Разработка новой лекарственной формы фурацилина методом микрокапсулирования Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 66.099:667.6

РАЗРАБОТКА НОВОЙ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ ФУРАЦИЛИНА МЕТОДОМ МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЯ

© 2018 Е. В. Грехнёва1, Т. Н. Кудрявцева2

1 канд. хим. наук, доцент кафедры химии e-mail: grekhnyovaev.@yandex.ru 2 канд. хим. наук, руководитель НИЛ органического синтеза e-mail: labOS.kgu@mail.ru

Курский государственный университет

Подобраны оптимальные условия проведения процесса микрокапсулирования фурацилина в двойные оболочки, состоящие из водонерастворимого полимера Eudragit® L100 и водорастворимого полимера (альгинат натрия, гуаровая камедь, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон). Осуществлен качественный и количественный анализ полученных продуктов методами ИК- и УФ-спектроскопии, электронной микроскопии.

Ключевые слова: фурацилин, микрокапсулирование, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, альгинат натрия, гуаровая камедь, пролонгированное действие.

Фурацилин (или нитрофурал) является антисептиком широкого спектра действия, он безопасен, удобен в применении и поэтому до сих пор находит широкое применение в медицинской практике. Производные 5-нитрофурана применяются в медицине и ветеринарии для лечения бактериальных и некоторых протозойных инфекций в течение уже 60 лет. Среди многочисленных производных фурана, изучавшихся с конца XVIII столетия, противомикробными свойствами характеризуются только соединения, содержащие (Ы02-группу) именно в положении 5-го фуранового цикла. К числу таких соединений относится фурацилин. В основе механизма антибактериальной активности ЛС производных фурана лежит нарушение синтеза ДНК и белка микробных клеток. При этом -ЫО2-группа восстанавливается до аминогруппы -NH2. Его популярность обусловлена доступностью, простотой и безопасностью в применении, относительной дешевизной, а также обширным перечнем показаний к применению.

Фурацилин применяют при гнойных ранах, пролежнях и язвах, ожогах II и III степени, для подготовки гранулирующей поверхности к пересадкам кожи и ко вторичному шву; при остеомиелите после операции; при эмпиемах плевры. При анаэробной инфекции, помимо обычного хирургического вмешательства, рану обрабатывают фурацилином, при хронических гнойных отитах применяют в виде капель спиртовой раствор фурацилина. Кроме того, препарат назначают при фурункулах наружного слухового прохода и эмпиемах околоносовых пазух; для промывания верхнечелюстной (гайморовой) и других околоносовых пазух используют водный раствор фурацилина; при конъюнктивитах и скрофулезных заболеваниях глаз; при блефаритах и др. Назначают наружно для лечения и предупреждения гнойно-воспалительных процессов и внутрь для лечения бактериальной дизентерии. Фурацилин используют также при других гнойных процессах, требующих назначения антибактериальных препаратов [Хабриев 2004].

Одним из основных применений в медицинской практике является использование фурацилина и для первичной обработки раны, и при опасности ее нагноения, а также при нагноении. Им обрабатывают раны как на коже, так и на слизистых оболочках, поливая рану тонкой струей. В ряде случаев фурацилин является

более предпочтительным, чем некоторые антибиотики. В случаях как первичной, так и последующей обработки раны антибиотики, как правило, не используются, даже если у них очень широкий спектр действия: антибиотики действуют только на бактериальную флору, в ране же может находиться и бактериальная, и грибковая, и смешанная микрофлора. В этих всех случаях для обработки ран используют антисептики. Они могут действовать не только на бактерии, но и на вирусы, и на грибки, и на туберкулезную палочку. Кроме того, именно к антисептикам у микробов хуже вырабатывается устойчивость.

