo tipo di monomero per tutta la reazione possiamo avere due diversi tipi di monomero disposti in un ordine.
Così, essenzialmente possiamo sintetizzare i copolimeri di blocco perché quello che accadrà è che avrete una molecola qui generata che è io che ci faccio dire reagire con monomero 1; monomero 1 continuano e poi facciamo dire al monomero una finitura a questo punto, poi se aggiungete un monomero 2 a questa miscela di reazione con il sito attivo già presente quello che accadrà sarà questo continuerà a reagire con monomero 2. E risultato essenzialmente in un copolimero a blocchi perché qui si ha un blocco di M 1 e un blocco di M 2 qui.
Quindi, ecco come si può continuare a farlo tipicamente si può continuare a farlo fino a provare i copolimeri di blocco. Così, puoi avere un altro monomero qui M 3 che continua a crescere come continua la reazione, tipicamente dal momento in cui hai finito con tre di questi diversi tipi di monomeri c'è abbastanza combinazione e terminazione disproporzionata che è accaduto che non sono molti i siti attivi. Quindi, non si ottiene più di provare i copolimeri di blocco con questo metodo.
(Riferimento Slide Time: 16.24)

Quindi, solo un paio di esempi sull'apertura della polimerizzazione ad anello. Così, si può avere una polimerizzazione che inizia da un monomero ciclico e normalmente l'anello è aperto da una sorta di acido o base e poi la polimerizzazione procede per reazione di crescita a catena come abbiamo appena discusso. Molto comunemente usato con iniziatori cationici e anionici.
Quindi, alcuni esempi sono poliesteri, ossido di polietilene, ossido di polipropilene, policaprolattone e PDMS tutti abbastanza largamente utilizzati per applicazioni biologiche. E parleremo della maggior parte di questi mentre andiamo lungo alcuni di questi termini che vorrete conoscere molto bene in questo corso e ricordate tutto quello che stiamo discutendo di tutti questi polimeri perché essenzialmente vogliamo costruire alcuni concetti di base di quali diversi polimeri ci sono che possiamo utilizzare per applicazioni di consegna di droga e quali sono le proprietà. E una volta che avremo una conoscenza di base di questo, ci aiuterà più avanti in questo corso per poi identificare come possiamo modificarli per diverse applicazioni e requisiti.
Ecco, ecco una reazione molto comune che intendo dire questo è un polimero PLGA molto diffuso nelle applicazioni per la consegna della droga e la sintesi di questo avviene attraverso una polimerizzazione ad apertura ad anello dove si ha un gruppo lattico e glicolide che reagisce in presenza di un catalizzatore per dare origine ad un lungo polimero di PLGA.

(Riferimento Slide Time: 17.56)

Quindi il confronto tra il passo e la polimerizzazione a catena ognuno ha il suo vantaggio di proprietà e gli svantaggi. Quindi, tipicamente per la polimerizzazione del passo la crescita avviene per tutto in modo non uniforme, quindi si possono avere monomeri che reagiscono con oligomeri formando polimeri e tutti quei tipi di cose mentre, nella reazione a catena è molto più direzionale dove si avrà un sito attivo solo reagendo con i monomeri.
Il grado di polimerizzazione tipicamente si ottiene con la reazione a catena è basso e ciò che intendo con questo è il suo difficile ottenere lunghi polimeri attraverso la reazione del passo. Ma con la reazione a catena il grado di polimerizzazione può essere molto alto perché si può aggiungere una quantità molto minore di iniziatore e la reazione continuerà ad andare avanti finché non si consuma tutto il monomero.
Il monomero si consuma di nuovo molto rapidamente solo perché la reazione avviene a tutti i siti monomeri in una volta, in caso di reazione a catena nel consumo monomero è molto più lenta, ma il peso molecolare aumenta piuttosto velocemente mentre la catena cresce. Un vantaggio della reazione del passo è che non c'è bisogno di iniziatore è un meccanismo di reazione unico, tipicamente la maggior parte di questi iniziatori di cui abbiamo parlato può essere tossico perché abbastanza reattivi.
Tuttavia, nella reazione a catena è necessario un iniziatore per iniziare la reazione e così successivamente per le applicazioni di consegna di droga quando si parla di usare questi tipi di polimeri bisogna preoccuparsi, se c'è contaminazione da iniziatore, iniziatore nonreattivo rappresenta lì e cose del genere. Non è richiesto alcun passo di terminazione, di solito la terminazione avviene attraverso la combinazione e la disproporzionata di cui abbiamo parlato, in quanto i gruppi funzionali reagiscono di avere sempre meno monomero e poi la velocità di polimerizzazione diminuisce.
Tuttavia, in questo caso inizialmente vi è aumento del tasso di polimerizzazione perché l'iniziatore sta creando siti sempre più reattivi e poi raggiunge un tasso costante relativo fino a quando il monomero inizia a esaurire in modo significativo.
(Riferimento Slide Time: 20.05)

