Η καλσείνη (calcein) γνωστή και με την αγγλική ορολογία Fluorexon/Fluorescein είναι μια μικρού μοριακού βάρους υδατοδιαλυτή ουσία και χρησιμοποιείται ως μόριο- πρότυπο μικρού υδατοδιαλυτού φαρμάκου, σε πλήθος εφαρμογών τόσο στο τομέα της φαρμακευτικής όσο και στο τομέα της χημείας. Η χρησιμότητα της έγκειται στο γεγονός ότι παρουσιάζει φθορισμό που αποσβένειται σε υψηλές συγκεντρώσεις(100mM) και της εύκολης παρακολούθησης της αποδέσμευσης της από σωματιδιακά συστήματα χορήγησης φαρμάκων. Τα λιποσώματα είναι καθορισμένα λιπιδικά κυστίδια με μέγεθος που κυμαίνεται μεταξύ 0,05-5μm και βρίσκονται εδώ και πολλά χρόνια στο επίκεντρο του ερευνητικού ενδιαφέροντος, ως φορείς φαρμάκων και βιοδραστικών ενώσεων καθώς και για την βελτίωση της απόδοσής τους στους οργανισμούς. Τα λιποσώματα μελετώνται για την απόδοση βιολογικά δραστικών ουσιών κυρίως για τους εξής λόγους: 1. την αδυναμία αυτών των ουσιών να επιτύχουν την επιθυμητή συγκέντρωση στην επιθυμητή περιοχή, 2. την κυτταροτοξικότητά τους και 3. προβλήματα που σχετίζονται με τη χορήγησή τους (για παράδειγμα χαμηλή διαλυτότητά τους σε κατάλληλο φορέα). Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι, η μαθηματική μοντελοποίηση και η μελέτη της κινητικής αποδέσμευσης των μορίων της καλσείνης, που λειτουργούν ως μόρια- πρότυπου υδατοδιαλυτού φαρμάκου, σε συστήματα λιποσωμάτων τα οποία παρασκευάστηκαν σε διαφορετικές λιπιδικές συστάσεις με την επίδραση της χοληστερόλης και της πολυαιθυλενογλυκόλης να καθορίζουν τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων της καλσείνης. Ειδικότερα, παρασκευάστηκαν λιποσώματα SUV με την μέθοδο του λεπτού υμενίου, στα οποία εγκλωβίστηκε καλσείνη σε υψηλή συγκέντρωση (100mM) με χρήση ακίδας υπερήχων για περίπου 15 λεπτά, σε συστάσεις (PC, PC/Chol 4:1, 2:1 και 1:1 mole/mole) καθώς και (PC/Chol/PEG 2:1:0.04, 2:1:0.08, 2:1:0.16 και 2:1:0.32 mole/mole/mole). Η μελέτη των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των συστημάτων αυτών όπως είναι η μέση υδροδυναμική διάμετρος, η πολυδιασπορά και το ζ-δυναμικό τους, πραγματοποιήθηκε με τη χρήση DLS (Dynamic Light Scattering Nano-ZS Malvern UK) στους 25°C. Ο προσδιορισμός της ποσοστιαίας απελευθέρωσης της καλσείνης (% Cumulative calcein release) έγινε μετά από επώαση των δειγμάτων στους 37°C μέσα σε διάστημα 32h, υπολογίζοντας το ποσοστό συγκράτησης της καλσείνης (Latency %) σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα με μέτρηση του φθορισμού (FL) της ουσίας. Στη συνέχεια τα αποτελέσματα αποδόθηκαν αναλυτικά σε διαγράμματα LATENCY% και RETENTION% σε συνάρτηση με το χρόνο με σκοπό να δημιουργηθεί ένα ολοκληρωμένο προφίλ για κάθε λιποσωμική δομή. Τέλος κατασκευάστηκαν διαγράμματα RELEASE% σε συνάρτηση με το χρόνο. Όπως αναμενόταν η διπλοστοιβάδα των PEG-λιποσωμάτων είναι πιο σταθερή σε σχέση με την διπλοστοιβάδα των λιποσωμάτων χωρίς PEG με αποτέλεσμα την ελάττωση της διαπερατότητας της λιπιδικής μεμβράνης. Η ίδια υπόθεση έγινε και στην περίπτωση που στα λιποσώματα προστέθηκε χοληστερόλη, όπου η αύξηση της συγκέντρωσης της χοληστερόλης οδήγησε σε αύξηση της ακεραιότητας της διπλοστοιβάδας τους. Τέλος μια εξίσωση-πρότυπο τριών παραμέτρων κατασκευάστηκε και τροποποιήθηκε κατάλληλα έτσι ώστε να περιγράψει με ακρίβεια τα πειραματικά αποτελέσματα. Οι παράμετροι Kon, Koff περιγράφουν την σύνδεση και την αποσύνδεση των μορίων της καλσείνης από τη λιποσωμική δομή και σε συνδυασμό με την παράμετρο Ks καθορίζουν την απελευθέρωση των μορίων της. