CC BY
81
УДК 543-414:546.562
ОСОБЕННОСТИ МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЯ ОКСИТЕТРАЦИКЛИНА И ЦЕФТРИАКСОНА В ДВОЙНЫЕ ОБОЛОЧКИ*
© 2017 Е. В. Грехнёва1, В. В. Власова2
1 канд. хим. наук, доцент кафедры химии e-mail: grekhnyovaev.@yandex.ru 2 студентка 5 курса, специальность 020201 - фундаментальная и прикладная химия e-mail: valentina_vlasova94@mail. ru
Курский государственный университет
Подобраны оптимальные условия проведения процесса микрокапсулирования антибиотиков в двойные оболочки, состоящие из водонерастворимого полимера ацетилцеллюлозы и водорастворимого полимера (альгинат натрия, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон). Осуществлен качественный и количественный анализ полученных продуктов методами ИК- и УФ-спектроскопии.
Ключевые слова: микрокапсулирование, цефтриаксон, окситетрациклин, альгинат натрия, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон.
В настоящее время антибиотики - одно из основных средств борьбы с бактериальными инфекциями человека и животных [Желдакова 2004]. С помощью микрокапсулирования можно придать антибиотикам ценные свойства, решить, в частности, проблему создания оптимальной терапевтической концентрации препарата в крови [Leopold 1994].
Микрокапсулирование биологически активного вещества в двухслойную оболочку позволяет придать препарату целый комплекс свойств [Грехнёва, Мезенцева 2015]. Так, капсулирование дисульфирама в двойную оболочку из полисахаридов обеспечивает длительный эффект пролонгации действия дисульфирама, стабильную кинетику выделения препарата в ткани, щадящую процедуру введения препарата и исключает возможность самостоятельного его удаления [Патент 2462235 РФ 2012]. Использование водонерастворимого и биодеградируемого полимера в качестве внутренней оболочки микрокапсулы определит пролонгированное высвобождение ЛВ в определенном участке человеческого организма. А вторая оболочка из водорастворимого полимера позволит упростить применение получаемого препарата и повысит его биологическую доступность [Грехнёва 2015].
Нами было осуществлено микрокапсулирование антибиотиков широкого спектра действия: цефтриаксона и окситетрациклина. Указанные антибиотики активны в отношении большого числа микроорганизмов, однако обладают значительным перечнем побочных эффектов, обусловленных, вероятнее всего, невозможностью создания равномерной терапевтической концентрации действующего вещества в крови и тканях. К недостаткам можно также отнести невысокую биодоступность тетрациклина и высокий процент выведения данных антибиотиков в неизменном виде.
В качестве полимера для внутренней оболочки была выбрана ацетилцеллюлоза (АЦ), которая используется в том числе и в медицине благодаря своей доступности и
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 4.9516.2017/БЧ).
невысокой стоимости. В производстве таблеток АЦ используется для создания пленки, предохраняющей лекарственное вещество от воздействия внешней среды, а также в качестве связывающего и гранулирующего вещества. Использование АЦ для микрокапсулирования лекарственных препаратов позволяет получать микрокапсулы со скоростью высвобождения препарата, зависящей от размера микрокапсулы [Грехнева и соавт. 2016].
Для создания внешней водорастворимой оболочки полимер выбирался из поливинилового спирта (ПВС), поливинилпирролидона (ПВП) и альгината натрия. Указанные полимеры активно используются современной медициной, в частности, ПВС применяется в качестве плазмозаменителя при переливании крови, для изготовления препарата «йодинол», в растворах для глазных капель и контактных линз в качестве лубриканта. При микрокапсулировании ПВС применяется как в качестве ПАВ, так и в качестве полимера оболочки. ПВП может быть использован для связывания токсических веществ, сравнительно быстро выводящихся из организма (молекулярный вес 10 000-15 000), как кровезаменитель (молекулярный вес 30 00040 000); для длительного связывания в организме некоторых химических веществ в целях пролонгации действия новокаина, инсулина, некоторых антибиотиков (пенициллин, стрептомицин, тетрациклины), салицилатов, барбитуратов, ряда гормонов и некоторых других лекарств. Для этих целей используется ПВП с высоким молекулярным весом (50 000-60 000). Так, совместное использование с этим полимером новокаина позволяет продлить его обезболивающее действие от нескольких часов до трех-четырех или даже до девяти дней. Применение альгината натрия основано на его способности образовывать гели, желеобразные вещества, и он также применяется как оболочка для микрокапсулирования. В медицине альгинат натрия используется как энтеросорбент, он способен хорошо связывать и выводить из организма радионуклиды и тяжелые металлы. Также этот полимер способствует заживлению ран, снижает уровень холестерина в крови.