Quindi, parleremo di alcune proprietà di base dei polimeri. Quindi, il peso molecolare è essenzialmente la massa molare è il singolo parametro più importante che caratterizza un polimero o una molecola macro. Ne parleremo per tutto questo corso. La dispersione di poli essenzialmente, ti racconta qual è la distribuzione delle dimensioni delle molecole dei polimeri.
Quindi, Se dico che la molecola di polimeri è 100 kilo Dalton che significa, che la dimensione media di queste catene di polimeri è di 100 kilo Dalton, ma non significa che tutti saranno 100 kilo Dalton ci saranno delle catene di polimeri che saranno 110 saranno alcune che saranno 90. Quindi, questo spread dal 100 in questo caso essenzialmente lo ha definito quello che è l'indice di polidispersione.

La cristallinità e l'ammortizzazione questo influiscono su una vasta gamma di proprietà meccaniche e ottiche o su quanto cristallino o quanto amorevolmente il polimero sia e di nuovo tutto questo verrà discusso in maggiori dettagli man mano che andiamo d'accordo. La temperatura di fusione che è di nuovo legata alla cristallinità stiamo andando a discutere della temperatura di transizione del vetro se questo riguardava l'ammortizzazione che andremo a discutere nella classe successiva.
E poi ovviamente la degradabilità quanto veloce si degradi è molto importante perché ciò sta per determinare essenzialmente quanto velocemente il farmaco stia rilasciando da questo polimero o quanto siano veloci le diverse proprietà. E ovviamente, per determinate applicazioni, anche le proprietà meccaniche ed elettriche diventano importanti lasciateci dire se la userete nell'osso volete che sia meccanicamente stabile, se lo si usa per applicazioni neuronali volete che sia elettricamente conduttivo, quindi anche alcune di quelle proprietà diventano molto importanti.
(Riferimento Slide Time: 21.53)

Quindi, poco rapidamente sul peso molecolare, quindi la massa molare del polimero è essenzialmente massa di un solo neo del polimero come per qualsiasi altra molecola. Quindi, essenzialmente; questo significa, qual è la massa di un numero Avogadro di molecole del polimero che di solito si esprime in grammi per mole o Dalton. Quindi, peso molecolare di 100.000 Dalton significa massa molare, essenzialmente un neo ha circa 100.000 grammo di questo polimero.

Quindi, per un homo polimero la massa non è essenzialmente nulla, ma la x volte la massa del monomero dove x è il numero totale di unità ripetenti e poi il processo di polimerizzazione crea intrinsecamente molecole di polimeri da diverse lunghezze come ho appena detto che non avrete tutti alla massa molecolare singola che avranno tutti una distribuzione. Quindi, tipicamente misuriamo sempre la massa molecolare media che non è essenzialmente nulla, ma il grado medio di polimerizzazione per questi polimeri ok.
Quindi, per questo corso si fermerà qui, parleremo più del peso molecolare nelle classi successive e parleremo più delle proprietà del polimero nella prossima coppia di classi.
Grazie.