Микрокапсулирование 4-карбоксиакридона в водорастворимые полимеры Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 541.18.05/.052:547.67

МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЕ 4-КАРБОКСИАКРИДОНА В ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ПОЛИМЕРЫ

© 2013 Ю. Д. Маркович1, Е. В. Грехнёва2, Т. Н. Кудрявцева3, С. А. Ефанов4, Л.Г. Климова5

1докт. хим. наук, профессор, руководитель НИЛ органического синтеза канд. хим. наук, доц. каф. химии e-mail: grekhnyovaev@,yandex. ru 3 канд хим. наук ст. науч. сотрудник НИЛ органического синтеза e-mail: labOS.kgu@mail.ru

Курский государственный университет,

4 начальник экспертно-исследовательского отдела №1 e-mail: exotdel@kursktelecom.ru

филиал ЭКС ЦЭКТУ

5 канд. мед. наук, ст. преподаватель каф. микробиологии

Курский государственный медицинский университет

Получены микрокапсулы 4-карбоксиакридона в поливиниловом спирте (ПВС) и поливи-нилпирролидоне (ПВП). Проведено исследование седиментационной устойчивости водных суспензий полученных микрокапсул. Изучена антибактериальная активность капсулированных продуктов, структура и состав которых подтверждены методами тонкослойной хроматографии с ден-ситометрией и ИК-спектроскопии.

Ключевые слова: микрокапсулирование, 4-карбоксиакридон, водорастворимые полимеры, седиментационная устойчивость, антибактериальная активность, ИК-спектроскопия, тонкослойная хроматография.

Введение

Заключение мелких частиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала - микрокапсулирование, является интенсивно развивающейся отраслью науки и технологии [Солодовник 1980; Афанасьев 1991]. В качестве материала оболочек могут использоваться любые вещества, обладающие пленкообразующими свойствами [Солодовник 1980] в условиях микрокапсулирования. Особую сложность представляет заключение веществ в оболочки из водорастворимых полимеров, таких как поливиниловый спирт (ПВС) или поливинилпирролидон (ПВП).

В то же время микрокапсулированные продукты, как правило, обладают рядом свойств, отличных от свойств инкапсулированных веществ, что расширяет область и облегчает способ их применения. Заключение нерастворимых в воде веществ в оболочку из водорастворимых полимеров, скорее всего, приведет к получению продуктов способных образовывать водные суспензии, устойчивые в большей или меньшей степени. Особенно это актуально в отношении нерастворимых в воде производных акридона [Маркович 2011], в частности 4-карбоксиакридона, который обладает антибактериаль-

ной, противовирусной, противоопухолевой активностью [Маркович 2011, Kamal 2004, Stankiewicz-Drogon 2008]. Придание же указанным соединениям способности растворяться в воде позволит повысить их биодоступность и облегчит способ их применения.

Экспериментальная часть

Для микрокапсулирования 4-карбоксиакридона в водорастворимые полимеры, такие как ПВС и ПВП, применялся физико-химический метод капсулирования, который состоит в осаждении полимера на поверхности капсулируемого вещества путем замены растворителя [Солодовник 1980]. Этот метод включает в себя следующие стадии: растворение 4-карбоксиакридона в подходящем растворителе (например, диме-тилформамиде), переосаждение вещества из раствора и осаждение полимера на поверхности вещества в результате постепенного прибавления осадителя. В качестве оса-дителя использовали раствор ледяной уксусной кислоты в ацетоне различной концентрации (1,0; 3,0; 5,0% масс.). Образовавшиеся микрокапсулы отфильтровывали на фильтре Шота (ВФ-1-40 пор.160), промывали ацетоном и высушивали в эксикаторе над влагопоглощающим агентом.

Количественный анализ получаемых микрокапсул проводился методом тонкослойной хроматографии на высокоэффективных пластинах «Sorbfil», которые обрабатывали на денситометре «Sorbfil» (Россия), с помощью программы «Sorbfil 1.8».

Структура выделенных продуктов подтверждалась методом инфракрасной спектроскопии с использованием ИК-Фурье спектрометра типа IR-200 (США), оснащенного приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), позволяющей регистрировать спектры поглощения поверхностного слоя толщиной менее 1 микрометра. ИК-спектр 4-карбоксиакридона снимали в таблетке KBr.

Обсуждение результатов

Некоторые образцы полученных микрокапсул были сфотографированы на электронном сканирующем микроскопе SEC HIROX - SH 1500 (Япония) и представлены на

рисунке 1. ___

Ш

SEC 20 kV х700 ' 50 uni '

Рис. 1. Фотография микрокапсул 4-карбоксиакридона в ПВП

Одна из задач настоящего исследования - выяснить, действительно ли капсули-руемое вещество заключено в оболочку из полимера или полученные нами продукты представляют собой гранулы из полимера с равномерно распределенным в них капсу-лируемым веществом.

С этой целью продукты, полученные описанными выше методами, были исследованы методом ИК-спектроскопии (см. рис. 2, 3).

Рис. 3. ИК-спектр поверхности микрокапсул 4-карбоксиакридона

Анализ полученных данных показал, что конфигурация и расположение основных полос поглощения в спектрах, приведенных на рисунке 3 совпадают с аналогичными параметрами библиотечных спектров ПВП. При этом в спектрах поверхности микрокапсул отсутствуют полосы поглощения, характерные для исходных веществ, например в области 1694 см-1 (-СООН группа 4-карбоксиакридона). Указанный факт свидетельствует о том, что вещество преимущественно сосредоточено внутри капсулы и отсутствует в поверхностном слое.

