Design of quetiapine fumarate loaded polyethylene glycol decorated graphene oxide nanosheets: In vitro-ex vivo characterization

Abstract

Quetiapine Fumarate (QF) is an atypical antipsychotic with poor oral bioavailability (9%) due to its low permeability and pH-dependent solubility. Therefore, this study aims to design QF-loaded polyethylene glycol (PEG) functionalized graphene oxide nanosheets (GON) for nasal delivery of QF. In brief, GO was synthesized using a modified Hummers process, followed by ultra-sonication to produce GON. Subsequently, PEG-functionalized GON was prepared using carbodiimide chemistry (PEG-GON). QF was then decorated onto the cage of PEG-GON using the π–π stacking phenomenon (QF@PEG-GON). The QF@PEG-GON nanocomposite underwent several spectral characterizations, in vitro drug release, mucoadhesion study, ex vivo diffusion study, etc. The surface morphology of QF@PEG-GON nanocomposite validates the cracked nature of the nanocomposite, whereas the diffractograms and thermogram of nanocomposite confirm the conversion of QF into an amorphous form with uniform distribution in PEG-GON. Moreover, an ex vivo study of PEG-GON demonstrates superior mucoadhesion capacity due to its surface functional groups and hydrophilicity. The percent drug loading content and percent entrapment efficiency of the nanocomposite were found to be 9.2 ± 0.62% and 92.3 ± 1.02%, respectively. The developed nanocomposite exhibited 43.82 ± 1.65% drug release within 24 h, with the Korsemeyer-Peppas model providing the best-fit release kinetics (R²: 0.8614). Here, the interlayer spacing of PEG-GON prevented prompt diffusion of the buffer, leading to a delayed release pattern. In conclusion, the anticipated QF@PEG-GON nanocomposite shows promise as a nanocarrier platform for nasal delivery of QF.

Le fumarate de quétiapine (QF) est un antipsychotique atypique avec une faible biodisponibilité orale (9 %) en raison de sa faible perméabilité et de sa solubilité dépendante du pH. Par conséquent, cette étude vise à concevoir des nanofeuilles d’oxyde de graphène (GON) fonctionnalisées en polyéthylène glycol (PEG) chargées de QF pour l’administration nasale de QF. En bref, GO a été synthétisé à l’aide d’un procédé Hummers modifié, suivi d’une ultra-sonication pour produire du GON. Par la suite, du GON fonctionnalisé par PEG a été préparé en utilisant la chimie du carbodiimide (PEG-GON). QF a ensuite été décoré sur la cage de PEG-GON en utilisant le phénomène d’empilement π–π (QF@PEG-GON). Le nanocomposite QF@PEG-GON a subi plusieurs caractérisations spectrales, libération de médicaments in vitro, étude de mucoadhésion, étude de diffusion ex vivo, etc. La morphologie de surface du nanocomposite QF@PEG-GON valide la nature fissurée du nanocomposite, alors que les diffractogrammes et le thermogramme de nanocomposite confirment la conversion du QF en une forme amorphe à distribution uniforme dans le PEG-GON. De plus, une étude ex vivo du PEG-GON démontre une capacité de mucoadhésion supérieure en raison de ses groupes fonctionnels de surface et de son hydrophilie. Le pourcentage de teneur en médicament et le pourcentage d’efficacité de piégeage du nanocomposite se sont révélés être respectivement de 9,2 ± 0,62 % et 92,3 ± 1,02 %. Le nanocomposite développé présentait une libération de médicament de 43,82 ± 1,65 % en 24 h, le modèle Korsemeyer-Peppas fournissant la cinétique de libération la mieux adaptée (R² : 0,8614). Ici, l’espacement intercouche de PEG-GON a empêché une diffusion rapide du tampon, conduisant à un modèle de libération retardée. En conclusion, le nanocomposite QF@PEG-GON attendu s’avère prometteur en tant que plateforme nanoporteuse pour l’administration nasale de QF.