Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 115-127

Fluticasone propionate (FP) has a lipophilic nature that causes the quick evacuation from nasal mucosa, lack of absorption, and weak achievement of cortico-therapy. However, it is a strong candidate to be encapsulated into zein nanoparticles. The present study aimed to formulate fluticasone propionate zein nanoparticles (FP-ZNPs) to enhance FP poor aqueous solubility and then, incorporate the optimized formula in insitu gelling system to increase its residence time in the nasal cavity and improve its nasal drug absorption and healing rates. An in vivo study in male rats after sensitization of their nasal mucosa to induce inflammation was performed. Levels of MMP9 after instillation of the selected formulations were measured and compared to the marketed product (Flixonase® nasal spray)
Chapter I
Formulation, evaluation and statistical analysis of fluticasone- loaded zein nanoparticles
This chapter discuss the formulation of Fluticasone- loaded zein nanoparticles (FP-ZNPs) to improve the poor water solubility of the drug and enhance its absorption. A 23 factorial design was used to study the effect of the most prominent factors on the prepared NP. Eight formulations were investigated for their in vitro characterization in terms of their particle size (PS), polydispersity index (PDI), zeta potential (ZP) and percentage of drug entrapment efficiency (EE %). The Design Expert® software proposed an optimized fluticasone- loaded zein nanoparticle (FP-ZNPs 4) with desirability of 0.8, composed of 1:1 FP: Zein ratio 7.5 mg each, lecithin and pluronic F68 in the ratio 1:2 (0.07g and 0.014g) respectively. The mean PS of the suggested system was 300.6±32.9 nm with a PDI of 0.5±0.06 and ZP of -32.6±2.3 mV, while the EE% was 98.87±0.003 % w/w. The chosen optimized formula was subjected to further investigations which include in vitro and ex vivo release studies that showed a burst release of FP in the first 2 h, followed by a sustained release of FP up to 6 h. The success of encapsulation was verified through morphological investigation using a transmission electron microscope (TEM).
Chapter II
Formulation and in vitro evaluation of Fluticasone propionate- loaded zein nanoparticles in situ gels
In this chapter, the aim is to use in situ forming gelling systems for the delivery of FP-ZNPs intranasally. Owing to such systems' dual nature, which allows for convenient administration as nasal drops and subsequent gel after administration. This will delay the Fp's release, enabling fewer administrations to be given each day, which is typically necessary to increase patient comfort and compliance. Two thermosensitive polymers; Pluronic F108 and Pluronic F68 were used in the preparation of the in situ forming gel in various concentrations in order to attain the optimum characterizations for drug release and absorption. Response surface methodology (D-optimal design) was adopted to study the effect of the most prominent factors; A: PL-F108 concentration (20 or 25%) and B: PL-F68 concentration (10 or 20%). The prepared thermosensitive in situ gels were evaluated with respect to their optical clarity and spectroscopic characterization of percentage transmission, pH values, gelling time, gelling temperature and viscosity. Formula (FP-ZNPs-gel 5) was selected by Design-Expert® software with a desirability value of 0.86. FP-ZNPs-gel 5 showed gelling time of 0:55±0:00 minutes and temperature of 30.1±0.1°C, respectively. This formulation was further investigated for in vitro release study and ex vivo permeation study. Results showed that (FP-ZNPs-gel 5) in situ gel demonstrated delay of FP release in both studies than those of FP-ZNPs.
Chapter III
Histopathological examination and determination of the suppressive effect of Fluticasone propionate on Matrix metalloproteinase 9 expression in rats’ nasal mucosa

This chapter aims to evaluate intranasal toxicity via performing histopathological examination and determination of the suppressive effect of FP on MMP9 expression in the rats’ nasal mucosa .This study was performed on 55 Albino rats to compare between the ability of the FP-ZNPs optimized formula, the chosen FP-ZNPs in situ forming nasal gel and the marketed Flixonase® aqueous nasal spray to relief the pre-sensitized rat’s nasal mucosa.
Rats were randomly allocated to five groups (group 1; normal group - negative control group (n=5), group 2; sensitized untreated group - positive control group (n=5), group 3; selected optimized FP-ZNPs (FP4) group (n=15), group 4; the selected optimized FP-ZNPs in situ forming nasal gel (FP-ZNPs-gel 5) group (n=15), and group 5; the marketed product (Flixonase® aqueous nasal spray) group (n=15)).
First, rats were anesthetized using diethyl ether in a sealed box for 3 minutes, then intranasal sensitization was induced in the rat’s nasal mucosa for groups 2-5 by instilling acetic acid diluted with saline in a ratio (1:10) for two weeks in both the rats’ nostrils. While group 1 the negative control group received normal saline only. Group 2 was left untreated as positive control group.
