ОРТОСИЛИКАТ МЕГЛЮМИНА, ПОВЫШАЮЩИЙ УСТОЙЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМА К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ, И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C07F7/04 A61P9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области фармацевтической промышленности, а именно к новому биологически активному соединению кремния ортосиликату меглюмина, устойчивому к гидролизу и обладающему новой биологической активностью, не известной для эфиров кремниевой кислоты, а именно повышающему устойчивость организма к физическим нагрузкам.

Уровень техники

Кремний является жизненно необходимым элементом для нормального функционирования организма человека. Он присутствует практически во всех органах и тканях, особенно богата кремнием соединительная ткань; в т.ч. стенки сосудов, т.к. кремний является структурным компонентом в составе мукополисахаридов и их белковых комплексов, образующих матрикс соединительной ткани и определяющих ее механическую прочность, эластичность и упругость. Кремний обеспечивает рост и нормализацию механических свойств соединительной ткани как в период эмбрионального развития, так и при заживлении ран; способствует биосинтезу коллагена и образованию костной ткани; играет существенную роль в метаболических процессах; препятствует отложению холестерина на стенках кровеносных сосудов [М.Г.Воронков, Г.И.3ельчан, Э.Я.Лукевиц. Кремний и жизнь. Биохимия, фармакология и токсикология соединений кремния. - Рига: Зинатне, 1978, 586 с.]. Содержание кремния в органах и тканях организма при различных заболеваниях может значительно снижаться, кроме того, предполагается, что нарушение его обмена может являться причиной целого ряда заболеваний.

Таким образом, создание лекарственных препаратов на основе соединений кремния имеет под собой совершенно определенную биохимическую основу и является актуальной задачей.

Однако предложенные с этой целью в патентах и статьях [RU 2255939, опубл. 10.07.05; Синтез, токсичность и трансдермальная проницаемость глицератов кремния и гидрогелей на их основе // ХФЖ, Т.42, №11, 2008, стр.5-9; Синтез и исследование водорастворимых полиолатов кремния и гидрогелей на их основе // Материалы устных докладов XI школы-конференции по органической химии, 2008, Екатеринбург, стр.221-224; Кремнийорганические глицерогидрогели - новая мазевая основа фармацевтических композиций с широким спектром применения в медицине // Новые лекарственные средства: успехи и перспективы. Под ред. акад. АН РБ И.Б.Абдрахманова. - Уфа: Гилем, 2005, стр.90-91; К вопросу о механизме образования биологически активных глицерогидрогелей на основе глицератов кремния и титана // Новые лекарственные средства: успехи и перспективы. Под ред. акад. АН РБ И.Б.Абдрахманова. - Уфа: Гилем, 2005, стр.92-93; Исследование влияния кремнийорганического глицерогидрогеля на липидный спектр // Новые лекарственные средства: успехи и перспективы. Под ред. акад. АН РБ И.Б.Абдрахманова.- Уфа: Гилем, 2005, стр.175-176] эфиры кремниевой кислоты и глицерина не приемлемы для перорального применения в целях воздействия на функцию сердечно-сосудистой системы и головного мозга, т.к. эти продукты малоустойчивы к гидролизу, в т.ч. в кислом содержимом желудка, в результате чего образуется коллоидная окись кремния, связывающаяся с содержимым кишечника (химусом) и не обеспечивается контролируемое поступление кремния в кровоток и далее в ткани критичных органов (сосудистая система сердца и ЦНС).

Известно применение природных устойчивых органических комплексов кремния, содержащихся в растениях, к примеру, в траве хвоща полевого. Недостатком фитотерапевтического метода является трудность стандартизации процедуры, т.к. содержание «доступного» кремния в траве хвоща очень вариабельно, а сами комплексы не идентифицированы и не могут быть количественно определены, в результате часто либо доза кремния оказывается недостаточной для получения терапевтического эффекта, либо возможно появление токсических эффектов из-за значительного увеличения дозы «доступного» кремния [Д.Йорданов, П.Николов, А.Бойминов. Фитотерапия. Лечение лекарственными травами. - София: Медицина и физкультура, 1968].

