CC BY
76PHARMACEUTICAL SCIENCES | ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ МУЛЬТИСЛОЕВ
В МЕДИЦИНЕ И ФАРМАЦЕВТИКЕ
Касымова Ж.С.
Государственный университет имени Шакарима города Семей, к.б.н., доцент
Мусабаева Б.Х.
Государственный университет имени Шакарима города Семей, к.х.н., доцент
Мурзагулова К.Б.
Государственный университет имени Шакарима города Семей, д.х.н., профессор
Оразжанова Л.К.
Государственный университет имени Шакарима города Семей, к.х.н
Касенова Н.Б.
Государственный университет имени Шакарима города Семей, магистр естественных наук, преподаватель
PROSPECTS OF APPLICATION OF POLYELECTROLYTE MULTILAYERS IN MEDICINE AND PHARMACEUTICS Kassymova Zh.S., Shakarim state university of Semey, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor Musabayeva B.H., Shakarim state university of Semey, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor Murzagulova K.B., Shakarim state university of Semey, Doctor of Chemical Sciences, Professor Orazzhanova L.K., Shakarim state university of Semey, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor Kassenova N.B., Shakarim state university of Semey, Master of Natural Sciences, Lecturer
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлен обзор и анализ опубликованных научных работ, связанных с приоритетным направлением применения полиэлектролитных мультислоев на основе хитозана и его производных в медицине и фармации для биоинкапсулирования биологически активных веществ и лекарственных препаратов, и кратко обсуждаются физико-химические, биологические и экологические свойства полиэлектролитов, которые используются для реализации этих применений.
ABSTRACT
This article provides an overview and analysis of scientific publications related to the priority use of polyelectrolyte multilayers on the basis of chitosan and its derivatives in medicine and pharmacy for bio-encapsulation of biologically active sub^ances and drugs, and brief discussion of the physico-chemical, biological and ecological properties of polyelectrolytes, which are used for the realization of these applications.
Ключевые слова: полиэлектролитные мультислои, LbL - метод, биологически активные вещества, хитозан, производные хитозана, биоинкапсулирование.
Keywords: polyelectrolyte multilayers, LbL - method, biologically active sub^ances, chitosan, chitosan derivatives, bio-encapsulation.
Введение
В последние годы в связи с перспективным развитием фундаментальных и прикладных аспектов полимерной нанотехнологии, в научной литературе обсуждается возможность применения полиэлектролитных покрытий для решения ключевых задач науки и техники: модификация поверхности, создание новых наноструктурированных микрообъектов, изменение физико-химических свойств материалов и устройств в целом [17; 20; 36; 37; 61].
Создание и применение таких покрытий трудно переоценить в биомедицине и фармакологии, например, для разработки новых современных систем диагностики и лечения заболеваний (включая разработку систем доставки лекарственных средств и вакцин [5] и других медицинских устройств и материалов), которые потенциально могут реализовать главную цель таких лекарств и устройств - доставка
действующего вещества к пораженным болезнью участкам без влияния на здоровые клетки. Разработка рецептурных форм для лекарственных средств, в которых качества активных ингредиентов сохраняются длительное время - важная задача, так как многие биологически активные вещества (БАВ) не рассчитаны на длительное пребывание в организме - они быстро выводятся или метаболизируют. Также их полезные свойства утрачиваются под воздействием кислорода, УФ - облучения и перепадов рН и температуры. Кроме того, некоторые весьма важные компоненты могут нейтрализовать оздоровительное действие других компонентов, а в некоторых случаях образовывать с ними принципиально вредные для организма продукты. В связи с этим БАВ используются с недостаточной эффективностью, что приводит к снижению лечебного свойства конечного лекарственного средства [2].
Именно поэтому, все больше ученым приходится задумываться не только над поиском новых лекарственных средств, но и над созданием более совершенных форм уже известных биологически активных препаратов и задачей доставки этих препаратов в организм, регулирования скорости их действия и времени пребывания в организме. Чаще всего намного легче повысить эффективность уже существующего лекарства, улучшая фармакокинетические показатели, биодоступность, дозировку, безопасность и требуемую лекарственную форму, чем создавать новое лекарство. Это связано не только с тем, что современное создание новых препаратов предполагает высокие затраты, но это также является очень сложной задачей - создать коллекцию уникальных сильнодействующих молекул [37]. При большом разнообразии лекарственных средств, имеющихся на рынке, некоторые лекарства находятся в употреблении уже долгое время, хотя с ними и связаны такие проблемы как растворимость, стабильность, проницаемость, серьезные побочные эффекты, но в такие лекарства можно «вдохнуть новую жизнь», комбинируя их с подходящими системами доставки лекарств.