Экспериментальная часть. Водонерастворимую форму антибиотиков получали их переосаждением из воды раствором соды - тетрациклина гидрохлорида и 1% раствором HCl - цефтриаксона. В результате получали тонкую водную дисперсию указанных антибиотиков, которая подвергалась дальнейшему капсулированию.
Микрокапсулирование окситетрациклина и цефтриаксона в первую оболочку осуществлялось физико-химическим методом, который состоит в осаждении полимера на поверхности капсулируемого вещества путем замены растворителя. В суспензию переосажденного антибиотика по каплям вводили 1%-й ацетоновый раствор ацетилцеллюлозы и осуществляли осаждение полимера на поверхности вещества в результате постепенного прибавления осадителя (дистиллированная вода).
Дисперсию микрокапсул оставляли на сутки при температуре 0-50С. Для создания второй оболочки к водно-ацетоновой дисперсии микрокапсул окситетрациклина или цефтриаксона с одинарной оболочкой по каплям добавляли 1%-й водный раствор альгината натрия и 2%-й раствор, при использовании поливинилового спирта или поливинилпирролидона. Для достижения полноты осаждения к полученной системе добавляется второй осадитель - насыщенный раствор NaCl. Для осаждения второго полимера использовали не ацетон, а насыщенный раствор NaCl, так как в случае использования данного осадителя не происходит растворение первой оболочки - ацетилцеллюлозы. Диспергирование осуществлялось перемешиванием на магнитной мешалке при охлаждении.
По окончании процесса сформировавшиеся капсулы отфильтроввыали на фильтре Шотта (ВФ-1-40 пор.16), высушивали на воздухе или в сушильном шкафу.
Грехнёва Е. В., Власова В. В. Особенности микрокапсулирования окситетрациклина и
цефтриаксона в двойные оболочки
Количественный анализ микрокапсул осуществляли методом градуировочного графика на спектрометре УФ/видимой области спектра UV - 1800 (фирмы «Shimadzu») в интервале длин волн 600 - 190 нм в кювете с длиной светопоглощающего слоя 1 см.
Для определения количества капсулируемого вещества в микрокапсулах были построены градуировочные графики серии водных растворов окситетрациклина и цефтриаксона от 0,00015 до 0,05 % масс.
Структура выделенных продуктов подтверждалась методом инфракрасной спектроскопии с помощью ИК-Фурье-спектрометра «ФСМ 1201» в диапазоне волновых чисел 400-4 000 см-1, с разрешением 4 см-1, (сканов-20). ИК-спектры исходных антибиотиков снимали в таблетке KBr, а спектры полученных микрокапсул -на приставке многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).
Результаты и их обсуждение. Биофармацевтические исследования показывают существенную зависимость от вида лекарственной формы не только терапевтической эффективности лекарственной субстанции, но и развития нежелательных реакций организма на введенное лекарство. Нередки случаи, когда лишь заменой вида лекарственной формы удается достичь желаемого результата, избежав при этом его побочного действия [Фармацевтические и медико-биологические аспекты лекарств 1999].
Как известно, более растворимые вещества быстрее высвобождаются из лекарственной формы, легче проникают к очагу поражения и, соответственно, быстрее проявляют лечебное действие. Однако для создания препарата пролонгированного действия оптимальным является использование труднорастворимых субстанций [Ганичева, Вдовина 2012]. Также известно, что биологическая доступность лекарственного препарата зависит от многих факторов, в частности от способности преодолевать биологические мембраны организма с целью попадания в системный кровоток в неизменном виде [Алексеев и соавт. 2012; Раменская 2012]. Поэтому, как было указано выше, хорошая растворимость лекарственных веществ некоторых групп не всегда является залогом их высокой биодоступности. Нами была предпринята попытка создать препарат пролонгированного действия на основе антибиотика, повысив при этом его биологическую доступность, а также сочетающего в себе удобство применения.
Поэтому на первой стадии было осуществлено переосаждение водорастворимых форм тетрациклина и цефтриаксона с целью получения тонкой дисперсии препарата с минимальным размером частиц. Мы предположили, что капсулирование водонерастворимой формы антибиотика позволит избежать его передозировки в первые 30 мин. после введения. Пролонгированность действия будет достигнута за счет применения в качестве первой оболочки ацетилцеллюлозного покрытия, а присутствие в системе второго водорастворимого полимера (ПВП, ПВС, альгинат натрия) обеспечит повышение биодоступности используемого ЛВ. Таким образом, решается проблема создания оптимальной терапевтической концентрации ЛВ в организме.
