A Pharmaceutical study using certain nano-vesicular systems / by Moaz Mohammed Ahmed El-Naggar ; Supervision of Prof. Dr. Mohamed Ahmed El-Nabarawi , Prof. Dr. Mahmoud Hassan Teaima , Dr. Rofida Mohamed Saad.

Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 200-250.

Bacterial resistance against existing anti-microbial agents is progressively increasing which necessitates the development of new anti-microbial agents as a response for this threat. There are many approaches for developing a new drug such as combinatorial chemistry, high-throughput screening, rational drug design and others. One of the most promising approaches for developing a new drug is drug repurposing.
Drug repurposing or drug repositioning is a new approach by which we re-use an already established drug for an entirely different purpose. This approach grabbed the attention of the scientist because of its many advantages over the traditional approach of developing a new drug entity. Re-using an already existing drug which was thoroughly studied in terms of biopharmaceutical properties and safety profile reduces the time and the cost required to deliver the drug to the market.
Levocetirizine dihydrochloride (LVC) is a water soluble H1 receptor blocker that belongs to the second-generation anti-histaminic drugs. It is used for the treatment of allergies with minimum side effects. It was reported in the literature that certain anti-histaminic drugs may possess some anti-microbial effect against microorganisms, one of these drugs was LVC and its R-enantiomer cetirizine.
Nanocarriers (NC) are small colloidal nanoparticles that are extensively used for the delivery of a therapeutic agent or any other substances to a target site. They had been widely used as vehicles for the antimicrobial agents as they improve their efficiency against microorganisms owing to their submicron size, and great surface area which permits higher interaction of the drug with the invading microorganisms. A well-known example of the NC are liposomes. Liposomes are considered the first lipid vesicles to be discovered. It consists of phospholipid bilayer (PC) encompassing an aqueous core, it is therefore suitable for loading both hydrophilic and hydrophobic drugs and it is also biocompatible. There are many other NC that are basically modified forms of liposomes such as ethosomes, transethosomes, and terpesomes (TPs) or invasomes. The main difference between terpesomes and liposomes is that terpesomes are terpene enriched nanovesicles. The presence of terpenes gives the terpesomes some anti-microbial, anti-fungal effects, in addition to an anti-inflammatory effect which make the terpesomes a good choice as a NC acting as a carrier with multiple beneficial effects for various diseases.
This work reports the effect of LVC entrapped in NC and NC loaded gel as a repurposed antimicrobial agent against methicillin resistant staphylococcus aureus (MRSA) related skin infection.
The work in this thesis was aimed to:
1. Conducting a screening study using a full factorial 21.31 design to evaluate the factors affecting the LVC loaded terpesomes which were terpene type (X1) and PC amount (mg) (X2), and the responses selected were entrapment efficiency (EE%) (Y1), particle size (PS) (Y2), polydispersity index (PDI) (Y3), and zeta potential (ZP) (Y4).
2. Conducting an optimization study using D-optimal design to the best formula chosen from the design screening to enhance its retention and deposition to the skin layers, the independent variables in this design were surface active agent (SAA) amount mg (X1), sonication time (min) (X2), and SAA type (X3) and the selected responses were EE% (Y1), PS (Y2), and ZP (Y3).
3. Visualizing the optimum TP by Transmission electron microscope (TEM).
4. Performing an in-vitro release study to compare the release of LVC from the optimum TP to the release of LVC from LVC-solution.
5. Performing a differential scanning calorimetry (DSC) study to the LVC and the lyophilized optimum TP to demonstrate the difference in the thermal behavior between them.
6. Conducting short term storage study to evaluate the effect of storage on the optimum TP.
7. Loading the optimum TP into gel to facilitate the application and enhance the retention of LVC to the skin and evaluating the pH and viscosity of the gel.
8. Evaluating the amount permeated of LVC from the optimum TP, and the optimum TP-gel compared to LVC solution, and LVC -gel using ex-vivo permeation study using rat skin.
9. Visualizing the deposition of the NC into the skin layers through confocal laser scanning microscopy (CLSM).
10. Conducting an in-silico docking and molecular dynamic simulation (MD) to study the binding of the LVC to the methicillin resistant staphylococcus aureus (MRSA) active site.
11. In-silico study was performed to predict the stability of the optimum formulation components.
12. Evaluating the in-vitro anti-microbial effect of the LVC and the TP at various pH values.
13. Performing a MRSA biofilm inhibition and detachment assay for the optimum TP-gel, LVC-gel, and LVC-solution.
14. Evaluation of the in-vivo anti-microbial effect of the optimum TP-gel, LVC-gel against MRSA induced skin infection.
15. Determination of the tolerance and safety of the selected formulae toward animal skin layers using female BALB/C mice.