Несмотря на значительное количество исследовательских работ в этом направлении, до настоящего времени полностью решить проблему не удается. По этой причине большое число ученых работает над созданием систем адресной доставки лекарств (drug delivery sy^ems - DDS), имеющих контролированное высвобождение, целеспеци-фическую доставку и минимизацию побочных эффектов [53]. Одним из многообещающих методов для создания DDS являются полиэлектролитные мультислои и достаточно хорошо разработанная технология создания таких слоев путем постадийной адсорбцией разноименно заряженных полиэлектролитов - LbL (Layer-by-Layer Electronic Self-Assembly, LbL ESA) метод [1]. Метод был предложен в 1966 г. Эйлером [39] и возродился в начале 90-х годов XX века Дечером с сотр., [18; 19; 24; 25; 30; 31; 45], и он получил свое развитие в последующих работах [31; 33], за которыми последовали работы по характеристикам способов изучения мультислоев [62] и мультислоев полиэлектролитов [32]. Разработанный в последние десятилетия метод модификации поверхности путем послойного нанесения полиэлектролитов противоположного знака заряда позволяет в широких пределах менять физико-химические свойства носителя - его толщину, заряд, гидрофильно-гидрофобный баланс и т.д. [32]. В основе процесса формования мультис-лоев лежит электростатическое взаимодействие заряженной подложки с противоположно заряженными цепями, которое достигается погружением подложки в разбавленный раствор полиэлектролита. В результате электростатического взаимодействия заряды подложки (например, отрицательные) нейтрализуются с образованием монослоя полимера (поликатиона). В результате действия стерического фактора добавление эквивалентного (по зарядам) количества цепей практически никогда не приводит к полной нейтрализации зарядов, зафиксированных на подложке на разном расстоянии друг от друга. Некоторые заряды подложки остаются не скомпенсированными, и для их нейтрализации необходимо вводить дополнительное число цепей. Таким образом, первая стадия адсорбции приводит к перезарядке (изначально отрицательной) поверхности и появлению на ней петель и хвостов, несущих избыточное количество (положительных) зарядов. Перезарядка является движущей силой процесса,
поскольку именно она обеспечивает вторую и последующие стадии формования, когда подложку с адсорбированным полимером (поликатионом) после промывания и удаления избыточного полимера погружают в раствор противоположно заряженного полиэлектролита (полианиона). Чередующаяся многократная адсорбция обеспечивает образование стабильных полиэлектролитных мультислоев с различными свойствами, которые во многом определяются природой используемых разноименно заряженных синтетических и природных полимерных компонентов [29]. При постадий-ной адсорбции возможен контроль свойств поверхности микрочастиц за счет последнего наносимого полиэлектролита. Одной из самых важных особенностей мультислоев является их селективная проницаемость для различных веществ. Проницаемость мультислойной пленки зависит от площади поверхности, толщины слоя, его пористости, структуры, химического состава композиции и размера проникающего вещества. Некоторые исследования [60] в этом направлении показали, что такие пленки непроницаемы для макромолекул с большой молекулярной массой и размерами, но они полностью проницаемы для малых полярных молекул. К другим преимуществам материалов на основе полиэлектролитных капсул можно отнести: защита от возможного влияния окружающей среды; растворимость в различных растворителях, легко регулируемая путем изменения самого внешнего слоя: гидрофобные слои увеличивают растворимость в маслах, гидрофильные слои повышают водораство-римость; одновременно легко регулировать сродство капсулы к поверхности путем присоединения специфических химических групп.
Эффективное использование мультислойных покрытий тесно связано с исследованием их свойств. Хотя методы изучения свойств мультислоев интенсивно развиваются, они часто не могут быть применены или требуют много времени из-за малого количества изучаемого материала и возможного влияния поверхности подложки, используемой для формирования слоев. Чтобы исключить первый фактор, нужно резко увеличить общую поверхность мультислоев, что может быть достигнуто путем использования коллоидных частиц в качестве подложки [55]. Растворение коллоидной ядра позволяет избежать второго недостатка.
С момента начала исследования многослойных пленок и до сих пор было применено огромное количество материалов для построения мультислоев. Для создания новых средств доставки БАВ уникальную возможность представляют синтетические и природные полимеры, каковыми являются полисахариды, полимолочная и полигликолевая кислоты, полилактиды, полиакрилаты, акрилполимеры, полиэтилен-гликоль и его аналоги, и др. Тонкие полимерные пленки высвобождают БАВ в ответ на изменение параметров окру-жаюшей среды (рН, температура и ионная сила раствора, электронное и магнитное поля). Отзывчивые полимерные материалы способны адаптироваться к внешним воздействиям, регулировать транспорт ионов и молекул, менять смачиваемость и адгезию, преобразовывать химические и биохимические сигналы в оптические, электрические, тепловые и механические сигналы. Применение полимеров в качестве пленкообразователей часто предпочтительнее, чем использование их низкомолекулярных аналогов. Механическая прочность, эластичность, электрические, оптические и другие свойства полимеров делают их уникальной «строительной единицей» в создании нанокомпозитных материа-
лов [34; 71]. Полимерные материалы характеризуются набором ценных свойств для лекарственного транспорта, как биосовместимость, способность к биодеградации, функциональная совместимость, низкая токсичность [3]. В качестве последних применяются хитозан и хитозансульфат [23; 66], протамин и декстран сульфат [21] и другие [2].
В данном научном обзоре рассматриваются некоторые направления применений полиэлектролитных мультислоев на основе хитозана и его производных в медицине и фармации для биоинкапсулирования лекарственных препаратов и биологически активных веществ и кратко обсуждаются физико-химические, биологические и экологические свойства полиэлектролитов, которые используются для реализации этих применений.
Применение хитозана
Диапазон применения хитозана в медицине и фармацевтике очень широк благодаря его ценным биохимическим и экологическим эффектам:
1) гиполипидемический и гипохолестеринемический (связывает и выводит из организма избыток жиров и холестерина);
2) гепатопротекторный (снижает нагрузку на печень);
3) регулирует кислотность желудочного сока, обладает противоязвенным действием;
4) нормализует микрофлору кишечника;
5) антитоксический (связывает и выводит из организма токсичные элементы и кишечные токсины);
6) радиопротекторный (связывает и выводит радиоактивные изотопы);
7) иммуностимулирующий (стимулирует ряд функций иммунной системы, повышает устойчивость организма к инфекциям);
8) антиоксидантный (нейтрализует токсичные перекис-ные соединения);
9) антибактериальный и противовирусный (угнетает активность ряда микроорганизмов, защищает организм от некоторых вирусных инфекций);
10) регенерирующий (стимулирует заживление ран, язв, ожогов);
11) биосовместимость, биодеструкция, по токсичности относится к 4-му классу и считается безопасным [4],
а также экономической доступности (наличие сырьевого источника - природного биополимера хитина). Хитозан синтезируется в природе некоторыми видами грибов и водорослей [54], но обычно этот полисахарид получают промышленным методом - щелочным деацетилированием хитина (рис. 1), который является структурным компонентом клеточной стенки многих ракообразных и насекомых [64; 67].
