CC BY
21
УДК 615.076.7; 54.06; 548.4
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2020-22-2-61-66
АКТИВАЦИЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕМ КАК СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СУБСТАНЦИЙ НА ПРИМЕРЕ
НИКОТИНАМИДА
Успенская Е. В., Ревтова А.Я., Казымова И. В., Колдина А.М., Плетенева Т.В., Сыроешкин А.В., Фам Ми Хань
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», г. Москва, Российская Федерация
GRINDING ACTIVATION AS A WAY TO CHANGE THE BIOLOGICAL ACTIVITY AND PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF DRUGS USING NICOTINAMIDE AS AN EXAMPLE
Uspenskaya E.V., Revtova A.Y., Kazymova I.V., Koldina A.M., Pleteneva T.V.,
Syroeshkin A.V., Pham My Hanh
Peoples' Friendship University of Russia, Moscow, Russian Federation
Аннотация. известно, что вещества изменяют свой состав и свойства под действием механических сил, что можно использовать для ускорения химических реакций, получения новых материалов и увеличения эффективности фармакотерапии [1]. В последние десятилетия во всем мире отмечается рост заболеваемости раком кожи. Исследования, проведенные авторами [2], показали значимую роль в химиопрофилактике рака кожи нико-тинамида (NAM). Терапевтический индекс нико-тинамида широк, но при очень высоких дозах у животных и человека отмечалась обратимая гепа-тотоксичность. Следовательно, высокие дозы ни-котинамида (¿3г) следует рассматривать как терапию, обладающую токсическим потенциалом. С этой целью нами проведены физико-химические и биологические исследования активированной тонким помолом активной фармацевтической субстанции (АФС), доказывающие изменение свойств и увеличение активности никотина-мида (NAM). Материалы и методы: для оценки физико-химических и биологических свойств АФС никотинамида были применены прямые и косвенные оптические методы анализа (микроскопия, лазерная дифракция), ИК-спектроскопия, биотестирование с применением метода Spirotox, рН-метрия. Результаты: Результаты проведенного исследования показали увеличение скорости
Annotation. It is known that substances change their composition and properties under the influence of mechanical forces. In a highly dispersed state, compounds become more chemically active, which can be used to accelerate chemical reactions, produce new materials and increase the efficiency of pharmacotherapy [1]. Studies conducted by the authors [2] have shown a significant role in the chemoprophylaxis of skin cancer amide form of vitamin B3 - nicotinamide/Nicotinamide (NAM). The therapeutic niacinamide index is wide, but at very high doses in animals and humans, reversible hepatotoxicity was observed. Consequently, high doses of niacinamide (¿3g) should be considered a therapy with toxic potential. For this purpose, we have carried out physical, chemical and biological studies of activated fine milling active pharmaceutical substance (APS), proving the change of properties and increase in the activity of nicotinamide (NAM). Materials and methods: To assess the physical, chemical and biological properties of API nicotinamide were used an optical method (microscopy, laser diffraction), infrared spectroscopy, biotesting using the method Spirotox, pH-metry. Results: The results of the study showed an increase in the rate of the chemical process of dissolution of mechanoactivated NAM, an increase in biological activity, expressed in changes in obsEa,(kJ/mol) of cell biosensor transition to the "dead cell" state. Mechanical activation at a high rate of deformation of the NAM substance powder has led to changes in physical, chemical
—--—
~ 61 ~
химического процесса растворения механоактиви-рованного NAM, а также увеличение биологической активности на примере клеточной культуры Spi-rostomum ambiguum. Заключение. Механическая активация при большой скорости деформации порошка субстанции NAM привела к изменению физико-химических и биологических свойств лекарственного вещества, что может быть использовано в медицине для увеличения эффективности и снижении доз фармакотерапии.
Ключевые слова: никотинамид (NAM), эпителиальные опухоли кожи (ЭОК), механическая активация (МА), микроскопия, лазерная дифракция, Spiro-tox-метод.
and biological properties of the drug, which can be used in medicine to increase efficiency and reduce doses of pharmacotherapy.