В патентах [RU 2382046, опубл. 20.02.10; US 6172250, опубл. 09.01.01; US 6211393, опубл. 03.04.01; FR 2160293, заявл. 18.11.71] предложено использование с терапевтической целью эфиров полиолов и алкилзамещенного кремния, структурно близких к силиконовым полимерам, давно используемым в технике. Такие производные более устойчивы к гидролизу, однако, связь С-Si устойчива к ферментативному расщеплению, эти соединения не встречаются в природе и должны быть отнесены к ксенобиотикам, пероральное применение которых в составе биологически активных добавок недопустимо, а лекарственное применение должно быть строго контролируемым.

Наиболее близки к заявляемому соединению описанные в патенте [RU 2255939, опубл. 10.07.05] глицерогидрогели кремниевой кислоты, предложенные для наружного применения, однако, неизвестно их применение для перорального применения с целью нормализации функции сердечно-сосудистой системы и ЦНС.

Раскрытие изобретения.

Предлагаемый эфир кремниевой кислоты и широко известного в медицине меглюмина (метилглюкозамина) C₁₄H₂₆N₂O₁₀Si не гидролизуется в водных ратворах и в 5%-ной соляной кислоте, в т.ч. при нагреве, чем существенно отличается от известных эфиров кремниевой кислоты. При изучении биологической активности было обнаружено, что при пероральном введении животным в дозах, соответствующих рекомендуемой потребности в кремнии и рекомендованных для применения в составе БАД, патентуемое соединение на 33% (у самок) и 107% (у самцов) увеличивает устойчивость к физическим нагрузкам животных (см. пример 9) без проявления каких-либо токсических эффектов. Подобная физиологическая активность не известна для эфиров кремниевой кислоты, хотя в медицине используют ряд препаратов, повышающих физическую выносливость, при этом наиболее активные препараты амфетаминового ряда имеют ряд побочных эффектов, в т.ч. развитие физической зависимости, а препараты метаболической группы и фитопрепараты увеличивают физическую выносливость в очень небольшой степени [М.Д.Машковский. Лекарственные средства. Пособие для врачей. 15 изд-е. - М.: Новая волна, 2005, стр.122-125], что часто недостаточно для медицинских целей. Заявляемое соединение имеет очень низкую токсичность при пероральном введении практически не удается получить острые токсические эффекты (см. пример 10).

Заявляемое соединение легко получают при нагревании меглюмина с тетраэтоксисиланом до температуры 80-85°С; процесс можно проводить в среде тетраэтоксисилана или безводных алифатических спиртов (метанол, этанол, изопропанол), при этом в среде спиртов реакция завершается быстрее. Наиболее целесообразно использование сухого этанола, т.к. он наименее токсичен и образуется в значительных количествах в качестве побочного продукта при проведении синтеза.

Заявляемый продукт можно перекристаллизовывать из метанола или этанола, при этом физико-химические параметры и элементный состав остаются стабильными, что доказывает индивидуальность полученного эфира. Полученное соединение может найти применение в качестве безопасного средства, повышающего устойчивость организма к физическим нагрузкам, в частности при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, при экстремальных нагрузках в спорте и в условиях военных действий.

Краткое описание чертежей.

На Фиг.1 представлены результаты термического анализа Ортосиликата меглюмина (навеска 197 мг).

На Фиг.2 показан ИК-спектр меглюмина.

На Фиг.3 показан ИК-спектр Ортосиликата меглюмина.

Осуществление изобретения.

Пример 1.

В трехгорлую колбу объемом 2 л, снабженную фторопластовой лопастной мешалкой и термометром, загружают 1 л тетраэтоксисилана (993 г 100%-ного, 4,7665 моль) квалификации «осч»; при включенной мешалке порциями загружают меглюмин в количестве 500 г (2,56 моль); по окончании загрузки суспензию медленно, со скоростью 8-10°С/час, нагревают до 70-75°С и выдерживают в течение 15 часов; внешне суспензия при этом не изменяется.