Рис. 1. Схема получения полимеров хитина и хитозана
Хитин и хитозан, относятся к классу полисахаридов -высокомолекулярных соединений, построенных из элементарных звеньев моносахаридов, соединенных между собой гликозидными связями. По химической структуре хитин представляет собой линейный аминополисахарид, состоящий из ^ацетил-2-амино-2-дезокси-Э-гликопиранозных звеньев. В природном полимере небольшая часть ^ацетил-глюкозидных звеньев гидролизованна до глюкозаминных. Обработка хитина концентрированной щелочью частично его деполимеризует, гидролизуя в (1^-4) - гликозидные связи глюкозамина (рис.2). Существуют различные модифика-
ции этого способа. При этом получают в разной степени (от 5 до 95%) деацетилированные производные в виде полимеров, имеющих соответственно от 5 до 95% остатков глюкозамина. При содержании более 50% остатков глюкозамина продукт реакции называют хитозаном. Таким образом, хи-тозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе полимер D-глюкозамина (молекулярная масса колеблется от 3800 до 2000000 г/моль), содержащий от 5 до 50 % ацетамидных групп и от 1% групп, соединенных пептидной связью с аминокислотами белков и пептидов.
Рис. 2. Полимераналогичное превращение хитозана из хитина действием раствора щелочи (30-50 %, при t=100-160 0С)
Деацетилированный продукт хитозан - поли[(1-4)-2-а-мино-2-дезокси-Э-глюкоза] несмотря на простую структуру, имеет достаточно сложные физико-химические свойства. Физико-химические характеристики хитозана и конформационное состояние его молекул в растворе зависят от распределения функциональных групп (аминогрупп и ацетамидных групп) вдоль полимерной цепи, рН и ионной силы среды. Хитозан - слабое основание, нерастворимое в водных и органических растворителях, но растворим в разбавленном водном растворе органических и неорганических кислот (рН<6,5), кроме серной. В растворе кислоты аминогруппа хитозана протонируется (NH2+H+-^NH3+) , полимер становится заряженным и присутствует в кати-онной полиэлектролитной форме, что открывает широкие возможности взаимодействия с отрицательно заряженными молекулами, анионами и полианионами. Если прото-нировано не менее 50% аминогрупп, хитозан становится растворимым. Благодаря наличию реакционноспособных гидроксо- и аминогрупп хитозан обладает способностью к волокно- и пленкообразованию, ионному обмену и комплек-сообразованию. Главными параметрами, определяющими физико-химические особенности хитозана и обуславливающие области его применения являются степень N-деаце-тилирования, молекулярная масса и степень заряженности. В качестве медицинских полимеров предпочтительны растворимые в воде, низкомолекулярные, заряженные хитоза-ны, обладающие на порядок более высокой биологической активностью (способны проникать через внешние мембраны клеток живых организмов, обладают свойством адгезии к отрицательно заряженным поверхностям, лучше расщепляются, всасываются в кровь и усваиваются организмом, выводят токсины) по сравнению с высокомолекулярными модификациями. Химическая лабильность этого полимера позволяет, применяя относительно несложные технологические процессы, получать гомологи и аналоги с различными вариантами физико-химических и биологических свойств. Например, авторами [48; 49] установлено, что набухающая способность, характеристики высвобождения лекарства и морфология хитозановых гелевых капсул сильно зависет от рН среды, механизма полиэлектролитного комплексообра-зования и молекулярной массы хитозана. Скорость высвобождения 6-меркаптопурина из гелевых матриц на основе хитозан-триполифосфата или хитозан-полифосфорной кислоты значительно повышалась при уменьшении молекулярной массы хитозана. Также ими изучено высвобождение индометацина из хитозановых микросфер, полученных в дисперсии вода/масло с использованием природного сшивающего агента генипина. Это соединение, ввыделенное из фруктов Gardenia jasminoides, обладало низкой цито-токсичностью. Методами Фурье ИК и ЯМР спектроскопии показано, что сшивка хитозана с помощью генипина ведет к образованию вторичных амидных и гетероциклических
аминных связей. Установлено влияние рН среды на степень взаимодействия между хитозаном и индометацином. При рН 6,5 наблюдалось образование комплекса, стабилизированного ионными связями СН2СОО- и МН3+. Показано, что выделение индометацина из микросфер хитозана зависело от степени сшивки и взаимодействия между хитозаном и лекарством [50].
Имеется достаточно публикаций по применению хитоза-на в медицине. Наряду с коллагеном, желатином и глюкозо-аминогликанами хитозан играет ведущую роль в тканевой инженерии как биоконструкционный материал [51]. Ионные комплексы хитозана используется для временной замены кожной и костной ткани [41; 46; 47; 59; 68], как компонент в искусственных кровеносных сосудах и клапанах [16], имплантант в косметической хирургии [35]. Способность хитозана образовывать пленки, в сочетании с его антимикробными свойствами, открывает возможность использования хитозана для создания специальных глазных линз, предохраняющих глаза от инфекции в послеоперационном периоде [28; 38]. Биосовместимость хитозана и его устойчивость к действию щелочной среды позволяет использовать его для создания саморассасывающихся хирургических нитей даже в мочевом тракте [15, 58]. Благодаря сорбцион-ным свойствам хитозан способен связывать и выводить из организма жиры, радионуклиды, соли тяжелых металлов и другие токсичные вещества, снижать уровень холестерина в крови и очищать от него стенки кровеносных сосудов [51], что обуславливает применение хитозана в качестве пищевой добавки. Последнее время хитозан достаточно широко используется в области биоинкапсулирования для создания биосовместимых, биодеградируемых, нетоксичных форм доставки фармацевтических препаратов (антибиотиков, антивирусных, противоопухолевых и антиаллергенных препаратов) к тканям и органам, обеспечивая пролонгированное действие лекарственных средств (точную доставку лекарства в больной орган и его высвобождение в нужный момент и в минимальном количестве, необходимом для лечения) [22; 43; 72]. Под биоинкапсулированием понимают создание различных полимерных систем в форме гидроге-левых нано- и микрочастиц, нано- и микрокапсул или полимерных пленок с иммобилизованным (включенным в них) биоматериалом (БАВ - белками, в том числе ферментами, ДНК, пептидами, гормонами, антибиотиками и др.; вакцинами; живыми клетками организмов) [13].
