Protein-polysaccharide viscoelastic matrices: synergic effects of amylose on lysozyme physical gelation in aqueous dimethylsulfoxide

A synergic effect of amylose on rheological characteristics of lysozyme physical gels evolved out of dimethylsulfoxide-water was verified and analyzed. The dynamics of the gels were experimentally approached by oscillatory rheology. The synergic effect was characterized by a decrease in the threshold DMSO volume fraction required for lysozyme gelation, and by a significant strengthening of the gel structure at over-critical solvent and protein concentrations. Drastic changes in the relaxation and creep curve patterns for systems in the presence of amylose were verified. Complex viscosity dependence on temperature was found to conform to an Arrhenius-like equation, allowing the determination of an activation energy term (Ea, apparent) for discrimination of gel rigidity. A dilatant effect was found to be induced by temperature on the flow behavior of lysozyme dispersions in DMSO-H(2)O in sub-critical conditions for gelation, which was greatly intensified by the presence of amylose in the samples. That transition was interpreted as reflecting a change from a predominant colloidal flow regime, where globular components are the prevailing structural elements, to a mainly fibrillar, polymeric flow behavior.

Manipulation of colonic bacteria and volatile fatty acid production by dietary high amylose maize (amylomaize) starch granules

Aims : To study the effects of amylomaize starch and modified (carboxymethylated and acetylated) amylomaize starches on the composition of colonic bacteria and the production of volatile fatty acids, in mice. Methods and Results : Balb/c mice were fed with experimental diets containing various amount of amylomaize and modified amylomaize starches. Colonic bacterial populations and short-chain fatty acids were monitored. Results showed that the increases in indigenous bifidobacteria were detected in mice fed all starches tested; however, the highest numbers were observed in the group fed with 40% unmodified amylomaize starch. The starch type influenced the populations of indigenous Lactobacillus , Bacteroides and coliforms. High Lactobacillus numbers were achieved in the colon of mice fed with high concentration of amylomaize starch. Acetylated amylomaize starch significantly reduced the population of coliforms. In addition, orally dosed amylomaize utilizing bifidobacteria reached their highest levels when fed together with amylomaize or carboxymethylated amylomaize starch and in both cases butyrate levels were markedly increased. Conclusions: These results indicate that different amylomaize starches could generate desirable variation in gut microflora and that particular starches may be used to selectively modify gut function. Significance and Impact of Study: Amylomaize starch appeared to enhance the desirable composition of colonic bacteria in mice, and suggested it possessed the potential prebiotic properties.MTherefore, resistant starch and its chemical derivatives may exert beneficial impacts to the human colon.

Not any type of rice performs equally to improve lactose-induced diarrhea characteristics in rats: is amylose an antidiarrheal factor?

The effectiveness of different types of rice in relation to their ability to accelerate diarrhea recovering was evaluated in a rat model of osmotic diarrhea (OD). Animals (90-100 g) received protein free diet until reaching up to 20% weight loss, followed by lactose rich diet (LRD) to induce osmotic diarrhea. Rats presenting osmotic diarrhea were divided into 4 groups, which received lactose rich diet for 4 days from 8 am to 8 pm, and one of three experimental products containing 6% rice flour differing in amylose content during the night: high (HA), intermediate (IA), and low (LA). A group fed stock diet containing equivalent amount of lactose was taken as control and allowed to recover spontaneously. Amylose and viscosity (cp at 25 °C, 10 rpm) of final products were determined. Effectiveness was expressed as the ratio between percentages of normal vs. diarrheic stools during the treatment. Fecal characteristics in this rat model improved only as result of feeding high amylose content (HA) type of rice. In this experimental model of osmotic diarrhea in young rats, the antidiarrheal effects of rice were strongly dependent on the type of diet used and appear to be related to its amylose content.

