Получение сферических микрочастиц на основе коллагена и желатина Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

номерной безусловной оптимизации заданного параметра методом золотого сечения.

Оптимизируемым функционалом является сумма мощностей во всех рассчитываемых точках вольтамперной характеристики.

Работа выполнена в рамках контракта с РФФИ № НК13-08-01081 А.

Библиографический список

1. Kulikovsky A.A., Divisek J., Kornyshev A.A. Modeling the Cathode Compartment of Polymer Electrolyte Fuel Cells: Dead and Active Reaction Zones // J. Electrochemical Society. 1999. V. 146 № 11. Р. 3981-3991.

2. Mazumder S., Cole J.V. Rigorous 3-D Mathematical Modeling of PEM Fuel Cells II. Model Predictions with Liquid Water Transport // J. Electrochemical Soc. 2003. V. 150. № 11. Р. 1510-1517.

3. Springer T.E., Zawodzinski T.A., Gottesfeld S. Polymer Electolyte Fuel Cell Model // J. Electrochemical Soc. 1991. V. 138. P. 2334-2342.

УДК 602.3/.4

Д. Г. Стариков, Т. Н. Сомов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПОЛУЧЕНИЕ СФЕРИЧЕСКИХ МИКРОЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ КОЛЛАГЕНА И ЖЕЛАТИНА

В статье рассматривается получение частиц на основе биодеградируемых полимеров желатина и коллагена. Частицы были получены эмульсионным методом с последующей лио-фильной сушкой.

The article discusses producing particles based on biodegradable polymers of gelatin and collagen. The particles were prepared by emulsion followed by freeze drying.

Развитие фармацевтической промышленности входит в одну из стратегических задач Российской Федерации. Создана федеральная целевая программа «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 г. и на дальнейшую перспективу».

Исследования в области материалов медицинского назначения выступают одним из актуальных направлений, соответствуют задачам и уровню развития науки, техники и технологий Российской Федерации и перечню критических технологий Российской Федерации, в котором приоритетным направлением являются «Технологии создания биосовместимых материалов». Эти исследования реализуются на стыке медицины, химии высокомолекулярных соединений, биотехнологии, биофизики, молекулярной и клеточной биологии.

Освоение новых биосовместимых материалов и создание специализированных биомедицинских изделий из них становится лидирующим направлением исследований и коммерциализации в настоящее время. Особо востребованы специализированные биосовместимые материалы для сформировавшегося в последние годы нового направления медицинского материаловедения - клеточной и тканевой инженерии. Ежегодный бюджет медицинских центров в Европе, Японии и США, занимающихся проведением фундаментально-прикладных исследований в этой области, составляет сотни миллионов долларов.

Особенно остра потребность в резорбируемых материалах, обладающих высокой биосовместимостью. Одним из таких материалов являются материалы на основе коллагена.

Коллаген относится к белкам внеклеточного матрикса, который участвует в формировании соединительной ткани, например, кожи, кровеносных сосудов, связок, сухожилий и хрящей, а также в формировании костей и зубов. Продуктом денатурации коллагена является желатин. Основными достоинствами коллагена являются отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабая антигенность, высокая механическая прочность и устойчивость к тканевым ферментам, стимуляция регенерации собственных тканей организма. На основании этих свойств биоматериалы, основанные на коллагене, применяются уже в течение многих лет в медицине.

Эксперимент проводился в лаборатории Международного учебно-научного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий РХТУ им. Д.И. Менделеева.

При получении желатиновых частиц [1] раствор желатина добавляли в масляную фазу, содержащую ПАВ, и перемешивали с целью формирования эмульсии. Эмульсию вливали в смесь воды со льдом для быстрого охлаждения. Отвердевшие частицы фильтровали и промывали гексаном, а затем водой. После отмывки частицы помещали в раствор глутарового альдегида, содержащий ПАВ, и выдерживали 12 часов при 4 °С. Полученные частицы промывали водой и помещали в водный раствор глицина для блокировки свободных альдегидных групп, снова промывали гексаном и водой и подвергали лиофильной сушке.

