ПОРИСТЫЙ СОРБЕНТ С ГЕПАТОПРОТЕКТОРНЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 2008 года по МПК B01J20/08 B01J20/20 B01J20/24 

Изобретение относится к области пористых материалов, адсорбентов для медицинского назначения, носителей для ферментов, клеток, биологически активных веществ, лекарственных препаратов, обладающих в том числе и гепатопротекторными свойствами. Интерес к таким препаратам в последнее время возрастает [1-3].

Достоинством использования сорбционных пористых материалов в медицине является выведение из организма токсических веществ, что приводит к снижению нагрузки на органы детоксикации, это обстоятельство позволяет широко использовать сорбенты в эфферентной терапии [4]. Эффективно используются в медицине сорбенты на основе активных углей, таких как косточковый уголь КАУ, на основе карбонизованных полимеров - СКН, СУГС [4, 5]. Сорбционные материалы на основе углей в основном имеют микро-, мезопористую структуру, высокую удельную поверхность и достаточно высокую адсорбционную емкость в отношении низко- и среднемолекулярных токсинов неполярной природы. Известен сорбент на основе растительного сырья - Полифепан, обладающий макропористой структурой и низкой удельной поверхностью. Основным недостатком использующихся в медицине сорбентов, является неспецифичность их действия, хотя некоторые авторы отмечают, что уже определенная химическая природа поверхности, наличие заданной пористой структуры в сорбенте являются своего рода предпосылкой к развитию специфичных адсорбционных свойств сорбента по отношению к сорбции молекул определенного размера [5]. Считается общепринятым положение о том, что сорбенты, в частности энтеросорбенты, относятся к мощным детоксикантам, снижающим нагрузки на естественные органы детоксикации, в первую очередь - печень [1, 4, 6-8]. В связи с вышесказанным актуальной является разработка сорбционного материала с определенными пористыми характеристиками и обладающего гепатопротекторными свойствами.

Наиболее близким к заявляемому сорбенту по своим характеристикам является сорбент с высокими прочностными свойствами, с развитой структурой мезо-, макропор, достаточно высокой удельной поверхностью и гидрофильно-гидрофобной химической природой поверхности - углеродминеральный сорбент СУМС-1, основой которого является оксид алюминия. Характеристики сорбента следующие. Сорбент СУМС-1 (сферический углеродминеральный сорбент) - черного цвета порошок и гранулы с размером частиц от 0,1 мм до 1 мм, без вкуса и запаха, является неселективным сорбентом. Сорбент удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сорбентам медицинского назначения: сорбент механически прочен, не токсичен, нетравматичен для слизистых оболочек рта, пищевода, желудка и т.д., хорошо выводится из организма, обладает за счет своей текстуры достаточной сорбционной емкостью по отношению к средне- и крупномолекулярным токсинам, микробным клеткам. Текстурные параметры следующие: величина удельной поверхности до 238 м²/г, объем пор, где происходит сорбция, достигает до 0,48 см³/г, преимущественный размер мезо -, макропор - 100-1000 ангстрем, что и обеспечивает высокую поглотительную способность в отношении различных средне- и высокомолекулярных структур. Сорбент СУМС-1 имеет «мягкую» нейтральную природу поверхности, содержащую слабые основные и кислотные свойства, что обеспечивает нетравмируемость биологических сред, с которыми он контактирует в процессе его прохождения по ЖКТ (желудочно-кишечный тракт); химическая природа поверхности обеспечивает буферные свойства сорбента (за счет минеральной матрицы), что не нарушает оптимальный водно-солевой баланс; сорбент СУМС-1 не претерпевает превращений в ЖКТ и количественно выводится из организма за 24-48 часов естественным путем.

За счет мозаики на поверхности гидрофильно-гидрофобных центров (слабых по силе) сорбент многоточечно и достаточно прочно способен связывать высокомолекулярные структуры на своей поверхности. В целом, сорбент обладает хорошими детоксицирующими свойствами, но без специфической направленности [6, 7].

