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

Bibliography: pages 81-83.

Delivering drugs to the eye via conventional eye drop is not effective
enough for treating glaucoma due to the many static and dynamic corneal
constrainers that prevent penetration of the drug to target tissues. This results in
frequent drug administration and poor patient compliance ending up by poor
management of eye diseases. Applying nanotechnology in formulating eye drops
can overcome the disappointments of the traditional eye drops. Betaxolol
hydrochoride has low ocular bioavailability and poor corneal permeability, both
problems the availability of marketed products containing BH. This work intends
to overcome those limitations by preparing two novel delivery systems: BH-loaded
RM-CDNEs and BH-loaded HPOBs. The two nano-delivery systems were used as
delivery platforms to improve BH ocular bioavailability, enhance BH targeting
ability, and sustain IOP lowering efficacy. The efficacy of both platforms was
tested in experimentally-induced glaucomatous eyes’ rabbits.
Chapter 1 aimed at developing and optimizing BH loaded RM-CDNEs in
order to enhance BH's ocular bioavailability and corneal permeability and
minimizing side effects observed in the commercially available product. RMCDNEs enabled the formation of a reservoir -like structure with a hydrophilic
interior successfully holding BH via a two-step emulsification method. RMCDNEs had entrapment efficiency value of 97.8% ± 0.68 and released BH in a
controlled manner over a prolonged period of time. RM-CDNEs showed as well
significant enhancement of the ocular permeability of BH through corneal
membrane and in rabbit models, demonstrating good biocompatibility and efficacy
in treating experimental glaucomatous eyes.
VI

The second attempt to overcome BH limitations involves loading BH
HPOBs. This part of this research (chapter 2) seeks to improve BH's ocular
permeability, which would undoubtedly improve its therapeutic efficacy. HPOBs
were developed via a modified ethanol injection method and optimized with a
statistical experimental design. The physicochemical properties of HPOBs were
investigated and showed a high BH entrapment value with a sustained release for
up to 24 hours. The HPOBs offered improved ocular permeability and surprisingly
sustained IOP-lowering efficacy over a long period of time which was welltolerated by ocular tissue without any signs of inflammation or irritation.
In summary, this thesis highlighted the potential offered by newly
developed systems in delivering a hydrophilic drug successfully via ocular route,
and improving its IOP lowering efficacy.

تعد قطرة العين التقليدية طريقة غير فعالة لعلاج الجلوكوما، وذلك نظرا لوجود العديد من القيود الدفاعية والديناميكية في التركيب التشريحي للعين والقرنية حيث تعمل هذه القيود على سرعة التخلص من السوائل الزائدة والتي بدورها تحد من اختراق الأدوية للعين وتؤدي إلى تكرار تناول جرعات الدواء للوصول إلى تركيز علاجي مقبول وفعال. في السنوات الأخيرة، قد تم توجيه اهتمام ملحوظ لاستخدام أنظمة التوصيل النانوية كوسيلة لتوصيل الأدوية الموضعية إلى العين. تتمتع هذه الأنظمة بالعديد من المزايا في توصيل العقار إلى مكان تأثيره المحدد بصورة مستديمة مع إمكانية تحسين الإتاحة الحيوية للعقار والسماح ببقائه على سطح العين لفترة أطول. يعد استخدام المستحضرات النانوية للعين في التوجيه الدوائي لعلاج الجلوكوما علاجا موضعيا فعالا في التوصيل العيني الناجح، حيث إنها لا تؤثر في التركيب التشريحي للعين، ولا تؤثر في الخواص الكيميائية للدواء.