Treatment of rats’ nasal mucosal tissues for the groups 3-5 started at day zero (the first day after sensitization was finished) and extended for one week so that, rats of groups 3-5 received 100 mcg dose once daily. For the third and fourth groups, formulations volume equivalent to 50 mcg (around 50 microliters) were instilled in the form of drops using a micropipette in each nostril once daily for a week. For the fifth group, one spray (equivalent to 50 mcg) of Flixonase aqueous nasal spray was instilled in each nostril once daily for a week.
Histopathological examination of the rats’ nasal mucosa showed almost complete healing after 7 days of treatment with FP-ZNPs 4 and FP-ZNPs in situ gel (FP-ZNPs-gel 5) than Flixonase® with significant suppression in MMP9 levels.

تتسبب الطبيعة الكارهة للماء لـلفلوتيكازون بربيونات في الإخلاء السريع من الغشاء المخاطي للأنف، ونقص الامتصاص، وضعف تحقيق العلاج القشري. ومع ذلك، فهو مرشح قوي ليتم تغليفه في جزيئات الزين النانوية. تهدف الدراسة الحالية إلى صياغة جزيئات الزين النانوية المحملة بـ FPودمج الصيغة المحسنة في نظام الهلام موضعى التكون لتعزيز قابلية الذوبان المائي الضعيفة لـ FP، وزيادة وقت إقامته في تجويف الأنف وتحسين امتصاص الدواء الأنفي ومعدلات الشفاء. تم إجراء دراسة على الجسم الحي لذكور الفئران بعد احداث تحسس بالغشاء المخاطي للأنف للحث على الالتهاب. تم قياس مستويات MMP9بعد وضع التركيبات المختارة داخل الأنف ومقارنتها بالمنتج المسوق (رذاذ الأنف Flixonase®).
الفصل الأول
صياغة وتقييم وتحليل إحصائي لجزيئات الزين النانوية المحملة بالفلوتيكازون
•يناقش هذا الفصل صياغة جزيئات الزين النانوية المحملة بالفلوتيكازون (FP-ZNPs) لتحسين قابلية الدواء الضعيفة للذوبان في الماء وتعزيز امتصاصه. تم استخدام التصميم العاملي ³2لدراسة تأثير أبرز العوامل على الـNPالمحضر.
•تمت دراسة ثماني تركيبات لتوصيفها في المختبر من حيث حجم الجزيئات (PS)، ومؤشر التشتت المتعدد (PDI)، وإمكانات زيتا (ZP) والنسبة المئوية لكفاءة انحباس الدواء (EE٪). اقترح برنامج Design Expert® تركيبة محسنة لجزيئات الزين النانوية المحملة بالفلوتيكازون FP-ZNPs) (F4)) (بنسبة استصواب 0.8)، مكونة من (فلوتيكازون:زين) بنسبة 1:1بكمية 7.5مجم لكل منهما، والليسيثين والبلورونيك F68بنسبة 1: 2(0.07جم و 0.014جم) على التوالي . كان متوسط PSللنظام المقترح 300.6±32.9 نانومتر مع PDIقـــــدره0.5±0.06 و ZPقـــــدره -32.6±2.3 mV، بينما كانت نسبة EE٪ 98.87±0.003 % w/w.
•خضعت الصيغة المحسنة المختارة لمزيد من التجارب التي تشمل دراسة إنطلاق العقار في المختبر ودراسة إنطلاق العقار خارج الجسم الحي والتي أظهرت إنطلاقًا متدفقًا لـ FPفي أول ساعتين، يليه إنطلاق مستمر لـ FPيصل إلى 6 ساعات. تم التحقق من نجاح التحوصل من خلال استخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM).
الفصل الثاني
صياغة وتقييمللهلام موضعى التكون خارج الجسم الحى.
•في هذا الفصل، تم استخـدام الهلام موضعى التكون لتوصيــل جزيئات الزين النانوية المحملة بالفلوتيكازون FP-ZNPsعن طريق الأنف. الطبيعة المزدوجة لهذه الأنظمة تتيح سهولة الاستخدام عن طريق الانف كقطرات أنفية وهلام موضعى التكون. سيؤدي هذا إلى تأخير إنطلاق العقار (FP)، مما يتيح إعطاء عدد أقل من الجرعات كل يوم، وهو أمر ضروري عادةً لزيادة راحة المريض وامتثاله.
•تم اختبار اثنين من البوليمرات الحساسة للحرارة في تحضير الهلام موضعى التكون بتركيزات مختلفة من أجل تحقيق الخصائص المثلى لإنطلاق العقار وامتصاصه. تم اعتماد منهجية سطح الاستجابة (D-Optimal Design) لدراسة تأثير أبرز العوامل.