Предлагаемое изобретение решает задачу создания эффективного сорбента на основе высокопрочного углеродминерального сорбента, полученного по усовершенствованной технологии [9], с приданием сорбенту, наряду с его детоксицирующими свойствами, специфических свойств - гепатопротекторных путем введения полисахарида растительного происхождения - фукоидана и обеспечения пролонгированности его действия.

Поставленная задача решается модифицированием поверхности углеродминерального сорбента полисахаридом фукоиданом [10, 11]. После специальной низкотемпературной обработки сорбент представляет собой гранулы черного цвета с величиной удельной поверхности до 230 м²/г, с содержанием модифицирующего полисахарида до 5 вес.%. При контакте такого сорбента с жидкими средами модификатор на 40-60% выходит с поверхности в раствор.

Поверхность модифицированного сорбента содержит мозаику гидрофильных центров за счет оксида алюминия и полярных фрагментов полисахарида и гидрофобных участков за счет углерода сорбента и неполярных фрагментов полисахарида, что позволяет многоточечно связывать из биологических растворов средне- и высокомолекулярные токсические субстанции и обеспечивать детоксицирующий эффект сорбента. Наряду с этим такая пористая структура сорбента и мягкость химической природы центров (слабые кислые и основные центры) позволяет осуществлять за счет нежесткого закрепления высокомолекулярного полисахарида на поверхности пролонгированный его выход в биологическую жидкость, что обеспечивает синергический гепатопротекторный эффект.

Модифицированный сорбент может использоваться в качестве гемосорбента, энтеросорбента. Он может применяться как носитель для ферментов, клеток, биологически активных веществ, способствуя их пролонгированному действию. Ввиду своих композиционных характеристик сорбент может быть использован как основа лечебных повязок, лечебных кремов, как составная часть сложных медицинских изделий.

Предлагаемый пористый сорбционный материал получают модифицированием углеродминерального сорбента полисахаридом фукоиданом, выделенным из бурой водоросли Fucus evanescens [10], путем пропитки водным раствором полисахарида определенной концентрации при комнатной температуре с дальнейшей низкотемпературной сушкой полученного материала (до 50°С) до состояния сыпучести. Технология получения позволяет осуществить нежесткое закрепление полисахарида на поверхности и обеспечивает выход его на 40-60% в раствор.

Фукоидан представляет собой семейство сульфатированных полисахаридов растительного происхождения (источник - бурые водоросли), содержащих в своем составе α-L-фукозу в качестве основного компонента, а также галактозу, маннозу, ксилозу, глюкуроновую кислоту в небольших количествах. Молекулярный вес фукоидана - порядка 20-40 кДа. Его физико-химические свойства изучены и представлены в работе Звягинцевой Т.Н. с соавторами [11].

Пролонгированный выход фукоидана с поверхности сорбента в водный раствор оценивали с помощью метода инфракрасной спектроскопии. Количество фукоидана оценивали из интегральной интенсивности полосы 1250 см^-1 (таблица 1).

Адсорбционную активность сорбента (с оптимально выбранными параметрами, в том числе и по элюации фукоидана с поверхности) и прототипа оценивали с помощью метода спектрофотометрии по изменению содержания токсинов - среднемолекулярных пептидов (254 нм, 280 нм) в сыворотке крови животных (крысы) (таблица 2).

Гепатопротекторые свойства модифицированного сорбента и прототипа оценивали в эксперименте при их пероральном (энтеральном) 15-дневном введении интактным животным (таблица 3). Сорбенты вводили в крахмальном геле. Выбор энтерального приема энтеросорбента связан с тем, что сорбент и модифицирующий компонент - полисахарид обеспечивают на организменном уровне детоксицирующий эффект и гепатопротекторное действие. Эффект модифицированного сорбента связан с его гепатопротекторным действием (за счет модификатора) на клетки печени - гепатоциты. Исследовали группы: интактных животных, интактных животных, получавших энтерально СУМС-1 и модифицированный сорбент, а также животных, получавших крахмальный гель. После 15 дневного энтерального введения препаратов животных декапитировали, готовили образцы печени по специальным методикам и проводили морфометрические исследования, используя методы световой и электронной микроскопии. Кроме того, исследовали печень животных с экспериментальным ожогом, которым в течение 15 дней после ожога вводили энтерально модифицированный полисахаридом сорбент. Сравнительные исследования проводили с группами животных, получавших прототип и совсем не получавших лечения (таблица 4).