В настоящее время известны примеры успешного использования целого ряда полимерных систем на основе хи-тозана и его производных для доставки и контролируемого высвобождения БАВ через слизистые при их пероральном введении. Пероральное введение лекарств позволяет избежать связанных с инъекциями боли и риска инфицирования. Кроме того, лекарственные формы для перорального приема более дешевые, поскольку для их приготовления
не требуются стерильные условия. Основные требования к лекарственной форме для перорального приема: обеспечение защиты «начинки» от действия протеолитических ферментов и кислой среды желудка (рН=2) и контролируемое высвобождение лекарства в нейтральной среде (рН=7,0-7,4) тонкого кишечника или прямой кишки. Кишечная стенка представляет основной барьер, через который терапевтические вещества могут проникать в кровоток. Основным фактором, определяющим эффективность микрокапсул лекарства, является проницаемость их оболочек для пищеварительных соков и других биологических жидкостей, а также для содержащихся в них лекарственных веществ. Если маленькие молекулы, такие как аминокислоты и сахара, могут свободно преодолеть стенку кишечника за счет активного транспорта через клеточную мембрану, то для таких крупных молекул как белки, пептиды, гормоны и другие высокомолекулярные гидрофильные соединения, мембрана клеток кишечника практически непроницаема. Поэтому для создания их лекарственных форм нужно их макромолекулы «замаскировать» внутри гидрофобных полиэлектролитных микрокапсул, которые путем эндоцитоза смогут попасть внутрь клетки кишечной стенки. Внимания заслуживают публикации по капсулированию белков в полиэлектролитные частицы, обладающим свойством саморегулирования. С этой целью было исследовано влияние протеолитиче-ского фермента - трипсина на полиэлектролитные микрокапсулы, содержащие химотрипсин (ХТР) и полученные ступенчатой адсорбцией [7] противоположно заряженных полиэлектролитов на матрицу, в качестве которой могут выступать твердые частицы различного размера, позволяющие проводить иммобилизацию в мягких условиях и в водных растворах [45]. В данной работе в качестве полиэлектролитов были использованы альгинат натрия и поли - L-лизин, которые являются биосовместимыми и биодеградируемы-ми полимерами. В качестве последних также применялись хитозан и хитозансульфат [23; 66]. Ранее было предложено [8] использовать полиэлектролитные комплексы (ПК) в качестве депо антигепариновых веществ. Антигепариновые вещества, представляющие собой растворимые катионные полиэлектролиты, являются чрезвычайно токсичными. Их токсичность не проявляется на фоне гепарина благодаря образованию ПК гепарин-поликатион. Поэтому передозировка антигепариновых препаратов представляет значительную опасность. Использование этих веществ в составе ПК позволяет избежать данного побочного эффекта. Экспериментальные данные, полученные при изучении активности иммобилизованного ХТР, свидетельствуют о сохранении конформации молекул фермента при иммобилизации, о сохранении активности и получении стабильных при хранении препаратов БАВ, включенных в полиэлектролитные микрокапсулы. Полученные результаты будут использованы в дальнейшей работе по исследованию модели поведения микрокапсул при переходе через биологические барьеры для обеспечения адресной доставки БАВ к отдельным органам и клеткам-мишеням [2].
В организме человека при пероральном применении лекарственное вещество проходит зоны с различными кислотностью, ферментативной активностью и концентрацией солей, что может привести к преждевременному разложению или значительному снижению фармакологического эффекта от лекарственного препарата. Стремление разработчиков новых лекарственных форм уменьшить скорость растворе-
ния лекарственного вещества обусловлено необходимостью создания постоянной оптимальной концентрации вещества в крови или других жидких средах организма и увеличения интервалов времени между приемами препаратов до суток или величины, кратной суткам. Многократный прием лекарственных веществ в течение суток без регулятора скорости растворения неудобен больным и может привести к возникновению чрезмерных концентраций лекарственного вещества, что связано с риском появления побочных явлений [9]. Sabnis S., Rege P., Block L. изучено влияние хитозана, вводимого в состав таблетированных форм, на скорость высвобождения диклофенака натрия в кислой среде. Таблетки, получаемые методом прямого прессования, содержали смесь 25 мг лекарства, 174 мг хитозана с различной степенью деа-цетилирования (74, 87 и 92%) и 1 мг стеарата магния. Установлено, что скорость высвобождения диклофенака натрия из матриц возрастала при увеличении рН буферного раствора от 1,2 до 6,8 и степени N-деацетилирования хитозана, но практически не зависела от ионной силы раствора [61].
Aiedeh K.M., Taha M.O., Al-Khatib H. использованы сукцинат (СХ) и фталат хитозана (ФХ) в качестве кишеч-норастворимых покрытий таблеток диклофенака натрия. Установлено существенное отличие в модели растворения покрытий из СХ и ФХ по сравнению с чистым хитозаном. Новые производные хитозана обеспечивают повышение растворимости в щелочной среде и снижение растворимости в кислой среде. Таблетки с покрытием из ФХ, в отличие от СХ, полностью отвечают требованиям фармакопеи США для препаратов с пролонгированным высвобождением [14].
Mi F.L. с сотр. использованы микрокапсулы из гелей хи-тозан-триполифосфата и хитозан-полифосфорной кислоты для контролируемого высвобождения противоопухолевого лекарства 6-меркаптопурина. Оказалось, что кинетика высвобождения 6-меркаптопурина из хитозановых капсул при рН 6,8 происходила согласно модели Хигучи, а в среде с рН 1,2 не подчинялась закону Фика. При этом выход препарата из гелевых матриц хитозан-триполифосфата и хитозан-полифосфорной кислоты происходит значительно медленнее, чем диффузия исходного лекарства. Сделан вывод, что капсулы из гелей хитозан-полифосфорной кислоты являются лучшими полимерными носителями для поддерживаемого высвобождения 6-меркаптопурина в среде кишечного и желудочного сока, чем капсулы из гелей хито-зан-триполифосфата [48; 49].
