CC BY
76
4 a) Powell M.E., Kelly A. M., Bull S. D. [et al.]; // Tetrahedron Lett.. 2009. 50. P. 876; b) Porto S., Duran J., Seco J.M. [et al.]; // J. Org. Chem., 2008. 73. P. 5714; c) Porto S., Duran J., Seco J.M. [et al.]; // Org. Lett., 2003. 5. P. 2979; d) Arnauld T., Barret A.G.M., Hopkins B.T. [et al.]; // Tetrahedron Lett., 2001. 42. P. 8215; e) Seco J.M., Tseng L.-H., Godejohann M. [et al.]; //Tetrahedron: Asymmetry, 2002. 13. P. 2149.
5 a) Orlov N.V., Ananikov V.P // Chem. Commun. 2010. 46. P. 3212. b) Orlov N.V., Ananikov V.P. // Green Chem. 2011. 13. (in press.).
6 a) Porto S., Duran J., Seco J.M. [et al.]; // Org. Lett., 2003. 5. P. 2979; b) Porto S., Seco J. M., Espinosa J.F. [et al.]; // J. Org. Chem., 2008. 73. P. 5714; c) Adamczyk M., Fishpaugh J. R. // Tetrahedron Lett., 1996. 37. P. 7171.
УДК 678.746.523+678.745.842
С.О. Лукин, А.В. Горячая, М.И. Штильман, А.Н. Кусков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА БИОСОВМЕСТИМЫХ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СИСТЕМ
As a result of the radical polymerization of N-vinylpyrrolidone in the presence of a transmitter circuit having aliphatic groups, were synthesized amphiphilic polymers having small molecular weights (4000 - 12000). Because of its structure diphilic obtained polymers form in aquatic environments such as the structure of micellar-type core-shell. These polymer particles are able to efficiently solubilize in its nucleus poorly soluble bioactive substances.
В результате проведения радикальной полимеризации N-винилпирролидона в присутствии передатчиков цепи, имеющих алифатические группы, были синтезированы амфи-фильные полимеры, имеющие небольшие молекулярные массы (4000 - 12000). Вследствие своего дифильного строения полученные полимеры образуют в водных средах структуры мицеллярного типа по типу ядро-оболочка. Эти полимерные частицы способны эффективно солюбилизировать в своем ядре плохо растворимые биологически активные вещества.
Введение.
Благодаря последним достижениям в таких областях как фармацевтическая химия, биохимия, биотехнология, получено и исследовано большое число разнообразных биологически активных веществ (БАВ). Однако во многих случаях возможности их применения используются недостаточно, а нередко с эффективностью, далекой от максимальной. Обычные низкомолекулярные лекарственные вещества не рассчитаны на длительное пребывание в организме - они быстро выводятся или метаболизируют. Кроме того, они имеют низкую проникающую способность через клеточную мембрану. Поэтому для достижения положительного эффекта требуется использование повышенных доз препарата или его многократное введение.
Вместе с тем, для некоторых БАВ характерны узкие области положи-
тельно действующих доз и концентраций, превышение которых приводит к побочным эффектам. Кроме того, основным недостатком многих биологически активных веществ является плохая растворимость в водных средах, что делает невозможным их парентеральный способ введения.
Перечисленные недостатки могут быть устранены или их роль может быть значительно снижена при включении БАВ в транспортные системы на основе синтетических дифильных полимеров.
Такие транспортные системы могут обеспечить солюбилизацию в водных средах плохорастворимых или нерастворимых БАВ и направленную доставку действующего вещества непосредственно к очагу поражения.
В связи с этим, очевидно, что получение новых биосовместимых ам-фифильных полимеров с оптимальным сочетанием свойств, а также разработка и исследование систем доставки БАВ на их основе является актуальным и перспективным направлением современной химии [1].
Экспериментальная масть.