Применяют фурацилин при перечисленных выше показаниях в виде водного 0,02% раствора, спиртового раствора 0,066 % или 0,2 % мази [Грехнева, Домашева 2013]. Невозможность создания на основе фурацилина препаратов с более высокой концентрацией действующего вещества является одним из недостатков этого антисептика. Ранее было показано, что микрокапсулирование фурацилина в водорастворимые полимеры, такие как ПВС, ПВП, альгинат натрия, гуаровая камедь, в десятки раз повышает растворимость фурацилина и позволяет создавать его высококонцентрированные водные растворы [Грехнева и соавт 2017]. В такой форме биологическая доступность и эффективность фурацилина как антисептика значительно возрастает. Однако остается неразрешенным вопрос о препаратах пролонгированного действия на основе фурацилина. Это является особенно актуальным при лечении гнойных ран на коже. Как правило, повязки, нанесенные на раневую поверхность рекомендуется регулярно менять, либо пропитывать раствором антисептика несколько раз в день. Такого неудобства можно избежать, если повязку предварительно обрабатывать препаратом антисептика пролонгированного действия. Это позволит избежать проблем, связанных с излишним травмированием раны в процессе перевязок и обработок. Известно, что микрокапсулирование обладает широким перечнем преимуществ по сравнению с иными методами достижения пролонгированного эффекта лекарственных препаратов.

Таким образом, в данной работе рассматривается возможность получения лекарственной формы фурацилина, обладающей пролонгированным действием для хирургических целей методами микрокапсулирования. Достижение поставленной цели возможно при заключении лекарственного вещества в двойную оболочку. Использование водонерастворимого и биодеградируемого полимера в качестве внутренней оболочки микрокапсулы определит пролонгированное высвобождение ЛВ в рану в течение продолжительного времени. А вторая оболочка из водорастворимого полимера позволит упростить применение получаемого препарата и повысит его биологическую доступность [Способ получения микрокапсул... 2016].

В целях проведения эффективного, безопасного лечения, оболочки микрокапсул должны соответствовать множеству требований, предъявляемых к полимерным материалам. В качестве материала, формирующего внутреннюю оболочку микрокапсулы, были выбраны производные метакриловой кислоты, выпускаемые концерном «Evonik Röhm GmbH» (Германия) под торговым названием «Eudragit®». Данные сополимеры в фармацевтической промышленности используются более 50 лет и характеризуются высокой эффективностью и безопасностью применения. В нашей работе использовали Eudragit® L100, который представляет собой анионный сополимер метакриловой кислоты и метилметакрилата [Мустафин и соавт. 2014] .

СНз СНз

N Т*.

он о

I

сн,

Для создания внешней водорастворимой оболочки полимер выбирался из поливинилового спирта (ПВС) и поливинилпирролидона (ПВП). 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 00015 000), как кровезаменитель (молекулярный вес 30 000-40 000); 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 00060 000) [Сидельковская 1970; Маркович и соавт. 2011; Валуев и соавт. 2003].

Для получения продукта с заданным набором свойств подбирались оптимальный состав микрокапсул и условия проведения процесса. Микрокапсулирование осуществлялось физико-химическим методом, который состоит в переосаждении полимера на поверхности капсулируемого вещества путем замены растворителя. Этот метод включает в себя следующие стадии: растворение фурацилина в подходящем растворителе (например, диметилформамиде), переосаждение вещества из раствора и осаждение полимера на поверхности вещества в результате постепенного прибавления осадителя.

Методика микрокапсулирования фурацилина в первую оболочку состоит в следующем: к водной суспензии переосажденного из ДМФА фурацилина по каплям вводят 1% ацетоновый раствор Еиёга§к® Ь100 и осуществляют осаждение полимера на поверхности вещества путем постепенного прибавления осадителя (дистиллированная вода).

Дисперсию микрокапсул оставляют на сутки при температуре 0-50 С. Для создания второй оболочки к водно-ацетоновой дисперсии микрокапсул фурацилина с одинарной оболочкой по каплям добавляют 2% водный раствор поливинилового спирта (или поливинилпирролидона) [Способ получения микрокапсул... 2016]. Для достижения полноты осаждения к полученной системе добавляется второй осадитель - насыщенный раствор №С1. Для осаждения второго полимера используют не ацетон, а насыщенный раствор №С1, так как в случае использования данного осадителя не происходит растворения первой оболочки. Диспергирование осуществляется перемешиванием на магнитной мешалке на холоде.

