CC BY
74
УДК 544.777
Колесникова Е.С., Колосова О.Ю., Лозинский В.И.
КРИОГЕЛИ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА, СОДЕРЖАЩИЕ ДОБАВКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Колесникова Екатерина Сергеевна,студентка 4 курса факультета химико-фармацевтических технологий, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, e-mail:[email protected]; Колосова Ольга Юрьевна,научный сотрудник, к.х.н.;
Лозинский Владимир Иосифович, д.х.н., профессор, заведующий лабораторией криохимии биополимеров, Институт элементоорганических соединений Российской Академии Наук им. А.Н. Несмеянова, Москва, Россия 119334, Москва, ул. Вавилова, д.28.
Криогели поливинилового спирта представляют существенный интерес в качестве депо-форм для контролируемой доставки и высвобождения биологически активных веществ. В этой связи целью настоящей работы являлось изучение влияния добавок биологически активных веществ как на свойства образующихся в их присутствии криогелей ПВС, так и на кинетику высвобождения этих низкомолекулярных агентов из гелевой матрицы.
Ключевыеслова:криогели ПВС; депо-форма БАВ.
CRYOGENES OF POLYVINYL ALCOHOL CONTAINING ADDITIVES OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES
Kolesnikova E.S., Kolosova O.Yu.*, Lozinsky V.I.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Cryogels of polyvinyl alcohol are of significant interest as depot forms for controlled delivery and release of biologically active substances. In this connection, the purpose of this work was to study the effect of additives of biologically active substances on the properties of PVA cryogels formed in their presence and on the kinetics of these low molecular weight agents from the gel matrix.
Keywords: cryogels PVA;release BAS-depot-form .
Криогели поливинилового спирта (КГПВС) -гетерофазные макропористые полимерные гели, образующиеся в результате замораживания, выдерживания в замороженном состоянии и последующего оттаивания концентрированных растворов данного полимера [1]. КГПВС находят применение во многих прикладных областях, особенно в качестве материалов биомедицинского и биотехнологического назначения, в частности, гелевых систем контролируемого высвобождения лекарственных средств, носителей
иммобилизованных биоаффинных лигандов, ферментов и клеток, покрытий на раны и ожоги, искусственных протезов хрящевой ткани и др. [2].
Известно, что введение в исходный раствор гелеобразующего полимера, различных
низкомолекулярных или высокомолекулярных добавок (солей буферных смесей, сахаров, биополимеров) оказывает влияние на физико-механические и теплофизические свойства получаемых КГПВС и их пористую морфологию. При этом указанные вещества могут, как способствовать гелеобразованию, т.е. промотировать межмолекулярные взаимодействия цепей ПВС (в частности, водородное связывание с участием ОН-групп), так и препятствовать гелеобразованию, ингибируя замыкание межмолекулярных
водородных связей [1,2].
В данной работе исследовано влияние низкомолекулярных биологически активных добавок - АРГ, АСК и АМК (рис.1), вводимых в
исходный водный раствор ПВС, на теплостойкость и реологические характеристики криогелей ПВС, получаемые из этих растворов, а также изучена кинетика высвобождения этих веществ из гелевой матрицы в физиологической среде.
Аргинин — частично-заменимая аминокислота. Он является одним из ключевых метаболитов в процессах азотистого обмена (орнитиновый цикл млекопитающих и рыб), увеличивает скорость заживления ран, переломов костей, травм сухожилий, положительно влияет на редукцию артритов и другой патологии соединительной ткани. Стимулируя выделение гормона роста, АРГ способствует увеличению мышечной массы (являясь донором азотных групп, необходимых для синтеза белка), уменьшению жировых отложений; предупреждает старение кожи и волос. Многие эффекты аргинина объясняются тем, что он является субстратом КО-синтаз в синтезе оксида азота N0, являющегося локальным тканевым гормоном с множественными эффектами — от
противоспалительного до сосудистых эффектов и стимуляции ангиогенеза. Также АРГ используется в косметологии, так как он является одним из основных компонентом кератина волос и коллагена кожи. При комплексном уходе защищает кожу от вредного воздействия окружающей среды, предотвращает преждевременное старение кожи, стимулирует регенерацию, способствует
заживлению повреждённой кожи [3,4].
АМК АСК АРГ
Рис. 1. Химическая структура аргинина, аминокапроновой кислоты и аскорбиновой кислоты.
Аминокапроновая кислота (6-аминогексановая кислота) ингибирует активаторы профибринолизина и тормозит его превращение в фибринолизин. Стимулирует образование тромбоцитов,
сенсибилизирует тромбоцитарные рецепторы к тромбину, тромбоксану А2 и другим эндогенным агрегантам. Оказывает системный гемостатический эффект при к ровотечениях, обусловленных повышенной фибринолитической активностью плазмы. Обладает противоаллергической активностью, улучшает антитоксическую функцию печени. Применяется при кровотечениях при хирургических вмешательствах на органах, богатых активаторами фибринолиза (легкие, щитовидная железа, желудок, шейка матки, предстательная железа). При заболеваниях внутренних органов с геморрагическим синдромом; при преждевременной отслойке плаценты, осложненном аборте;для предупреждения вторичной гипофибриногенемии при массивных переливаниях консервированной крови [5].