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε η συνάρτηση Weibull, μια σαφώς απλούστερη συνάρτηση σε σχέση με την συνάρτηση τριών παραμέτρων που χρησιμοποιήσαμε αρχικά, έτσι ώστε να καθοριστεί ενδελεχώς ο ρόλος της διάχυσης στα συστήματα λιποσωμάτων που παρασκευάσαμε. Επόμενο βήμα ήταν η επεξεργασία των δύο αυτών συναρτήσεων με την τεχνική Monte Carlo, ώστε να εξαχθεί μια εκτίμηση για την τυπική απόκλιση των παραμέτρων των συναρτήσεων. Τα αποτελέσματα υπέδειξαν την ιδανικότερη τεχνική/μέθοδο προσαρμογής που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για κάθε λιποσωμική δομή που παρασκευάσαμε. / Calcein also known as Fluorexon/Fluorescein is a water-soluble substance with low molecular weight. Calcein used as a model-molecule of highly water-soluble drugs in a wide range of applications in pharmaceutics and chemistry. It’s usefulness is due to the fact that fluorescence self-quenches in high concentrations and so it’s release from liposome systems could monitor with ease. Liposomes are vesicles with particle size from 0.05 to 5μm. Liposome structures are at the heart of scientific interest for many years, as they are used as widely in drug delivery systems and have enhanced their performance in biota. Studies in liposomes, focused on the performance of bio-active substances for the following reasons: 1. Weakness of them to achieve the appropriate concentration in the appropriate area. 2. High cytotoxicity and 3. Problems that appears during their administration (f.i. low solubility). The objective of the current study, is to mathematically model and study the release kinetics of calcein molecules (that work as a hydrophilic drug model) from liposome structures with different compositions when cholesterol and polyethylene-glycol determines physicochemical properties and retentions of calcein molecules. Specifically, SUV-liposomes prepared with the thin-film hydration method which encapsulate calcein molecules of high concentration (100mM), were used. Their size was decreased by applying probe sonication for 15min. Phosphatidylcholine (PC), Cholesterol (Chol) and polyethelene-glycol 2000 (PEG) were used in different concentrations (PC, PC/Chol 4:1, 2:1 and 1:1 mole/mole) and (PC/Chol/PEG 2:1:0.04, 2:1:0.08, 2:1:0.16 and 2:1:0.32 mole/mole/mole). Study of vesicle physicochemical characteristics such as z-size, pdi and z-potential, was carried out by DLS (Nano-ZS Malvern UK) at 25°C. Determination of the percentage of Cumulative calcein release taking place during incubation of vesicles at 37°C for up to 32h. Fluorescence Intensity (FL) measurements were performed to estimate the restraint percentage of calcein molecules. Subsequently, final results were attributed to analytical plots (LATENCY % AND RETENTION % with time), in order to create a completed profile for every liposome structure. Finally, results summarized into release curves dependent on time. As expected, the lipid bilayer of PEGylated liposomes was more stable than bilayer of liposomes without PEG coating and as a result the permeability of the later formulation decreased. This was also the case when Chol was included in the liposome membrane; vesicle integrity increased with increasing Chol concentration. A model three-parameter equation was used and modified in appropriately in order to describe the experimental results with accuracy. Parameters Kon, Koff (rate constants of association and disassociation, respectively) and Ks were used to describe the cumulative release of calcein over time, for each formulation study. Subsequently, we use Weibull function, clearly a simpler function in relation to the three-parameters function used initially, in order to determine thoroughly the role of diffusion systems liposome preparations. Next step was the processing of these two functions with Monte Carlo technique in order to extract an estimation of the Standard Deviation (SD) of the parameters of the functions. Results indicated the ideal technique/method of fitting, that could be used for each liposomal structure prepared.