ПОРИСТЫЙ СОРБЕНТ С ХРОНОТРОПНЫМИ СВОЙСТВАМИ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ Российский патент 2016 года по МПК B01J20/08 B01J20/22 

Изобретение относится к области пористых материалов, адсорбентов, в том числе и для медицинского назначения, косметологии, ветеринарии, для использования в качестве носителей для лекарственных препаратов, ферментов, клеток, различных биологически активных веществ, а также для решения экологических задач.

Сорбенты на основе оксида алюминия, который сам по себе является механически прочным пористым сорбентом, нашли применение в медицине. Например, это углеродминеральный сорбент, представляющий собой гранулы оксида алюминия, модифицированные углеродом, распределенным равномерно по диаметру гранулы в ее пористом пространстве. Мезо-, макропористая структура углеродминерального сорбента, гидрофильно-гидрофобная природа центров на его поверхности обеспечивают достаточно высокие адсорбционные свойства сорбента в отношении средне- и высокомолекулярных соединений, микробных клеток. Углеродминеральный сорбент нашел применение в медицине как гемосорбент и энтеросорбент. Однако технология его получения энергоемка (требует высоких температур до 800°C) и экологически небезопасна [1]. Наиболее близким к заявляемому по своим характеристикам является сорбент с улучшенными органолептическими свойствами (сорбент белого цвета) на основе оксида алюминия и модифицирующего компонента - кремнийорганического соединения полиметилсилоксана (ПМС), который равномерно распределен по грануле сорбента в виде фрагментов определенного размера, создающих гидрофобные центры на поверхности оксида алюминия. Сорбент характеризуется достаточно высокими сорбционными свойствами, в меньшей степени, по сравнению с углеродминеральным сорбентом, травмирует элементы крови. Благодаря своим улучшенным органолептическим характеристикам сорбент характеризуется более высокими потребительскими качествами как детоксицирующее средство [2]. Недостатком сорбента является отсутствие специфической направленности действия сорбента.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания пористого сорбента на основе оксида алюминии и кремнийорганического соединения полиметилсилоксана с приданием сорбенту, наряду с его детоксицирующими свойствами, хронотропной активности, связанной с регуляцией суточных ритмов. Эти эффекты можно достичь путем иммобилизации на поверхности сорбента гормона эпифиза мелатонина с последующим его высвобождением с поверхности сорбента при его контакте с жидкой средой организма, например, при энтеральном приеме внутрь. Эти эффекты особенно важны для человека в условиях проживания и вахтового труда в Сибири, в Приполярных районах, при ночном освещении городов, при перемещениях с большими скоростями через несколько часовых поясов. Активная деятельность в условиях круглосуточного и искусственного освещения меняет привычный ритм жизни, приводят к рассогласованию функций организма во времени и развитию десинхроноза, развитие которого связывают с нарушением синтеза мелатонина, синтезирующегося в нормальных условиях в организме только в ночное время. Десинхроноз сопровождается симптомами дневной усталости, снижением бдительности, нарушением цикла сна и бодрствования, развитием аффективных расстройств, сердечно-сосудистых патологий, заболеваний печени и желудочно-кишечного тракта. Имеются данные, что нарушения секреции мелатонина предшествуют развитию сахарного диабета (СД) 2-го типа. Действуя через рецепторы МТ1 и МТ2 на функцию клеток островков поджелудочной железы, мелатонин обеспечивает синхронизацию секреции инсулина с чередованием светлого и темного времени суток [3-7]. Приведенные выше данные свидетельствуют о большой важной роли мелатонина в организме и необходимости его восполнения при десинхронозах. С этой точки зрения эффективным способом доставки мелатонина в организм может быть использование сорбента с иммобилизованным на его поверхности мелатонином. При этом сорбент выступает как в роли носителя для пролонгированной доставки мелатонина в зону терапевтического воздействия, так и для связывания на своей поверхности различных токсических агентов и выведения их из жидких сред, тем самым снижая нагрузку на печень.

Поставленная задача решается совместным или последовательным модифицированием поверхности оксида алюминия кремнийорганическим полимером полиметилсилоксаном и мелатонином из водного или органического раствора. После кратковременной низкотемпературной обработки - это белого цвета порошок, округлые гранулы с размером частиц от 40 мкм до 1 мм с величиной удельной поверхности до 250 м²/г. Модифицирующий полимер - до 3%. Содержание мелатонина до 2 мг/г сорбента.

