Οι κυκλοδεξτρίνες είναι κυκλικοί ολιγοσακχαρίτες αποτελούμενοι από μόρια α-D-γλυκοπυρανόζης που συνδέονται με α-1-4 γλυκοζιτικούς δεσμούς και παράγονται από το άμυλο. Διαφέρουν μεταξύ τους από τον αριθμό των μονάδων γλυκοπυρανόζης της δομής τους. Οι κυκλοδεξτρίνες διακρίνονται σε δύο ομάδες: τις φυσικές και τις τροποποιημένες. Οι πιο κοινές φυσικές κυκλοδεξτρίνες είναι οι α-κυκλοδεξτρίνη, β-κυκλοδεξτρίνη και γ-κυκλοδεξτρίνη, που αποτελούνται από 6, 7 και 8 μονάδες γλυκοπυρανόζης, αντίστοιχα. Επίσης, οι τροποποιημένες κυκλοδεξτρίνες εμφανίζουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις φυσικές. Η δομή των κυκλοδεξτρινών προσομοιάζει το σχήμα κόλουρου κώνου με μια υδρόφιλη εξωτερική επιφάνεια και μια λιπόφιλη εσωτερική κοιλότητα. Η υδρόφιλη εξωτερική επιφάνεια εξασφαλίζει καλή υδατοδιαλυτότητα για το μόριο της κυκλοδεξτρίνης, ενώ η υδρόφοβη εσωτερική κοιλότητα δημιουργεί το κατάλληλο περιβάλλον για τον εγκλωβισμό ολόκληρου του μορίου μιας βιοδραστικής ένωσης ή τμήματος αυτού. Οι κυκλοδεξτρίνες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με μόρια κατάλληλου μεγέθους για το σχηματισμό συμπλόκων έγκλεισης. Ο σχηματισμός των συμπλόκων έγκλεισης των κυκλοδεξτρινών με τις βιοδραστικές ενώσεις συχνά έχει ως αποτέλεσμα τη τροποποίηση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του εγκλωβιζόμενου μορίου. Η συμπλοκοποίηση των κυκλοδεξτρινών έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για την αύξηση της διαλυτότητας, του ρυθμού διαλυτοποίησης, της χημικής σταθερότητας και βιοδιαθεσιμότητας ελάχιστα διαλυτών και αδιάλυτων βιοδραστικών ενώσεων. Επίσης, οι κυκλοδεξτρίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μείωση ή κάλυψη ανεπιθύμητων οσμών και δυσάρεστων γεύσεων, την αντιμετώπιση των προβλημάτων ασυμβατότητας μεταξύ των βιοδραστικών ουσιών και μεταξύ των βιοδραστικών ουσιών και των εκδόχων και για τη κάλυψη των παρενεργειών των φαρμάκων. Η ιτρακοναζόλη είναι μία τριαζόλη με αντιμυκητιασική δράση ευρέως φάσματος, η οποία είναι πρακτικά αδιάλυτη στο νερό σε φυσιολογικές συνθήκες και περισσότερο διαλυτή σε πολύ όξινες συνθήκες, με αποτέλεσμα να παρουσιάζει πολύ μικρή βιοδιαθεσιμότητα μετά από του στόματος χορήγηση. Η ιτρακοναζόλη είναι μία ασθενής βάση με πολύ μικρή υδατοδιαλυτότητα. Η υδατοδιαλυτότητα της ιτρακοναζόλης σε ουδέτερο pH είναι ~ 1 ng/ml και σε pH 1 είναι ~ 4μg/ml. Οι κυκλοδεξτρίνες που μελετήθηκαν στη παρούσα εργασία είναι οι : υδροξυπρόπυλο-β-CD (ΗP-β-CD), μέθυλο-β-CD (Με-β-CD), υδροξυαίθυλο-β-CD (HE-β-CD) και υδροξυπρόπυλο-γ-CD (ΗP-γ-CD). Στόχοι της παρούσας εργαστηριακής άσκησης είναι:  ο προσδιορισμός της επίδρασης των παραπάνων κυκλοδεξτρινών στην διαλυτότητα της ιτρακοναζόλης σε όξινα υδατικά διαλύματα  ο χαρακτηρισμός των στερεών συμπλόκων της ιτρακοναζόλης με τις προς εξέταση κυκλοδεξτρίνες που παρασκευάσθηκαν με διαφορετικές τεχνικές. / Cyclodextrins are cyclic (α-1,4)-linked oligosaccharides of α-D-glucopyranose derived from starch. They differ from one another by the number of glucopyranose units in the structure. Cyclodextrins can be classified in two groups: natural and modified. The most common natural cyclodextrins are α-cyclodextrin, β–cyclodextrin andι γ-cyclodextrin which consist of six, seven and eight glucopyranose units respectively. Also, modified cyclodextrins offer significant advantages in comparison with natural cyclodextrins. The cyclodextrin structure provides a molecule shaped like a segment of a hollow cone with an exterior hydrophilic surface and interior hydrophobic cavity. The hydrophilic surface generates good water solubility for the cyclodextrin and the hydrophobic cavity provides a favorable environment in which the entire or part of the drug molecule is fitted. Cyclodextrins can interact with appropriately sized molecules to result in the formation of inclusion compounds. Inclusion complex formation between cyclodextrins and drugs often modifies the physical and chemical properties of the guest molecules. Cyclodextrin complexation has been successfully used to improve solubility, dissolution rate, chemical stability and bioavailability of sparingly soluble or insoluble drugs. Also, cyclodextrins can be used to reduce or eliminate unpleasant smell or tastes of drugs, prevent drug-drug or drug-additive interactions and reduce or prevent drug side effects. Itraconazole is an orally broad-spectrum triazole antifungal agent, which is practically insoluble in water at physiological conditions and more soluble only in extremely acidic media, leading to poor oral biovailability. ITZ is a very poorly water soluble, weak base. The aqueous solubility is estimated at ~ 1ng/ml at neutral pH and ~ 4μg/ml at pH = 1. [2] The chemical structure of ITZ is shown in Figure 1. The cyclodextrins tested in this work were : Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin (HP-β-CD), Methyl-β-Cyclodextrin (Me-β-CD), Hydroxyethyl-β-Cyclodextrin (He-β-CD) and Hydroxypropyl-γ-Cyclodextrin (HP-γ-CD). The aims of this work are:  to evaluate the influence of above cyclodextrins on the solubility of ITZ at acified aqueous solutions  to characterize the solid complexes formed between cyclodextrins and ITZ prepared by different techniques.