Индийские и китайские ученые параллельно занимаются разработкой хитозановых микрокапсул с инкапсулированным в них инсулином для перорального применения [48; 57]. Авторами Cui F. et al. сформированы наночастицы хитозана, содержащие в своем составе инсулин для перо-рального введения в организм. При этом использовали комплекс хитозана и инсулина, а его лекарственная форма пролонгированного действия реализована в виде наночастиц, несущих ацидорезистентное покрытие, размеры - 265; 284; 342 нм. Эффективность захвата инсулина при загрузке нано-частиц хитозана до 81,5 %; показатель высвобождения инсулина за 2 часа - 24,0-49,3 %. Биодоступность субстанции за 48 часов достигает 8,3 % по сравнению с инъекционным раствором [26].
Испанские ученые Janes K.A. и Fresneau M.P [40] предлагают использовать хитозановые носители для доставки доксорубицина при терапии рака.
В исследованиях [69, 70] хитозан с пониженной молекулярной массой (3,3 105 кДа), полученный путем обработки товарного гликана перекисью водорода, применен для синтеза Ы-сукцинил-производного путем взаимодействия с ангидридом янтарной кислоты. Отмечено сродство Ы-сук-цинил-хитозана по отношению к клеткам лейкемии, что предполагает его использование в качестве носителя для противоопухолевых препаратов. Цетил-хитозан, полученный в результате реакции полимера с хлороцетамом, спонтанно образует наносферы диаметром 100 нм. Эти частицы использовались для депонирования паклитаксела в фосфатном буферном растворе при рН 7,4. Скорость высвобождения субстанции снижается при увеличении степени алки-лирования полимерной матрицы. Предложенная система признана пригодной в качестве носителя препарата с противораковой активностью в водной среде [27]. Установлена способность олигохитозанов усиливать противоопухолевой активность водорастворимых, порфириновых металлои-он-комплексов (Си, Со) на их основе [Получение и противораковая активность хитоолигосахаридных порфириновых комплексов металлов [42].
Особый интерес хитозан представляет в качестве носителя противотуберкулезных лекарственных препаратов, поскольку, как положительно заряженный полимер, он способствуют проникновению лекарственного вещества через клеточную мембрану (заряженную отрицательно), а также стимулируют поглощение лекарственных веществ макрофагами. В настоящее время уже начаты работы по получению полимерных носителей на основе хитозана для противотуберкулезных лекарственных препаратов. Были получены микросферы из природных полисахаридов хитозана и аль-гината. Хитозан является поликатионом, а альгинат полианионом. Лекарства от туберкулеза, которые вводились в микросферы - это рифампицин, изониазид и пиразинамид. Размер микросфер 65-75 мкм, и лекарство проникает внутрь хитозан-альгинатных микросфер в меньших количествах (по сравнению с альгинатными микросферами) [ 49]. Свойства полиионного комплекса между хитозаном и альгинатом сильно зависят от среды раствора: уменьшение рН приводит к сжатию альгинатного геля и уменьшению проникающей способности альгинат-хитозанных микросфер. В нейтральной или щелочной среде интерполимерный комплекс набухает, и лекарство выходит наружу. Преимуществом таких микросфер в сравнении с альгинатными в том, что хитозан стабилизирует альгинатные микросферы, предотвращая их разрушение, увеличивает пористость микросфер и время выхода лекарства. Способность хитозана регулировать связывание с кишечником способствует выходу инкапсулированного лекарства. В случае инкапсулированного лекарства концентрация его в пораженных органах (легкие, печень, селезенка) оставалась постоянной в течение недели, при введении чистого лекарства оно расходовалось за сутки; максимального значения концентрация достигала через сутки в случае микросфер и через час - в противном [3]. Нано- и микро-частицы на основе геля альгината Са с поверхностным слоем хитозана использованы для регулируемого, пульсирующего высвобождения рифампици- на в организме в условиях хронотерапии [12]. Также для инкапсулиова-ния рифампицина использованы полимерные комплексы, полученные на основе хитозана и бактериального полимера поли-3-гидроксибутирата. Исследована кинетика высвобождения антибиотика из структуры комплекса, скорость это-
го процесса зависит от развития диффузии и гидролитического расщепления. Особенности кинетики высвобождения субстанции позволяют использовать полимерную форму рифампицина для локальной, контролируемой его доставки в организме [6].
Заключение
Значительное внимание в научной литературе уделяется вопросам коррекции эффективного действия лекарственной субстанции антимикробного, противовирусного характера, противоопухолевого и противотуберкулезного препаратов за счет перспективных полимерных электролитов (например, хитозана и его производных), характеризующихся биосовместимостью, биоразлагаемостью и отсутствием токсичности. Полиэлектролитное биоинкапсулирование - привлекательная технология получения новых средств доставки БАВ и лекарственных препаратов, имеющих целеспецифическую доставку, контролированное высвобождение и минимизацию побочных эффектов. Приоритетными направлениями в развитии научных исследований по применению хитозана и его аналогов для биоинкапсулирования лекарств являются разработки по созданию и изучению производных с низкой молекулярной массой, с повышенной катионоактивностью. Большим спросом пользуются пространственно структурированные хитозаны. При выборе способа приготовления полиэлектролитных микро- и наночастиц основными критериями служат простота масштабирования и быстрота метода, сохранение активности молекулы, высокая эффективность включения и высокое содержание БАВ, необходимый размер частиц, безопасность полученной системы. При этом необходимо избегать действия агрессивных сред и органических растворителей, т.е. проводить процесс в мягких условиях. Этим требованиям отвечает описанный в обзоре способ получения микрочастиц постадийной адсорбцией. Получили развитие поисковые работы по синтезу полиэлектролитных комплексов хитозана в целях модификации их свойств.
Литература
1. Балабушевич Н. Г., Изумрудов В. А., Ларионова Н. И. Белковые микрочастицы с контролируемой стабильностью, полученные послойной адсорбцией биополиэлектролитов (Обзор) // Высокомолекулярные соединения, серия А. -2012. - Т. 54, № 7. - С. 1116-1130.
