CC BY
43
УДК 661.124
Соколова Е.А., Мохова Е.К., Гордиенко М.Г.
НОВЫЕ ТРАНСДЕРМАЛЬНЫЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА И ХИТОЗАНА С ВНЕДРЕННЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СЕЛЕНА
Соколова Екатерина Алексеевна - студентка 3 курса факультета цифровых технологий и химического инжиниринга; ekaterinasokolova27630@gmail.com.
Мохова Елизавета Константиновна - магистрант 1 -го года обучения факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Гордиенко Мария Геннадьевна - доктор технических наук, доцент кафедры кибернетики химико-технологических процессов;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20.
Полученные материалы, представляют собой полимерные пленки, состоящие из хитозана и поливинилового спирта с внедренными наночастицами селена. В ходе исследования установлено, что полученные образцы не растворимы в воде и имеют поры в диапазоне от 500 нм до 1 мкм, также с помощью ИК-спектроскопии подтверждено наличие химических связей между используемыми полимерами. Это позволяет использовать их в качестве биомедицинских материалов и трансдермальных терапевтических систем.
Ключевые слова: трансдермальные терапевтические системы, селен, наночастицы селена, биополимеры, биодоступност ь.
NEW TRANSDERMAL THERAPEUTIC SYSTEMS BASED ON POLYVINYL ALCOHOL AND CHITOSAN WITH INTEGRATED SELENIUM NANOPARTICLES
Sokolova E.A., Mokhova E.K., Gordienko M.G.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The materials obtained are polymer films consisting of chitosan and polyvinyl alcohol with embedded selenium nanoparticles. In the course of the study, it was found that the obtained samples are insoluble in water and have pores in the range from 500 nm to 1 fim; also, using IR spectroscopy, the presence of chemical bonds between the polymers used was confirmed. This allows them to be used as biomedical materials and transdermal therapeutic systems. Keywords: transdermal therapeutic systems, selenium, selenium nanoparticles, biopolymers, bioavailability.
Введение
Пленки на основе полимеров нашли широкое применение в различных областях медицины, в качестве мембран, протезов, перевязочных материалов, матричных систем адресной доставки лекарств, а также в противоожоговой терапии. Для разработки новых материалов медико-биологического назначения весьма перспективными являются как природные, так и синтетические биосовместимые полимеры.
Особый интерес среди природных биополимеров вызывает хитозан, который обладает
гидрофильностью, низкой токсичностью,
биологической активностью, выраженными антимикробными и биоадгезивными свойствами, а также хорошей пленкообразующей способностью, что облегчает его переработку в полимерные изделия [1].
Среди синтетических полимеров значительный интерес представляет поливиниловый спирт, который обладает эластичностью, химической стабильностью, термопластичностью и хорошей растворимостью в воде. Гели поливинилового спирта, полученные химическим сшиванием, привлекают внимание исследователей за счет низкой токсичности и хорошей биосовместимости, что делает возможным их применение в различных областях медицины. Стоит отметить, что поливиниловый спирт, обработанный различными сшивающими агентами, может также
выступать в качестве носителя для доставки активных веществ [2].
В настоящее время создание лекарственных средств с использованием наночастиц селена, серебра и золота является перспективным направлением в биотехнологии и регенеративной медицине. Селен представляет исключительный интерес как химический элемент с антиоксидантной, противовоспалительной, антиканцерогенной,
антимутагенной и детоксицирующей активностью [3]. Немало важными особенностями красного наноселена являются его высокая биодоступность и минимальная токсичность в сравнении с другими неорганическими и органическими формами селена. Наночастицы селена представляют интерес как активные ингредиенты лекарств, транспортные системы, адсорбционные матрицы для биологически активных веществ, а также используются с целью улучшения свойств полимерных материалов биомедицинского назначения [4].
В данной работе были получены пленки на основе низкомолекулярного хитозана и поливинилового спирта с внедренными наночастицами селена, которые обеспечивают антиоксидантные,
противовоспалительные и детоксицирующие свойства пленок. Полученный материал может найти широкое применение в таких областях, как: офтальмология и стоматология в качестве трансдермальной
терапевтической системы (ТТС) доставки лекарственных средств, а также в области противоожоговой терапии, как перевязочный материал.
Материалы и методы
Для приготовления пленок использовали такие реактивы, как: низкомолекулярный хитозан, «Sigma-Aldrich»; селенистая кислота (H2SeO3); аскорбиновая кислота; поливиниловый спирт (ПВС); глутаровый альдегид (ГА); гидроксид натрия (NaOH), «РусХим»; уксусная кислота, «Sigma-Aldrich».
Наночастицы селена (NPSe) были синтезированы в растворе с хитозаном, который использовался в качестве стабилизатора. Раствор хитозана 2% с pH=1 добавляли по каплям в 1 мл 125 mM раствора H2SeO3 при перемешивании, а затем к полученной смеси добавляли 5 мл 0,1 М раствора аскорбиновой кислоты. Синтез наночастиц шел с изменением окраски с желтого на красный, что свидетельствовало о присутствии нуль-валентного селена в растворе (рис. 1).