Μελέτες έχουν δείξει ότι το νευροστεροειδές διυδροεπιανδροστερόνη (DHEA) προστατεύουν τους νευρώνες από ανοξία και απόπτωση. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι το DHEA ενισχύει την κινητική δραστηριότητα πιθήκων με τη νόσο του Parkinson, ενώ επίσης σε συνδυασμό με την αλλοπρεγνανολόνη προκαλεί δημιουργία νευρώνων σε αρκετά πειραματικά μοντέλα. Τα λιποσώματα είναι σφαιρικά σωματίδια αποτελούμενα από ενυδατωμένες διπλοστοιβάδες φωσφολιπιδίων οι οποίες σχηματίζονται αυθόρμητα κατά τη διασπορά λιπιδίων στο νερό, εγκλωβίζοντας υδατικό διάλυμα στο εσωτερικό τους. Οι κυκλοδεξτρίνες είναι ολιγοσακχαρίτες με ειδική δομή κώνου, που έχουν υδρόφιλη πολική επιφάνεια και μη πολική εσωτερική κοιλότητα, έχουν τη δυνατότητα να ενσωματώνουν λιπόφιλα φάρμακα στην εσωτερική τους κοιλότητα (με τη δημιουργία συμπλόκων) και να αυξάνουν την υδατική διαλυτότητά τους. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν τρία παράγωγα του νευροστεροειδούς DHEA, που έχουν τροποποιηθεί στις θέσεις C3 και C17 με σκοπό να βελτιώσουν την αντιαποπτωτική και νευροπροστατευτική δράση τους, καθώς και την αναστολή της μετατροπής τους σε ανδρογόνα και οιστρογόνα. Τα παράγωγα αυτά είναι εξαιρετικά λιπόφιλα και έχουν μικρό μοριακό βάρος και πολύ χαμηλή διαλυτότητα, γεγονός που καθιστά αδύνατη την χορήγησή τους. Για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της χαμηλής διαλυτότητας, δοκιμάστηκαν δύο μέθοδοι: (1) H παρασκευή σύμπλοκων με υδροξυ-προπυλ-β-κυκλοδεξτρίνη (HP-beta-CD), και (2) Η ενσωμάτωσν των νευροστεροειδών στη λιπιδική μεμβράνη μικρών μονοστoιβαδιακών λιποσωμάτων (SUV) διαφόρων λιπιδικών συστάσεων. Μετά από τροποποίηση μιας ειδικής τεχνικής μέτρησης των στεροειδών, υπολογίστηκαν οι συγκετρώσεις που ενσωματώθηκαν στα λιποσώματα, καθώς και στα σύμπλοκα με τη κυκλοδεξτρίνη. Οι λιποσωμικές μορφές των παραγώγων δεν είχαν την αναμενόμενη ικανότητα ενσωμάτωσης τους, με αποτέλεσμα η συγκέντρωση των λιποσωμικών διαπορών να μην είναι αρκετά υψηλή για in vivo χορήγηση. Αντίθετα η HP-β-CD έδωσε σύμπλοκα που αύξησαν την υδατική διαλυτότητα των παραγώγων θεαματικά.Τα σύμπλοκα χαρακτηρίστηκαν με διάφορες τεχνικές, για να πιστωποιηθεί ο σχηματισμός τους. Με σκοπό να παρασκευαστούν μορφές με δυνατότητα ελεγχόμενης αποδέσμευσης των στεροειδών, μελετήθηκε στο επόμενο στάδιο της διατριβής, η ανάπτυξη υβριδικών μορφών που περιλαμβάνουν τον συνδυασμό συμπλόκων κυκλοδεξτρίνης και λιποσωμάτων, δηλαδή: λιποσώματα που στην εσωτερική τους κοιλότητα εγκλωβίζουν τα υδατοδιαλυτά σύμπλοκα των παραγώγων με κυκλοδεξτρίνες. Τα υβριδικά αυτά συστήματα είχαν αυξημένη ενσωμάτωση των νευροστεροειδών σε σύγκριση με τα συμβατικά λιποσώματα και κατάλληλα χαρακτηριστικά για in vivo χορήγηση. / Studies have shown that the neuroactive steroid dehydroepiandrosterone (DHEA) protects neurons from anoxia and apoptosis. It has also been demonstrated that DHEA is able to potentiate locomotor activity of hemi – Parkinsonian monkeys, and in conjunction with allopregnanolone can induce neurogenesis in various experimental models. Liposomes are spherical particles composed of hydrated bilayers of phospholipids which are formed spontaneously during the dispersion of lipids in water, entrapping aqueous solution inside. Cyclodextrins are oligosaccharides with specific cone structure that have the ability to incorporate lipophilic drugs and increase their aqueous solubility. In the present study, three DHEA analogues were used, which have been modified at positions C3 and C17 in order to improve the antiapoptotic and neuroprotective activity, and to inhibit of their conversion into androgens and estrogens. These derivatives are highly lipophilic and have small molecular weight. In order to find a solution for their very low aqueous solubility which is a problem for their in vivo administration, two methodologies were investigated: (1) The formation of soluble complexes with hydroxy-propyl-beta-cyclodextrin (HP-β-CD), and (2) the incorporation of the steroids in the lipid bilayer of small unilamellar liposomes (SUV) of various lipid compositions. After adjusting a special measurement technique for the neurosteroids, we calculated the concentration of the neurosteroids incorporated into liposomes, as well as in complexes with the cyclodextrin.The liposomal forms of the derivatives did not have the expected integration ability, resulting in a concentration of liposomal dispersion which is not high enough for in vivo administration. On the other hand, the HP-β-CD complexes increased the aqueous solubility of the derivatives to a significant extent. The complexes were characterized by various techniques, in order to verify their existence. With the aim of preparing formulations with the ability of controlled release of steroids, we investigated in the last part of this thesis, the possibility to develop hybrid systems that consist of liposomes which entrap the highly soluble steroid-cyclodextrin complexes in their internal cavity. These hybrid systems had better integration capacity compared to conventional liposomes and were suitable for in vivo administration (for both intravenous and intravitreal administration). These hybrid systems can also ensure controlled release of the steroid analogues.