По окончании процесса сформировавшиеся капсулы отфильтровывают на фильтре Шотта (ВФ-1-40 пор.16), высушивают на воздухе или в сушильном шкафу.

Количественный состав получаемых микрокапсул, а именно процентное содержание фурацилина в продукте, устанавливалось методом УФ-спектроскопии на спектрофотометре 8Ышаё2и ИУ 1800. Для установления подлинности и количественного определения фурацилина используют УФ-спектры его водных

растворов. Максимум поглощения такого раствора находится при 367 нм. Количественный анализ проводился по результатам обработки спектров при указанной длине волны. Количественное определение осуществляли методом градуировочного графика. По калибровочной кривой определяли концентрацию вещества в капсулах.

Строение выделенных микрокапсул подтверждалось методом инфракрасной спектроскопии с использованием ИК-Фурье-спектрометра «ФСМ 1201» в диапазоне волновых чисел 400-4000 см-1, с разрешением 4 см-1, (сканов-20). ИК-спектр фурацилина снимали в таблетке КВг, а спектры полученных микрокапсул - методом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).

Процесс инкапсуляции в водорастворимые полимеры практически любых биологически активных соединений требует как индивидуального подхода к каждому из БАВ, так и соблюдения некоторых общих закономерностей. В частности, как правило, понижение температуры реактора до 3-5 0С приводит к увеличению выхода целевого продукта на 10-20%. Обязательным является применение ПАВ для предотвращения коагуляции системы в процессе осаждения. Также чем выше интенсивность перемешивания, тем более мелкодисперсной получается суспензия микрокапсул и тем меньше вероятность коагуляции этой суспензии. Оптимальная скорость добавления осадителя полимера - от 0,5 до 1,0 мл/мин.

Микрокапсулирование фурацилина в водорастворимые полимеры позволяет переводить его в форму, способную образовывать устойчивые водные дисперсии с концентрацией действующего вещества до 1%. Это, в свою очередь, значительно повышает биологическую активность препаратов фурацилина. Особенно сильно это проявляется в случае микрокапсул фурацилина в оболочке из природных полимеров (гуаровой камеди или альгината натрия) [ОгекЬпуоуа й а1. 2014]. Активность водных дисперсий этих микрокапсул превышает не только активность водного раствора фурацилина, но и растворов фурацилина в диметилсульфоксиде аналогичных концентраций [Грехнева и соавт. 2017, Алексеев и соавт. 2012]. А так как фурацилин наибольшее распространение получил в качестве антисептика для местного применения, способ повышения его растворимости в воде может значительно расширить область его применения.

Таблица 1

Характеристики физико-химического метода микрокапсулирования фурацилина в двойные оболочки

Состав Состав внешней Соотношение Осадитель Выход, % Количество

внутренней оболочки вещества

оболочки в капсулах, %

Eudragit® L100 2 1 1 Этанол 66 59,48

ПВП 2 1 2 Этанол 28 78

2 1 2 Ацетон 43,2 54

1 1 2 Ацетон 58 30,94

ПВС 2 1 1 Этанол 52,5 67,91

2 1 2 Этанол 41,6 59

Как было указано выше, существует потребность в препаратах фурацилина пролонгированного действия. Поэтому были получены микрокапсулы фурацилина в двойной оболочке.

Внутренняя оболочка из полимера Eudragit® L100 обусловливает пролонгированное поступление действующего вещества к очагу поражения. Кинетика перехода фурацилина из микрокапсул в водный раствор представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Кинетическая зависимость высвобождения фурацилина из его микрокапсул в Eudragit® L100 воде

Следует отметить, что микрокапсулы фурацилина Eudragit® L100 недостаточно хорошо диспергируются в воде - суспензии таких микрокапсул достаточно быстро (в течение 1,5-2-х часов) подвергаются седиментации. Для удобства применения формы фурацилина пролонгированного действия применялась еще одна - внешняя оболочка из водорастворимого полимера (ПВП, ПВС, гуаровая камедь или альгинат натрия). Нанесение второй оболочки позволяет облегчить диспергирование микрокапсул в воде с образованием достаточно устойчивых дисперсий.

