Είναι γνωστό ότι τα λιποσώματα παρέχουν πολλά πλεονεκτήματα για τη χορήγηση και /ή τη στόχευση φαρμάκων (Lasic 1993, Gregoriadis 1988). Κατά τη χορήγηση λιποσωμικών φαρμακομορφών για τοπική (topical) εφαρμογή ή εφαρμογή σε επιθήλια (mucosal) (Rollan 1993, Schreier and Bouwstra 1994) είναι απαραίτητο οι ρεολογικές και βλεννοσυγκολητικές ιδιότητες των λιποσωμικών διασπορών να ρυθμίζονται ανάλογα με την επιδιωκόμενη οδό χορήγησης. Αυτό μπορεί εύκολα να επιτευχθεί με τη προσθήκη παραγόντων αύξησης ιξώδους (gelling agents) στις λιποσωμικές διασπορές. Συνεπώς προκύπτουν σύνθετες φαρμακοτεχνικές μορφές που από δομικής σύστασης είναι διασπορές λιποσωμικών μορφών φάρμακων σε συστήματα γελών (drug-in-liposome-in-gel). Ανάλογα με το βαθμό συγκράτησης του φαρμάκου στα λιποσώματα μετά τη διασπορά των λιποσωμάτων στην επιθυμητή φαρμακοτεχνική μορφή, μπορεί να τροποποιηθεί και ο ρυθμός απελευθέρωσης του φαρμάκου από τέτοια συστήματα. Αυτό συνδέεται σε μεγάλο βαθμό κυρίως με δύο ομάδες παραγόντων: • Πρώτον με τη σταθερότητα των λιποσωμάτων (ακεραιότητα μεμβράνης και μηχανική σταθερότητα) κατά τη διασπορά σε ημι-στερεές φαρμακοτεχνικές μορφές, κάτι το οποίο συνδέεται τόσο με την σκληρότητα (rigidity) της μεμβράνης του λιποσωμικού φορέα όσο και με τις φυσικές ιδιότητες του ημι-στερεού συστήματος (ιξώδες και ρεολογικές ιδιότητες). • Δεύτερον, με τις φυσικοχημικές ιδιότητες του προς μορφοποίηση φάρμακου. Όσο πιο λιπόφιλο είναι ένα φάρμακο και όσο μικρότερη η διαλυτότητα του στο νερό, τόσο μεγαλύτερος θα είναι λογικά ο χρόνος συγκράτησης του στις λιπιδικές διπλοστοιβάδες των λιποσωμάτων συγκριτικά με αμφίφιλα φάρμακα που έχουν σημαντικά υψηλότερη διαλυτότητα στο νερό. Επειδή σε ανάλογα σύνθετα (φάρμακο-σε-λιπόσωμα-σε-γέλες) συστήματα χορήγησης είναι πιθανόν να πρέπει να συνυπάρχουν εκτός από τον παράγοντα αύξησης του ιξώδους και άλλα έκδοχα, κυρίως παράγοντες που αυξάνουν τη διαλυτότητα διάφορων ουσιών ή επιφανειοδραστικά, ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η εξέταση της επίδρασης τέτοιων εκδοχών κατά την προσθήκη τους στα παραπάνω συστήματα. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση των εξής εκδόχων: Transcutol, Propylene-glycol, Cremophor και Labrafac στη σταθερότητα λιποσωμικών μορφών φαρμάκων και στο ρυθμό απελευθέρωσης υδρόφιλων και λιπόφιλων μορίων από συστήματα διασποράς λιποσωμικών μορφών τέτοιων ουσιών σε γέλες (drug-in-liposome-in-gel). Τα έκδοχα αυτά μόνα ή σε συνδυασμό μεταξύ τους καθως και σε συνδυασμό με άλλους φορείς προσφέρονται για την παρασκευή κατάλληλων φαρμακοτεχνικών μορφών που αποβλέπουν στην αύξηση διαλυτότητας, απορρόφησης και τελικά της βιοδιαθεσιμότητας δυσδιάλυτων φαρμάκων Για την εκτίμηση του βαθμού επίδρασης των πιο πάνω αναφερθέντων εκδοχών στη σταθερότητα λιποσωμικών μορφών φαρμάκων και στο ρυθμό απελευθέρωσης τόσο των υδρόφιλων όσο και λιπόφιλων φάρμακων από συστήματα διασποράς λιποσωμικών μορφών τους σε γέλες (drug-in-liposome-in-gel). χρησιμοποιήθηκε ως μοντέλο υδρόφιλων μορίων η καλσεΐνη ενώ ως μοντέλο υδρόφοβων ουσιών η γκριζεοφουλβίνη. Εδώ ως παράγοντες αύξησης του ιξώδους για την παρασκευή των σύνθετων φαρμακευτικών μορφών, φάρμακο-σε-λιπόσωμα-σε-γέλες χρησιμοποιήθηκαν: (Ι) το πολυμερές του ακρυλικού οξέος, carbopol 974PNF, (ΙΙ) το πολυμερές υδροξυ-αιθυλ-κυτταρίνης (HEC-Hydroxyethylcellulose) καθως και (ΙΙΙ) μίγμα των δυο πολυμερών. Γενικά από τη μελέτη αυτή συμπεραίνουμε ότι: Η επίδραση των προς εξέταση παραγόντων στη σταθερότητα των λιποσωμάτων εξαρτάται από: τη λιπιδική σύσταση, την προσθήκη χοληστερόλης κατά την παρασκευή των λιποσωμάτων, τη λιποφιλικότητα του εκδόχου και τη συγκέντρωσή του. Σχετικά με τη σταθερότητα των λιποσωμάτων παρουσία των εκδόχων που μελετήθηκαν: 1. Tα PC λιποσώματα σπάνε πολύ εύκολα με και χωρίς την παρουσία των εκδοχών στο φορέα υδρογέλης. 2. Τα πιο ανθεκτικά λιποσώματα DSPC/Chol 1:1 φαίνεται να έχουν μεγαλύτερη σταθερότητα. Όμως και στις δυο περιπτώσεις (PC και DSPC/Chol) η σταθερότητα των λιποσωμάτων στους παράγοντες αυτούς μειώνεται ακολουθώντας την εξής σειρά: Transcutol ≈ Propylene-glycol < Cremophor < Labrafac. 3. To Labrafac διαταράσσει στο μεγαλύτερο βαθμό τις λιπιδικές διπλοστοιβάδες προκαλώντας τη μεγαλύτερη διαρροή των εγκλωβισμένων μορίων προκαλώντας σημαντικές δομικές μεταβολές στα λιποσώματα. 4. H χοληστερόλη αυξάνει την σταθερότητα των λιποσωμάτων κυρίως παρουσία των εκδοχών με μια σχετική ασθενή δράση αλλά όχι σημαντικά παρουσία του εκδόχου Labrafac. Σχετικά με τη κινητική απελευθέρωσης ουσιών από λιποσωμικές τους μορφές που διασπείρονται σε γέλες παρουσία των εκδόχων που μελετήθηκαν: 1. Ένα σημαντικό εύρημα είναι ότι υπάρχει μεγάλη διαφορά στη συμπεριφορά απελευθέρωσης λιπόφιλων και υδρόφιλων μορίων από λιποσωμικές μορφές τους όταν τα τελευταία διασπείρονται σε συστήματα υδρογέλων παρουσία και απουσία των εκδόχων καθως και στη μεταξύ τους απελευθέρωση. 2. Σε γενικές γραμμές η απελευθέρωση των εγκλωβισμένων στα λιποσώματα ουσιών, όταν αυτά διασπείρονται στις γέλες που περιέχουν έκδοχα, φαίνεται να συνδέεται-επηρεάζεται από τη σταθερότητα των λιποσωμάτων παρουσία αυτών των εκδόχων, όπως ευρέθηκε στο πρώτο μέρος της μελέτης. Η κινητική απελευθέρωσης λιπόφιλων φαρμάκων από σύνθετα συστήματα όπως αυτά που μελετήθηκαν μπορεί να επιβραδύνεται σημαντικά όταν μέσα στις μορφές προστίθενται έκδοχα με υψηλή λιπόφιλα (Labrafac- γκριζεοφουλβίνη) (πιθανή κατανομή της γκριζεοφουλβίνης σε λιπόφιλες περιοχές). Κλείνοντας επισημαίνουμε ότι η ανακάλυψη νέων συστημάτων χορήγησης φαρμάκων αποτελεί σήμερα τη μεγαλύτερη πρόκληση για τους επιστήμονες. Οι πιο πάνω φορείς συγκαταλέγονται ανάμεσα στα πιο σπουδαία συστήματα χορήγησης φαρμάκων όχι μόνο λόγω συμβατότητας τους ως προς το ανθρώπινο οργανισμό αλλά και εξαιτίας της μεγάλης δυνατότητας εφαρμογών που προσφέρουν. Απώτερος σκοπός αυτής της μελέτης είναι η καταχώρηση στη βιβλιογραφία νέων στοιχείων σχετικά με την επίδραση αυτών των εκδοχών και συνεπώς η διευκόλυνση κατά την επιλογή των καταλληλότερων συνδυασμών φορέων-εκδοχών στο σχεδιασμό επιθυμητών φαρμακοτεχνικών μορφών. / It is well known that liposomes offer many advantages for the delivery and/or targeting of drugs (Lasic 1993, Gregoriadis 1988). When mucosal or topical delivery of liposomal formulations is considered (Rollan 1993, Schreier and Bouwstra, 1994), it is essential that rheological and/or mucoadhesive properties of the liposome dispersions are adjusted accordingly, depending on the intended route of administration. This can be easily dome by adding gelling agents in the liposomal dispersions. Thereby, eventually a drug-in-liposome-in