إعادة استخدام الأدوية لغرض آخر أو تغيير استخدامها هو نهج جديد نعيد من خلاله استخدام دواء تمت صياغته بالفعل لغرض مختلف تمامًا. جذب هذا النهج انتباه العالم بسبب مزاياه العديدة على النهج التقليدي لتطوير دواء جديد. إن إعادة استخدام دواء موجود بالفعل تمت دراسته بدقة من حيث الخصائص الصيدلانية الحيوية و الأمان يقلل من الوقت والتكلفة اللازمتين لاستخدام الدواء بطريقة فعالة.
ليفوستريزين دايهيدروكلورايد (LVC) هو مانع لمستقبلات الهيستامين (H1) قابل للذوبان في الماء ينتمي إلى الجيل الثاني من الأدوية المضادة للهيستامين لعلاج الحساسية. تم الإبلاغ في أبحاث سابقة أن بعض الأدوية المضادة للهيستامين قد تمتلك بعض التأثير المضاد للميكروبات ضد الكائنات الحية الدقيقة ، أحد هذه الأدوية هو الستريزين وهو (R-enantiomer) لدواءLVC .
الناقلات النانومترية (NC) عبارة عن جسيمات نانوية غروانية صغيرة تُستخدم على نطاق واسع لتوصيل دواء علاجي أو أي مواد أخرى إلى الموقع المستهدف. لقد تم استخدامها على نطاق واسع كوسيلة للعوامل المضادة للميكروبات لأنها تحسن كفاءتها ضد الكائنات الحية الدقيقة بسبب حجمها دون الميكرون ، ومساحة السطح الكبيرة التي تسمح بالتفاعل العالي للدواء مع الكائنات الحية الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي مناسبة لكل من الأدوية باختلاف خواصها الفيزيائية.
يشير هذا العمل إلى تأثير LVC المتحوصل في الناقلات النانومترية (NC) كعامل مضاد للميكروبات معاد استخدامه ضد المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) مع الإبقاء في الذهن على الأهداف التالية:
1. إجراء دراسة تحقق تصميمي باستخدام التصميم الفاكتوري31.21 الكامل لتقييم العوامل التي تؤثر على ال Terpesomes) (TPs) ) المحمل بدواء LVC وكانت هذه العوامل هي: نوع التربين المستخدم (terpene type) (X1) و كمية ال فوسفوليبيد (PC) (X2) بالمجم، أما الاستجابات المختارة فكانت نسبة التحوصل EE% (Y1) ، حجم الجسيمات PS (Y2)، مؤشر التشتت المتعدد (Y3) PDI ، و شحنة زيتا (Y4).
2. إجراء تصميم D-optimal (D-optimal design optimization) وذلك لأفضل صيغة تم اختيارها من دراسة التحقق التصميمي الفاكتوري الكامل لتعزيز بقائها في طبقات الجلد، حيث كانت المتغيرات المستقلة هي كمية المؤثر السطحي (SAA) بالمجم (X1) وزمن التعرض للموجات فوق الصوتية (X2) ، ونوع المؤثر السطحي (X3) و كانت المتغيرات التابعة التي تمت دراستها هي نسبة التحوصل (Y1) EE% ، حجم الجسيمات PS (Y2)، و شحنات زيتا ZP (Y3) على التوالي.
3. التحققق من شكل الصيغة المثلى بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ (TEM).
4. مقارنة النفاذية المعملية لدواء LVC من التربيزومات TPs مع محلوله المائي.
5. إجراء تحليل حراري تفاضلي (DSC) على دواء LVC و الصيغه المثلي من التربيزومات TP المجفده لإثبات الاختلاف في السلوك الحراري بينهما.
6. إجراء دراسة الثبات قصيرة المدى لتقييم تأثير التخزين على الصيغه المثلي من التربيزومات TP.
7. تحميل الصيغه المثلي من التربيزومات TP على الهلام (gel) لتسهيل وضعها علي الجلد وتعزيز بقاء الدواء LVC ، ثم تقييم درجة الحموضة (pH) ولزوجة الهلام (viscosity).
8. تقييم الكمية المتخللة عبر الجلد من دواءLVC من الصيغه المثلي من التربيزومات TP ، TP-gel مقارنة بمحلول LVC و LVC -gel
9. تصوير الناقلات النانومترية (NC) في طبقات الجلد من خلال الميكروسكوب أحادي البؤرة (Confocal laser scanning microscopy).
10. إجراء دراسة الحوسبة الحيوية (in-silico study) والمحاكاة الديناميكية الجزيئية (MD) لدراسة ارتباط LVC بالموقع النشط للمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA).
11. إجراء دراسة ثبات للصيغة المثلى باستخدام الحوسبة الحيوية.
12. تقييم التأثير المضاد للميكروبات في المختبر لـدواء LVC و الصيغه المثلي من التربيزومات TP عند درجات حموضة مختلفة (pH).
13. إجراء اختبار انفصال الغشاء الحيوي والقضاء على الغشاء الحيوي (MRSA biofilm) باستخدام ال TP-gel ، و LVC-gel ، و محلول LVC المائي.
14. تقييم التأثير المضاد للميكروبات داخل الجسم الحي(in-vivo study) لل TP-gel و LVC-gel ضد عدوى الجلد التي تسببها المكورات العنقودية الذهبية (MRSA).
15. اجراء درايات تشريحيه لدراسه سلامة الصيغ المختارة تجاه طبقات جلد الحيوان باستخدام أنثى الفئران .

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.