В результате исследований было показано, что при разработанной технологии модифицирования поверхности сорбента фукоиданом, элюация фукоидана с поверхности в водный раствор происходит на 40-60% в зависимости от текстуры поверхности, количества модификатора. Для дальнейшего дорогостоящего и длительного исследования на животных выбран сорбент с 1% - ным содержанием модификатора на поверхности, как оптимальный по текстуре и экономической целесообразности (сорбент по Примеру 2, таблица 1).

В результате экспериментального исследования была выявлена повышенная сорбционная активность модифицированного сорбента по сравнению с СУМС-1 в отношении среднемолекулярных пептидов и большая эффективность при энтеральном использовании модифицированного сорбента в отношении изучаемых клеток печени (гепатоцитов).

Сущность предлагаемого избретения иллюстрируется примерами и таблицами 1-5.

Пример 1. Сорбент черного цвета, представляющий собой углеродминеральный сорбент СУМС-1 с размером гранул 0,2-1,0 мм, модифицированный фукоиданом - высокомолекулярным полисахаридом растительного происхождения при комнатной температуре путем пропитки сорбента 0,5% водным раствором фукоидана, и далее высушенный при температуре 50°С, имеет величину удельной поверхности 230 м²/г, суммарный объем мезо- и макропор - 0,44 см³/г насыпную плотность 0,78 г/см³. При контакте с водным раствором сорбента в объемном соотношении раствор:сорбент, равном 10, в течение 30 минут фукоидан переходит в раствор на 40%.

Пример 2. Сорбент черного цвета, представляющий собой углеродминеральный сорбент с размером гранул 0,2-0,8 мм, модифицированный (аналогично Примеру 1) 1% фукоидана - высокомолекулярного полисахарида растительного происхождения, высушенный при 40°С, имеет величину удельной поверхности 200 м²/г, суммарный объемом мезо - и макропор - 0,42 см³/г, насыпную плотность 0,78 г/см³. При контакте с водным раствором в объемном соотношении раствор:сорбент, равном 10, в течение 30 минут фукоидан переходит в раствор на 48%. Сорбционная активность: снижение показателей по «средним молекулам» (280 нм) - на 20% и на 8,7% при 254 нм.

Прием сорбента интактными животными приводит к увеличению энергетической функции гепатоцитов: наблюдается увеличение объемной плотности митохондрий гепатоцитов - на 28%, гликогена - в 3 раза по сравнению с контролем.

Прием сорбента животными после термического ожога 3А степени приводит к сохранности гепатоцитов животных: наблюдается увеличение объемной плотности митохондрий на 19,8%, увеличение гликогена в 2, 5 раза по сравнению с контролем

Пример 3. Сорбент черного цвета, представляющий собой углеродминеральную матрицу с размером гранул 0,2-1,0 мм, модифицированную (аналогично Примеру 1) 2,0% фукоидана - высокомолекулярного полисахарида растительного происхождения, высушенный при 30°С, имеет величину удельной поверхности 180 м²/г, суммарный объем мезо- и макропор - 0,41 см³/г, насыпную плотность 0,77 г/см³. При контакте с водным раствором в объемном соотношении раствор:сорбент, равном 10, в течение 30 минут фукоидан переходит в раствор на 50%.

Пример 4. Сорбент черного цвета, представляющий собой углеродминеральную матрицу с размером гранул 0,2-0,8 мм, модифицированную (аналогично Примеру 1) 3,8% фукоидана - высокомолекулярного полисахарида растительного происхождения, высушенный при 24°С, имеет величину удельной поверхности 166 м²/г, суммарный объем мезо- и макропор - 0,37 см³/г, насыпную плотность 0,75 г/см³. При контакте с водой в объемном соотношении раствор:сорбент, равном 10, в течение 30 минут фукоидан переходит в раствор на 56%.