يعتبر بيتاكسولول هيدروكلوريد (BH) أحد حاسرات بيتا الانتقائية التي تمتلك العديد من الإمكانات العلاجية في علاج الجلوكوما. يستخدم بيتاكسولول هيدروكلوريد على نطاق علاجي واسع في كثير من الأمراض، لما له من تأثيرات مضادة لضغط الدم المرتفع، ومضادة للجلوكوما. حيث إنه يقلل من مخاطر تلف العصب البصري والعمى التدريجي لدى المرضى الذين يعانون من ضغط العين المرتفع. تمت الموافقة على استخدامه في علاج الجلوكوما من قبل منظمة الدواء والغذاء الأمريكية عام 1985. يمتلك بيتاكسولول هيدروكلوريد تأثيرات علاجية فعالة ومضادة لمرض الجلوكوما. يعمل يتاكسولول هيدروكلوريد عن طريق تقليل إنتاج الماء بالعين وتحسين تصريفه. وعلى الرغم من تلك المزايا العديدة التي يتمتع بها بيتاكسولول هيدروكلوريد فإنه دواء مثير للاهتمام البحثي حيث يعاني العقار من انخفاض وضعف نفاذيته للقرنية، مما يعيق من استخدامه والتطبيق الإكلينيكي له في علاج الجلوكوما وهي الأسباب الرئيسية وراء توافر عدد قليل فقط من المنتجات لعقار بيتاكسولول هيدروكلوريد. ولذلك فكرة الرسالة الحالية تتضمن تصميما وتقييم ناقلات نانوية حديثة ومبتكرة محملة بعقار بيتاكسولول هيدروكلوريد للاستخدام الموضعي في العين كعلاج نموذجي وفعال للجلوكوما، والمقصد من هذه الناقلات النانوية المحملة بالعقار هو تعزيز نفاذية العقار عبرالقرنية والحصول على مفعول علاجي ممتد للعقار في علاج الجوكوما المستحدثة تجريبيا في عيون الأرانب. وينقسم العمل في هذه الرسالة إلى فصليين:
يتمثل الهدف من الفصل الأول في تحضير القطرات نانوية لنظام الميسيل العكسي القائم على نظام مستحلب W1/O/W2مزدوج ( RM-CDNEs) لتوصيل وتحسين نفاذيةعَقَار بيتاكسولول هيدروكلوريد عبر العين باستخدام تقنية الاستحلاب ذات الخطوتين خلال استخدام المزج بالخلط عالي السرعة والتجانس باستخدام الموجات فوق الصوتية. تمصياغة RM-CDNEs باستخدام مستحلبين دهنيين مختلفين:سوربيتان أحادي ستارات (Span 60) وبروميد سيتيل ترايميثيل الأمونيو (CTAB) بنسب مختلفة وهما المستحلبان الرئيسيينلخطوة الاستحلاب الأولى.وتمت أيضا إضافة بولي سوربات ٢٠ (Tween 20) كمستحلب مائي لـ خطوة الاستحلاب الثانية ، وكذلك إيزوبروبيل ميريستات (IPM) كمذيب زيتي والإيثانول كمستحلب مساعد لزيادة ثبات الصياغة تم إضافة Pluronic® F127 إلى المرحلة المائية الداخلية ، حيث يعمل Pluronic® F127 على تحسين استقرار الصياغة ويساعد في تكوين المذيلات العكسية ذاتية التجمع ، وبالتالي يمكن لقطرات RM-CDNEsالمطورة أن تحبس كمية كبيرة من الأدوية المحبة للماء بداخلها. تم استخدام برنامج Design Expert لتصميم فئويعاملي 24 لتقييم تأثير العوامل المختلفة على مستويين مختلفين واقتراح الصيغة المثلى.