2. Бородина Т.Н., Марквичева Е.А., Румш Л.Д., Кунижев С.М., Сухоруков Г.Б. Использование полиэлектролитных микрокапсул с целью разработки систем адресной доставки биологически-активных веществ на примере иммобилизации химотрипсина [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://referat.ru/referat/ (дата обращения: 27.07.16).
3. Болотова Г. В. Полимерные носители для противотуберкулезных лекарственных средств на основе хитозана // Молодой ученый. - 2010. - №5. Т.2. - С. 208-210.
4. Володько А.В. Полиэлектролитные комплексы хито-зан-каррагинан : дис.... канд. хим. наук. - Владивосток. 2014. - 137 с.
5. Горин Д.А. Наноразмерные планарные слои, структуры ядро-оболочка, нанокомпозитные микрокапсулы и управление их физико-химическими свойствам: Автореф. дис. докт. хим. Наук. - Саратов, 2010. - 41 с.
6. Иорданский А.Л., Роговина С.З. Создание биоразла-гаемой композиции полигидроксибутират - хитозан - ри-фампицин для контролируемого транспорта биологически
активных веществ // Доклады РАН. - 2010. - V.431. - №4. - C. 500-502.
7. Кабанов В.А., Зезин А.Б. Водорастворимые нестехи-ометричные полиэлектролитные комплексы - новый класс синтетических полиэлектролитов // Итоги науки и техники, Сер. Органическая химия. - № 5. - С. 131-189.
8. Кабанов В.А. Физико-химические основы и перспективы применения растворимых интерполиэлектролитных комплексов // Высокомолекулярные соединения. - 1994. -36(2). - С. 183-197.
9. Кондратов А.П., Громов А.Н., Манин В.Н. Капсулиро-вание в полимерных пленках. - М.: Химия, 1990. - С. 161.
10. Краюхина М.А., Самойлова Н.А., Ямсков И.А. Полиэлектролитные комплексы хитозана: формирование, свойства и применение // Успехи химии. - 2008. - Т. 77. - № 9. - С. 854-869.
11. Сливкин Д.А., Лапенко В.Л., Сафонова О.А., Сус-лина С.Н., Беленова А.С. Хитозан для фармации и медицины // Вестник ВГУ, Серия: Химия. Биология. Фармация. -2011. - № 2. - С. 214-232.
12. Тлеумухамбетова А. Хитозан-модифицированные микро- и наночастицы на основе альгинатов для пульсирующего выделения физиологически активных веществ // Физика и химия наноматериалов. - 2005. - С. 791-794.
13. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение / Под ред. К.Г. Скрябина, Г. А. Вихоревой, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - С. 315.
14. Aiedeh K.M., Taha M.O., Al-Khatib H. Evaluation of chitosan succinate and chitosan phthalate as enteric coating polymers for diclofenac sodium tablets // Drug Deliv. Set. and Technol. - 2005. - V.15. - P.207-211.
15. Albanna M. Z., Bou-Akl T. H., Blowytsky O., Walters III H. L., Matthew H. W. Chitosan fibers with improved biological and mechanical properties for tissue engineering applications // Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. - 2012. - Vol. 20. - P. 217-226.
16. Albanna M. Z., Bou-Akl T. H., Walters III, H. L., Matthew H. W. Improving the mechanical properties of chitosan-based heart valve scaffolds using chitosan fibers// Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2012. - Vol. 5. - № 1. - P. 171-180.
17. Anil Kumar K.N., Basu Ray S., Nagaraja V, Raichur Ashok M. Encapsulation and release of rifampicin using poly(vinyl pirrolidone) - poly(methacrylic acid) polyelectrolyte capsules // Materials Science and Engineering. - 2009. - V. 29.
- P. 2508-2513.
18. Antipov A.A., Sukhorukov G.B., Donath E., Mohwald H., Su^ained release properties of polyelectrolyte multilayer capsules // Journal of Physical Chemi^ry B. - 2001. - 105(12). -P. 2281-2284.
19. Antipov A.A., Sukhorukov G.B., Fedutik Y.A., Hartmann J., Giersig M., Mohwald H. Fabrication of novel type of metallized colloids and hollow capsules // Langmuir. - 2002.
- Vol. 18(17). - P. 6687-6693.
20. Bai S., Wang Z., Zhang X. Hydrogen-Bonding-Directed Layer-by-Layer Films: Effect of ElectroSatic Interaction on the Microporous Morphology Variation // Langmuir. - 2004. - Vol. 20. - P. 11828-11832.
21. Balabushevitch N.G., Tiorina O.P., Volodkin D.V, Larionova N.I., Sukhorukov G.B. Loading the Multilayer Dextran Sulfate/ Protamine Microsized Capsules with Peroxidase, Biomacromolecules. - 2003. - 4(5). - P. 1191-1197.
22. Bernkop-Schnurch A., Dunnhaupt S. Chitosan-based drug delivery sy^ems // Eur.J. Pharm. Biopharm. - 2012. - Vol. 81. - № 3. - P. 463-469.
23. Berth G., Voigt A., Dautzenberg H., Donath E., Mohwald H. Polyelectrolyte complex and layer-by-layer capsules from chitosan/chitosan sulfate, Biomacromolecules. -2002. - 3(3). - P. 579-590.
24. Caruso, F., Caruso, R.A., Mohwald, H. Nanoengineering of inorganic and hybrid hollow spheres by colloidal templating // Science. - 1998. - 282(5391). - P. 1111-1114.
25. Chen T.Y., Somasundaran P. Preparation of novel core-shell nanocomposite particles by controlled polymer bridging // Journal of the American Ceramic Society. - 1998. - 81(1). - P. 140-144.
26. Cui F. et al. Исследование наночастиц из комплекса инсулин/ хитозан, предназначенных для перорального введения // J. Drug Deliv. Sci. and Technol. - 2004. - V. 14. - № 6. - P. 435-439.
