CC BY
58
36
ХИМИЯ
УДК 541.64
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОДЕСТРУКЦИИ ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И АНТИБИОТИКА ЦЕФАЗОЛИНА
© Е. И. Кулиш*, И. Ф. Туктарова, В. В. Чернова
Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
E-mail: alenakulish @ гатЬІег. ru
Методом вискозиметрии исследованы особенности биодеструкции полимерных пленок на основе хитозана с включенным антибиотиком цефазолином под действием ферментного препарата «Лираза»
Ключевые слова: хитозан, пленочные покрытия, ферментативная деструкция, антибиотики.
Введение
Разработка систем контролируемой доставки лекарственных средств является наиболее перспективным и быстро развивающимся направлением в современной фармакологии [1]. Главное достоинство этих систем заключается в возможности длительного и стационарного поддержания требуемого уровня лекарственного препарата в крови или тканях пациента на необходимый период времени. Это позволяет избегать высоких стартовых концентраций препарата и уменьшить число процедур. Успех конструирования систем с контролируемой доставкой лекарственных средств во многом определяется наличием адекватного материала, используемого в качестве матрикса для депонирования лекарства. Такие материалы должны быть абсолютно безвредными для организма, атравматичными, иметь определенные физико-механические свойства, например, высокую сорбционную способность и оптимальную газопроницаемость, обладать биораз-рушаемостью без образования токсичных продуктов и не инактивировать лекарственные препараты. Перспективным материалом для получения систем с контролируемой доставкой лекарственных средств, является полисахарид хитозан (ХТЗ) Уникальные свойства ХТЗ - биосовместимость с тканями организма, бактериостатичность, способность усиливать регенеративные процессы при заживлении ран, а также способность к пленкообразова-нию, предопределяют возможность использования ХТЗ в качестве пленочных покрытий пролонгированного действия для защиты и лечения хирургических ран и ожогов [2]. Включение в такой защитный перевязочный материал лекарственных средств способствует подавлению развития инфекции и позволяет снизить вероятность нагноения. Одним из немаловажных преимуществ покрытий на основе ХТЗ является их способность к ферментативному разложению под действием ферментов, выделяемых раневой поверхностью. Биодеградируемые носители лекарственных препаратов постепенно разрушаются в организме, при этом на скорость биодеградации полимерного матрикса и, соответственно, выход лекарственного вещества влияют многие факторы: химическая структура и состав; наличие дефектов в полимерной цепи, пространственная структура, молекулярный вес и распределение молекулярного веса и др. Кроме того, необходимо учесть, что и собственно сам лекарственный препарат способен определенным образом повли-
ять на скорость биодеструкции полимерной матрицы. В настоящей работе рассмотрены особенности биодеструкции пленочных полимерных покрытий на основе хитозана и антибиотика цефалоспорино-вого ряда -цефазолина, широко применяемого при лечении ожоговой травмы.
Экспериментальная часть В качестве объектов исследования использован образец ХТЗ производства ЗАО «Биопрогресс» (Россия), полученный щелочным дезацетилирова-нием крабового хитина и антибиотик цефалоспори-нового ряда - цефазолина натриевая соль (ЦФЗ). Пленки ХТЗ получали методом полива раствора полимера в уксусной кислоте на поверхность стекла с получением ацетата хитозана (ХТЗА). Массовая концентрация полимера в исходном растворе составляла 2 г/дл. Концентрация уксусной кислоты в растворе составляла 1 г/дл. Водный раствор антибиотика добавляли к раствору ХТЗ непосредственно перед формированием пленок. Содержание лекарственного препарата в пленке варьировалось от 0.002 до 0.05 моль/моль ХТЗ. Толщина пленок поддерживалась постоянной и равной 0.1 мм. Для моделирования процесса ферментативного гидролиза пленочного образца ХТЗ на раневой поверхности, пленку помещали на подложку, смоченную раствором ферментного препарата «Лираза», и выдерживали при температуре 36 °С в течение определенного времени. Количество ферментного препарата составляло 5% масс. от массы ХТЗ. Далее пленочный образец растворялся в буферном растворе, состоящим из 0.3 М уксусной кислоты и 0.2 М ацетата натрия. Степень биодеструкции оценивали по падению характеристической вязкости, определенной на вискозиметре Уббелоде. Общую гликозидаз-ную активность ферментного препарата «Лираза» оценивали по методу Вандельс-Вебера [3].