أظهرت جميع الصياغات تناسق في حجم القطرات يتراوح ما بين(4.04± 39.2) إإلي (197.5±4.51) نانومتر. لقد أظهر النظام المبتكر توزيعًا متجانسًاللقطرات حيث تباينت قيم مؤشر التشتت المتعدد PDI بين (0.01 ± 0.123 ) إلي (0.02± 0.747). كما أظهرت قياسات زيتا أن النظام المبتكر يمتلك شحنة موجبة بسبب المجموعات الوظيفية ذات الشحنة الموجبة في مركب الأمونيوم الرباعي الموجود في CTAB ، حيث ترواحت قيمتها بين(1.12 ±19.7) إلي (4.50± 42.3) ملل فولت.أظهر أيضا النظام النانوي المبتكر فعالية عالية في تحميلالعَقَار المحب للماء بقيم كفاءة احتواء ترواحت من (2.81 ± 86%) إلى (0.68 ± 97.8% ) مما يتيحاستخدامها كنظام ناجح لتوصيلالأدويةالمحبة للماء. النظام المبتكر حقق انطلاق متحكم للعقار (0.61 ±90.77% ) بعد سبع ساعات مقارنة بمحلولالعين للعقار المتاح تجاريًا. هذا الانطلاق المستدام يساعد على إطالة وقت بقاء العَقَار داخل العين وتحقيق مفعول علاجي مستدام.أثبتت الصورة الملتقطة من خلال الميكروسكوب TEMللصيغة المختارة أنها كروية الشكل ذات سطح أملسنسبيًا ودون ظهور أي تكتلات. أظهرت الصيغة المختارة درجة عالية من الثبات الفيزيائي عن طريق ثبات جميع القياسات السابق ذكرها. أيضا أثبتت دراسة النفاذية خلالقرنية الأرانبالمفصولةتحسنًا كبيرًا في نفاذية العين للعَقَار المحب للماء عبر غشاء القرنية من الصيغة المختارة مع تعزيز 2.5 ضعف في نفاذية العَقَار مقارنة بمحلولالعَقَارالمتاح تجاريًا .علاوة على ذلك ، أظهرت الدراسة الديناميكية الدوائية للصيغةالمختارة قدرتها الفائقة على تعزيز توصيل العَقَار وإطالة فعاليته في خفض ضغط العين لمدة 24 ساعة مقارنة بمحلولالعَقَارالمتاح تجاريًا عند اختبارها باستخدام الارانب . أظهر النظام المبتكر توافقًا حيويًا جيدًا وفعالية عالية في علاج الجلوكوما , مما يؤدي إلى تقليل معدل تناول جرعات العَقَار وتحسين امتثال المريض للعلاج بشكل كبير. تم التأكد من ملاءمة الصيغة المبتكرة للعين من خلال الفحص التشريحي لأنسجة العين .حيث لم يتم العثور على علامات تهيج أو التهاب في أنسجة العين.ختامًا ، أظهرات القطرات النانوية للنظام المبتكر قدرة كبيرة على تعزيز نفاذية القرنية لـ بيتاكسولول هيدروكلوريد وزيادة فعاليته الدوائية في إدارة الجلوكوما. نظرًا لبنيته الفريدة وخصائصه وامتيازاته الجيدة في زيادة التوافر البيولوجي للعَقَار وتحسين ونفاذيته عبر القرنية .