Οι κυκλοδεξτρίνες είναι κυκλικοί ολιγοσακχαρίτες αποτελούμενοι από μόρια α-D-γλυκοπυρανόζης συνδεδεμένα με α-1→4 γλυκοζιτικούς δεσμούς. Λόγω στερεοχημικών περιορισμών οι κυκλοδεξτρίνες δεν έχουν απόλυτα κυλινδρικό σχήμα αλλά μοιάζουν περισσότερο με κόλουρο κώνο. Αποτέλεσμα της χαρακτηριστικής των δομής είναι η δημιουργία μιας υδρόφιλης εξωτερικής επιφάνειας και μιας υδρόφοβης εσωτερικής κοιλότητας. Στην εσωτερική κοιλότητα μπορούν να εισέλθουν, μερικά ή ολικά, υδρόφοβα μόρια τα οποία αλληλεπιδρώντας μέσω ασθενών διαμοριακών αλληλεπιδράσεων σχηματίζουν σύμπλοκα έγκλεισης. Ο σχηματισμός συμπλόκων έγκλεισης βιοδραστικών ενώσεων με κυκλοδεξτρίνες αυξάνει την διαλυτότητα δυσδιάλυτων στο νερό βιοδραστικών ενώσεων, βελτιώνει την βιοδιαθεσιμότητά τους, αυξάνει την σταθερότητά τους και μειώνει σημαντικά τυχόν παρενέργειές των. Μια ακόμη τεχνική που χρησιμοποιείται για την αύξηση της διαλυτότητας δυσδιάλυτων στο νερό βιοδραστικών ενώσεων είναι η διαλυτοποίησή τους στο εσωτερικό μικυλλίων επιφανειοδραστικών ενώσεων. Η τεχνική αυτή προσφέρει ανάλογα πλεονεκτήματα όπως και η συμπλοκοποίηση των βιοδραστικών ενώσεων με τις κυκλοδεξτρίνες και χρησιμοποιείται ήδη σε εμπορικά σκευάσματα. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της φύσης και της συγκέντρωσης κυκλοδεξτρινών (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) στην διαλυτότητα της βιοδραστικής ένωσης ρισπεριδόνη (risperidone). Επίσης, προσδιορίσθηκε η μέθοδος παρασκευής ενώσεων έγκλεισης της ρισπεριδόνης με τις παραπάνω κυκλοδεξτρίνες χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές χαρακτηρισμού των σχηματιζόμενων στερεών. Ακόμη, μελετήθηκε η διαλυτοποίηση της ρισπεριδόνης σε μικύλλια τριών επιφανειοδραστικών ενώσεων (SDS, Brij35, Cremophor EL). Η ρισπεριδόνη είναι μια αντιψυχωσική βιοδραστική ένωση που ανήκει σε μια νέα κατηγορία ενώσεων τα παράγωγα της benzisoxazole. Η φαρμακολογική δράση της εστιάζεται στους υποδοχείς της D2 (dopamine) και 5-ΗΤ2 (serotonin) στον εγκέφαλο. Πρόκειται για μια δυσδιάλυτη στο νερό βιοδραστική ένωση με αποτέλεσμα να δημιουργούνται προβλήματα στις φαρμακοτεχνικές μορφές της. Είναι ασθενής βάση με δύο στάδια πρωτονίωσης με συνέπεια η διαλυτότητά της να μειώνεται με την αύξηση του pH. Παρασκευάσθηκαν στερεά μίγματα της ρισπεριδόνης με τις κυκλοδεξτρίνες (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές(απλή ανάμιξη, λειοτρίβηση με τον σχηματισμό πάστας, συγκαταβύθιση και λυοφιλοποίηση) προκειμένου να προσδιορισθεί η τεχνική ή οι τεχνικές που οδηγούν στο σχηματισμό συμπλόκου έγκλεισης. Για την μελέτη των στερεών μιγμάτων και την πιστοποίηση του σχηματισμού συμπλόκων έγκλεισης μεταξύ της ρισπεριδόνης και των υπό μελέτη κυκλοδεξτρινών χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές α) Περίθλαση Ακτίνων-Χ, β) Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης και γ) Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης. Επίσης μελετήθηκε η στερεοχημεία των σχηματιζόμενων συμπλόκων της ρισπεριδόνης με τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες με την τεχνική του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR). Για την παρασκευή των διαλυμάτων χρησιμοποιήθηκε ο δευτεριωμένος διαλύτης d6-DMSO. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες διαλυτότητας της ρισπεριδόνης σε υδατικά διαλύματα παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων των β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD σε θερμοκρασίες 25, 30 και 35°C σε διαλύματα PBS με pH=10. Η μελέτη της επίδρασης των επιφανειοδραστικών ενώσεων έγινε στους 25°C και σε pH=10. Οι τεχνικές της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και περίθλασης ακτίνων-Χ είναι οι καταλληλότερες για την μελέτη και τον χαρακτηρισμό των στερεών συμπλόκων της ρισπεριδόνης με τις κυκλοδεξτρίνες. Συγκεκριμένα, η απουσία της ισχυρής ενδόθερμης κορυφής που αντιστοιχεί στο σημείο τήξεως της ρισπεριδόνης στα θερμογραφήματα των στερεών μιγμάτων που παρασκευάσθηκαν με την μέθοδο της συγκαταβύθισης αποτελεί σαφή ένδειξη για τον σχηματισμό συμπλόκων έγκλεισης της ρισπεριδόνης με τις κυκλοδεξτρίνες. Ανάλογα, στα φάσματα περίθλασης ακτίνων-X η απουσία των χαρακτηριστικών κορυφών της ρισπεριδόνης στα μίγματα που παρασκευάσθηκαν με την μέθοδο της συγκαταβύθισης αποτελεί μια επιπλέον ένδειξη για τον σχηματισμό συμπλόκων ενώσεων μεταξύ της