Результаты и их обсуждение Ферментный препарат, выпускаемый под торговой маркой «Лираза», представляет собой группу ферментов под общим названием гиалуронидаза, катализирующих реакции гидролитического расщепления бета-гликозидной связи основного компонента соединительной ткани -гиалуроновой кислоты. Гиалуроновые кислоты представляет собой высокомолекулярные линейные биополимеры, молекулы которых построены из чередующихся остатков ,0-глюкуроновой кислоты и К-ацетил-Д-гликозамина, соединенных Р-(1—^4)- и Р-(1—^3)-связями. Поскольку хитозан является полимером
* автор, ответственный за переписку
ISSN 1998-4812
Вестник Башкирского университета. 2013. Т. 18. №1
37
гликозамина, соединенным между собой также р-гликозидными связями, в нем также под действием гиалуронидаз («Лиразы»), будет протекать процесс ферментативной деструкции. О протекающем процессе биодеструкции свидетельствует уменьшение характеристической вязкости ХТЗ, выделенного из пленочных образцов (рис.). Как видно из рисунка, наиболее сильно характеристическая вязкость падает в первые 10-20 мин, затем скорость биодеструкции несколько уменьшается.
[Ц ] , дл/г
2.8
20 40 60 зо Ю0
Время выдержки с ферментом, мин Рис. Зависимость характеристической вязкости хитозана. выделенного из пленочных образцов в отсутствии лекарственного препарата (1) и для системы ХТЗ - натриевая соль цефазолина с содержанием лекарственного препарата 0.002 (2),
0.01 (3), 0.05 (4) моль/моль ХТЗ.
Сравнение вискозиметрических данных, полученных для пленочных образцов ХТЗ, определенных в отсутствие и в присутствии лекарственного препарата, свидетельствует о том, что характеристическая вязкость пленочного образца ХТЗ, определенная в отсутствии лекарственного препарата ([П]=2.8 г/дл), существенно выше, чем в том случае, когда в пленке присутствует лекарственное вещество. Наиболее вероятная причина уменьшения значения характеристической вязкости ХТЗ, который не контактировал с ферментным препаратом, это уменьшением размеров макромолекулярного клубка под действием лекарственного вещества. Поскольку при растворении в кислых средах аминогруппы ХТЗ протонируются, он становится поликатионом. Размер макромолекулярного клубка поликатиона при прочих равных условиях всегда больше размера незаряженного макромолекулярного клубка вследствие отталкивания одноименно заряженных звеньев. Добавление лекарственного препарата -натриевой соли цефазолина сопровождается повышением ионной силы раствора и электростатическим взаимодействием протонированных аминогрупп с противоионами. Данный факт, в свою
очередь, неизбежно должен отразиться на размере макромолекулярного клубка, а именно, его уменьшении.
Степень и скорость падения вязкости для пленки ацетата ХТЗ без лекарственных препаратов также выше, чем для лекарственных пленок. Так, за время выдержки 60 мин, пленка индивидуального ХТЗ уменьшает свою характеристическую вязкость с 2.8 до 2.1 г/дл (глубина падения составляет 0.7 единиц). В то же время ХТЗ во всех лекарственных пленках уменьшает свою характеристическую вязкость только на 0.2 единицы. Определение общей гликозидазной активности «Лиразы» в присутствии и отсутствии лекарственного вещества показало, что добавление антибиотика цефазолина не сказывается на активности фермента. Причину уменьшения скорости и степени падения вязкости ХТЗ в присутствии лекарственных препаратов можно объяснить следующим образом. Если введение лекарственных препаратов уменьшает размер клубка, доступность ХТЗ для взаимодействия с ферментным препаратом уменьшается вследствие увеличения плотности упаковки макромолекул ХТЗ в пленке. Следствием этого является уменьшение доступности хитозановых звеньев для взаимодействия с ферментным препаратом, а, следовательно и уменьшение степени ферментативного разложения ХТЗ в пленке. Необходимо учесть также и тот факт, что частичная замена аниона (ацетата на хлорид и сульфат) также может сказаться на изменении структуры полимерной матрицы, например плотности, упаковки цепей. То, что причина уменьшения скорости биодеструкции ХТЗ связана с изменением структуры полимерной матрицы, а не с возможной дезактивацией ферментного препарата в присутствии антибиотика, свидетельствует постоянство общей гликозидазной активности «Лиразы», определенной в присутствии и в отсутствие цефазолина.
Таким образом, анализируя закономерности ферментативного гидролиза лекарственных хитоза-новых пленок с включенным внутрь полимерной матрицы антибиотиком цефазолином можно сделать вывод о том, что они характеризуются большей ферментативной устойчивостью, нежели исходные хитозановые пленки. А это означает, что на раневой поверхности они прослужат дольше.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Республики Башкортостан (грант р_поволжье_а № 11-03-97016).
ЛИТЕРАТУРА
1. Скрябин К. Г., Вихорева Г. А., Варламов В. П. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение. М.: Наука. 2002. 365 с.
2. Штильман М. И. Полимеры медико-биологического назначения. Москва: ИКЦ «Академкнига», 2006. С. 214.
3. Клесов А. А., Рабинович М. Л., Синицин А. П., Чурилова И. В., Григораш С. Ю. // Биорганическая химия. 1980. Т. 6, №8. С. 1225.
Поступила в редакцию 13.11.2012 г. После доработки - 01.03.2013 г.
