CC BY
79
УДК 615.45.015
А. Н. Кусков1'2*, С. А. Громов2, П. П. Куликов1, М. И. Штильман1 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 2Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 * e-mail: [email protected]
ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ НАНОЧАСТИЦ В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЕЙ ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНЫХ АГЕНТОВ
В результате работы были получены полимерные наночастицы на основе амфифильных производных поли-N-винилпирролидона, содержащие в качестве модельного противотуберкулезного агента протионамид. Показано, что возможно эффективное включение (до 90%) лекарственного вещества в наноносители, обеспечивающее его пролонгированное, контролируемое выделение из новой лекарственной формы.
Ключевые слова: амфифильный полимер, поли-^винилпирролидон, мицелла, полимерная наночастица, система доставки, контролируемое выделение, лекарственная форма, противотуберкулезный препарат.
Физико-химические свойства лекарственных веществ оказывают влияние на их биологическую и фармацевтическую доступность. Многие
лекарственные препараты обладают существенными недостатками: низкая проницаемость через биологические мембраны, распространение воздействия на другие органы, приводящее к побочным эффектам, быстрое разрушение и выведение из организма. Как следствие возникает необходимость увеличения концентрации препарата или многократного введения для обеспечения терапевтического эффекта, однако из-за повышения концентрации действующего вещества возрастает и токсичность для организма [1].
Для того чтобы минимизировать вышеперечисленные недостатки в
фармацевтической промышленности ведется постоянный поиск новых лекарственных форм, обеспечивающих направленный транспорт лекарственного вещества к пораженному органу. В настоящее время широкое распространение получили лекарственные формы в виде наноразмерных частиц (липосомы, мицеллы, нанокапсулы, наносферы и др.) из биоразлагемых биосовместимых полимеров, которые могут быть как природного происхождения (полисахариды и их производные, белки и другие), так и синтетическими (поливиниловый спирт, полилактиды,
полигликолиды, гомо- и сополимеры акриламида, N винилпирролидона и другие) [2].
Ранее [3] в качестве полимерных систем доставки биологически-активных и лекарственных веществ было предложено использовать полимерные наночастицы на основе биосовместимых амфифильных полимеров.
В частности, были разработаны новые наноразмерные полимерные формы нестероидного противовоспалительного препарата индометацина и антибиотика широкого спектра действия -рифабутина на основе самоорганизующихся полимерных агрегатов мицеллярного типа [4].
В данной работе предложено новое направление использования наночастиц на основе амфифильных полимеров в качестве лекарственных форм для терапии легочного туберкулеза.
Эффективному использованию
противотуберкулезных препаратов препятствуют две неразрешенных на данный момент задачи:
- преодоление клеточной мембраны и обеспечение точной доставки препарата в специальные клетки - макрофаги, в которых находятся туберкулезные бактерии;
- борьба с резистентностью бактерий к противотуберкулезным лекарственным препаратам.
Решением обеих задач могут стать новые полимерные наноразмерные лекарственные формы, которые способствуют направленной доставке и проникновению лекарственных веществ через клеточную мембрану макрофагов. Кроме того, включение противотуберкулезных препаратов внутрь наночастиц позволит защитить их и препятствовать развитию лекарственно-
резистентных форм туберкулеза. При этом такой подход будет гораздо проще и дешевле поиска, синтеза и разработки новых лекарственных субстанций.
Таким образом, высокоэффективной противотуберкулезных актуальной и важной задачей современной химии и фармацевтики.
В данной работе начаты исследования по синтезу амфифильных полимеров и сополимеров N винилпирролидона и получению на их основе наноразмерных полимерных лекарственных форм различных противотуберкулезных агентов, в первую очередь - протионамида, который был использован в качестве модельного противотуберкулезного лекарственного вещества.
Протионамид представляет собой тиоамид -производное изоникотиновой кислоты. Он способен блокировать синтез миколевых кислот, входящих в состав клеточной стенки микобактерий туберкулеза.
создание системы препаратов
новой доставки является
В высокой концентрации нарушает синтез белка микробной клетки. Оказывает бактериостатическое действие. Высоко активен в отношении быстро и медленно размножающихся туберкулезных бактерий, расположенных вне- и внутриклеточно, но в процессе лечения у микроорганизмов быстро возникает устойчивость к данному
противотуберкулезному агенту.
Для разработки высокоэффективной полимерной формы протионамида было начато изучение физико-химических свойств полученных полимерных наносистем с включенным активным агентом.
Проведенные исследования включали следующие стадии:
1. Синтез амфифильных производных поли-N-винилпирролидона
Для синтеза полимера были использованы N-винилпирролидон (ВП), октадецилмеркаптан (ОДМ) производства Sigma (США). Полимеризация проходила по свободно-радикальному механизму в присутствии инициатора (азобисизобутиронитрила (АИБН) и передатчика цепи (октадецилмеркаптана). Реакцию проводили в атмосфере азота, в растворе диоксана, в течение 3-х часов при температуре 70 °С. Схема реакции представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема полимеризации N-винилпирролидона в присутствии передатчика цепи
Рис.2. Зависимость молекулярной массы полимера от количества, введенного в систему октадецилмеркаптана
Использованная методика позволяет в одну стадию получать амфифильный полимер, содержащий водорастворимый фрагмент поли-Ы-винилпирролидона и одну концевую гидрофобную октадецильную группу. При этом, молекулярную массу образующегося полимера можно контролировать, изменяя количество вводимого в реакции полимеризации передатчика цепи.