ρισπεριδόνης και των υπό μελέτη κυκλοδεξτρινών. Αντίθετα, η τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης δεν αποτελεί από μόνη της ασφαλή τεχνική για την ταυτοποίηση των συμπλόκων έγκλεισης μεταξύ τη ρισπεριδόνης και των κυκλοδεξτρινών. Από την μελέτη των φασμάτων NMR των διαλυμάτων που περιείχαν σε διάφορες αναλογίες ρισπεριδόνη και τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες προσδιορίσθηκε η στερεοχημεία των σχηματιζόμενων συμπλόκων. Από την μελέτη των ισοθέρμων διαλυτότητας διαπιστώθηκε ότι: α) η διαλυτότητα της ρισπεριδόνης αυξάνει με την συγκέντρωση της κυκλοδεξτρίνης σε όλες τις θερμοκρασίες για όλες τις κυκλοδεξτρίνες που μελετήθηκαν και β) οι ισόθερμοι διαλυτότητας είναι της μορφής AL στην οποία όλα τα σχηματιζόμενα σύμπλοκα είναι ευδιάλυτα και έχουν στοιχειομετρία 1:1. Στους 25°C, την μεγαλύτερη συμπλεκτική ικανότητα παρουσίασε η β- CD. Οι Me-β-CD και HP-β-CD παρουσίασαν μικρότερη συμπλεκτική ικανότητα ενώ η συμπλεκτική ικανότητα για την HP-γ-CD ήταν σημαντικά μειωμένη. Με βάση την συμπλεκτική ικανότητά τους, οι υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες μπορούν να ταξινομηθούν με την ακόλουθη σειρά: β-CD > Me-β-CD > HP-β-CD >> HP-γ-CD Η αύξηση της θερμοκρασίας δεν επηρέασε την μορφή των ισοθέρμων διαλυτότητας, επηρέασε την διαφορά της συμπλεκτικής ικανότητας των β-CD και Me-β-CD. Στους 30°C, η συμπλεκτική ικανότητα της Me-β-CD ήταν ελάχιστα μικρότερη από αυτή της β-CD ενώ στους 35°C έγινε λίγο μεγαλύτερη σε σύγκριση με την β-CD. Για τις άλλες δύο κυκλοδεξτρίνες HP-β-CD και HP-γ-CD διατηρήθηκε η ίδια κατάσταση και στις δύο θερμοκρασίες. Από την κλίση των ισοθέρμων διαλυτότητας προσδιορίσθηκαν οι σταθερές σχηματισμού των συμπλόκων έγκλεισης της ρισπεριδόνης με τις υπό μελέτη κυκλοδεξτρίνες. Η διαφοροποίηση της συμπλεκτικής ικανότητας των β-CD, Me-β-CD, HP-β-CD και HP-γ-CD μπορεί να αποδοθεί α) στο διαφορετικό μέγεθος της υδρόφοβης κοιλότητας και β) στην διαφορετική υδροφοβικότητα των υποκατεστημένων κυκλοδεξτρινών. Από την μεταβολή των σταθερών σχηματισμού των συμπλόκων με την αύξηση της θερμοκρασίας υπολογίσθηκε η μεταβολή της ενθαλπίας (ΔΗ) και η μεταβολή της εντροπίας (ΔS) για τον σχηματισμό των συμπλόκων. Σε όλες τις κυκλοδεξτρίνες υπολογίσθηκε αρνητική μεταβολή της ενθαλπίας και θετική αλλά μικρή μεταβολή της εντροπίας. Οι μεταβολές αυτές συνδέονται άμεσα με την απελευθέρωση των μορίων νερού ‘υψηλής ενθαλπίας’ που βρίσκονται στην υδρόφοβη κοιλότητα της κυκλοδεξτρίνης και με υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στην ρισπεριδόνη και στην κυκλοδεξτρίνη. Οι δύο αυτές αλληλεπιδράσεις ευνοούν τον σχηματισμό και την σταθερότητα των σχηματιζόμενων συμπλόκων. Τέλος, από τα πειράματα διαλυτότητας της ρισπεριδόνης παρουσία των επιφανειοδραστικών (SDS, Brij35 και Cremophor EL) διαπιστώθηκε ότι α) την μεγαλύτερη αύξηση διαλυτότητας προκάλεσε το SDS και β) η διαλυτοποιητική ικανότητα του Brij35 ήταν λίγο μικρότερη από αυτή του Cremophor EL. / Cyclodextrins are cyclic oligosaccharides composed of a-D-glucopyranose units connected with a-1→4 glucosidic bonds. Because of stereochemical restrictions, cyclodextrins do not have absolutely a cylindrical shape but they resemble a truncated cone. As a result of their characteristic structure is the formation of a hydrophilic external surface and a hydrophobic internal cavity. In the internal cavity can enter partly or wholly hydrophobic molecules which by interacting through weak intermolecular interactions form inclusion complexes. The inclusion complex formation of bioactive compounds, improves their bioavailability, enhances their stability and reduces considerably the side effects after administration. Another technique which is used for increasing the solubility of water sparingly soluble bioactive compounds is their solubilization in the micelles of surfactants. This technique offers analogous advantages such as the complexation of bioactive compounds with cyclodextrins and is used already in commercial drugs. In this study, the influence of the nature and concentration of cyclodextrins (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) was studied on the solubility of the bioactive compound risperidone. It was also determined the inclusion compounds preparation method of risperidone with the above cyclodextrins by using appropriate characterization techniques of the formed solids. In addition, the solubilization of risperidone in micelles of three surfactant compounds (SDS, Brij35, Cremophor EL) was studied. Risperidone is an antipsychotic bioactive compound which belongs to a new chemical class, the benzisoxazole derivatives. Its pharmacological action focuses on the D2 (dopamine) and 5-HT2 (serotonin) receptors in the brain. It is about a water sparingly soluble bioactive compound