Аскорбиновая кислота (витамин С) - витаминное средство, не образующееся в организме человека, а поступающее только с пищей. Участвует в регулировании окислительно-восстановительных процессов, углеводного обмена, свёртываемости крови, регенерации тканей; повышает устойчивость организма кинфекциям. Участвует в метаболизмефенилаланина,тирозина, фолиевой кислоты,норэпинефрина,гистамина,
усвоенииуглеводов,
синтезелипидов,белков,карнитина, иммунных
реакциях. Усиливает абсорбцию негемового железа. АСК обладает выраженными антиоксидантными свойствами. Авитаминоз аскорбиновой кислоты приводит кцинге. Витамин С используется в косметических препаратах для замедления старения, заживления и восстановления защитных функций кожи, в частности, восстановлению увлажненности и упругости кожи после воздействия солнечных лучей [6].
При исследовании воздействия выбранных веществ на свойства формируемых в их присутствии криогелей ПВС варьировали концентрацию низкомолекулярного агента. Измеряемыми параметрами были значения модулей упругости (Е), условно-мгновенного сдвигового модуля упругости и температуры плавления (Т) соответствующих образцов.
Как видно из приведенных графиков (рис.2), значение модулей Е и G0заметно изменяются в зависимости от концентрации добавки в КГПВС. Так, в случае добавки АМК значения модулей возрастают с ростом концентрации кислоты в исходном растворе полимера. Напротив, при увеличении концентрации АРГ и АСК в КГПВС имеет место резкое снижение значений модулей Е и Go.
Рис. 2. Изменение модулей упругостиЕ, условно-мгновенного сдвигового модуля упругости Go и температуры плавления Тпл образцов криогелей ПВС с повышением концентрации агента.
1 - АМК; 2 - АСК; 3 - АРГ.
Условия формирования криогелей ПВС: концентрация ПВС - 10г/дл, температура замораживания - (-20°С), время
замораживания - 12ч, скорость оттаивания - 0.03°С/мин.
Аналогичная картина наблюдается и при исследовании теплофизических свойств
исследуемых криогелей. То есть, с ростом концентрации аминокапроновой кислоты в КГПВС температура плавления образцов повышается, а в случае присутствия в исходной системе аргинина или аскорбиновой кислоты - значение температуры плавления образцов падают.
Для применения полученных криогелей ПВС в качестве носителей биологически активных компонентов было необходимо изучить кинетику высвобождения данных средств из гелевой матрицы. Показано, что высвобождение всех введенных низкомолекулярных агентов протекает достаточно быстро (равновесие достигается за 2-4 ч.) и практически полностью (рис.3.), что говорит о возможном перспективном использовании полученных криогелей ПВС в качестве депо-форм в косметологии, а также в качестве материалов биомедицинского назначения.
0,040.020.00 ....................
0 20 4G 60 30 100 120 140 100 130 200
время, мин
0.10 0.14 0.120.10
у 0.03£
ОМОМ-002
о .001^а^-д^а^т^ж^д.г^тй^4
О т 300 4П0 500 ш
вреия мнн
Рис. 3. Кинетические кривые высвобождения аргинина, аминокапроновой кислоты и аскорбиновой кислоты из криогеля ПВС в физиологической среде
Таким образом, можно сделать вывод, что аминокапроновая кислота, аналогично влиянию других космотропных агентов (трегалоза или гидроксипролин)[7], способствует водородному
связыванию в системе полимера, и такое ее воздействие оказывает положительное влияние на жесткость и теплостойкость КГПВС. Аргинин и аскорбиновая кислота, подобно другим хаотропным агентам (гуанидин, мочевина) [8], снижают жесткость и теплостойкость криогелей ПВС, что связано с противодействием этого агента замыканию межмолекулярных водородных связей и образованию узлов пространственной сетки КГПВС.
Список литературы
1. В.И. Лозинский. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта. // Успехи химии 67 (7) 641-655. 1998.
2. В.И. Лозинский. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения. // Успехи химии 71.
- 2002. - С. 559-585.
3. Andrew P. J., Mayer B. Enzymatic function of nitric oxide synthases //Cardiovascular research. - 1999.
- Т. 43. - №. 3. - С. 521-531.
4. Арпнш у медичнш практищ: огляд лггератури. Ю. М. Степанов, I. М. Кононов, А. I. Журбина, О. Ю. Фшппова / Дшпропетровська державна медична академiя МОЗ Украши, 49074 Дшпропетровськ, Журн. АМН Украши, 2004, Т. 10, № 1. - С. 340-352.
5. Казначеев В. П. и Дзизинский А. А. О механизме гемостатического действия е-аминокапроновой кислоты, Пробл. гематол. и перелив, крови. -1968. - Т.13. - №12. - С. 36.
6. Эллиот, В. Биохимия и молекулярная биология [Текст] : пер. с англ. : Учеб. пособие для студ. мед. и фармацевт. спец. мед. вузов / В. Эллиот, Д. Эллиот. - М. : МАИК "Наука/Интерпериодика", 2002. - 446 с.
7. О.Ю. Колосова, Е.А. Кондратьева, В.И. Лозинский Исследование влияния ряда хаотропных и космотропных веществ на физико-химические свойства криогелей поливинилового спирта // Успехи в химии и химической технологии - 2013 -том XXVII - №3 - С. 73-77.
8. Е.А. Подорожко, Е.А. Дьяконова, О.Ю. Колосова, Л.Ф. Клабукова, В.И. Лозинский. Изучение криоструктурирования полимерных систем. 34. Композитные криогели поливинилового спирта, наполненные микрочастицами полимерной дисперсии.// Коллоидный журнал. - 2012. - №6. - т. 74. - С. 744-753.