Contribution au développement de matrices hydrophiles à base de carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose : élaboration et évaluation des performances

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Développement d'un implant solide biodégradable à base d'amidon réticulé à teneur élevée en amylose, pour la libération contrôlée d'un principe actif

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

High-amylose carboxymethyl starch matrices for oral sustained drug-release : in vitro and in vivo evaluation

Les amidons non modifiées et modifiés représentent un groupe d’excipients biodégradables et abondants particulièrement intéressant. Ils ont été largement utilisés en tant qu’excipients à des fins diverses dans des formulations de comprimés, tels que liants et/ou agents de délitement. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose atomisé (SD HASCA) a été récemment proposé comme un excipient hydrophile à libération prolongée innovant dans les formes posologiques orales solides. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose amorphe (HASCA) a d'abord été produit par l'éthérification de l'amidon de maïs à haute teneur en amylose avec le chloroacétate. HASCA a été par la suite séché par atomisation pour obtenir le SD HASCA. Ce nouvel excipient a montré des propriétés présentant certains avantages dans la production de formes galéniques à libération prolongée. Les comprimés matriciels produits à partir de SD HASCA sont peu coûteux, simples à formuler et faciles à produire par compression directe. Le principal objectif de cette recherche était de poursuivre le développement et l'optimisation des comprimés matriciels utilisant SD HASCA comme excipient pour des formulations orales à libération prolongée. A cet effet, des tests de dissolution simulant les conditions physiologiques du tractus gastro-intestinal les plus pertinentes, en tenant compte de la nature du polymère à l’étude, ont été utilisés pour évaluer les caractéristiques à libération prolongée et démontrer la performance des formulations SD HASCA. Une étude clinique exploratoire a également été réalisée pour évaluer les propriétés de libération prolongée de cette nouvelle forme galénique dans le tractus gastro-intestinal. Le premier article présenté dans cette thèse a évalué les propriétés de libération prolongée et l'intégrité physique de formulations contenant un mélange comprimé de principe actif, de chlorure de sodium et de SD HASCA, dans des milieux de dissolution biologiquement pertinentes. L'influence de différentes valeurs de pH acide et de temps de séjour dans le milieu acide a été étudiée. Le profil de libération prolongée du principe actif à partir d'une formulation de SD HASCA optimisée n'a pas été significativement affecté ni par la valeur de pH acide ni par le temps de séjour dans le milieu acide. Ces résultats suggèrent une influence limitée de la variabilité intra et interindividuelle du pH gastrique sur la cinétique de libération à partir de matrices de SD HASCA. De plus, la formulation optimisée a gardé son intégrité pendant toute la durée des tests de dissolution. L’étude in vivo exploratoire a démontré une absorption prolongée du principe actif après administration orale des comprimés matriciels de SD HASCA et a montré que les comprimés ne se sont pas désintégrés en passant par l'estomac et qu’ils ont résisté à l’hydrolyse par les α-amylases dans l'intestin. Le deuxième article présente le développement de comprimés SD HASCA pour une administration orale une fois par jour et deux fois par jour contenant du chlorhydrate de tramadol (100 mg et 200 mg). Ces formulations à libération prolongée ont présenté des valeurs de dureté élevées sans nécessiter l'ajout de liants, ce qui facilite la production et la manipulation des comprimés au niveau industriel. La force de compression appliquée pour produire les comprimés n'a pas d'incidence significative sur les profils de libération du principe actif. Le temps de libération totale à partir de comprimés SD HASCA a augmenté de manière significative avec le poids du comprimé et peut, de ce fait, être utilisé pour moduler le temps de libération à partir de ces formulations. Lorsque les comprimés ont été exposés à un gradient de pH et à un milieu à 40% d'éthanol, un gel très rigide s’est formé progressivement sur leur surface amenant à la libération prolongée du principe actif. Ces propriétés ont indiqué que SD HASCA est un excipient robuste pour la production de formes galéniques orales à libération prolongée, pouvant réduire la probabilité d’une libération massive de principe actif et, en conséquence, des effets secondaires, même dans le cas de co-administration avec une forte dose d'alcool. Le troisième article a étudié l'effet de α-amylase sur la libération de principe actif à partir de comprimés SD HASCA contenant de l’acétaminophène et du chlorhydrate de tramadol qui ont été développés dans les premières étapes de cette recherche (Acetaminophen SR et Tramadol SR). La modélisation mathématique a montré qu'une augmentation de la concentration d’α-amylase a entraîné une augmentation de l'érosion de polymère par rapport à la diffusion de principe actif comme étant le principal mécanisme contrôlant la libération de principe actif, pour les deux formulations et les deux temps de résidence en milieu acide. Cependant, même si le mécanisme de libération peut être affecté, des concentrations d’α-amylase allant de 0 UI/L à 20000 UI/L n'ont pas eu d'incidence significative sur les profils de libération prolongée à partir de comprimés SD HASCA, indépendamment de la durée de séjour en milieu acide, le principe actif utilisé, la teneur en polymère et la différente composition de chaque formulation. Le travail présenté dans cette thèse démontre clairement l'utilité de SD HASCA en tant qu'un excipient à libération prolongée efficace.