27. Dai Zhao, Sun Duo-xian, Guo Yao. Исследования це-тил-хитозановых наносфер как носителей паклитаксела // Zhong саоуао. — 2003. — V. 34, № 2. - Р. 120-122.
28. De Campos A. M., Sanchez A., Alonso M. J. Chitosan nanoparticles: a new vehicle for the improvement of the delivery of drugs to the ocular surface. Application to cyclosporin A // Int. J. Pharm. - 2001. - Vol. 224. - N 1-2. - P. 159-168.
29. Decher G. Fuzzy Nanoassemblies: Toward Layered Polymeric Multicomposites // Science. - 1997. - V. 277. - № 5330. - P. 1232 - 1237.
30. Decher G., Hong J.D. Buildup of Ultrathin Multilayer Films by a Self-Assembly Process. 1. Consecutive Adsorption of Anionic and Cationic Bipolar Amphiphiles on Charged Surfaces. / Makromolekulare Chemie-Macromolecular Symposia. - 1991. - 46. - P. 321-327.
31. Decher G., Hong J.D., Schmitt J. Buildup of ultrathin multilayer films by a self-assembly process: III. Consecutively alternating adsorption of anionic and cationic polyelectrolytes on charged surfaces // Thin Solid Films. - 1992. - V. 210 - 211. -№ 2. - P. 831 - 835.
32. Decher G., Schlenoff J.B. Multilayer thin films: Sequential assembly of nanocomposite materials. - Wiley-VCH Verlag, Berlin, 2002. - P.510.
33. Decher G., Schmitt J. Fine-tuning of the film thickness of ultrathin multilayer films composed of consecutively alternating layers of anionic and cationic polyelectrolytes // In Trends in Colloid and Interface Science. - 1992. - VI. - P. 160164.
34. Gao M.Y., Richter B., Kir^ein S., Mohwald H. Electroluminescence Sudies on self-assembledfilms of PPVand CdSe nanoparticles // Journal of Physical Chemi^ry B. - 1998. -102(21). - P. 4096-4103.
35. Gu J., Hu W., Deng A., Zhao Q., Lu S., Gu X. Surgical repair of a 30 mm long human median nerve defect in the di^al forearm by implantation of a chitosan-PGA nerve guidance conduit // Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. - 2012. - Vol. 6. - № 2. - P. 163-168.
36. Guyomard A., Muller G., Glinel K. Buildup of Multilayers Based on Amphiphilic Polyelectrolytes // Macromolecules. - 2005. - P. 5737-5742.
37. Hosoda M., Wada T., Yamamoto T., Kaneko A., Garito A.F., Sasabe H. Four cases of low-tension glaucoma with multiple cerebral infarctions // Jpn. J. Appl. Phys. - 1992. - Vol. 31. - P. 42-49.
38. Huang X., Wang Y., Cai J. P., Ma X. Y., Li Y., Cheng J. W., Wei, R. L. Suflained release of 5-fluorouracil from chitosan nanoparticles surface modified intra ocular lens to prevent poflerior capsule opacification: an in vitro and in vivo fludy // J. Ocul. Pharmacol. Ther. - 2013. - Vol. 29. - № 2. - P. 208-215.
39. Iler R.K. Multilayers of colloidal particles // J. Colloid Interface Sci. - 1966. - V. 21. - № 6. - P. 569 - 594.
40. Janes K.A., Fresneau M.P., Marazuela A., Fabra A., Alonso M. J. Chitosan nanoparticles as delivery syflems for doxorubicin // J. Controlled Release. - 2001. - 73 (2-3). - P. 255-267.
41. Kim I. Y., Seo S. J., Moon H. S., Yoo M. K., Park I. Y., Kim B. C., Cho C. S.Chitosan and its derivatives for tissue engineering applications // Biotechnol. Adv. - 2008. - Vol. 26. -№ 1. - P. 1-21.
42. Li Yan et al. Xibei shifan daxue xuebao // Ziran kexue ban. - 2007. - V.43. - № 2. - P. 50-52.
43. Lia N., Zhuang C., Wang M., Sun X., S. Nie, W. Pan Liposome coated with low molecular weight chitosan and its potential use in ocular drug delivery // Int. J. Pharm. - 2009. -Vol. 379. - № 1. - P. 131-138.
44. Lvov Y., Antipov A.A., Mamedov A., Mohwald H., Sukhorukov G.B. Urease encapsulation in nanoorganized microshells // Nano Letters. - 2001. - 1(3). - P. 125-128.
45. Lvov Y., Sukhorukov G.B. Protein architecture: assembly of ordered films by means of alternated adsorption of oppositely charged macromolecules // Membr. Cell. Biol. -1997. - 11. - P. 277-303.
46. Ma J., Wang H., He B., Chen, J. A preliminary in vitro fludy on the fabrication and tissue engineering applications of a novel chitosan bilayer material as a scaffold of human neofetal dermal fibroblafls // Biomaterials. - 2001. - Vol. 22. - № 4. - P. 331-336.
47. Martino A., Sittinger M., Risbud M.V. Chitosan: a versatile biopolymer for orthopaedic tissue-engineering // Biomaterials. - 2005. - Vol. 26. - № 30. - P. 5983-5990.
48. Mi F.L., Shyu Sh.Sh., Kuan Ch.Y., Lee S.T., Lu K.T., Jang Sh.F. Chitosan-Polyelectrolyte Complexation for the Preparation of Gel Beads and Controlled Release of Anticancer Drug. I. Effect of Phosphorous Polyelectrolyte Complex and Enzymatic Hydrolysis of Polymer // Appl. Polym. Sci. - 1999. -V.74. - P. 1868-1879.
49. Mi F.L., Shyu Sh.Sh., Wong T.B., Jang Sh.F., Lee S.T., Lu K.T. Chitosan-Polyelectrolyte Complexation for the Preparation of Gel Beads and Controlled Release of Anticancer Drug. II. Effect of pH-Dependent Ionic Crosslinking or Interpolymer Complex Using Tripolyphosphate or Polyphosphate as a Reagent // Appl. Polym. Sci. - 1999. - V.74. - P.1093-1107.