Пример 5. Сорбент черного цвета, представляющий собой углеродминеральную матрицу (порошок) с размером частиц 0,1 мм, модифицированную (аналогично Примеру 1) 5,0% фукоидана - высокомолекулярного полисахарида растительного происхождения, высушенный при 24°С, имеет величину удельной поверхности 100 м²/г, суммарный объем мезо- и макропор - 0,35 см³/г, насыпную плотность 1,10 г/см³. При контакте с водным раствором в объемном соотношении раствор:сорбент, равном 10, в течение 30 минут фукоидан переходит в раствор на 60%.

Пример 6 (прототип). Углеродминеральный сорбент СУМС-1 черного цвета с размером гранул 0,2-0,8 мм имеет величину удельной поверхности 238 м²/г, суммарный объем мезо- и макропор - 0,48 см³/г, насыпную плотность 0,80 г/см³. Сорбционная активность сорбента по «средним молекулам» (280 нм) - 1,6%, при 254 нм адсорбционной активности не обнаружено.

Прием сорбента интактными животными приводит к увеличению энергетической функции гепатоцитов: наблюдается увеличение объемной плотности митохондрий гепатоцитов - на 8,5%, гликогена - в 2,3 раза по сравнению с контролем.

Прием сорбента животными после термического ожога 3А степени приводит к сохранности гепатоцитов животных: наблюдается увеличение объемной плотности митохондрий на 12,3%, увеличение гликогена в 2 раза по сравнению с контролем.

В связи с тем, что модифицированные сорбенты обеспечивают в среднем выход в биологическую жидкость 50% полисахарида фукоидана, в длительно протекающем эксперименте с изучением образцов печени использовали сорбент по Примеру 2 и сорбент по Примеру 6 - прототип (таблица 1).

Данные по адсорбционной способности сорбентов приведены в таблице 2, которые оценивали спектрофотометрически в отношении сорбции среднемолекулярных пептидов (средних молекул) из сыворотки крови интактных животных, интактных животных, получавших модифицированный сорбент и сорбент по прототипу, при длине волны 254 нм (не ароматические аминокислоты) и длине волны 280 нм (пептиды с ароматическими аминокислотами).

Таблица 1Физико-химические характеристики сорбентов, приведенные в примерах 1-6. Обозначение: S уд., м²/г - удельная поверхность; V пор, см³/г - объем пор; ρ, г/см³ - насыпная плотностьПримерРазмер частиц, ммСодержание фукоидана, %Температура сушки, °СSуд., м²/гV пор, см³/гρ, г/см³Элюация фукоидана в раствор, %Пример 10,2-1,00,5502300,440,7840Пример 20,2-0,81,0402000,420,7848Пример 30,2-1,02,0301800,410,7750Пример 40,2-0,83,8241660,370,7556Пример 50,1-0,25,0241000,351,160Пример 60,2-0,8Прототип 2380,480,80-

Таблица 2Изменение содержания концентрации средних молекул (по оптической плотности D₂₅₄, D₂₈₀) в крови интактных животных (крыс) и интактных животных, получавших сорбенты (М±м)N п/пГруппа животныхКоличество животныхD₂₅₄D₂₈₀1Интактные50,241±0,0220,180±0,0022Интактные + СУМС-1 (по прототипу)50,244±0,0070,176±0,0123Интактные + модифицированный сорбент (по примеру 2)50,220±0,0050,152±0,014* (снижение на 20%)Примечание: * - Р<0,05 по сравнению с группой интактных животных;

При определении среднемолекулярных пептидов при длине волны 280 нм в сыворотке крови интактных животных, получавших эти энтеросорбенты, обнаружено, что только модифицированный сорбент достоверно снижает их концентрацию на 20%.