Modeling a system of phosphated cross-linked high amylose for controlled drug release. Part 2: Physical parameters, cross-linking degrees and drug delivery relationships

High amylose cross-linked to different degrees with sodium trimetaphosphate by varying base strength (2% or 4%) and contact time (0.5-4 h) was evaluated as non-compacted systems for sodium diclophenac controlled release. The physical properties and the performance of these products for sodium diclophenac controlled release from non-compacted systems were related to the structures generated at each cross-linking degree. For samples at 2% until 2 h the swelling ability, G' and eta* values increased with the cross-linking degree, because the longer polymer chains became progressively more entangled and linked. This increases water uptake and holding, favoring the swelling and resulting in systems with higher viscosities. Additionally, the increase of cross-linking degree should contribute for a more elastic structure. The shorter chains with more inter-linkages formed at higher cross-linking degrees (2%4h and 4%) make water caption and holding difficult, decreasing the swelling, viscosity and elasticity. For 2% samples, the longer drug release time exhibited for 2%4h sample indicates that the increase of swelling and viscosity contribute for a more sustained drug release, but the mesh size of the polymeric network seems to be determinant for the attachment of drug molecules. For the 4% samples, smaller meshes size should determine less sustained release of drug. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preparation and characterization of free films of high amylose/pectin mixtures cross-linked with sodium trimetaphosphate

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influence of phosphated cross-linked high amylose on in vitro release of different drugs

The influence of structural characteristics of high amylose cross-linked at different degrees on the release of drugs with important molecular differences, namely sodium diclophenac (SD) and nicotinamide (NI), was assessed in vitro from non-compacted systems. The release profiles were related with classical kinetic mathematical models for better understanding of the release mechanism. An increase in polymer cross-linking degree resulted in longer release time for both drugs, although SD generally was released slower than NI. SD release from samples cross-linked at 2% of basis was driven mainly by Fickian diffusion, while from samples cross-linked at 4% of basis follows anomalous mechanism. Inversely, anomalous mechanism was responsible for NI release from 2% samples and Fickian diffusion from 4% samples. Results suggest that the performance of cross-linked high amylose as excipient for controlled drug release not only depends on cross-linking degree but also is highly influenced by structural characteristics of the drug. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modeling a system of phosphated cross-linked high amylose for controlled drug release. Part 1: Synthesis and polymer characterization

High amylose was cross-linked with sodium trimetaphosphate (STMP) using 2% and 4% solutions of NaOH at room temperature with reaction contact times of 0.5, 1, 2 and 4 h. The different polymers obtained were analyzed by FT IR, C-13 and P-31 solid state NMR, SEM and C, H and P elemental analysis. The results were used to propose a two-stage mechanism for phosphate incorporation, the first being kinetically controlled. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.