Синтез амфифилъных полимеров. В хорошо промытую и высушенную ампулу загружали расчётное количество мономера (N-винилпирролидон), требуемое количество передатчика цепи (тиоспирты и хлорангидриды различного строения), инициатора и растворитель. Ампулы продували инертным газом. Затем ампулы запаивали и помещали в термостат, где поддерживалась заданная температура (70°С) с точностью ±0,2°С. По окончании реакции реакционную смесь сконцентрировали на роторе. Затем растворили выпавший полимер в дистиллированной воде. Полученный раствор нейтрализовали раствором щелочи, поставили на диализ (3 сут.) и лиофильно высушили. Полученный полимер экстрагировали диэтиловым эфиром в приборе Сокслета. Продукты сушили в вакуумном шкафу до постоянного веса.
Определение молекулярных масс проводилось колчествееным анализом функциональных групп.
Получение полимерных частиц, содержащих биологически активное вещество. В работе было использовано 2 способа получения частиц на основе синтезированных полимеров - диализный и эмульсионный. В качестве модельного биологически активного вещества использовали диклофенак.
Получение полимерных мицелл диализным способом. В 20 мл этилового спирта растворяли 100 мг амфифильного полимера различного строения (различных молекулярных масс) и 25 мг диклофенака (Спол=2,5 мг/мл, Сфел=25 % масс.), перемешивали при комнатной температуре, а затем диали-зовали относительно 3 л дистиллированной воды в течение 24 часов, используя устойчивые к органическим растворителям диализные мешки из регенерированной целлюлозы с пределом фильтрации 3500 («Membrane Filtration Products», США). Затем свободный диклофенак и агрегаты частиц были удалены центрифугированием в течение 20 минут при скорости вращения 4200об./мин на центрифуге «HERAEUS» («Christ GMBH», Германия).
Получение полимерных мицелл эмульсионным способом. 100 мг ам-фифильного поли-М-винилпирролидона с различными молекулярными мас-
сами и различного строения и 25 мг диклофенака растворяли в 6 мл хлороформа (Спол=2,5 мг/мл, Сфел=25 %масс.), после чего полученный раствор вливали в 35 мл дистиллированной воды. Далее эмульсию интенсивно перемешивали и обрабатывали ультразвуком в течение 7 минут при мощности 70 Вт на ультразвуковом диспергаторе «Sonopuls HD2200» («Bandelin electronic», Германия). После этого, органический растворитель при пониженном давлении (вакуум 140 мм рт. ст.) отгоняли на роторном испарителе «Rotadest» («МТА Kutesz», Венгрия). Затем полученный раствор центрифугировали в течение 20 минут при скорости вращения 4200об./мин на центрифуге «HERAEUS» («Christ GMBH», Германия).
Для определения количества включенного в частицы биологически активного вещества был использован спектрофотометрический метод.
Обсуждение результатов.
Поскольку молекулярный вес полимеров, использующихся для биомедицинских целей, является важнейшим условием применения макромоле-кулярных соединений [2], то задача получения полимеров с заданной молекулярной массой является одной из основных.
ЖСШЕЦ шп °/с
Рис. 1. Зависимость выхода и молекулярной массы полимера от соотношения N-11111111.1 ппрро.ш/кша (ВП) и хлорангидрида стеариновой ислоты (ХАСК). ([ВП]= 25 масс.%, [ДАК] = 1 мас.%, температура 70 С, время - 3 часа растворитель - диоксан).
В качестве метода синтеза амфифильных производных поли-М-винилпирролидона с заданным значением молекулярной массы, содержащих концевые гидрофобные группы, проводили радикальную полимеризацию мономера в присутствии инициатора - азодиизобутиронитрила (ДАК) и передатчика цепи различного строения (регулятора роста цепи) - тиоспиртов различного строения и хлорангидридов насыщенных кислот. Последнее определялось необходимостью синтеза амфифильных полимеров, способных к самоорганизации в растворе, что определяется наличием в полимерах длинноцепных гидрофобных концевых фрагментов. Для всех используемых инициирующих систем наблюдалось уменьшение молекулярной массы по-
лимеров при увеличении концентрации регулятора роста цепи (рис. 1), что может быть объяснено увеличением скорости обрыва цепи [3]. Аналогичная зависимость была выявлена и для выхода полимеров.