Keywords: nicotinamide (NAM), skin epithelial tumors (EOC), mechanical activation (MA), microscopy, laser diffraction, Spirotox method.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Effect of thermal and mechano-chemical activation on the photocatalytic efficiency of ZnO for drugs degradation / N. Kaneva, A. Bojinova, K. Papazova, D. Dimitrov, K. Zaharieva, Z. Cherke-zova-Zheleva, A. Eliyas / / Arch. Pharmacal Res. -2016. - V. 39. - I. 10. - 1418-25.
[2] Role of Nicotinamide in Genomic Stability and Skin Cancer Chemoprevention L. Fania, C. Maz-zanti, E. Campione, E. Candi, D. Abeni, E. Dellambra // Int. J. Mol. Sci. - 2019. - V. 20. - I. 23. - P.1-17.
[3] Mechanochemical preparation of organic-inorganic hybrid materials of drugs with inorganic oxides / T.P. Shakhtshneider, S.A. Myz, M.A. Dya-konova, V.V. Boldyrev, E.V. Boldyreva, A.I. Nizov-skii, A.V. Kalinkin, R. Kumar // Acta Phys. Pol. A.
- 2011. - Vol. 119 - № 2. - P. 272-278.
[4] Подвязников С.О. Опыт локальной химиотерапии базальноклеточного рака кожи проблемных зон лица препаратом Глицифон / / Опухоли головы и шеи. - 2017. - №1. - C. 2225.
[5] Никотинамид в комплексной терапии круп-нобляшечного парапсориаза и ранних стадий Т-клеточных злокачественных лимфом / И. В. Хамаганова, О.Н. Померанцев, О.Л. Новожилова, В.П. Митрошина, О.И. Швец / / Альманах клинической медицины. -2014. - №34. -C. 78-80.
[6] Твердофазная механохимическая обработка
- перспективный метод модификации крахмалов для фармацевтической промышленности / Е.Т. Жилякова, М. Ю. Новикова, Н.Н. Попов, Д.В. Придачина, А.В. Бондарев // Современные проблемы науки и образования. -2012. - № 6. - С. 23.
REFERENCES
[1] Effect of thermal and mechano-chemical activation on the photocatalytic efficiency of ZnO for drugs degradation / N. Kaneva, A. Bojinova, K. Papazova, D. Dimitrov, K. Zaharieva, Z. Cherkezova-Zheleva, A. Eliyas / / Arch. Pharmacal Res. - 2016.
- V. 39. - I. 10. - P. 1418-25.
[2] Role of Nicotinamide in Genomic Stability and Skin Cancer Chemoprevention L. Fania, C. Maz-zanti, E. Campione, E. Candi, D. Abeni, E. Dellambra // Int. J. Mol. Sci. - 2019. - V. 20. - I. 23. - P.1-17.
[3] Mechanochemical preparation of organic-inorganic hybrid materials of drugs with inorganic oxides / T.P. Shakhtshneider, S.A. Myz, M.A. Dya-konova, V.V. Boldyrev, E.V. Boldyreva, A.I. Nizov-skii, A.V. Kalinkin, R. Kumar // Acta Phys. Pol. A. -2011. - Vol. 119 - № 2. - P. 272-278.
[4] Podvyaznikov S.O. Experience in local Glyciphon chemotherapy of basal cell carcinoma of the problem face areas // Head and Neck tumors. - 2017.
- №1. - P. 22-25.
[5] Nicotinamide in complex treatment of large-plaque parapsoriasis and early stages of malignant T-cell skin lymphomas / I.V. Khamaganova, O.N. Pomerantsev, O.L. Novozhilova, V.P. Mi-troshina, O.I. Shvets // Al'manah kliniceskoj mediciny. -2014. - №34. - P. 78-80.
[6] Mechanochemical machining - perspective method of modifications of starches for the pharmaceutical chemistry / E.T. Zhilyakova, M.Yu. Novikova, N.N. Popov, D.V. Pridachina, A.V. Bondarev // Sovremennye problem nauki i obra-zovanija. - 2012. - № 6. - P. 23.
[7] European Pharmacopoeia, 8th edition / European Directorate for the Quality of Medicines. VIII ed. — Strasbourg: EDQM, 2014. - P. 2333.