Как видно из рис. 2, с увеличением концентрации октадецилмеркаптана молекулярная масса получаемых полимеров снижается от 40 до 1 кДа. На основе полученных данных для дальнейшей работы были синтезированы амфифильные полимеры с молекулярной массой 2000 - S000 Да. Синтезированные полимеры очищали диализом против воды и лиофильно сушили.
2. Получение наноразмерной формы протионамида
Полимерные наночастицы на основе синтезированных полимеров были получены с помощью приготовления водно-органической эмульсии амфифильного полимера с противотуберкулезным агентом ультразвуковой обработкой c последующим испарением органического растворителя (эмульсионный метод).
Полученную суспензию наночастиц,
загруженных протионамидом, замораживали и лиофилизовали (лиофилизатор Alpha I-4LD, Martin Christ GmbH, Германия) до получения сухой порошкообразной формы.
3. Определение свойств синтезированных полимеров
Выход полимеров при радикальной полимеризаци в присутствии передатчика цепи для всех образцов составил 85-95%. Структура полученных полимеров была подтверждена методами ИК- и ЯМР- спектроскопии. Среднечисловую молекулярную массу определяли методами элементного анализа и обратной йодометрии. Для получения наночастиц были отобраны полимеры с молекулярной массой 2000-S000 Да для обеспечения оптимального гидрофильно-гидрофобного баланса.
Содержание протионамида в полимерной форме определяли методом УФ-спектроскопии на спектрофотометре UNICO 2S00 (США) и рассчитывали его степень включения в полимерные наночастицы. Путем подбора соотношения полимера и лекарственного вещества и оптимизации условий получения загруженных наночастиц удалось достичь эффективности включения протионамида 80-90%.
4. Кумулятивная кинетика выделения протионамида из полимерной формы
Определение проводили диализным методом с использованием диализных кассет фирмы Thermo Fisher Scientific (США) с размером пор 6 кДа. Навеску полимерной формы протионамида растворяли в дистиллированной воде. Диализ проводили против воды в течение У20 минут при постоянном перемешивании при комнатной температуре.
Кинетику выделения исследовали на УФ-спектрофотометре UNICO 2S00 (США). Для этого через определенные промежутки времени отбирали по 3 мл диализата и проводили измерения. После измерений отобранную пробу возвращали в диализную систему. По результатам измерений был построен график зависимости изменения концентрации препарата во времени (рис. 3).
Рис. 3. Кумулятивная кинетика выделения протионамида из полимерной формы
Полученные данные показывают, что включение протионамида в полимерные наночастицы позволяет значительно замедлить его выделение в модельной среде и обеспечить его контролируемое и пролонгированное выделение in vitro в течение 1012 часов.
Таким образом, проведенные исследования показывают перспективность использования полимерных наночастиц на основе биосовместимых амфифильных полимеров N-винилпирролидона для создания новых систем доставки
противотуберкулезных препаратов,
обеспечивающих высокую степень включения противотуберкулезных активных агентов, их доставку к источнику заражения, пролонгированное контролируемое выделение, и обладающих при этом низкой побочной токсичностью.
Кусков Андрей Николаевич, к.х.н., доцент кафедры «Химия» Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), Россия, Москва.
Громов Сергей Александрович, аспирант кафедры «Химия» Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), Россия, Москва.
Куликов Павел Павлович, аспирант учебно-научного центра «Биоматериалы» РХТУим. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Штильман Михаил Исаакович, д.х.н., профессор, руководитель учебно-научного центра «Биоматериалы» РХТУим. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Технология повышения биологической и фармацевтической доступности лекарственных веществ // Вестник новых медицинских технологий. - 2012. - Т. XIX, №. 4. - С. 43-47.
2. Штильман М.И. Технология полимеров медико-биологического назначения. Полимеры природного происхождения. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. - 328 с.
3. Кусков А.Н. и др. Получение и анализ свойств наночастиц на основе амфифильного поли-Ы-винил-2-пирролидона // Бутлеровские сообщения. - 2014. - Т. 38. - № 4. - С. 109-118.
4. Kuskov A.N. et al. Amphiphilic poly-N-vinylpyrrolidone nanoparticles as carriers for non-steroidal antiinflammatory drugs // International Journal of Molecular Medicine. - 2010. - V. 26. - № 1. - P. 85-94.
Kuskov Andrey Nikolaevich1,2*, Gromov Sergey Alexandrovich2, Kulikov Pavel Pavlovich1, Shtilman Michail Isaakovich1
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. Moscow state university of mechanical engineering (MAMI), Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
POLYMER NANOPARTICLES FOR ANTITUBERCULOSIS DRUG DELIVERY Abstract
Polymeric nanoparticles are prepared on the basis of amphiphilic derivatives of poly-N-vinylpyrrolidone containing encapsulated prothionamide as model antituberculosis drug. It is shown that efficient encapsulation of drug (up to 90%) is possible which allow drug prolonged and controlled release from novel nano-scaled drug delivery system.
Key words: amphiphilic polymer, poly-N-vinylpyrrolidone, micelle, polymer nanoparticle, drug delivery system, drug form, controlled release, antituberculosis drug.