После окончания выдержки массу охлаждают при перемешивании до 0 - плюс 5°С и фильтруют на стеклянном фильтре с пористой пластиной под вакуумом до полного прекращения стока маточника. Получают 816,9 г пасты, которую сушат сначала на воздухе без нагрева, затем, после удаления большей части растворителя, в вакуумном шкафу при вакууме 0,9 ата и температуре 35-40°С в течение 2-х часов, и затем при температуре 60-65°С до постоянного веса и полного отсутствия характерного запаха тетраэтоксисилана; получают 528,0 г белого порошка с содержанием кремния 6,85%, это соответствует выходу 99,4% от теории. Полученный продукт перекристаллизовывают из сухого этанола, получают продукт с содержанием кремния 6,84%, что соответствует теории.

Элементный анализ:

Вычислено, %: С 40,96, Н 6,38, N 6,82, О 38,97, Si 6,84 Найдено, %: С 40,81, Н 7,02, N 6,65, О 38,68, Si 6,84

Термический анализ (см. Фиг.1):

В области 50-150°С наблюдается незначительная потеря массы, связанная, вероятно, с потерей остаточных количеств растворителей. В области 90-120°С имеется слабовыраженный эндотермический эффект, отвечающий плавлению образца; при 250°С происходит газовыделение с небольшим экзотермическим эффектом; при дальнейшем росте температуры до 340°С наблюдается потеря массы с поглощением тепла. При 340°С образец воспламеняется и выгорает до остаточной массы, примерно соответствующей содержанию кремния 6,84% (остаток - диоксид кремния).

Растворимость:

Очень легко растворим в воде (смешивается неограниченно), но растворяется медленно; образуется истинный раствор, не обладающий светорассеиванием (конус Тиндаля не наблюдается). В ацетоне, хлороформе, бензоле нерастворим. В метаноле растворим, в изопропаноле умеренно растворим, при нагревании растворимость в спиртах возрастает (ГФ XII, стр.92).

ИК-спектр:

В сравнении с исходным меглюмином (Фиг.2) ИК-спектр полученного соединения (Фиг.3) отличается тем, что ряд полос, отвечающих группам (С-O) разных элементов структуры, смещены и не разрешаются, образуя общие широкие полосы. Это характеризует наличие жесткой связанной структуры в ортосиликате меглюмина, препятствующей независимым колебаниям отдельных групп; при этом, очевидно, что атом кремния находится внутри «сэндвича» из двух молекул меглюмина, что и создает стерические препятствия для гидролиза и обуславливает необычную устойчивость полученного соединения в водных средах.

Маточный раствор перегоняют на ректификационной колонне до температуры 155°С в парах над «кубом», в качестве отгона получают 158,0 г сухого этанола.

Пример 2 (этанол, мольное соотношение меглюмин:тетраэтоксисилан = 2:1,1).

В трехгорлую колбу объемом 2 л, снабженную фторопластовой лопастной мешалкой и термометром, загружают 1 л абсолютного этанола, 350 мл тетраэтоксисилана (343,7 г 100%-ного, 1,65 моль) квалификации «осч» и при перемешивании загружают 585,6 г меглюмина (3 моля). Суспензию при интенсивном перемешивании медленно за 5 часов нагревают до 70-75°С и выдерживают в течение 10 часов, затем охлаждают до 0 - плюс 5°С; выдерживают при перемешивании в течение 5 часов и фильтруют. Пасту сушат сначала без нагрева, затем при 65-70°С до постоянного веса и отсутствия запаха тетраэтоксисилана. Получают 552,6 г продукта, что соответствует выходу 88,9% от теории. Содержание кремния 6,77%.