gel complex formulation is developed. Depending on the retention of the drug in the liposomes after the liposomes are dispersed in the preferred formulation, the release rate of the drug may be modified. This is highly related with two major groups of factors; • First the stability of the liposomes (membrane integrity and mechanical stability) during dispersion in the semi-solid formulation that may be related to the vesicle-membrane rigidity as well as the semisolid system physical properties (viscosity and rheological properties). • Second, the physicochemical properties of the drug formulated. A more lipophilic drug with low aqueous solubility should be logically retained for longer time periods in liposome lipid bilayers when compared with amphiphillic drugs with considerable high aqueous solubility (that will be the driving force to move drug molecules to partition in the aqueous environments until saturation occurs). In some cases, in addition to the gelling agents it is essential to have also other excipients in the complex drug-in-liposome-in-gel systems, as solubilizers, surfactants, co-surfactants et.c. Herein, we evaluate the effect of such excipients on the release of drugs from complex systems. We chose to use trancutol, propylene glycol, cremophor and labrafac-hydro, that are commonly used excipients in pharmaceutical formulations. In order to evaluate the extent to which these compounds can affect the release rate of drugs from drug-in-liposome-in-gel systems we followed the release of two model compounds, one hydrophilic dye (calcein) and one lipophilic drug (griseofulvin). The effect of the rigidity of liposomal membranes was evaluated by testing two different liposome lipid compositions for each case of encapsulated compounds, one that is known to be what is called “leaky”, which is the plain PC (egg lecithin) composition, and one which is very rigid, which is the DSPC/Chol (1:1 mol/mol) composition. Additionally, we also evaluated the effect of the gel composition and characteristics, by studying the release of both drugs from liposomes that have been dispersed in systems with different properties. For this we used gels composed of the acrylic acid based polymer Carbopol 974, which is a substance of many commercially available semisolid formulations, at two different concentrations (same rheological properties and different viscosity) as well as a cellulose based gel, composed of hydroxyethyl-cellulose (different rheological properties). Additionally we evaluated also a mixture of the two polymers, which has been proposed as a formulation base with several advantages, for vaginal delivery of drugs. In addition, we studied the stability of liposomes during incubation in the presence of the plain excipients (in 2 different concentrations, 10% and 25%) in order to see if this can be correlated on the effect of the same agents on drug release from the complex systems. The general conclusion extracted from the experimental results of this study is that the effect of the excipients on liposome stability depend on (i) the lipid composition of the liposomal membranes, (ii) the inclusion of cholesterol in the liposomes or not, (iii) the lipophilicity of the excipient and (iv) the concentration of the excipient. More analytically: In respect to liposome stability: 1. PC liposomes are easily disrupted with or without the presence of the excipients in the gels. 2. The very rigid DSPC/Chol (1:1 mol/mol) liposomes demonstrate higher stability. 