На следующем этапе работе были приготовлены частицы на основе синтезированных амфифильных производных пол и-1М-винил пиррол идона, содержащие в своем ядре биологически активное вещество, с использованием диализного и эмульсионного методов.
ш ^
£ а 8 £
“ I
Iі
3500 3800 6350 8100
Молекулярная масса полимера
11300
Рис. 2. Эффективность включения диклофенака в полимерные частицы, образованные из амфифильных полимеров ]Ч-винилпирролидона с различной молекулярной массой диализным и эмульсионным методами. При получении частиц диализным и эмульсионным методами концентрация полимера 2,5мг/мл; концентрация диклофенака 25%масс от массы полимера.
Поскольку растворимость полученных полимеров зависит от строения и природы гидрофобной части макромолекулы, то включение БАВ в мицеллярные структуры, образованные синтезированными полимерами, тоже отличается (рис. 3).
Как видно из представленной диаграммы способ приготовления мицелл является одним их основных параметров влияющих на эффективность включения БАВ в полимерные частицы (рис. 2) [4]. При этом эффективность включения БАВ в частицы, полученные эмульсионным методом, значительно выше, чем эффективность включения диклофенака при образовании частиц методом диализа. Данное различие может быть вызвано вероятными потерями диклофенака в ходе диализа.
Из данных, представленных на рис. 3, видно: емкость по полимеру включенного в мицеллы БАВ зависит от длины алифатического «хвоста» полимера и увеличивается с увеличением гидрофобности полимера, что может быть объяснено снижением значений критических концентраций ми-целлообразования в представленном ряду.
Полученные методом динамического светорассеяния распределения
полимерных частиц по размерам (рис. 5) показали, что во всех исследованных образцах частиц присутствуют как маленькие частицы размером около 20 нм, так и крупные частицы, размер которых составляет более 300 нм, однако в целом распределения по размерам имеют мономодальный характер (индекс полидисперсности менее 0,1) и не зависит от способа получения частиц. Средний размер частиц может быть принят равным 90 нм.
10
9
8
П№1 П№2 П№3
Рис. 3. Зависимость ёмкости по полимеру частиц полученных из полимеров имеющих различную длину гидрофобной части: П№1- Амфмфмльный полимер содержащий гексильный гидрофобный концевой фрагмент; П№2- Амфмфмльный полимер содержащий децильный гидрофобный концевой фрагмент; П№3- Амфмфмльный полимер содержащий гексадецильный гидрофобный концевой фрагмент.
Выход полученных полимерных частиц зависит только от способа получения и составляет ~ 27% для диализного метода и ~ 80-90% для эмульсионного метода.
Заключение.
Таким образом, в работе показана возможность получения нанораз-мерных полимерных частиц на основе синтетических амфифильных полимеров, которые могут быть успешно использованы для инкапсулирования биологически активных веществ.
Библиографические ссылки
1. Torchilin V.P., Drug targeting. // J. Pharmaceutical sciences, 2 (2000). 81-91.
2. Сидельковская Ф.П., Химия N-винилпирролидона и его полимеров. М.: Наука, 1970. С. 150.
3. Штильман, М.И. Амфифильные полимеры N-винилпирролидона / М.И. Штильман, И.И. Твердохлебова, М.Ю. Ярмыш, Е.В. Михайлова, А.М. Тсат-сакис, В.П. Торчилин, А. Ризос // Высокомолек. соед., 1999. Т.41. № 5. С. 906-909.
4. Овчинникова JI.K. Как пролонгировать действие лекарств. // Журнал Новая Аптека, ноябрь 2007. №11.
