Pektins slimhinneklebende egenskaper

Ellen Hagesæther
Farmasøytisk seksjon, Farmasøytisk institutt, Universitetet i Oslo
E-post: ellen.hagesather@farmasi.uio.no

BAKGRUNN OG HENSIKT
En formulering med slimhinneklebende egenskaper vil kunne feste seg på kroppens slimhinner. Dersom formuleringen inneholder et virkestoff, vil biotilgjengeligheten kunne øke ved at residenstiden ved absorpsjonsstedet forlenges og legemidlet føres nærmere absorpsjonsstedet, som også øker konsen­trasjons­­gradienten.

Klebingen vil foregå ved at formuleringen som beveger seg nedover i tarmen, på et eller annet tidspunkt vil komme i kontakt med slimhinnen. Dersom overflatespenningen ikke er for høy, og spredningskoeffisienten er positiv, kan formuleringen feste seg til slimhinnen. Dersom formuleringen videre er ­drasjert med en slimhinneklebende polymer (det er vanligvis polymere som benyttes for å øke klebingen), vil muligens deler av enkelte polymere løsrive seg fra formuleringen og diffundere inn i slimlaget. Denne ­inn­tvinningen vil øke interaksjonen. Videre kan bindinger oppstå mellom polymeren og ­slimlaget, og det er som oftest hydrogen­bindinger som trekkes frem når slimhinne­klebing skal forklares.

Pektin er et polysakkarid som er vanlig i naturen. Ryggraden av polygalakturonsyre er dominerende i pektinstrukturen. Poly­­­­gala­k­turonsyre-ryggraden avbrytes av rhamnose molekyler, som vil bøye kjeden, og dermed øke fleksibiliteten. Til pektin vil det også være festet nøytrale sukkermolekyler som arabinan og galaktan, konsentrert i de såkalte «hårete» områdene. På grunn av polygalakturonsyren er pektin anionsk. Men syren er sjelden fri, og kan være metoksylert eller amidert.

Pektin har lenge blitt klassifisert med beskjedne slimhinneklebende egenskaper, uten å skille mellom ulike pektintyper. Målet for arbeidet var derfor å kartlegge de ­slimhinneklebende egenskapene til ulike pektintyper og å undersøke pektin i ulike ­formu­leringer. Pektin ble også sammenliknet med en alginattype. Alginat er et ­­poly­sakkarid som likner pektin i struktur. Alginat er generelt ansett som ganske slimhinne­klebende.

MATERIALE OG METODER
Polymere:

• Sitruspektin
• Lav metoksylert (LM) pektin, der 36 % av polygalakturonsyregruppene er meto­­k­­ sylert, molekylvekt cirka 80 000 Da
• Amidert pektin, der 31 % av poly­ galakturonsyregruppene er metoksylert og 19 % er amidert, molekylvekt cirka 90 000 Da
• Høy metoksylert (HM) pektin, der 70 % av polygalakturonsyregruppene er metok­- sylert, molekylvekt cirka 90–130 000 Da
• Lavviskøs natriumalginat fra brunalge, mannuronsyre/guluronsyre ratio: 1,56, polymeriseringsgrad på 60–400 og molekylvekt på 12 000–80 000 Da
• Kitosan, medium molekylvekt ­­­(190 000­­­–310 000­ Da), 75 % deace­tylerings­grad

Formuleringer:

• Løsninger (LM, amidert, HM pektin og alginat) (1)
• Støpe frie filmer (LM, amidert, HM pektin og alginat) (2)
• Hydrogelkuler der polymer var ­kryss­- bundet med sink (LM, amidert, HM pektin og alginat) (3)
• Kombinasjonsfilmer der LM og HM pektin var kryssbundet med den kationske poly-­­ meren kitosan, i ulike mengdeforhold (4)

Formuleringene ble karakterisert og ­undersøkt for slimhinneklebing.

Metoder for å undersøke ­slimhinneklebing:

• Løsninger og filmer ble presset ­ sammen med grisemagemucindis­- persjon og med buffer med 200 gram i 100 sekunder, og deretter ble kreftene som trengtes for løsrivelse, målt
• Prosent hydrogelkuler som forble på en vrengt fersk grisetarm etter rotering med 300 rotasjoner i minuttet i 10 minutter, ble kalkulert
• Friksjonskrefter mellom kombinasjons-filmene og fersk grisetarm etter sammenklemming med cirka 50 gram i 1 minutt, ble målt

RESULTATER
Figur 1 viser kreftene som var nødvendig for å løsrive polymerløsninger og filmer fra mucin (total kolonnehøyde). I tillegg ble adhesjonen til buffer målt (uspesifikk ­adhesjon), og differansen kan anses som mucininteraksjonen. Figur 2 viser prosent hydrogelkuler som forble på grisetarmen, så vel som mengde sink i kulene. Figur 3 viser gjennomsnittlig bevegelsesfriksjon mellom kombinasjonsfilmer og grisetarm i løpet av 20 sekunder, så vel som filmenes vannopptak (svelling) etter 5 minutter.