При изучении структуры гепатоцитов после введения в течение 15 дней энтеросорбентов животным интактной группы было показано возрастание на 28% объемной плотности митохондрий у крыс, получавших модифицированный сорбент, в 3 раза увеличивалась объемная плотность гликогена (таблица 3). При введении СУМС-1 в гепатоцитах было увеличено содержание гликогена в 2,3 раза, увеличение же объмной плотности митохондрий составляло 8,5%.

Таблица 3Результаты морфометрического исследования гепатоцитов крыс, получавших энтеросорбенты СУМС-1 и модифицированный сорбент (М±m) Обозначение: Vv - объемная плотность структур (% от объема цитоплазмы);Исследованные параметрыКонтрольСУМС-1Модифицированный сорбентМитохондрии(Vv)29,2±0,1631,7±1,3237,6±2,16*Гликоген (Vv)10,8±2,1224,8±2,94*32,1±2,37*Примечание: * - отмечены отличия, достоверные относительно соответствующих величин в контроле.

Из таблицы 3 следует, что профилактическое использование сорбентов приводит к повышению энергетической функции гепатоцитов - возрастает объемная плотность митохондрий и гликогена, но показатели по модифицированному сорбенту превосходят показатели по сорбенту - прототипу.

Прием модифицированного сорбента животными после термического ожога 3А степени приводит к сохранности гепатоцитов животных: наблюдается увеличение объемной плотности митохондрий на 19,8%, увеличение гликогена в 2, 5 раза по сравнению с контролем (таблица 4), прием сорбента по прототипу животными после термического ожога 3А степени приводит к меньшей сохранности гепатоцитов животных: наблюдается увеличение объемной плотности митохондрий на 12,3%, увеличение гликогена в 2 раза по сравнению с контролем.

При использовании модифицированного сорбента в послеожоговом периоде была более сохранна ультраструктура гепатоцитов и структура печени в целом. Таким образом, энтеральное использование модифицированного сорбента и сорбента по прототипу в послеожоговом периоде оказывает протективное действие на структуру печени. Более выраженный протективный эффект отмечали при использовании модифицированного сорбента (таблицы 4, 5)

Таблица 4Результаты морфометрического исследования гепатоцитов крыс через 15 суток после ожога кожи (М±m) Обозначение: Vv - объемная плотность структур (% от объема цитоплазмы);Исследованные объектыКонтрольНелеченные животныеОжог + крахмальный гельОжог + СУМС-1 (прототип)Ожог + Модифицированный сорбент (по примеру 2)Митохондрий (Vv)29,2±0,1620,6±1,35*30,5±1,6832,8±3,1235,0±126Гликоген (Vv)10,8±2,12--22,0±5,86*27,5±4,05*Примечание: * - отмечены отличия, достоверные относительно соответствующих величин в контроле.

Таблица 5Сравнительные данные по эффективности влияния модифицированного сорбента и сорбента по прототипу. Обозначение: Vv - объемная плотность структур.СорбентАдсорбционная активность: снижение показателей «молекул средней массы» при:Энергетическая функция гепатоцитов печени интактных животных (сравнение с контролем)Сохранность гепатоцитов после термического ожога (сравнение с контролем) 280 нм254 нмУвеличение Vv митохондрий, %Увеличение Vv гликогенаУвеличение Vv митохондрий, %Увеличение Vv гликогенаПример 2на 20%на 8,7%на 28%в 3 раза19,8в 2,5 разаПрототипНа 1,6%0%на 8%в 2 раза12,3в 2 раза

Таким образом, на основании экспериментальных исследований показано, что модифицированный фукоиданом энтеросорбент нежестко связывает модификатор, и при контакте сорбента с раствором с поверхности в объем раствора переходит до 60% модификатора. При энтеральном приеме модифицированный сорбент вызывает активацию функций клеток, при этом увеличивается энергетическая функция гепатоцитов печени, как основного органа детоксикации. Новый сорбент обладает синергическими свойствами, что подтверждается увеличением адсорбционной активности в отношении «молекул средней массы».