Таким образом, фурацилин из полученных микрокапсул будет высвобождаться в течение нескольких суток. А с помощью водной дисперсии микрокапсул фурацилина этот препарат легко может быть нанесен на перевязочный материал для лечения, например, гнойных ран.

Морфология поверхности, а также размер полученных капсул изучался методом электронной микроскопии при помощи сканирующего электронного микроскопа «QUANTA FEG 650» (рис. 2).

а) б)

Рис. 2. Микрокапсулы фурацилина: а) в оболочке из EUDRAGIT® L100 б) в двойной оболочке, состоящей из EUDRAGIT® L100 и ПВП

Таблица 2

Размер микрокапсул_

Микрокапсулы Размер, ^m

Фурацилин + EUDRAGIT® L100 10

Фурацилин + EUDRAGIT® L100 + ПВП 125

Результат количественного анализа продуктов микрокапсулирования показал практически полный переход биологически активного вещества в капсулу. А данные ИК-спектроскопии метод НПВО подтвердили послойное нанесение полимера на лекарственный препарат.

Чтобы программировать скорость высвобождения биологически активного вещества из микрокапсул, можно менять толщину оболочки из полимера, используя разные соотношения вещество: полимер. Для более продолжительного высвобождения необходимо использовать большее количество полимера, для создания препаратов с ускоренным выходом активного вещества - меньшее.

Таким образом, нам удалось показать, что, используя методы микрокапсулирования, возможно значительно расширить область применения такого известного, широко применяемого и безопасного препарата, как фурацилин. Создание препаратов пролонгированного действия на его основе позволит снизить кратность введения препаратов, предотвратить многократную травматизацию тканей, оптимизировать концентрацию действующего вещества в месте введения, тем самым предупреждая побочные эффекты препарата. А 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.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 4.9516.2017/БЧ).

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

Валуев Л.И., Валуева Т.А., Валуев И.Л., Платэ Н.А. Полимерные системы для контролируемого выделения биологически активных веществ // Усп. Биол. Хим. 2003. Т. 3. С. 307-328.

Грехнева Е.В., Домашева О.Ю. Получение и анализ микрокапсул фурацилина в водорастворимых полимерах // Всероссийский журнал научных публикаций. 2013. №5 (20). С. 5-8.

Грехнёва Е.В., Кудрявцева Т.Н., Климова Л.Г. Свойства фурацилина, инкапсулированного в водоростворимые полимеры // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2017. № 1 (13). URL: http://auditorium.kursksu.ru/pdf/013-004.pdf (дата обращения: 13.03.2018).

Гулякин И.Д., Оборотова Н.А., Печенников В.М. Солюбилизация гидрофобных противоопухолевых препаратов (обзор) // Химико-фармацевтический журнал. 2014. Т. 48. №3. С. 46-50.

Маркович Ю.Д., Грехнева Е.В., Ефанов С.А., Климова Л.Г., Юдина О.П. Свойства производных акридона инкапсулированных в водорастворимые полимеры // Известия ЮЗГУ. 2011. №1(34). С. 50-55.

Мустафин Р.И., Рубцова Е.В., Ситенков А.Ю., Буховец А.В., Семина И.И. Сравнительное физико-химическое и фармацевтическое исследование поликомплексных носителей на основе сополимеров EUDRAGIT® EPO И EUDRAGIT® L 100-55 // Фундаментальные исследования. 2014. № 12-6. С. 1231-1236

Сидельковская Ф.П. Химия N-винилпирролидона и его полимеров. М.: Наука, 1970. 160 с.

Способ получения микрокапсул лекарственных препаратов: патент на изобретение №2582274 / Е.В. Грехнева, Т.Н. Кудрявцева; заявитель Курск. гос. ун-т; опубл. 30.03.2016 г.

Хабриев Р. У. Антибактериальные лекарственные средства. Методы стандартизации препаратов. М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2004. 944 с.

Grekhnyova E.V., Efanov S.A., Kometiani I.B. Soluble forms of some drugs based on sodium alginate // High-Tech in Chemical Engineering - 2014 : Abstracts of XV International Scientific Conference (September 22-26, 2014, Zvenigorod). M.: Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies (MITHT Publisher), 2014. Р. 142