Как оказалось, полученные вышеописанным способом продукты в воде образуют устойчивые суспензии, визуально не отличающиеся от истинных растворов. Седи-ментационная устойчивость таких суспензий зависит от природы капсулируемого вещества, а также от соотношения полимер - вещество в конечном продукте.

Была исследована седиментационная устойчивость 1% водной суспензии микро-капсулированного 4-карбоксиакридона в ПВС при различных значениях рН среды. Наибольшей устойчивостью указанная система обладает в щелочной среде с рН=11. С уменьшением рН среды стабильность системы падает и концентрация 4-карбоксиакридона резко снижается уже в первые сутки.

Известно, что 4-карбоксиакридон обладает определенной антимикробной активностью. Поэтому интересно было выяснить, как заключение вещества в оболочку из водорастворимого полимера повлияет на эти свойства 4-карбоксиакридона. Результаты

действия водных суспензий микрокапсул 4-карбоксиакридона в ПВС и ПВП, а также раствора исходного 4-карбоксиакридона в диметилсульфоксиде (ДМСО) на некоторые виды микроорганизмов приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Зоны задержки роста при действии растворов 4-карбоксиакридона и натриевой соли 4-карбоксиакридона на некоторые штаммы микроорганизмов

Исследуемые тест-штаммы микроорганизмов Растворы

4-карбоксиакридон раствор в ДМСО Натриевая соль 4-карбоксиакридона

2,0 % 1,0% 0,5 % 2,0% 1,0% 0,5%

Е. coli АТСС 25922 12,0±0,32 10,0±0,48 8,0±0,45 13,0±0,54 9,0±0,36 9,0±0,41

S. aureus АТСС 25923 21,0±0,63 12,0±0,57 11,0±0,44 11,0±0,48 10,0±0,45 8,0±0,33

P. aeruginosa АТСС 27853 9,0±0,27 8,0±0,37 7,0±0,31 9,0±0,43 8,0±0,30 7,0±0,30

P. vulgaris АТСС 4636 12,0±0,46 10,0±0,36 9,0±0,28 12,0±0,61 11,0±0,52 9,0±0,46

B. subtilis АТСС 6633 11,0±0,54 10,0±0,29 9,0±0,42 17,0±0,73 9,0±0,44 9,0±0,41

Candida albicans NCTC 2526 10,0±0,41 0 0 0 0 0

Таблица 2

Зоны задержки роста при действии суспензий микрокапсул 4-карбоксиакридона в ПВП и в ПВС на некоторые штаммы микроорганизмов

Исследуемые тест-штаммы Водные суспензии 4- Водные суспензии 4-

микроорганизмов карбоксиакридона в ПВП карбоксиакридона в ПВС

2,0 % 1,0 % 0,5 % 2,0 % 1,0 % 0,5 %

Концентрация действующего веще- Концентрация действующего ве-

ства в растворе щества в растворе

0,68% 0,34% 0,17% 0,66% 0,33% 0,17%

Е. coli АТСС 25922 9,0±0,46 9,5±0,34 9,0±0,43 10,5±0,58 12,0±0,63 10,5±0,47

P. aeruginosa АТСС 27853 8,5±0,38 8,5±0,33 8,0±0,37 9,5±0,45 9,0±0,38 8,5±0,24

P. vulgaris АТСС 4636 10,0±0,53 10,0±0,57 9,0±0,39 11,0±0,62 12,0±0,57 10,5±0,47

S. aureus АТСС 25923 9,0±0,47 10,0±0,59 9,0±0,26 10,5±0,53 12,5±0, 70 10,5±0,39

B. subtilis АТСС 6633 0 0 0 0 0 0

Candida albicans NCTC 2526 0 0 0 0 0 0

Хорошо видно, что антимикробная активность закапсулированного акридон-сульфамида в пересчете на активное вещество практически не отличается от активности исходного вещества, хотя при действии на некоторые виды микроорганизмов активность пропадает вообще. Однако при уменьшении концентрации водной суспензии ее антимикробная активность не снижается, а следовательно, в увеличении ее концентрации нет необходимости. При этом следует учитывать, что суспензия микрокапсул приготовлена в воде, а раствор 4-карбоксиакридона - в ДМСО. Необходимо отметить, что активность полученных суспензий через 2-3 дня заметно снижается, а через неделю совершенно исчезает. Это, по-видимому, связано с описанной выше седиментаци-онной устойчивостью таких систем.

Таким образом, с помощью приведенных здесь методик можно переводить нерастворимые в воде вещества (4-карбоксиакридон) в форму, образующую устойчивые в

течение нескольких дней и более водные суспензии. Такие суспензии значительно более удобны в использовании, а концентрацию действующего вещества в них можно варьировать в широких пределах, в зависимости от назначения и в соответствии с выбранной методикой.

Библиографический список

Афанасьев А.Г. Прикладные и коллоидные аспекты применения микрокапсул / Московский технологический институт. М., 1991. С. 248-264.

Маркович Ю.Д., Грехнёва Е.В., Ефанов С.А., Юдина О.П. Свойства производных акридона инкапсулированных в водорастворимые полимеры // Известия КурскГТУ. Курск: Курск гос. техн. ун-т, 2011. №1 (34). C. 50-55.

Солодовник В.Д., Микрокапсулирование. М.: Химия, 1980. 186 с.

Kamal A., Srinivas O., Ramulu P., et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2004. №14. Р. 4107-4111.

Stankiewicz-Drogon A., Palchykovska L. G., Kostina V. G., et al., New acridone-4-carboxylic acid derivatives as potential inhibitors of Hepatitis C virus infection // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2008. №16. Р. 8846-8852.

Патент США 4590277 1986.