При получении желатиновых частиц, покрытых коллагеном [2], желатин разводили в воде и нагревали. Раствор при перемешивании вводили в подогретое масло, содержащее ПАВ. Полученную эмульсию мгновенно охлаждали, поставив в ёмкость со льдом, и перемешивали. В охлажденную эмульсию медленно вливали фосфатный буфер, содержащий ПАВ. Перемешивали 10 минут. Частицы переходили в водную фазу. Масло сливали. Частицы 3 раза промывали водой. Между промывками давали частицам осадиться в течении 10 минут. Полученные частицы помещали в фосфатный буфер, содержащий раствор глутарового альдегида. Раствор перемешивали при комнатной температуре. Частицы 3 раза промывали дистиллированной водой. Готовили раствор коллагена в 1 % растворе аскорбиновой кислоты. Раствор смешивали с частицами. Образец перемешивали при 4 °С на ледяной бане, затем 3 раза промывали фосфатным буфером. Частицы погружали в щелочной буфер (гликолевый буфер, рН 9) и 100 мл глицина, промывали 3 раза водой и 2 раза фосфатным буфером и подвергали лиофильной сушке.

При получении коллагеновых частиц [3] готовили раствор коллагена, затем вливали его в масло, содержащее ПАВ и перемешивали. В эмульсию вводили при перемешивании раствор глутарового альдегида. Реакцию прерывали через 12 мин, вводя перекись водорода. Эмульсию перемешивали ещё 15 минут. Для разделения фаз вводили изопропанол. Частицы отделяли центрифугированием с включенным охлаждением. Осадок заливали смесью

вода/изопропанол и снова отделяли на центрифуге. Процедуру проделывали ещё 2 раза, затем промывали 2 раза водой и подвергали лиофильной сушке.

Процесс получения микрочастиц методом приготовления эмульсии, гелирования с последующей лиофильной сушкой в общем случае можно представить схемой, состоящей из нескольких стадий (см. рис. 1).

Эм ульгирование

1 елирование

Сшивка

Разделение фаз

Фиксация свободных альдегидных L'pyiiii

Промывка

Лиофильная сушка

Рис. 1. Процесс получения микрочастиц

Эмульсия перемешивалась с помощью верхнеприводной мешалки IKA EUROSTAR digital (диапазон вращающего момента 50-2000 об/мин) (см. рис. 2, а). Разделение фаз осуществлялось с помощью центрифуги с охлаждением Sigma 2-16PK (диапазон рабочих скоростей 100-15300 об/мин) (см. рис. 2, б). Сушка частиц проводилась в лиофильной сушилке CoolSafe 100-9 (диапазон температур -95...+20 °С) в течение 18 ч (см. рис. 2, в).

б

Рис. 2. Оборудование: а - верхнеприводная мешалка; б - центрифуга с охлаждением;

в - лиофильная сушилка

а

в

В результате были получены микрочастицы, размер которых не превышал 10 мкм. Полученный материал исследовался на стабильность в водной фазе с помощью оптического микроскопа Micros MC 100 (TXP) (см. рис. 3).

Рис. 3. Микроскоп Micros MC 100 (TXP)

Рис. 4. Желатиновые частицы, покрытые коллагеном: а, б - высушенные; в, г - при контакте с водной фазой

Было определено, что коллагеновые частицы растворялись при контакте с водой, что может свидетельствовать о недостаточно полном протекании реакции сшивки коллагена глутаровым альдегидом. Желатиновые частицы не удалось получить в виде сфер. Желатиновые частицы, покрытые коллагеном, сохраняли сферическую форму после сушки и оставались стабильными при контакте с водной фазой (см. рис. 4).

Желатиновые частицы, покрытые коллагеном, переданы для исследования на цитотоксичность в Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН.

Библиографический список

1. Huang S., Fu X. Cell behavior on microparticles with different surface morphology // Journal of Alloys and Compounds. 2010. V. 493. Р. 246-251.

2. Altankov G., Brodvarova I., Rashkov I. Synthesis of protein-coated gelatin microspheres and their use as microcarriers for cell culture. Part I. Derivati-zation with native collagen // Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 1991. V. 2. № 2. Р. 81-89.

3. Berthold A., Cremer K., Kreuter J. Collagen microparticles: carriers for glucocorticosteroids // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceu-tics. 1998. V. 45. Р. 23-29.

УДК 541.123.546.2183

Д. Д. Ловская, А. Е. Лебедев, А. М. Каталевич

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

АЭРОГЕЛИ - СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ЛЕКАРСТВ

Аэрогели - инновационные материалы для фармацевтики, которые могут быть использованы в качестве современных систем доставки лекарств. В данной работе исследованы процессы получения аэрогелей, процессы адсорбции фармацевтических веществ в матрицу аэ-