В маточный раствор при перемешивании загружают 350 мл тетраэтоксисилана и 585,6 г меглюмина. Синтез проводят аналогично. Получают 595,5 г продукта или 95,8% от теории. Начиная с третьего синтеза на маточных растворах выход продукта становится количественным; при многократном использовании маточного раствора изменение (ухудшение) качества продукта не выявлено. Периодически из маточного раствора отгоняют избыток этанола (см. пример 1) для поддержания постоянного объема массы.

Элементный анализ:

Вычислено, %: С 40,96, Н 6,38, N 6,82, О 38,97, Si 6,84 Найдено, %: С 40,81, Н 6,53, N 6,78, О 39,11, Si 6,77

Пример 3 (метанол, мольное соотношение меглюмин:тетраэтоксисилан = 2:2,5).

В трехгорлую колбу объемом 2 л, снабженную фторопластовой лопастной мешалкой и термометром, загружают 1 л метанола, 781,2 г (3,75 моль) тетраэтоксисилана квалификации «осч» и при перемешивании загружают 585,6 г меглюмина (3 моля). Синтез, выделение и сушку продукта проводят идентично примеру 2. Получают 484,9 г продукта с содержанием кремния 6,79%, выход 78,0% от теории.

Элементный анализ:

Вычислено, %: С 40,96, Н 6,38, N 6,82, О 38,97, Si 6,84 Найдено, %: С 41,35, Н 6,42, N 6,88, О 38,56, Si 6,79

Пример 4 (изопропанол, мольное соотношение меглюмин:тетраэтоксисилан = 2:1,1).

В трехгорлую колбу объемом 2 л, снабженную фторопластовой лопастной мешалкой и термометром, загружают 1 л изопропанола с влагой 0,01% (перегнанный над изопропилатом магния), 350 мл тетраэтоксисилана (1,65 моль) и при перемешивании 585,6 г меглюмина (3 моля); процесс проводят аналогично примеру 2. Получают 576,91 г продукта с содержанием кремния 6,71%, выход 92,8% от теории.

Элементный анализ:

Вычислено, %: С 40,96, Н 6,38, N 6,82, О 38,97, Si 6,84 Найдено, %: С 41,71, Н 7,01, N 6,70, О 38,87, Si 6,71

Пример 5 (Проведение синтеза при 90°С).

Процесс проводят аналогично примеру 1, но температуру при нагреве поднимают выше 85°С. При 90°С реакционная масса образует ком и блокирует мешалку, дальше синтез проводят без перемешивания, выдерживая при 90°С в течение 10 часов. После охлаждения продукт в колбе образует легко крошащийся конгломерат, его осторожно раздавливают и выгружают на фильтровальную воронку; перед сушкой комки растирают в фарфоровой ступке. Получают 528,1 г продукта с содержанием кремния 6,78%.

Пример 6 (Проведение синтеза при 60°С).

Синтез проводят аналогично примеру 1, но температуру при нагреве поднимают до 60°С и выдерживают при данной температуре в течение 15 часов. Получают 418,0 г продукта с содержанием кремния 4,1%, что соответствует содержанию основного вещества 60,5%. Полученный продукт сильно гигроскопичен и отличается по свойствам от заявляемого вещества.

Пример 7 (Гидролиз в водной среде).

В две конические плоскодонные колбы с магнитными мешалками помещают по 200 мл воды; в первую колбу 10 г ортосиликата меглюмина, полученного в опыте 1, во вторую колбу 10 г глицерата кремния, полученного по примеру 2 из RU 2255939. Колбы закрывают елочными дефлегматорами, включают магнитные мешалки и подогрев, нагревают образцы до слабого кипения и выдерживают в течение двух часов. Образец с раствором ортосиликата меглюмина к концу опыта остается практически прозрачным; в опыте с образцом глицерата кремния образуется большое количество белых хлопьев. Оба образца фильтруют в тиглях с пористым дном, промывают дистиллированной водой сушат и прокаливают в муфельной печи при 500°С. В опыте с ортосиликатом меглюмина получено 0,0011 г оксида кремния; в опыте с глицератом кремния получено 0,80851 г оксида кремния, что соответствует полному гидролизу образца, содержавшего 4,2% кремния.