Литературные источники

1. Бородин Ю.И. Лимфатические структуры при токсикозе и сорбентной детоксикации // Морфология. - 2000. - Т.117. - N 3. - С.25

2. Звягинцева Т.Н., Беседнова Н.Н., Елякова Л.А. Структура и иммунотропное действие 1→3;1→6-β-D-глюканов. - Владивосток: Дальнаука. - 2002. - 160 с.

3. Кузнецова Т.А., Шевченко Н.М., Звягинцева Т.Н., Беседнова Н.Н. Биологическая активность фукоиданов из бурых водорослей и перспективы их применения в медицине // Антибиотики и химиотерапия. - 2004. - №5. - С.83-90.

4. Беляков Н.А. Энтеросорбция. Л: Центр сорбционных технологий. - 1991. 328 с.

5. Картель Н.Т. Возможности терапевтического действия медицинских сорбентов на основе активированных углей // Эфферентная терапия. - 1995. - Т.1. - N 4. - С.11-18.

6. Бородин Ю.И., Любарский М.С., Летягин а.ю. и др. Сорбционно-аппликационные и лимфотропные методы в комплексном лечении ожогов. - Новосибирск: СибВО. - 1995. - 142 с.

7. Рачковская Л.Н. Углеродминеральные сорбенты для медицины. - Новосибирск. - 1995. - 300 с

8. Бгатова Н.П., Новоселов Я.Б. Использование биологически активных пищевых добавок на основе природных минералов для детоксикации организма. - Новосибирск: Изд-во «Экор». - 2000 г. - 238 с.

9. Рачковская Л.Н. Способ получения углеродминерального сорбента СУМС-1// Пат. N 2143946. - 1998. - Бюл. N 1. - 2000.

10. Шевченко Н.М., Кусайкин М.И., Урванцева А.М, Имбс Т.И., Корниенко В.Г., Звягинцева Т.Н. Способ комплексной переработки бурых водорослей с получением препаратов для медицины и косметологии // Решение о выдаче патента на изобретение №20031237444/15. Приоритет 28.07.2003. Патент RU 2040816, С1, 2004, с.444-445.

11. Tatiana N. Zvyagintseva, Nataliya M. Shevchenko, Alexander O. Chizhov, Tatiana N. Krupnova, Elena V. Sundukovaa, Vladimir V. Isakov Water-soluble polysaccharides of some far-eastern brown seaweeds. Distribution, structure, and their dependence on the developmental conditions // J. Exp. marine Biol. Ecol. - Vol. - 294. - Issue 1. - 2003. - P.1-13.

Изобретение относится к области пористых материалов, адсорбентов медицинского назначения, носителей ферментов, клеток, лекарственных препаратов, биологически активных веществ Берут углеродминеральный сорбент, которому придают наряду с его детоксицирующими свойствами специфические гепатопротекторные свойства путем нежесткого модифицирования сорбента полисахаридом растительного происхождения - фукоиданом. После низкотемпературной обработки до 50°С сорбент представляет собой гранулы черного цвета с величиной удельной поверхности до 230 м²/г, с содержанием модифицирующего полисахарида до 5 вес.%. Насыпная плотность сорбентов составляет 0,75-1,1 г/см³ в зависимости от гранулометрического состава и содержания модификатора на поверхности сорбента. При контакте сорбента с жидкими средами модификатор - полисахарид фукоидан на 40-60% выходит с поверхности в раствор. Изобретение решает задачу создания эффективного пористого сорбента с гепатопротекторными свойствами на основе высокопрочного углеродминерального сорбента. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Сорбционный материал, содержащий углеродминеральный энтеросорбент с мезо-, макропористой структурой СУМС-1 и модификатор, отличающийся тем, что в качестве модификатора он содержит полисахарид растительного происхождения - фукоидан в количестве 0,5-5,0 вес.%.2. Сорбционный материал по п.1, отличающийся тем, что его насыпная плотность составляет 0,75-1,1 г/см³.