Кроме того, нанесение второй оболочки из поливинилпирролидона, поливинилового спирта или альгината натрия сообщает готовой композиции способность образовывать устойчивые водные дисперсии. А это, в свою очередь, помимо повышения биодоступности, дает возможности для создания новых видов готовых форм некоторых лекарственных препаратов.
Некоторые результаты процесса микрокапсулирования приведены в таблице.
Результаты процесса микрокапсулирования цефтриаксона и окситетрациклина в двойные оболочки при соотношении полимер :капсулируемое вещество: полимер 1:1:1
Первая оболочка Вещество Вторая оболочка Выход % в капсуле
Окситетрациклин ПВП 74,6 31,6
Цефтриаксон 79,3 32,0
Ацетилцеллюлоза Окситетрациклин ПВС 96,5 15,3
Цефтриаксон 96,0 22,0
Окситетрациклин Альгинат 94,6 28,4
Цефтриаксон натрия 94,0 30,5
Соотношение полимер : ЛВ : полимер выбиралось таким образом, чтобы, во-первых, достичь оптимального профиля высвобождения антибиотика и, во-вторых, для создания системы, способной образовывать устойчивые водные дисперсии.
Анализ результатов ИК-спектроскопии показал, что конфигурация и расположение основных полос поглощения в ИК-спектрах используемых при капсулировании веществ совпадают с аналогичными параметрами полученных микрокапсул. То есть ИК-спектры микрокапсул содержат полосы поглощения, характерные как для капсулируемых веществ, так и для полимеров. При этом спектры поверхности микрокапсул, регистрируемые на приставке МНПВО, подтвердили послойное нанесение полимеров на ЛВ.
Таким образом, применение описанной здесь методики позволит придать антибиотикам целый ряд свойств. Оболочка из ацетилцеллюлозы обеспечит пролонгированное высвобождение действующего вещества, тем самым решается проблема создания оптимальной терапевтической концентрации ЛВ в организме. Нанесение второй оболочки из водорастворимого полимера сообщает готовой композиции способность образовывать устойчивые водные дисперсии. Продукты, полученные вышеописанным способом, в воде образуют устойчивые суспензии, визуально не отличающиеся от истинных растворов.
Библиографический список
Алексеев К.В., Тихонова Н.В., Блынская Е.В. и др. Технология повышения биологической и фармацевтической доступности лекарственных веществ // Вестник новых медицинских технологий. 2012. Т. 19. №4. С. 43-47.
Пат. 2462235 Российская Федерация. Лекарственная форма дисульфирама пролонгированного действия и способ ее получения / А.Д. Вилесов, О.В.Галибин, Е.М.Крупицкий. заявл. 10.05.2011; опубл. 27.09.2012. 12 с.
Ганичева Л.М., Вдовина Г.П. Биофармацевтические аспекты разработки, производства и применения лекарственных препаратов // Вестник ВолгГМУ. 2012. №3(43). С. 3-9
Грехнёва Е.В., Мезенцева И.В. Использование сополимеров метилметакрилата и метакриловой кислоты совместно с водорастворимыми полимерами для микрокапсулирования БАВ // Актуальные проблемы химии, химической технологии и
Грехнёва Е. В., Власова В. В. Особенности микрокапсулирования окситетрациклина и
цефтриаксона в двойные оболочки
химического образования: материалы Всерос. науч.-практич. конф. с междунар. участием. Курск, 2015. С. 42-46.
Грехнёва Е.В., Белоконь В.Л., Орлова С.В. Микрокапсулирование биологически активных веществ в водонерастворимые полимеры // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2016. № 2 (10). URL http://auditorium.kursksu.ru/pdf/010-003.pdf (дата обращения: 18.03.2017)
Желдакова Р.А. Механизмы биосинтеза антибиотиков и их действие на клетки микроорганизмов: учеб.-метод. комплекс для студ. Мн.: БГУ, 2004. 111 с.
Раменская Г.В., Шохин И.Е., Кулинич Ю.И. Кассификации лекарственных веществ по их биофармацевтическим свойствам — бкс и bddcs // Ветник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2012. № 1. С. 212-215
Фармацевтические и медико-биологические аспекты лекарств. Т. 1 / под. ред. И.М. Перцева, И.А. Зупанца. Харьков: Изд. УкрФА, 1999. 464 с.
Leopold C.S. Coated dosage forms for colon-specific drug delivery // Pharm .Sci .Thechnol .Today. 1999. № 2. Р. 197-204.