resulting in problems on its pharmaceutical formulations. It is a weak base, with two protonization stages, and as such its solubility decreases with pH increase. Risperidone solid mixtures with the cyclodextrins (β-CD, Μe-β-CD, HP-β-CD, HP-γ-CD) were prepared by using different techniques (physical mixture, kneading, coprecipitation, lyophilisation) in order to determine the technique or the techniques that lead to the formation of inclusion complex. For the study of solid mixtures and the assessment of inclusion complex formation between the risperidone and the cyclodextrins under investigation the following techniques were used: a) X-Ray Diffraction (XRD) b) Differential Scanning Calorimetry (DSC) and c) Scanning Electron Microscopy (SEM). Furthermore, the stereochemistry of the formed inclusion complexes of risperidone with the specific cyclodextrins was also assessed with the technique of Nuclear Magnetic Resonance (NMR). As a solvent for the preparation of the solutions it was used the deuterated solvent d6-DMSO. Solubility studies in aqueous solutions of risperidone with the cyclodextrins were performed in 25, 30 and 35°C in PBS (phosphate buffered saline) at pH=10. The study of the influence of the surfactant compounds (SDS, Brij35, Cremophor EL) was realised at 25°C and pH=10. The techniques of DSC and XRD are the most appropriate for the investigation and characterization of solid complexes of risperidone with cyclodextrins. Particularly, the absence of the strong endothermic peak which corresponds to the melting point of risperidone in the DSC thermograms of the solid mixtures which were prepared by the coprecipitation method constitutes a clear indication of the inclusion complex formation of risperidone with the cyclodextrins. Accordingly, in the XRD spectra the absence of the characteristic peaks of risperidone in the mixtures prepared by the coprecipitation method comprises an additional indication for the formation of inclusion complexes between risperidone and the cyclodextrins under investigation. On the contrary, the SEM does not constitute per se a safe method for the identification of the inclusion complexes between risperidone and the cyclodextrins. The stereochemistry of the formed inclusion compounds was assessed through the spectra received by the application of NMR on solutions which contained risperidone and the specific cyclodextrins in different proportions. In particular, it was determined which part of risperidone molecule enters the hydrophobic cavity of cyclodetxrin. The study of solubility isotherms showed that: a) solubility of risperidone increases with the concentration of cyclodextrins at all temperatures studied, for all the cyclodextrins studied and b) solubility isotherms have a graphical representation of the AL type, which shows that all formed complexes are water soluble with 1:1 stoichiometry. At 25°C, β-CD presented the greatest complexive ability, Me-β-CD and HP-γ-CD presented a smaller complexive ability whereas that of HP-γ-CD was significantly decreased. Based on the complexive ability, the cyclodextrins under discussion can be classified in the following order: β-CD>Me-β-CD>HP-β-CD>> HP-γ-CD The temperature increase did not affect the solubility isotherms but affected the difference of complexation ability of β-CD and Me-β-CD. At 30°C, the complexation ability of Me-β-CD was slightly smaller than β-CD’s, whereas at 35°C became slightly greater compared to that of β-CD. For the other two cyclodextrins; namely HP-β-CD and HP-γ-CD the same behavior was maintained at both temperatures. From the gradient of the solubility isotherms the inclusion complex formation constants were determined. The differentiation of the complexation ability of cyclodextrins can be attributed a) to the different size of the hydrophobic cavity and b) to the different hydrophobicity of the substituted cyclodextrins. The enthalpy change (ΔH) and the entropy change (ΔS) during complex formation were calculated from the change of the complexation constants with the increase of the temperature. In all of the cyclodextrins it was found negative enthalpy change and positive but small entropy change. These alterations are directly connected to the release of ‘high enthalpy’ water molecules which are located in the cyclodextrin’s hydrophobic cavity and to hydrophobic interactions among risperidone and cyclodextrin. These two interactions favor the complex formation and stability. Finally, from the solubility experiments of risperidone in the presence of surfactant compounds SDS, Brij35 and Cremophor EL, it was established that a) the greatest solubility increase was caused by the SDS and b) the solubilization ability of Brij35 was a little smaller than Cremophor’s one.

