CC BY
12
УДК 615.014.6; 54.057
Мищенко Е.В., Кушназарова Р.А., Миргородская А.Б., Королёва М.Ю.
БИОСОВМЕСТИМЫЕ НАНО- И МИКРОЭМУЛЬСИИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ДОБАВКАМИ КАТИОННОГО ПАВ, В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЕЙ ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНОГО ПРЕПАРАТА ИНДОМЕТАЦИН
Мищенко Екатерина Валерьевна1, аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: mishchenkoek@list.ru;
Кушназарова Рушана Абдурашитовна2, аспирант лаборатории высокоорганизованных сред; Миргородская Алла Бенционовна2, к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории высокоорганизованных сред;
Королёва Марина Юрьевна1, д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии; 1РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Москва, Россия, 125047 Москва, Миусская пл., 9
2Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова ФИЦ Казанский научный центр РАН, г.Казань, Россия, 420088, Казань, ул.Арбузова, 8
Актуальной проблемой на сегодняшний день является поиск наноразмерных систем, обеспечивающих адресную доставку лекарственных средств. В данной работе получены и сопоставлены нано- и микроэмульсии на основе олеиновой кислоты и неионогенных поверхностно-активных веществ. Рассмотрено влияние добавок цетилтриметиламмонийбромида на их размерные характеристики, стабильность и способность при загрузке индометацином обеспечивать его пролонгированное действие.
Ключевые слова: наноэмульсии, микроэмульсии, доставка лекарственных средств, индометацин.
BIOCOMPATIBLE NANO- AND MICROEMULSION, MODIFIED BY THE ADDITION OF CATIONIC SURFACTANTS, AS CARRIERS OF ANTI-INFLAMMATORY DRUG INDOMETHACIN
Mishchenko E.V., Kushnazarova R.A.*, Mirgorodskaya A.B.*, Koroleva M.Yu. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *A.E. Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry, Tatarstan, Kazan, Russia
A pressing problem today is the search for nanoscale systems that provide targeted delivery of drugs. In this work, nano-and microemulsions based on oleic acid and nonionic surfactants have been obtained and compared. The effect of cetyltrimethylammonium bromide additives on their size characteristics, stability and ability to provide prolonged action with loading has been considered.
Keywords: nanoemulsions, microemulsions, drug delivery, indomethacin.
Нано- и микроэмульсии на сегодняшний день являются перспективными наноконтейнерами для адресной доставки и улучшения биодоступности лекарственных соединений [1-5]. Особенности применения данных систем в качестве носителей биологически активных веществ связаны с тем, что они способны эффективно солюбилизировать как липофильные, так и гидрофильные соединения. Они проявляют высокую стабильность и способны включать большое количество лекарственных средств и обеспечивать их пролонгированное высвобождение [2-3]. Важным параметром таких систем является размер получаемых капель эмульсий, который должен лежать в нанометровом диапазоне [4]. Разработка нано- и микроэмульсий требует тщательного подбора компонентов и их концентраций: они должны состоять из биосовместимых, нетоксичных и фармацевтически приемлемых веществ. В связи с этим в качестве стабилизаторов используют неионные
поверхностно-активные вещества (ПАВ), широко применяемые как в медицине, так и в косметологии благодаря низкой токсичности и совместимости с большинством биологически активных веществ. Однако зачастую эти соединения проигрывают по
эффективности более токсичным ионным ПАВ. Последние проявляют более высокое солюбилизационное действие, которое
обеспечивается не только за счет гидрофобных, но и электростатических сил. Добавление катионного ПАВ может придать системам положительный заряд, что улучшает их стабильность, а также способствует взаимодействию данных систем с отрицательно заряженными участками живой клетки.
В настоящей работе мы поставили цель сформировать нано- и микроэмульсии на основе биосовместимых компонентов, модифицированные добавками катионного ПАВ для увеличения растворимости нестероидного
противовоспалительного препарата индометацина и обеспечения его пролонгированного действия. За основу для формирования нано- и микроэмульсии были выбраны олеиновая кислота, а также неионные ПАВ - Твин 80 и Спан 80, в качестве катионного ПАВ - цетилтриметиламмоний бромид (ЦТАБ). В качестве лекарственного вещества в состав нано- и микроэмульсий включали индометацин. Формулы используемых соединений приведены на рис. 1
HO OH
Твин 80 (x+ y+ z=20) H3C Br
H3C--(CH2)15CH3
H3/
ЦТАБ
■OOC(Ci7H33)
Спан 80
.O ■OH
Индометацин Рис.1. Структурные формулы исследуемых соединений.
Наноэмульсии получали методом температурной инверсии фаз. Для этого смесь состава: олеиновая кислота - Твин 80 + Спан 80 - ЦТАБ - водный раствор 0.9 мас.% №С1 термостатировали при 95°С в течение 5 мин. Затем смесь охлаждали на ледяной бане при непрерывном перемешивании на магнитной мешалке со скоростью 1000 об/мин в течении 5 мин
Биосовместимые микроэмульсии были приготовлены на основе олеиновой кислоты и ПАВ Твин 80 + Спан 80 с варьируемым содержанием ЦТАБ. Микроэмульсии получали при смешении ПАВ с необходимым количеством масла, к которым затем последовательно добавляли этиловый спирт и водный раствор хлорида натрия. Состав исследованных нано- и микроэмульсий приведен в таблице 1.
Таблица 1. Состав полученных микроэмульсий.