50. Mi F., Sunq H., Shyu S. Release of indomethacin from a novel chitosan microsphere prepared by a naturally occurring crosslinker: examination of crosslinking and polycation-anionic drug interaction // Appl. Polym. Sci. - 2001. - V.81. - P.1700-1711.
51. Muzzarelli R. A. A. Chitosan-based dietary foods // Carbohydr. Polym. - 1996. - Vol. 29. - № 4. - P. 309-316.
52. Muzzarelli R.A., Greco F., Busilacchi A., Sollazzo V., Gigante A. Chitosan, hyaluronan and chondroitin sulfate in tissue engineering for cartilage regeneration: A review // Carboh. Polym. - 2012. - Vol. 89. - № 3. - P. 723-739.
53. Park K., Kwon I.C., Park K. Oral protein delivery: Current flatus and future prospect // React. Funct. Polym. - 2011. - V 71. - № 3. - P. 280 - 287.
54. Pochanavanich P., Suntornsuk W. Fungal chitosan production and its characterization // Letters in Applied Microbiology. - 2002. - Vol. 35. - № 1. - P. 17-21.
55. Pommersheim R., Schrezenmeir J., Vogt W. Immobilization of Enzymes by Multilayer Microcapsules // Macromolecular Chemiflry and Physics. - 1994. - 195(5). - Р. 1557-1567.
56. Prasitsilp M., Jenwithisuk R., Kongsuwan K., Damrongchai N., Watts P. Cellular responses to chitosan in vitro: The importance of deacetylation // J. Mater. Sci. Mater. Med. -2000. -Vol. 11. - № 12. - P. 773-778.
57. Rai G., Jain S.K., Agrawal S., Bhadra S., Pancholi S. S., Agrawal G. P. Chitosan hydrochloride based microspheres of albendazole for clonic drug delivery // Pharmazie. - 2005. - V. 60. - № 2. - P.131-134.
58. Ravi Kumar M. N.V. A review of chitin and chitosan applications // React. Funct.Polym. - 2000. - Vol. 46. - № 1. - P. 1-27.
59. Ribeiro M. P., Espiga A., Silva D., Baptifla P., Henriques J., Ferreira C., Silva J. C., Borges J. P., Pires E., Chaves P., Correia I. J. Development of a new chitosan hydrogel for wound dressing // Wound. Repair. Regen. - 2009. - Vol. 17. -№ 6. - P. 817-824.
60. Rilling P., Walter T., Pommersheim R., Vogt W. Encapsulation of cytochrome C by multilayer microcapsules. A model for improved enzyme immobilization // Journal of Membrane Science. - 1997. -129(2). - Р. 283-287.
61. Sabnis S., Rege P., Block L. Исследование влияния хитозана, вводимого в состав таблетированных форм дикло-фенака Na (I), на скорость высвобождения I в кислой среде // Pharm. Dev. and Technol. - 1997. - V 2. - № 3. - P.243-255.
62. Schmitt J., Gruenewald T., Decher G., Pershan P., Kjaer K., Loesche M. Internal flructure of layer-by-layer adsorbed polyelectrolyte films: a neutron and X-ray reflectivity fludy // Macromolecules. - 1993. - № 26(25). - P.7058-7063.
63. Serizawa N., Kamimura S.m Kawanishi N., Akashi M. Layer-by-Layer Assembly of McAloney R.A., Sinyor M., Dudnik V., Cynthia Goh, M. Atomic force microscopy fludies of salt effects on polyelectrolyte multilayer film morphologyPoly(vinyl alcohol) and Hydrophobic Polymers Based on Their Physical Adsorption on Surfaces // Langmuir. - 2002. - Vol. 18. - P. 83818385.
64. Shepherd R., Reader S., Falshaw A. Chitosan functional properties // Glycoconj. J. - 1997. -Vol. 14. -№ 4. - P. 535-542.
65. Sorlier P., Denuziere A., Viton C., Domard A. Relation between the degree of acetylation and the electroflatic properties of chitin and chitosan // Biomacromolecules. - 2001. - Vol. 2. -№ 3. - P. 765-772.
66. Sukhorukov G.B., Donath E., Moy S., Susha A.S. Microencapsulation by means of flep-wise adsorbtion of polyelectrolytes // Microencapsulation. - 2000. - 17(2). - Р. 177-185.
67. Tajik H., Moradi M., Rohani S. M., Erfani A. M., Jalali F. S. Preparation of chitosan from brine shrimp (Artemia urmiana) cyfl shells and effects of different chemical processing sequences on the physicochemical and functional properties of the product // Molecules. - 2008. - Vol. 13. - № 6. - P. 12631274.
68. Venkatesan J., Ryu B., Sudha P.N., Kim S.K. Preparation and characterization of chitosan-carbon nanotube scaffolds for bone tissue engineering // Int. J. Biol. Macromol. - 2012. - Vol. 50. - № 2. - P. 393-402.
69. Wang Li et al. Синтез, адсорбция влаги и емкости при удержи- вании влаги N-сукцинилхитозана низкого молекулярного веса // Yingyong huaxue. - 2005. - V. 22. - № 6. - P. 688-690.
70. Wang Yinsong et al. Получение N-сукцинилхитозана с различным молекулярным весом и его сродством к клеткам лейкемии К562 / // Gaofenzi xuebao. - 2004. - № 3. - P. 378-382.
71. Wang X.G., Balasubramanian S., Li L., Jiang X.L., Sandman D.J., Rubner M.F., KumarJ., Tripathy S.K. Self-assembled second order nonlinear optical multilayer azo polymer
// Macromolecular Rapid Communications. - 1997. - 18(6). -P. 451-459.
72. Xu C., Pan H., Jiang H., Tang G., Chen W. Biocompatibility evaluation of N,O-hexanoyl chitosan as a biodegradable hydrophobic polycation for controlled drug release // J. Mater. Sci. Mater. Med. - 2008. - Vol. 19. - № 6. - P. 2525-2532.