[8] Kinetics of Pharmaceutical Substance Solubility in
_Water with Different Hydrogen Isotopes Content
—--—
~ 62 ~
[7] European Pharmacopoeia, 8th edition / European Directorate for the Quality of Medicines. VIII ed. — Strasbourg: EDQM, 2014. - P. 2333.
[8] Kinetics of Pharmaceutical Substance Solubility in Water with Different Hydrogen Isotopes Content / E.V. Uspenskaya, E.V. Anfimova, A.V. Syroeshkin, T.V. Pleteneva // Indian Journal of Pharmaceutical Sciences. - 2018. - V. 80. - I. 2. -P. 318-324.
/ E.V. Uspenskaya, E.V. Anfimova, A.V. Syroeshkin, T.V. Pleteneva / / Indian Journal of Pharmaceutical Sciences. - 2018. - V. 80. - I. 2. - P. 318-324.
Введение: Одним из способов активации биологических и физико-химических свойств порошков АФС является механическое воздействие [3]. Неравновесные состояния с высоко запасенной энергией деформации оказывают существенное влияние на физические и механические свойства материалов, что приобретает особое значение для фармации, поскольку дает возможность улучшить фармакологические свойства АФС.
В связи с неуклонным ростом заболеваемости раком кожи (ежегодный прирост в мире составляет от 3 до 10%), актуальны новые способы его лечения, связанные с относительно удовлетворительными результатами применения арсенала существующих методов [4]. Клинические исследования демонстрируют перспективный подход химиопрофилак-тики рака кожи, основанного на применении NAM per os и местно, для снижения уровня УФ-опосредованной иммуносупрессии и частоты возникновения эпителиальных опухолей кожи ЭОК у пациентов с высоким риском [5]. Для получения лекарственных средств с высокой биодоступностью применяется, помимо других общепринятых методов, механическая активация [6].
Цель настоящей работы заключается в изучении биологической активности и физико-химических свойств никотинамида после проведенной активации по типу тонкого помола.
Материалы и методы: Объектом исследования выступила активная фармацевтическая субстанция никотинамида производства «G. AmphrayLab.» Индия, серии NCM-00/15/3240315. Микроструктурирование NAM производилось путем измельчения в
механической режущей ножевой мельнице по типу «свободного, прямого удара» (по Румпфу) течение 20 минут в импульсном режиме. Гранулометрический анализ порошка NAM до и после МА проводили методом прямой оптической микроскопии использованием микроскопа «Альтами БИО 2» с увеличением объектива 10х. Подлинность нативного и механоак-тививрованного порошка-субстанции NAM установлена методом ИК-спектроскопии с применением ИК-Фурье-спектрометра Cary 630 (Agilent Technologies, США). Определение скорости растворения в воде порошка субстанции NAM проводили с применением измерителя дисперсности Malvern 3600 EC методом малоуглового рассеяния лазерного света. рН 5% водных растворов порошка субстанции NAM измеряли, согласно методике фармакопеи Евросоюза 8,0 [7], с использованием рН-метра фирмы Sartorius. Исследование индивидуальной биологической активности проведены с использованием тест-культуры Spirostomum ambiguum методом Spirotox, основанном на установлении аррениусовской кинетики зависимости времени гибели клеточного биосенсора от температуры.
Результаты и обсуждение. На рис.1 представлены результаты гранулометрического анализа порошка субстанции NAM до (а) и после (b) проведенной МА. Рисунок демонстрирует полуторакратное увеличение доли (%) высокодисперсных частиц диаметром от 1 до 20 мкм и трехкратное уменьшение доли частиц диаметром от 20 до 30 мкм после проведения тонкого помола в механической режущей ножевой мельнице по типу свободного, прямого удара по Румпфу.
—--—
~ 63 ~
40.02%
53.32%
75%
6.66%
b
12,5%
0-10мкм - 6,66%; 10-20 мкм - 53,3%; 20-30мкм - 40%
12.5%
0-10мкм - 12,5%; 10-20 мкм - 75%; 20-30мкм - 12,5%
Рис. 1. Гранулометрический анализ порошка субстанции никотинамида до (а)
и после (Ь) диспергирования.