Компоненты Олеиновая Твин 80, Спан 80, Вода - NaCl Этиловый ЦТАБ,
кислота, мас.% мас.% мас.% (0.9% мас.) спирт, мас.% мас.%
Наноэмульсии
НЭ I 22.9 9.2 3.9 64.0 0 -
НЭ II 22.7 9.1 3.9 63.3 0 1
НЭ III 22.4 9.0 3.9 62.7 0 2
НЭ IV 22.2 8.9 3.8 62.1 0 3
Микроэмульсии
МЭ I 23.0 13.6 5.4 19.5 38.5 -
МЭ II 22.8 13.5 5.3 19.3 38.1 1
МЭ III 22.5 13.3 5.3 19.2 37.7 2
МЭ IV 22.3 13.2 5.2 18.9 37.4 3
O
17 '33
HO
Cl
Размер капель нано- и микроэмульсий определяли методом динамического рассеяния света (Malvern Zetasizer Nano). На рис. 2 представлены зависимости распределения диаметра капель нано- и микроэмульсий по размерам. Показано, что при отсутствии ЦТАБ в наноэмульсиях наблюдалось мономодальное распределение капель по размерам. Средний диаметр капель в наноэмульсии НЭ I, не содержащей ЦТАБ, составлял 24±4 нм. При добавлении 1 мас.% ЦТАБ средний диаметр капель уменьшался до 11±3 нм, а увеличение концентрации ЦТАБ до 2 мас.% приводило к увеличению размеров капель до 30±5 нм и появлению второго невысокого пика при 300±30 нм, соответствующего агрегатам капель. Рост концентрации ЦТАБ до 3 мас.% сопровождался увеличением диаметра капель до 90±7 нм и агрегацией нанокапель. Поэтому использование ЦТАБ в концентрации, превышающей 2 мас.%, для стабилизации наноэмульсий нецелесообразно.
В базовой микроэмульсии МЭ I средний диаметр капель был равен 75±3 нм. В случае производных от базовой микроэмульсии МЭ II, МЭ III и МЭ IV, в которых неионное ПАВ частично заменено на ЦТАБ, присутствовало два типа капель: с гидродинамическим диаметром 3-4 нм и 16-26 нм. По мере увеличения содержания катионного ПАВ размер обоих типов капель уменьшался, при этом возрастала доля мелких капель (индекс полидисперсности лежит в диапазоне 0.190-0.342). Стоит отметить, что характер распределения капель по размерам в исследуемых микроэмульсиях не изменялся при их выдерживании более 3 мес.
а)
Диаметр, нм
6}
4 Г- Т Г. г.о ■ — « ч Г4
— г j 'Г с- ■ I I
Диаметр, нм
Рис. 2. Распределение капель по размерам в нано- (а) и микроэмульсиях (б).
Сформированные системы были использованы в качестве наноконтейнеров для
противовоспалительного препарата индометацин. Были созданы композиции, содержащие до 0.1% препарата, что существенно превышает его растворимость в воде. Процесс высвобождения индометацина контролировался методом диализа с последующим спектрофотометрическим
определением концентрации высвобожденного препарата по изменению оптической плотности раствора при длине волны 320 нм. На рис. 3 приведены данные, отражающие кинетику выделение индометацина из микроэмульсий.
100-
ss
* 80.0 Ш
6040200
—□— свободный ИНД МЭ I MЭ II -О- MЭ III —А— MЭ IV
10
20
Время, час
Рис. 3. Высвобождение индометацина из микроэмульсий во времени при pH 6.86 внешней среды и 37°С.
При анализе полученных данных следует отметить, что высвобождение формулированного
индометацина протекало существенно медленнее, чем для свободного. Так, если процесс диализа свободного индометацина завершался за 4 часа, то в тех же условиях в случае микроэмульсий выход препарата за это время составлял 6-8%. Стоит отметить, что присутствие ЦТАБ мало влияло на скорость высвобождения индометацина, однако оно улучшило стабильность системы.
Таким образом, сформированы стабильные нано-и микроэмульсии на основе биосовместимых компонентов, модифицированные добавками ЦТАБ. Показано, что добавление катионного ПАВ уменьшает размер капель, а в случае микроэмульсий придает стабильность системе и позволяет увеличить растворимость индометацина и обеспечить пролонгированное высвобождение лекарственного вещества, что открывает новые перспективы использования таких систем для нужд медицины и фармакологии.
Авторы Мищенко Е.В. и Королёва М.Ю. выражают благодарность РФФИ за финансовую поддержку исследований наноэмульсий (грант № 19-53-06014). Авторы Кушназарова Р.А. и Миргородская А.М. выражают благодарность РНФ за финансовую поддержку исследований микроэмульсий (грант № 19-73-30012).
Список литературы
1. Королева М. Ю., Юртов Е. В. Наноэмульсии: свойства методы получения и перспективные области применения // Успехи химии. - 2012. - Т. 81, № 1. - С. 21-43.
2. Koroleva M., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: stability and degradation mechanisms // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2018. - Vol. 20. - P. 10369-10377.
3. Королева М. Ю., Наговицына Т. Ю, Быданов Д. А., Юртов Е. В. Прямые наноэмульсии, стабилизированные смесями неионогенных ПАВ // Бутлеровские сообщения. - 2014. - Т. 38, № 4. - С. 119-125.
4. Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Bydanov
D.A., Gorbachevski O.S. Nano- and microcapsules as drug-delivery systems // Resource-Efficient Technologies. - 2016. - Vol. 2. - P. 233-239.
5. Мищенко Е.В., Гилева А.М., Марквичева
E.А., Королёва М.Ю., Юртов Е.В. Исследование проникновения наноэмульсий в раковые клетки методом конфокальной микроскопии // Успехи в химии и химической технологии. -2018. - Т. 22, № 10. - C. 36-37.
0