•تم تقييم الهلام موضعى التكون فيما يتعلق بالوضوح البصري والتوصيف الطيفي لنسبة النقل وقيم الأس الهيدروجيني ووقت تكون الهلام موضعى التكون ودرجة حرارته واللزوجة. وبناء علي النتائج تم اختيار الصيغة (FP-ZNPs-gel 5) بواسطة برنامــــج Design-Expert® بقيمة استصواب قدرها 0.86.
•أظهرت الصيغة المختارة (FP-ZNPs-gel 5) وقــت تكــون الهـــلام موضعى التكــون 00:0 ± 55: 0دقيقة ودرجة الحرارة 0.1± 30.1درجة مئوية على التوالي.
•تمت دراسة هذه التركيبة بشكل أكبر من أجل دراسة الإنطلاق في المختبر ودراسة إنطلاق العقار خارج الجسم الحي. أظهرت النتائج أن FP-ZNPsفي الهلام موضعى التكون (FP-ZNPs-gel 5) أظهرت تأخيرًا في إنطلاق FPفي كلتا الدراستين مقارنةً بـ FP-ZNPs.
الفصل الثالث
الفحص النسيجي وتحديد التأثير القمعي للفلوتيكازون بروبيونات على ظهور MMP9في الغشاء المخاطي للأنف لدى الفئران
•يهدف هذا الفصل إلى تقييم وادارة فاعلية التركيبات المختلفة قيد الدراسة من خلال إجراء الفحص النسيجي وتحديد التأثير القمعي لـلعقار فلوتيكازون بروبيونات FPعلى ظهور MMP9في الغشاء المخاطي للأنف لدى الفئران. أجريت هذه الدراسة على 55فــأرًا ألبينو للمقارنة بيــن قــدرة الصيغــةالأمثــل من FP-ZNPs، و الهـــلام موضعى التكــون FP-ZNPs-gel 5ورذاذ الأنف المائي Flixonase® المسوق لعلاج الغشاء المخاطي للأنف لدى الفأر الذي تم تحسسه مسبقًا.
•تم توزيع الفئران بشكل عشوائي إلى خمس مجموعات (المجموعة 1؛ المجموعة العادية - مجموعة التحكم السلبية (العدد = 5)، المجموعة 2؛ المجموعة غير المعالجة المحسسة - مجموعة التحكم الإيجابية (العدد = 5)، المجموعة 3؛ مجموعة FP-ZNPs (FP4) (العدد = 15)، المجموعة 4؛ مجموعة الهلام موضعى التكون (FP-ZNPs-gel 5) (العدد = 15)، والمجموعة 5؛ مجموعة المنتج المسوق (Flixonase® رذاذ الأنف المائي) (العدد = 15)).
•أولاً، تم تخدير الفئران باستخدام ثنائي إيثيل إيثر في صندوق مغلق لمدة 3دقائق، ثم تم تحفيز التحسس داخل الأنف في الغشاء المخاطي للأنف لدى الفئران للمجموعات2-5 عن طريق وضع حمض الأسيتيك المخفف بمحلول ملحي بنسبة (10:1) لمدة أسبوعين في كلتا فتحتي أنف الفئران. بينما تلقت المجموعة 1 (مجموعة التحكم السلبية) محلول ملحي عادي فقط. تركت المجموعة 2دون علاج كمجموعة تحكم إيجابية.
•بدأ علاج الأنسجة المخاطية الأنفية للفئران للمجموعات3-5 في اليوم صفر (اليوم الأول بعد انتهاء التحسس) وامتد لمدة أسبوع واحد بحيث تلقت فئران المجموعات 3-5جرعة 100ميكروغرام مرة واحدة يوميًا. بالنسبة للمجموعتين الثالثة والرابعة، تم وضع التركيبات بحجم يعادل 50ميكروجرام (حوالي 50ميكرولتر) على شكل قطرات باستخدام ماصة دقيقة في كل فتحة أنف مرة واحدة يوميًا لمدة أسبوع. للمجموعة الخامسة: تم وضع بخاخة واحدة (ما يعادل 50ميكروجرام) من بخاخ الأنف المائي فليكسونيز في كل فتحة أنف مرة واحدة يومياً لمدة أسبوع.
•أظهر الفحص النسيجي للغشاء المخاطي للأنف لدى الفئران شفاءً شبـــه كامــل بعــد 7أيام مـن العــــلاج باستخــدام FP-ZNPs (F4) و الهلام موضعى التكون (FP-ZNPs-gel 5) مقارنةً بـ Flixonase® مع تثبيط كبير في مستويات MMP9.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.