Для подтверждения подлинности исследуемой АФС получены ИК-спектры до и после МА (рис. 2).
NHZ
wo;
5500
эоао
2500
зааа
1500
1С л
v, слГ1'
Рис. 2. ИК-спектры никотинамида до (нижняя кривая) и после (верхняя кривая) механоактивации.
Спектр никотинамида характеризуется полосами при определенных частотах, обусловленными валентными колебаниями в высокочастотной области и низкочастотной областях. Совпадение полос светопропускания в спектрах обоих образцах свидетельствует о сохранении природы кристаллов порошка NAM после произведенного тонкого помола. Следовательно, изменение свойств порошка АФС вызвано увеличением площади удельной поверхности, изменением диаметра частиц порошка (см. рис. 1 b), а не природы субстанции.
Исследование свойств механоактиви-рованной субстанции NAM проводили с применением разработанной на кафедре фармацевтической и токсикологической химии медицинского института РУДН методики исследования кинетики растворения методом лазерной дифракции света [8]. Рис. 3 демонстрирует экспоненциальную зависимость величины лазерного затемнения (laser obscuration 1-/о//-100%) от времени в процессе растворения порошка субстанции в воде. Константу скорости растворения рассчитывали, как тангенс угла наклона
a
—--—
~ 64 ~
линеаризованного участка кривой к оси абсцисс: k = -tga. Результаты показывают почти двукратное увеличение скорости растворения порошка NAM после произведенной МА, что
может быть использовано в фармации для получения лекарственных средств с улучшенными фармакокинетическими характеристиками.
Скорость растворения NAM, Л>102, с-1
нативный образец МА образец
2,6 4,0
LII Lia L J'j
Ь.сек
Рис. 3. Кинетика растворения порошка субстанции никотинамида до (верхняя кривая) и после (нижняя кривая) МА. На вставке - константы первого порядка скорости растворения NAM.
Изучение температурной зависимости лиганд-индуцированной гибели тест-объектов в 5% водных растворах NAM до и после МА проводилось в температурном диапазоне 24-^32QC с шагом 2°С. Экспоненциальная
зависимость скорости гибели инфузорий характерна для растворов субстанций NAM, независимо от произведенного механического воздействия (рис. 4).
Í
X
х
lß-
1,0-
Cî-
сс
X X
: .s -
0J-
2.0Ï
¿SS
290
зт ш T.K
,44
üb
JÍC 302
JIM
J ОС
a b
Рис. 4. Зависимость времени жизни клеточного биосенсора от температуры в 5% растворе никотинамида до (а) и после (b) диспергирования.
Установлено, что зависимость времени жизни от температуры лиганд- индуцированных клеточных переходов 5. ambiguum линеаризуется в аррениусовских координатах:
^(1Д)-1000/Т. По тангенсу угла наклона прямых в полулогарифмических координатах найдены значения энергии активации (°Ь5Еа). Для исключения влияния рН водного раствора
—--—
~ 65 ~
на время жизни клеточного биосенсора произведен контроль реакции среды, согласно методике фармакопеи Евросоюза: 5% водный р-р
никотинамида должен иметь рН=6,0-7,5 (таблица 1).
obsEa, КДЖ/МОЛЬ
Нативный образец МА образец
141 120
рН 5% водный р-р
6,4 6,6
Таблица 1. Значения энергии активации процесса лиганд-индуцируемой гибели S. ambiguum в растворах NAM при контроле реакции среды (n=9, P=0,90).
Вывод: Результаты проведенного исследования показали двукратное увеличение скорости растворения механоактивирован-ного NAM в сравнении с нативной субстанцией. Продемонстрировано увеличение биологической активности, выраженной в уменьшении величины кажущейся энергии активации на 20 кДж/моль в растворе NAM тонкого помола. Механическая активация при
большой скорости деформации порошка субстанции NAM привела к увеличению солюби-лизационных характеристик и биологической активности, выраженной в снижении величины °^Еа,(кДж/моль), что может быть использовано в фармации для модификации лекарственных веществ с целью увеличения их биологической и фармацевтической доступности.
Источник финансирования: Публикация подготовлена при поддержке Программы РУДН «5100».
—--—
~ 66 ~