بالفصل الثاني تمالتغلب على قيود بيتاكسولول هيدروكلوريد عن طريق تحميله في حويصلات البيلوزومات عالية النفاذيةللتوصيل العيني (HPOBs). HPOBs هي حوامل نانوية حويصليّة ثنائية الطبقة قادرة على حبس العَقَار داخلمصفوفاتها وعلى تحسين نفاذيته وزيادهفعاليته العلاجية. تم تطوير البيلوزومات عالية النفاذيةالمحملة بـالعقار بنجاح بواسطة طريقة حقن الإيثانول المعدلةوباستخدام الموجات فوق الصوتية. تم تطبيق تصميم فئوي عاملي 23باستخدام برنامج Design Expert لدراسة تأثير العوامل المختلفة على مستويين مختلفين واقتراح الصيغة المثلى. تعتبر طريقة حقن الإيثانول هي تقنية بسيطة للغايةيمكن استخدامها لتكوين حويصلات صغيرة أحادية الطبقة متميزة ذات كفاءة تحميلعالية, بالإضافة إلى سهولة تحضيرها على نطاق واسع بطريقة غير مكلفة. تمت صياغة البيلوزومات عالية النفاذيةالمحملة بالعقار باستخدام منشط الحافةالأملاح الصفراوية في طبقات الدهون الثنائية للحويصلات التقليدية التي تتكون من معامل السطح غير الأيوني (span 60 ) ومزيج من الكوليسترول مع SPC))كمحتوى دهني. تم استخدام SPC بسبب توافقه الحيوي وقابليته للتحلل الحيوي إلى منتجات ثانوية غير سامة. تمتازSPC بقدرة جيدة على تثبيت الهيكل الحويصلي.كانت لإضافة الأملاح الصفراوية تأثير معزز في امتصاص العَقَار من حويصلات البيلوزومات عالية النفاذيةحيث تقوم الأملاح الصفراوية بتقليل التوتر السطحي للطبقة الثنائية الحويصلة الدهنية والسماح لمزيد من العَقَار بالتغلغل في طبقات العين. في حين تم اختيار الكوليسترول نظرًا لقدرته على الاحتفاظ بالعَقَار داخل الحويصلات المتكونة. تم أيضا إضافة منشط الحافة(Cremophor EL ) لما لهمن تأثير فعالعلى خصائص النفاذية للحويصلات المطورة . أظهرت جميع الصياغات حجم حويصلات صغير يتراوح ما بين( 4.58 ± 156.6) إلي (2.26 ±94.32 ) نانومتر . تباينت قيم مؤشر التشتت المتعدد PDI بين (0.05 ±0.179 ) إلي (0.04± 0.298). النظام المبتكر له شحنة سلبيةذو قيم مرتفعة , وذلك بسبب الطبيعة الأيونية سالبة الشحنة في الأملاح الصفراوية.أظهر أيضا النظام النانوي المبتكر فعالية عالية في تحميل العَقَار المحب للماء تتراوح من (1.63 ± 61.35%) إلى (2.19 ± 76.46% ) .أظهرت نتائج الدراسات المعملية أن انطلاق العقاراستمرالى95.65% في 24 ساعة .أثبتت الصورة الملتقطة من خلال الميكروسكوب TEM للصيغة المختارة أن الحويصلات المطورة كروية الشكل ذات سطح أملس ومنتشرة دون أي تجمعات . أظهرت الصيغة المطورة درجة عالية من الثبات الفيزيائي عن طريق ثبات جميع القياسات السابق ذكرها. أثبتت دراسة النفاذية خارج الجسم الحي على قرنية الأرانبالمفصولة تحسنًا كبيرًا في نفاذية للعَقَاربالعين مع تعزيز 2.2 ضعف في نفاذية العَقَار مقارنة بمحلول العَقَار المتاح تجاريًا .علاوة على ذلك ، في الدراسة الديناميكية الدوائية، أظهرت الصيغة المختارة للنظام المطور قدرتها على تعزيز توصيل العَقَار إلى أنسجة القرنية وإطالة فعاليته في خفض ضغط العين لمدة 24 ساعة مقارنة بمحلولالعَقَارالمتاح تجاريًا . أظهر النظام المطور توافقًا حيويًا جيدًا وفعالية ممتازة في علاج الجلوكوما من خلالاختبار تهيج العين والفحص التشريحي المرضي لأنسجة العين . حيث لم يتم العثور على علامات تهيج أو التهاب في أنسجة العين في العين .
سلطتْ هذهِ الأطروحةِ الضوءُ على الإمكانياتِ التي توفرها أنظمةُ التوصيل المطورة كناقلاتٍ للأدوية
الموضعيةَ إلي العين ، حيثُ تعتبرعلاج موضعي فعال في توصيل بيتاكسولولْ هيدروكلوريدَ للعين لعلاج
الجلوكوما وتمهد الطريق لاستخدامهم في لتجارب السريرية .

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.