Τα λιποσώματα αποτελούν ένα από τα πιο διαδεδομένα συστήματα μεταφοράς φαρμάκων. Ένα από τα κυριότερα προβλήματά τους αποτελεί η γρήγορη απομάκρυνσή τους από τον οργανισμό που αντιμετωπίστηκε με την επικάλυψη της επιφάνειάς τους με πολυμερή και κυρίως πολυαιθυλενογλυκόλες (PEG). Η ύπαρξη του PEG στην επιφάνεια αύξησε κατά πολύ τον χρόνο παραμονής των λιποσωμάτων στον οργανισμό αλλά λόγω μειονεκτημάτων, όπως το φαινόμενο αυξημένης εκκαθάρισης απ’τον οργανισμό μετά την δεύτερη δόση όπως και η ύπαρξη πολλών πατεντών, δημιουργούν την ανάγκη για την διερεύνηση νέων μορφών επικάλυψης των λιποσωμάτων. Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η σύνθεση νέων λιπιδικών παραγώγων από κυκλοδεξτρίνες και αιθέρες στέμματος και ο σχηματισμός λιποσωμάτων από αυτά τα παράγωγα. Έναυσμα για την χρήση αυτών των χημικών ουσιών αποτέλεσε η ήδη χρησιμοποίηση τους στην μεταφορά βιοδραστικών ενώσεων καθώς και οι χημικές ιδιότητές τους. Θεωρητικά η ύπαρξη ογκωδών υποκαταστατών στην επιφάνεια των λιποσωμάτων προκαλεί στερεοχημική παρεμπόδιση στις αλληλεπιδράσεις με ουσίες στον οργανισμό, που θα μπορούσαν να προκαλούν την γρήγορη εκκαθάριση από τον οργανισμό, αυξάνοντας έτσι τον χρόνο παραμονής τους. Αρχικά συντέθηκαν τα λιπιδικά παράγωγα από DSPE (δι-στεάρυλοφωσφατιδυλοαιθανολαμίνη) και 18-crown-6-ether καθώς και β-κυκλοδεξτρίνη όμως ο καθαρισμός του παραγώγου με την κυκλοδεξτρίνη δεν κατέστει δυνατός και έτσι σχηματίστηκαν λιποσώματα μόνο από το λιπιδικό παράγωγο του αιθέρα στέμματος. Ως υλικά για την παρασκευή των λιποσωμάτων χρησιμοποιήθηκαν φωσφατιδυλοχολίνη αυγού (egg-PC), το λιπιδικό παράγωγο του αιθέρα, δι-στεάρυλοφωσφατιδυλοαιθανολαμινη-πολυαιθυλενογλυκόλη(DSPE-PEG) και χοληστερόλη (CHOL) Παρασκευάστηκαν με την μέθοδο του λεπτού υμενίου πολυστοιβαδιακά λιποσώματα (MLVs) και με την χρήση υπέρηχων (probe sonicator) μικρά μονοστοιβαδιακά λιποσώματα (SUVs) και στη συνέχεια μελετήθηκε η σταθερότητα αυτών σε ορό αίματος χοίρου (FCS) Επίσης, προκειμένου να αποκτηθούν περισσότερες πληροφορίες για τα λιποσώματα που μελετήθηκαν, πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός του μεγέθους καθώς και του ζ-δυναμικού. Η μελέτη σταθερότητας των λιποσωμάτων που περιείχαν το λιπιδικό παράγωγο με τον αιθέρα στέμματος έδειξε ότι σε ποσοστά αντίστοιχα με αυτά του PEG ο αιθέρας στέμματος δεν προσδίδει μεγαλύτερη σταθερότητα. Θα μπορούσε να μελετηθεί μια σειρά λιποσωμάτων με μεγαλύτερο ποσοστό του λιπιδικού παραγώγου ούτως ώστε να αυξηθεί ο όγκος των υποκαταστατών στην επιφάνεια των λιποσωμάτων και συνεπώς η παρεμπόδιση των αλληλεπιδράσεων. / Liposomes are one of the most common drug delivery systems. One of their main problems is their rapid clearance from the blood stream which was encountered by coating the surface with polymers and especially poly-ethylenoglyglycols (PEG). The coating of the surface with PEG increased the time of stay of liposomes in the blood stream but due to disadvantages, such as the phenomenon of increased clearance after the second dose as well as the existence of many patents, created the need for new forms of coating of the liposomes. The main purpose of this thesis was the synthesis of new lipidic derivatives from cyclodextrins and crown ethers as well as the formation of liposomes from these novel derivatives. The reason behind the choice of these chemical substances was that they are already being used in drug delivery as well as their chemical properties. In theory the existence of bulk substituents on the surface of liposomes causes stereochemical hindrance in interactions with substances in the body, which could cause the rapid clearance from the body, thereby increasing the time of stay in the blood stream. Initially lipid derivatives from DSPE (di-stearylophosphatidylethanolamine) and 18-crown-6-ether-and β-cyclodextrin were synthesized but the purification of the cyclodextrin derivative was not made possible and thus liposomes were formed only from the crown ether lipid-derivative. As starting material for the formation of liposomes was used egg phosphatidylcholine (egg-PC), the