Пример 8 (Гидролиз в 5%-ной соляной кислоте).

В две конические плоскодонные колбы с магнитными мешалками помещают по 200 мл 5%-ной соляной кислоты (имитация желудочного сока) и по 10 г ортосиликата меглюмина и глицерата кремния (аналогично примеру 7); образцы перемешивают и выдерживают в течение месяца. Образец с ортосиликатом меглюмина за это время остается прозрачным, тогда как глицерат кремния уже при растворении образует белые хлопья. После месяца выдержки образцы фильтруют и прокаливают аналогично синтезу 7. Получают в опыте с ортосиликатом меглюмина 0,0023 г оксида кремния, в опыте с глицератом кремния 0,8998 г оксида кремния, что соответствует полному гидролизу образца в случае глицерата кремния.

Пример 9 (Определение влияния Ортосиликата меглюмина на устойчивость организма к физическим нагрузкам).

Использовано: Тест вынужденного плавания.

Материалы и методы:

Для выявления фармакологической активности Ортосиликата меглюмина проводили тест «отчаяния» или вынужденного плавания, который отражает состояние депрессии животных. Тест представляет собой комбинированный жесткий вид стресса, сочетающий физический и эмоциональный компоненты.

В эксперименте животных всех групп метили водоустойчивой краской и подвергали стрессу - плаванию в бассейне с грузом. Бассейн представлял собой прямоугольный аквариум 80×80×130 см, сделанный из прочного прозрачного оргстекла и закрывающийся сверху сеткой. Уровень воды составлял 30 см. Температура воды - 24°С. После плавания крысы извлекались из бассейна.

Оценкой влияния Ортосиликата меглюмина на скорость развития утомления, т.е. на устойчивость к физическим нагрузкам, служило время плавания животного. Плавание осуществляли с грузом (свинцовый груз на резиновом кольце, прикрепляемый к корню хвоста), равным 7% от веса тела. Животные плавали с грузом до утомления, о котором свидетельствует погружение животного на дно. В этот момент животное быстро извлекали из воды и обсушивали сухим полотенцем. Животные, длительность плавания которых при рандомизации отклонялась от среднего времени плавания на 35%, исключались из эксперимента. Тест «отчаяния» проводили на белых беспородных крысах (производитель лабораторных животных - филиал «Андреевка» Научного центра биомедицинских технологий РАМН) на 7 и 15 дни с момента начала эксперимента (после первого введения препарата). В эксперимент были взяты 4 группы крыс весом 180-200 г по 6 голов в каждой: в контроле 6 самок, 6 самцов и 2 опытные группы: 6 самок и 6 самцов. Водный раствор Ортосиликата меглюмина вводили перорально с помощью внутрижелудочного зонда в дозе 30 мг на 1 кг массы тела животного, ежедневно, в течение 2-х недель.

Особенность данной методики создает условия, в которых работоспособность животных в значительной мере зависит от обеспечения мышечной активности со стороны высшей нервной деятельности. Груз достаточно велик, по сравнению с массой тела, и животные плавают на пределе своих физических возможностей, что рождает у них паническое состояние.

Результаты:

Эксперимент показал, что за 2 недели применения Ортосиликата меглюмина утомляемость крыс уменьшилась по сравнению с аналогичными показателями в контрольных группах в среднем почти в 2 раза, для групп самцов - более чем в 2 раза.

Таблица 1 Время развития утомления у крыс (с) № Контроль Ортосиликат меглюмина фон 7 дн 15 дн фон 7 дн 15 дн Самцы 1 60 85 110 30 200 290 2 65 100 115 100 185 255 3 75 85 125 75 180 300 4 75 120 140 65 210 380 5 85 135 185 55 245 295 6 110 120 210 110 225 320 M±m 78,3±7,26 108±8,44 148±16,7 87,5±10,7 208±10,1 306,6±17,01 Самки 1 75 140 220 120 200 314 2 75 110 180 145 225 270 3 90 110 195 125 215 381 4 105 65 225 55 300 327 5 195 90 250 75 150 195 6 65 60 210 80 165 215 M±m 101±19,7 95,8±12,4 213±9,97 100±14,3 209±21,7 283,6±28,8 Средняя 89,6±10,6 102±7,37 180±13,6 93,8±8,71 208±11,4 295,1±11,5

Пример 10. Острая токсичность препарата Ортосиликат меглюмина.