3. In both cases the effect of the excipients follows the sequence: Transcutol ≈ Propylene-glycol < Cremophor < Labrafac. 4. Labrafac has the highest effect on liposome stability it practically dissolves liposomal membranes. 5. Cholesterol inclusion in liposomal membranes results in increased stability, however even the most stable DSPC/Chol (1:1) liposomes are very unstable in presence of Labrafac. In respect to the release of liposomal drugs from the complex systems in presence of the excipients studied: 3. A significant finding is that there is a difference in the release pattern and rate between lipophilic and hydrophilic liposome-encapsulated molecules, in the presence of excipient or not (control studies).. 4. In general, there seems to be a correlation between the stability of liposomes in presence of excipients and the effect that the specific excipient has on the release kinetics of liposome encapsulated molecules from complex drug-in-liposome-in-gel systems. 5. The release of lipophilic molecules (that are encapsulated in the lipospmes) from complex systems can be substantially sustained when lipophilic excipients are added in the gel (as is the case of griseofulvin and labrafac). Concluding, we stress the fact that the invention of new drug delivery systems with better performance is a great challenge for scientists involved in pharmaceutics. The systems studied here are offering many advantages due to their biocompatible nature and the extended number of applications they may have. The final scope of this study is the entry of new data about the effect of excipients on the properties of complex drug delivery systems. As the availability similar data in the related literature increases, it will become more easy to make the best selection of excipients during the development of better formulations for existing of new drugs.

Σήμερα η μελέτη των βιοϋλικών προσανατολίζεται σε δύο κατευθύνσεις, την ανάπτυξη συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων και συστημάτων κατάλληλων να διεγείρουν κυτταρικές λειτουργίες. Η έρευνά μας έχει σχέση με την συγκριτική μελέτη συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων κατάλληλων για εφαρμογή σε οστικούς καρκίνους. Τέτοιου είδους συστήματα θα πρέπει, αρχικά να είναι ικανά να μεταφέρουν τα φαρμακευτικά μόρια και στη συνέχεια να μπορούν να επάγουν οστεογένεση. Η δεύτερη λειτουργικότητα είναι ιδιαιτέρως σημαντική καθώς έχει σαν αποτέλεσμα την πλήρωση του οστικού ελλείμματος που προκαλείται από την δράση των καρκινικών κυττάρων. Για τον σκοπό αυτό, διερευνήθηκε η ικανότητα του υαλώδους δικτύου να μεταφέρει φαρμακευτικά μόρια μέσω παραδοσιακών συστημάτων μεταφοράς. Συνεπώς, ακολούθησε η ex vitro μελέτη pH-ευαίσθητων τροποποιημένων πυριτικών ξηρών πηκτών στα οποία είχε συνδεθεί το αντικαρκινικό φάρμακο δοξορουπμυσίνη. Συγκεκριμένα, πυριτικά ξηρά πηκτώματα συντέθηκαν με την μέθοδο sol-gel και τροποποιήθηκαν περαιτέρω με χημεία καρβοδιϊμιδίου. Η τροποποίηση είχε σαν αποτέλεσμα την επιφανειακή σύνδεση