Затем было приготовлено 100 мл 4% раствора ПВС путем его растворения в дистиллированной воде в течении 4 часов при Т=80С. После чего 50 мл приготовленного раствора ПВС смешивали с 50 мл раствора хитозана, содержащего NPSe, в течение 2 часов при Т=60 С, затем охлаждали до комнатной температуры. Далее на подложки из полипропилена («А», «А*», «Б», «В», «В*») тонким слоем наносили соответствующие растворы ПВС+Хитозан+NPSe и вводили сшивающий агент ГА различной концентрации. Для деактивации непрореагировавших альдегидных групп полученные пленки выдерживали в течение часа в растворе 12% NaOH, промывали дистиллированной водой, затем замораживали и лиофильно сушили.
Результаты и обсуждения
Были наработаны пленки «А», «А*», «Б», «В», «В*», сшитые разным количеством ГА (Таблица 1). Для образцов «Б» и «В» ГА разбавляли водой в следующих соотношениях соответственно: 1:2 и 1:4.
Через 24 часа
Рис. 1. Изменение окраски раствора, содержащего наночастицы селена
Таблица 1. Спецификация образцов
Образец ПВС Хитозан NPSe Объем раствора ПВС+Хитозан+NPSe на подложке ГА
А 4% 2% + 3 мл 0,05
А* 4% 2% + 4 мл 0,05
Б 4% 2% + 5 мл 0,025
В 4% 2% + 5 мл 0,05
В* 4% 2% + 4 мл 0,05
После того, как все образцы были получены, проводился тест на растворимость. Для этого пленки заливали водой (10 мл) в чашке Петри и оставляли их на 5 суток при комнатной температуре. Данное исследование показало, что образцы «А», «А*» и «В*» по истечении времени не растворились и не утратили своей структурной целостности, однако у образцов «Б» и «В» наблюдалась потеря формы. Можно предположить, что данные результаты связаны с добавлением недостаточного количества сшивающего агента ГА.
Кроме того, образцы были исследованы методом инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии). Используемый метод основан на положении, что в инфракрасной области электромагнитного спектра большое количество молекул поглощает свет и превращает его в вибрацию молекул. Поглощение описывает структуру химических связей,
образовавшихся между ПВС и хитозаном в полученных пленках. При помощи спектрометра можно измерить данное поглощение как длину волны, после чего получается ИК-спектр, часто используемый для идентификации органических и неорганических образцов.
Регистрация полученных ИК-спектров исследуемых соединений осуществляется в диапазоне единиц волновых чисел, величин обратных
длинам волн, представленных в формуле (1): * = 1 (1)
где V - волновое число, см-1; X - длина волны, мкм.
По результатам исследований образцов методом ИК-спектроскопии была получена диаграмма общего вида, представленная на рисунке 2.
Пленки были модифицированы наночастицами селена с целью улучшения их антиоксидантных, противовоспалительных и детоксицирующих свойств. По результатам проведенных исследований, можно сделать вывод, что пленки могут использоваться в качестве ТТС как иммобилизованные препараты местного применения, которые преимущественно отличаются
длительностью действия в организме от традиционных лекарственных форм.
Список литературы
1. Абилова Г.К., Эбiлкэрiм Э.М., Ирмухаметова Г.С. Получение и характеристика термически сшитых пленок на основе хитозана и поли(2-этил-2-оксазолина) // Вестник КазНУ. Серия химическая. - 2019. - №3(94). - С. 20-27.
2. Колпинская Н.А., Юдаев П.А., Чистяков Е.М. Синтез гранулированного геля поливинилового спирта // Успехи в химии и химической технологии. Том XXXIII. - 2019. - № 6. - С. 4244.
3. С.А. Староверов, Л.А. Дыкман, П.В. Меженный, А.С. Фомин, С.В. Козлов, А.А. Волков, А.О. Рыбин, А.Б. Голова, В.А. Ханадеев, А.А. Курилова, С.Ю. Щеголев Получение наночастиц селена с использованием силимарина и изучение их цитотоксичности по отношению к опухолевым клеткам // Сельскохозяйственная биология. -2017. - Том 52. - С. 1206-1213.
4. И.А. Шурыгина, М.Г. Шурыгин Нанокомпозиты селена - перспективы применения в онкологии (обзор литературы) // Вестник новых медицинских технологий. - 2020. - Том 27. - №1. - С. 81-86.
свойствами.
Рис. 2. ИК-спектроскопия
На рисунке 3 отображены результаты сканирующей электронной микроскопии. Размер пор для образцов лежал в диапазоне от 500 нм до 1 мкм.
Рис. 3. Сканирующая электронная микроскопия
Заключение
Разработанные нами материалы
биомедицинского назначения на основе поливинилового спирта и хитозана обладают структурной целостностью, гибкостью,
эластичностью, биоцидными и фунгицидными