crown ether lipid-derivative, di-stearylophosphatidylethanolamine- polyethyleneglycol (DSPE-PEG) and cholesterol (CHOL). Multilamellar vesicles (MLVs) were prepared by the thin film method and with the use of ultrasounds (probe sonicator) small unilamellar vesicles (SUVs) were formed, and then their stability in fetal calf serum (FCS) was studied. In addition, in order to obtain more information about the liposomes that were formed, measurements were carried to determine their size as well as magnitude of the z-potential. The study on the stability of liposomes containing the lipid derivative with the crown ether showed that coating of the surface with the crown ether derivative in percentages equivalent to those of PEG does not confer greater stability on the contrary their stability is the same with conventional liposomes. Α study of liposomes with a higher proportion of the lipid derivative in order to increase the bulkiness of the substituents on the surface of the liposomes and thus preventing interactions resulting in the increase of the stability should be considered.

Οι κυκλοδεξτρίνες είναι υδρόφιλα μόρια ολιγοσακχαριτών που έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν σύμπλοκες ενώσεις με δυσδιάλυτα στο νερό μόρια φαρμάκων, εγκλωβίζοντας τα μέσω ασθενών διαμοριακών δυνάμεων στην υδρόφιλη κοιλότητα του μορίου της κυκλοδεξτρίνης (Frank 1975). Η ιδιότητα τους αυτή να σχηματίζουν σύμπλοκες ενώσεις με δυσδιάλυτα στο νερό φάρμακα έχει πολλές εφαρμογές στη φαρμακευτική βιομηχανία, καθώς ο σχηματισμός συμπλόκων των φαρμάκων αυτών με τις κυκλοδεξτρίνες έχει σημαντική επίδραση στις φυσικοχημικές τους ιδιότητες (διαλυτότητα, χημική σταθερότητα, βιοδιαθεσιμότητα). Τα λιποσώματα από την πλευρά τους είναι μορφές χορήγησης φαρμάκων με πολλά πλεονεκτήματα. Παρουσιάζουν όμως το πρόβλημα της διαφυγής των λιπόφιλων φαρμάκων (που διέρχονται από τη μεμβράνη), κυρίως μετά από in vivo χορήγηση (Kirby and Gregoriadis, 1983; Takino et al, 1994). Έτσι για την παρασκευή σταθερών μορφών χορήγησης φαρμάκων προτάθηκε ο εγκλωβισμός συμπλόκων του φαρμάκου με κυκλοδεξτρίνη στην υδατική φάση του λιποσώματος σχηματίζοντας σύστημα φάρμακο-σε-κυκλοδεξτρίνη-σε-λιπόσωμα (McCormack and Gregoriadis, 1994). Ωστόσο και το σύστημα αυτό εμφανίζει προβλήματα λόγω ικανότητας των κυκλοδεξτρινών να απομακρύνουν λιπίδια από τη μεμβράνη και να σχηματίζουν με αυτά σύμπλοκες ενώσεις. Καθώς όμως τα λιπίδια απομακρύνονται από τη μεμβράνη και εισέρχονται στην κοιλότητα της κυκλοδεξτρίνης αντικαθιστούν το φάρμακο που βρίσκεται εντός της κυκλοδεξτρίνης, το οποίο με τη σειρά του απελευθερώνεται από το λιπόσωμα λόγω αποδιοργάνωσης της λιπιδικής μεμβράνης. Στη παρούσα εργασία μελετήθηκε η σταθερότητα της μεμβράνης (προσδιορισμός συγκράτησης καλσεΐνης) και η σχετική θολερότητα διαφορετικών λιποσωμικών διασπορών κατά την επώασή τους παρουσία διαφορετικών κυκλοδεξτρινών. Συγκεκριμένα παρασκευάστηκαν DRV, MLV και SUV λιποσώματα αποτελούμενα από διαφορετικά φωσφολιπίδια και τα οποία περιέχουν ή όχι χοληστερόλη. Όλες οι παραπάνω λιποσωμικές μορφές παρασκευάστηκαν έτσι ώστε να περιέχουν καλσεΐνη (100mM) στην υδατική φάσης τους και έπειτα προσδιορίστηκε η συγκράτηση της καλσεΐνης από τα λιποσώματα κατά τη επώασή τους για 24 ώρες παρουσία των κυκλοδεξτρινών ΗΡ-β-CD, HP-γ-CD και Methyl-β- CD. Τα αποτελέσματα της μελέτης της σταθερότητας της μεμβράνης έδειξαν ότι η σταθερότητα των λιποσωμάτων στα διαλύματα των κυκλοδεξτρινών εξαρτάται από τον τύπο του λιποσώματος και τη λιπιδική σύσταση. Έτσι στα λιποσώματα με την ίδια λιπιδική σύσταση η διαφυγή καλσεΐνης από τα λιποσώματα κατά την επώασή τους παρουσία κυκλοδεξτρινών, ακολούθησε την εξής σειρά MLV>DRV >SUV. Η σταθερότητα των MLV και SUV λιποσωμάτων επηρεάστηκε περισσότερο από τη Methyl-β-CD σε σχέση με τις άλλες κυκλοδεξτρίνες. Μάλιστα είναι χαρακτηριστικό ότι η σταθερότητα των SUV λιποσωμάτων επηρεάστηκε μόνο από τη Me-β-CD. Όσον αφορά στη επίδραση της λιπιδικής σύστασης, τα DSPC λιποσώματα βρέθηκε να είναι σταθερά παρουσία και των τριών κυκλοδεξτρινών, ακόμα και όταν η λιπιδική τους