υδροπηκτών δεξτράνης που παρουσιάζουν ευαισθησία στο pH. Στη συνέχεια, ακολούθησε η σύνθεση των ανόργανων βιοενεργών νανοσφαιρών. Για την σύνθεση των υαλωδών νανοσφαιρών με εσωτερική κοιλότητα ακολουθήθηκε η διαδικασία επικάλυψης sol-gel, κατά την οποία έγινε η ηλεκτροστατική επικάλυψη νανοσωματιδίων πολυστυρενίου με αποτέλεσμα την σύνθεση ανόργανων πυριτικών και φωσφοπυριτικών νανοσφαιρών. Επιπλέον, μελετήθηκε η εφαρμογή του συμπολυμερούς του πολυμεθακρυλικού μεθυλεστέρα – υδρομεθακρυλικού προπυλεστέρα ως υποστρώματος καθώς το PMMA αποτελεί βασικό συστατικό των οστικών τσιμέντων και παρουσιάζει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες. Προκειμένου να ολοκληρωθεί η συγκριτική μελέτη μας, ακολούθησε η ex vitro ανάλυση των παραπάνω υβριδικών φωσφοπυριτικών νανοσφαιρών καθώς επίσης των πυριτικών νανοσφαιρών PS και PMMA-co-HPMA. Η επώαση σε διάλυμα SBF οδήγησε στον σχηματισμό ανθρακικού πυριτικού υδροξυαπατίτη με το μέγεθος των κρυσταλλιτών να μην υπερβαίνει τα 45 nm και έντονη παρουσία συσσωματωμάτων. Βέλτιστες ιδιότητες βιοενεργότητας παρουσιάζουν οι τροποποιημένες με αμίνες υβριδικές νανοσφαίρες PMMA-co-HPMA, οι οποίες έχουν επίσης την δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως μεταφορείς φαρμακευτικών μορίων σε όξινο καθώς επίσης και σε φυσιολογικό pH με παρατεταμένη δυνατότητα αποδέσμευσης. / Recently the study of biomaterials has moved in two directions, the evolution of drug delivery systems and of systems that can stimulate specific cellular responses. Our investigation aims to the study of drug delivery systems for bone cancer therapy. These systems must fulfill two important functionalities. At first, they should be able to deliver drug molecules to bone cancer environment through loading or surface conjugation and subsequently to cause osteogenesis. Their second functionality is especially important since it leads to substitution of bone defects caused from the action of cancer cells. For this purpose, the ability of the glassy network to deliver drug molecules was studied. For this purpose, expanded ex vitro research was followed in DOX conjugated pH-sensitive functionalized silica xerogels. Specifically, silica xerogels were synthesized through a sol-gel process and further functionalized with carbodiimide chemistry. The functionalization process resulted in pH-sensitive dextran hydrogels. The study of the enhanced properties of glassy substrates was followed by the synthesis of amorphous bioactive nanospheres. Moreover, the change of the organic core and the use of PMMA-co-HPMA were advantageous due to the enhanced mechanical properties of PMMA-co-HPMA and its use in bone cements. In order to accomplish our comparative investigation, we followed the ex vitro study of the above hybrid binary silicate, ternary and quaternary phosphosilicate nanospheres as well as the silicate PS and PMMA-co-HPMA nanospheres. The incubation in SBF solution resulted in the formation of a silica-substituted carbonate hydroxyapatite (Si-HCA) a with crystallite size of around 45 nm and extended surface aggregates. The amino-modified PMMA-co-HPMA hybrid nanospheres present enhanced biocompatible properties, with prolonged release ability as drug delivery systems, in acidic as well as physiological pH.