Characterization of Ion-Exchange Fibers for Controlled Drug Delivery

Increasing attention has been focused on methods that deliver pharmacologically active compounds (e.g. drugs, peptides and proteins) in a controlled fashion, so that constant, sustained, site-specific or pulsatile action can be attained. Ion-exchange resins have been widely studied in medical and pharmaceutical applications, including controlled drug delivery, leading to commercialisation of some resin based formulations. Ion-exchangers provide an efficient means to adjust and control drug delivery, as the electrostatic interactions enable precise control of the ion-exchange process and, thus, a more uniform and accurate control of drug release compared to systems that are based only on physical interactions. Unlike the resins, only few studies have been reported on ion-exchange fibers in drug delivery. However, the ion-exchange fibers have many advantageous properties compared to the conventional ion-exchange resins, such as more efficient compound loading into and release from the ion-exchanger, easier incorporation of drug-sized compounds, enhanced control of the ion-exchange process, better mechanical, chemical and thermal stability, and good formulation properties, which make the fibers attractive materials for controlled drug delivery systems. In this study, the factors affecting the nature and strength of the binding/loading of drug-sized model compounds into the ion-exchange fibers was evaluated comprehensively and, moreover, the controllability of subsequent drug release/delivery from the fibers was assessed by modifying the conditions of external solutions. Also the feasibility of ion-exchange fibers for simultaneous delivery of two drugs in combination was studied by dual loading. Donnan theory and theoretical modelling were applied to gain mechanistic understanding on these factors. The experimental results imply that incorporation of model compounds into the ion-exchange fibers was attained mainly as a result of ionic bonding, with additional contribution of non-specific interactions. Increasing the ion-exchange capacity of the fiber or decreasing the valence of loaded compounds increased the molar loading, while more efficient release of the compounds was observed consistently at conditions where the valence or concentration of the extracting counter-ion was increased. Donnan theory was capable of fully interpreting the ion-exchange equilibria and the theoretical modelling supported precisely the experimental observations. The physico-chemical characteristics (lipophilicity, hydrogen bonding ability) of the model compounds and the framework of the fibrous ion-exchanger influenced the affinity of the drugs towards the fibers and may, thus, affect both drug loading and release. It was concluded that precisely controlled drug delivery may be tailored for each compound, in particularly, by choosing a suitable ion-exchange fiber and optimizing the delivery system to take into account the external conditions, also when delivering two drugs simultaneously.

Studies on metal complex formation of environmentally friendly aminopolycarboxylate chelating agents

Aminopolykarboksyylaatteja, kuten etyleenidiamiinitetraetikkahappoa (EDTA), on käytetty useiden vuosikymmenien ajan erinomaisen metalli-ionien sitomiskyvyn vuoksi kelatointiaineena lukuisissa sovelluksissa sekä analytiikassa että monilla teollisisuuden aloilla. Näiden yhdisteiden biohajoamattomuus on kuitenkin herättänyt huolta viime aikoina, sillä niiden on havaittu olevan hyvin pysyviä luonnossa. Tämä työ on osa laajempaa tutkimushanketta, jossa on tavoitteena löytää korvaavia kelatointiaineita EDTA:lle. Tutkimuksen aiheena on kuuden kelatointiaineen metalli-ionien sitomiskyvyn kartoitus. EDTA:a paremmin luonnossa hajoavina nämä ovat ympäristöystävällisiä ehdokkaita korvaaviksi kelatointiaineiksi useisiin sovelluksiin. Työssä tutkittiin niiden kompleksinmuodostusta useiden metalli-ionien kanssa potentiometrisella titrauksella. Metalli-ionivalikoima vaihteli hieman kelatointiaineesta riippuen sisältäen magnesium-, kalsium-, mangaani-, rauta-, kupari-, sinkki-, kadmium-, elohopea-, lyijy- ja lantaani-ionit. Tutkittavat metallit oli valittu tähtäimessä olevien sovellusten, synteesissä ilmenneiden ongelmien tai ympäristönäkökohtien perusteella. Tulokset osoittavat näiden yhdisteiden metallinsitomiskyvyn olevan jonkin verran heikompi kuin EDTA:lla, mutta kuitenkin riittävän useisiin sovelluksiin kuten sellunvalkaisuprosessiin. Myrkyllisten raskasmetallien, kadmiumin, elohopen ja lyijyn kohdalla EDTA:a heikompi sitoutuminen on eduksikin, koska se yhdistettynä parempaan biohajoavuuteen saattaa alentaa tutkittujen yhdisteiden kykyä mobilisoida kyseisiä metalleja sedimenteistä. Useimmilla tutkituista yhdisteistä on ympäristönäkökulmasta etuna myös EDTA:a pienempi typpipitoisuus.