Для оценки острой токсичности внутрижелудочно и внутрибрюшинно мышам вводили водный раствор Ортосиликата меглюмина.

Материалы и методы:

Острая токсичность изучалась на нелинейных белых мышах самцах массой 19-20 г (Производитель лабораторных животных - филиал «Андреевка» Научного центра биомедицинских технологий РАМЫ) в течение 14 дней при внутрижелудочном (с помощью желудочного зонда) и внутрибрюшинном введении в форме водного раствора Ортосиликата меглюмина в различных дозировках. Оценка острой токсичности производилась по методу Литчфилда и Уилкинсона.

Результаты:

Результаты определения параметров острого токсического действия Ортосиликата меглюмина при внутрибрюшинном и внутрижелудочном способе введения представлены в Таблице 2.

Таблица 2. Токсическое действия препарата Ортосиликат меглюмина Ортосиликат меглюмина LD0 LD16 LD50 LD84 LD100 в/б 420 620 940 (427÷1203) 1400 2100 в/ж - - >7000 - -

Установлено, что LD50 (в/ж)>7000 мг/кг, что позволяет отнести данный препарат к 4 классу опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007-76.

Пример 11. Оценка местного раздражающего действия Ортосиликата меглюмина

Материалы и методы:

Раздражающее действие Ортосиликата меглюмина оценивали на белых беспородных крысах обоего пола, массой 200-220 г в возрасте 2 месяца (Производитель лабораторных животных - филиал «Андреевка» Научного центра биомедицинских технологий РАМН). Препарат вводили животным внутрь в форме водной суспензии в дозе 1/10 от LD50, что соответствовало 94,0 мг/кг.

После введения Ортосиликата меглюмина следили за поведением и реакциями животных. Убой крыс провели через 6; 24 и 48 часов после введения препарата. На каждый срок убоя использовали по 3 крысы.

Результаты:

Визуальный осмотр слизистых оболочек глотки, пищевода, желудка, тонкого и толстого отделов кишечника крыс, получавших препарат в дозе 94,0 мг/кг, не выявил патологических признаков: кровоизлияний, изъявлений и других повреждений пищеварительного тракта.

Таким образом, пероральное введение Ортосиликата меглюмина в дозе 1/10 от LD50 (94,0 мг/кг) не вызывает местного раздражающего действия слизистых оболочек пищеварительного тракта крыс.

Изобретение относится к биологически активным соединениям. Предложено новое соединение ортосиликат меглюмина, обладающее новой биологической активностью, не известной для эфиров кремниевой кислоты, - повышающее устойчивость организма к физическим нагрузкам. Предложены также варианты способа получения ортосиликата меглюмина из меглюмина и тетраэтоксисилана. Технический результат - получено и охарактеризовано новое соединение, устойчивое к гидролизу, которое может найти применение в медицине, а также может быть использовано в качестве биологически активной добавки для компенсации дефицита кремния. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 11 пр.

1. Ортосиликат меглюмина, повышающий устойчивость организма к физическим нагрузкам.

2. Способ получения ортосиликата меглюмина по п.1, включающий взаимодействие меглюмина и тетраэтоксисилана в избытке тетраэтоксисилана при перемешивании при температуре 70-80°С в течение 10-15 ч.

3. Способ получения ортосиликата меглюмина по п.1, включающий взаимодействие меглюмина и тетраэтоксисилана в среде безводного алифатического спирта при температуре 70-85°С и мольном соотношении меглюмин:тетраэтоксисилан = 2:(1,1-2,5)

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве алифатического спирта используют метанол, этапол или изопропанол.