Figur 1. Estimert mucininteraksjon og uspesifikk adhesjon. Total kolonnehøyde er den målte slimhinneklebingen. Figuren viser gjennomsnitt og standardavvik.

Figur 2. Prosent kuler som klebet til tarmen (med standardavvik) og mengde sink i kulene.

Figur 3. Gjennomsnittlig bevegelsesfriksjon med standardavvik (arealet under kurven i 20 sekunder med start 5 sekunder etter maks kraft) korrelert med svelling (R2=0,96).

DISKUSJON
Løsninger og filmer er vannløselige, og derfor var det lite vann til stede i forsøksoppsettet. Dette etterlikner ikke miljøet i tynntarmen i tilfredsstillende grad. Tre viktige endringer ble derfor gjort ved måling av slimhinne­klebing for kuler og kombinasjonsfilmer: fersk grisetarm ble benyttet, formuleringene ble svellet før testing og det var et overskudd av vann i forsøksoppsettet. På den måten ble våt adhesjon målt, som anses som mer ­krevende enn tørr adhesjon.

Høyest uspesifikk adhesjon ble målt for HM pektin løsning (figur 1), som også førte til høyest slimhinneklebing, selv om mucininteraksjonen var lav. Pektiner med høy substitu­sjonsgrad er viskøse, og dermed generelt klebende. LM pektin gav høyest mucininteraksjon, som indikerer viktigheten av frie syregrupper. Ved å tilsette urea (som bryter hydrogenbindinger), ble det vist at mucininter­aksjonen antakeligvis skyldtes hydrogen­binding. Verdiene for mucininteraksjon for ­løsninger og filmer korrelerte, selv om verdiene for filmer generelt var høyere. Men ­verken verdiene for uspesifikk adhesjon eller slimhinneklebing korrelerte, da de var høyest for filmer av LM pektin. Antakeligvis skyldtes det at denne filmen var den sterkeste, som kan skyldes hydrogenbindinger innad i ­filmen. Hydrogenbindinger innad i filmen kan føre til høy viskositet ved svelling, som igjen vil føre til klebing. Alginat viste ikke bedre ­klebende egenskaper enn pektin (figur 1).

For de kryssbundne kulene og filmene var det en negativ korrelasjon mellom slimhinneklebingen og grad av kryssbinding (illustrert med sinkmengde og vannopptak/svelling), figur 2 og 3. Mye sink i kulene vil føre til høy grad av kryssbinding, og høyt vannopptak skyldtes antakeligvis lav grad av kryss­binding. Dersom polymerkjeder er sterkt kryssbundet, vil mobiliteten nedsettes, og de vil oppføre seg nesten som en inert overflate mot tarmen, uten å kunne interagere. Alginatkulene var ikke merslimhinne­klebende enn pektinkulene (figur 2).

KONKLUSJON
Pektin har lovende slimbinneklebende egenskaper, vist ved sammenlikning med alginat, både i tørre og svellede formuleringer. De slimhinneklebende egenskapene var avhengig­ av pektintype. Substitusjonsgrad var viktigere enn type substituent. De ­slimhinne­klebende egen­s­kapene for pektintypene endret seg når ulike formuleringer ble benyttet.

Referanser

1. Hagesaether E, Sande S A In vitro measurements of mucoadhesive properties of 6 types of pectin. Drug Dev Ind Pharm 2007; 33: 417–25.
2. Hagesaether E, Sande S A In vitro mucoad­hesion of pectin films, effect of type of pectin and plasticizer. Pharm Dev Technol 2008; 13: 105–14.
3. Hagesaether E, Bye R, Sande S A Ex vivo ­­muco­ad­­­hesion of different zinc-pectinate hydrogel beads. International Journal of Pharmaceutics 2008; 347: 9–15.
4. Hagesaether E, Hiorth M, Sande S A Mucoadhesion and drug permeability of free mixed films of pectin and chitosan. An in vitro and ex vivo study. Eur J Pharm Biopharm Submitted.

(Publisert i NFT nr. 9/2008 side 20–21.)