Essays on the Economics of Intellectual Property Rights

Väitöskirjassani tarkastelen informaatiohyödykkeiden ja tekijänoikeuksien taloustiedettä kahdesta eri perspektiivistä. Niistä ensimmäinen kuuluu endogeenisen kasvuteorian alaan. Väitöskirjassani yleistän ”pool of knowledge” -tyyppisen endogeenisen kasvumallin tilanteeseen, jossa patentoitavissa olevalla innovaatiolla on minimikoko, ja jossa uudenlaisen tuotteen patentoinut yritys voi menettää monopolinsa tuotteeseen jäljittelyn johdosta. Mallin kontekstissa voidaan analysoida jäljittelyn ja innovaatioilta vaaditun ”minimikoon” vaikutuksia hyvinvointiin ja talouskasvuun. Kasvun maksimoiva imitaation määrä on mallissa aina nolla, mutta hyvinvoinnin maksimoiva imitaation määrä voi olla positiivinen. Talouskasvun ja hyvinvoinnin maksimoivalla patentoitavissa olevan innovaation ”minimikoolla” voi olla mikä tahansa teoreettista maksimia pienempi arvo. Väitöskirjani kahdessa jälkimmäisessä pääluvussa tarkastelen informaatiohyödykkeiden kaupallista piratismia mikrotaloustieteellisen mallin avulla. Informaatiohyödykkeistä laittomasti tehtyjen kopioiden tuotantokustannukset ovat pienet, ja miltei olemattomat silloin kun niitä levitetään esimerkiksi Internetissä. Koska piraattikopioilla on monta eri tuottajaa, niiden hinnan voitaisiin mikrotaloustieteen teorian perusteella olettaa laskevan melkein nollaan, ja jos näin kävisi, kaupallinen piratismi olisi mahdotonta. Mallissani selitän kaupallisen piratismin olemassaolon olettamalla, että piratismista saatavan rangaistuksen uhka riippuu siitä, kuinka monille kuluttajille piraatti tarjoaa laittomia hyödykkeitä, ja että se siksi vaikuttaa piraattikopioiden markkinoihin mainonnan kustannuksen tavoin. Kaupallisten piraattien kiinteiden kustannusten lisääminen on mallissani aina tekijänoikeuksien haltijan etujen mukaista, mutta ”mainonnan kustannuksen” lisääminen ei välttämättä ole, vaan se saattaa myös alentaa laillisten kopioiden myynnistä saatavia voittoja. Tämä tulos poikkeaa vastaavista aiemmista tuloksista sikäli, että se pätee vaikka tarkasteltuihin informaatiohyödykkeisiin ei liittyisi verkkovaikutuksia. Aiemmin ei-kaupallisen piratismin malleista on usein johdettu tulos, jonka mukaan informaatiohyödykkeen laittomat kopiot voivat kasvattaa laillisten kopioiden myynnistä saatavia voittoja jos laillisten kopioiden arvo niiden käyttäjille riippuu siitä, kuinka monet muut kuluttajat käyttävät samanlaista hyödykettä ja jos piraattikopioiden saatavuus lisää riittävästi laillisten kopioiden arvoa. Väitöskirjan viimeisessä pääluvussa yleistän mallini verkkotoimialoille, ja tutkin yleistämäni mallin avulla sitä, missä tapauksissa vastaava tulos pätee myös kaupalliseen piratismiin.