μεμβράνη περιείχε χοληστερόλη. Επιπλέον τα HPC λιποσώματα αποδείχτηκαν σταθερότερα από τα PC, γεγονός που καταδεικνύει την επίδραση του κορεσμού των λιπιδίων, αλλά και της ακαμψίας της μεμβράνης στη σταθερότητα των λιποσωμάτων. Τέλος η χοληστερόλη βρέθηκε να αυξάνει τη σταθερότητα των PC και να αποσταθεροποιεί τα λιποσώματα που αποτελούνται από HPC. Επιπλέον οι μετρήσεις θολερότητας των λιποσωμικών διασπορών παρουσία αυξανόμενης συγκέντρωσης κυκλοδεξτρινών έδειξαν ότι η Me-β-CD προκάλεσε τη διαλυτοποίηση των λιποσωμάτων. Μάλιστα τα DRV λιποσώματα βρέθηκε να επηρεάζονται περισσότερο σε σχέση με τα SUV λιποσώματα. Χαρακτηριστικό είναι ότι τα αποτελέσματα από της μελέτης της απελευθέρωσης καλσεΐνης δε συμφωνούσαν πάντα με τα αποτελέσματα μέτρησης της σχετικής θολερότητας. Έτσι εξάγεται το συμπέρασμα ότι η απελευθέρωση καλσεΐνης είναι ανεξάρτητη της λιποσωμικής διαλυτοποίησης. / Cyclodextrins (CDs) are hydrophilic water-soluble oligosaccharides that can accommodate water-insoluble drugs in the hydrophobic cavities they form (Frank, 1975). They received considerable attention in the pharmaceutical field because of the improved characteristics (as aqueous solubility, chemical stability and bioavailability) observed for several drug molecules through inclusion complex formation. Previous indications that highly lipophilic drugs are rapidly released from liposomes after in-vivo administration (Kirby and Gregoriadis, 1983; Takino et al, 1994) prompted the consideration of an alternative approach for stable encapsulation of lipophilic drugs in the aqueous interior of liposomes, utilizing CDs (McCormack and Gregoriadis, 1994). This approach established a novel system in drug delivery, combining liposomes and cyclodextrin complexes of lipophilic drugs by forming drug-in-cyclodextrin-in-liposome preparations. A recently observed problem of such systems is the release of drug from the CD-drug complex encapsulating liposomes. This has been connected with the known ability of CDs to remove lipid components from cell membranes by forming inclusion complexes with the lipids (Fauvelle et al, 1997, Nishijo and Mizuno, 1998). In other words, membrane lipids may be entering in the CD cavity replacing the drug, which is in turn released from the vesicles as a consequence of the lipid membrane reorganization. The membrane integrity (calcein retention) and relative turbidity of different liposomal dispersions during incubation in presence of various cyclodextrin (CD) molecules was studied. DRV, MLV and SUV liposomes, composed of different phospholipids and containing or not cholesterol were prepared. All liposomes were formulated to encapsulate calcein (100 mM), and the retention of the liposome entrapped dye was followed during a 24 hour incubation period in presence of HP-β- CD, HP-γ-CD or Me-β-CD. The experimental results demonstrate that the integrity of liposome membranes in cyclodextrin solutions is affected by the liposome lipid composition and type. In general, for the same lipid composition calcein release from liposomes during incubation in CD’s was in the order MLV>DRV>SUV. The CD molecule that influences MLV and SUV liposome stability the most is Me-β-CD. In fact SUV liposomes, are affected only by Me-β-CD. Considering lipid composition, DSPC liposomes are always very stable, while cholesterol addition in their membrane either has no effect or decreases stability. HPC liposomes are more stable compared to PC liposomes, suggesting that phospholipid saturation and/or membrane rigidity influences their interaction with CD molecules, while cholesterol addition improved PC-liposome stability but destabilized HPC liposomes. Turbidity of some liposome dispersions was measured in presence of increasing concentrations of cyclodextrins and results show that Me-β-CD induces liposome solubilization. Aditionaly, they confirm that DRV liposomes are affected more than SUV. Decrease of relative turbidity does not always agree with calcein release, indicating that calcein release occurs irrespective of liposomal solubilization.