Получаемый сорбент с иммобилизованным мелатонином имеет мезо-, макропористую структуру с преимущественным размером пор 10-100 нм, поверхность характеризуется набором гидрофильных участков за счет матрицы оксида алюминия и гидрофобных участков за счет кремнийсодержащего полимера, что создает условия для многоточечного связывания различных средне- и высокомолекулярных токсических агентов на поверхности сорбента и последующего их выведения из организма естественным путем, что и обеспечивает детоксицирующий эффект. Сорбент имеет достаточную сорбционную емкость по метиленовому голубому, используемому в качестве маркера токсических агентов. Заданные параметры структуры и химической природы поверхности создают возможность высвобождения гормона мелатонина с поверхности и его действия как хронотропного фактора как в объеме, так и на поверхности, что позволяет добиться эффекта «протезирования» мелатонинпродуцирующей функции эпифиза.

Предлагаемый сорбент может использоваться для энтерального приема как для профилактики, так и лечения различных патологических состояний, как диабет, ожирение, алкоголизм, психоэмоциональные расстройства, связанные как с заболеванием, так и возрастными изменениями, требующих тонкой корректировки жизнедеятельности организма, его гормонального фона. Сорбент может быть использован и для аппликационного применения в медицине. Учитывая особенности метаболизма мелатонина, его высокую липофильность, обеспечивающие его быстрое проникновение через мембраны клеток в другие биологические среды, а также возможность его постепенного высвобождения с поверхности, делают перспективным использование сорбента с иммобилизованным мелатонином в качестве составной части сложных медицинских изделий, например аппликационных салфеток, косметологических средств для устранения дефектов кожи, в качестве основы для лечебных кремов.

Сущность изобретения иллюстрируется примерами и таблицей.

Пример 1.

Сорбент белого цвета, представляющий собой оксид алюминия с размером частиц 40 мкм, модифицированный кремнийорганическим полимером полиметилсилоксаном в количестве 0,4% вес. и мелатонином в количестве 2 мг/г сорбента, имеет величину удельной поверхности 99,7 м²/г с объемом мезо-, макропор 0,20 см³/г, насыпную плотность 1,1 г/см³. Величина pH водной вытяжки с сорбента 7,8. Сорбционная емкость по отношению к метиленовому голубому 23,4 мг/г сорбента. При контакте сорбента с водой в соотношении 1:100 при периодическом круговом перемешивании в течение 30 мин в раствор выходит 34% мелатонина, через 60 мин 40,7%, через 90 мин 42,8%. Спектрофотометрически подтверждено, что характерные длины волн спектра исходного раствора мелатонина и высвободившегося с поверхности сорбента идентичны (223, 278 нм), что подтверждает сохранность свойств мелатонина в иммобилизованном состоянии.

Пример 2.

Сорбент белого цвета, представляющий собой оксид алюминия с размером частиц 0,1 мм, модифицированный кремнийорганическим полимером полиметилсилоксаном в количестве 1,0% вес. и мелатонином в количестве 1,0 мг/г сорбента, имеет величину удельной поверхности 98,5 м²/г с объемом мезо-, макропор 0,25 см³/г, насыпную плотность 0,93 г/см³. Водная вытяжка с сорбента 7,6. Сорбционная емкость по отношению к метиленовому голубому 20,3 мг/г сорбента. При контакте сорбента с водой в соотношении 1:100 при периодическом круговом перемешивании в течение 30 мин в раствор выходит 29% мелатонина, через 60 мин 37%, через 90 мин 41%. Спектрофотометрически подтверждено, что характерная длина волны спектра исходного раствора мелатонина и высвободившегося с поверхности сорбента идентична (223, 278 нм), что подтверждает сохранность свойств мелатонина в иммобилизованном состоянии.

Пример 3.

Сорбент белого цвета, представляющий собой оксид алюминия с размерами округлых частиц 0,2-1,0 мм, модифицированный кремнийорганическим полимером в количестве 3% вес. и мелатонином (содержание мелатонина 0,5 мг/г сорбента), имеет величину удельной поверхности 180 м²/г с объемом мезо-, макропор 0,33 см³/г, насыпную плотность 0,7 г/см³. Величина pH водной вытяжки с сорбента 7,5. Сорбционная емкость по отношению к метиленовому голубому 18 мг/г сорбента. При контакте сорбента с водой в соотношении 1:100 при периодическом круговом перемешивании в течение 30 мин в раствор выходит 25% мелатонина, через 60 мин 29,6%, через 90 мин 33%. Спектрофотометрически подтверждено, что характерная длина волны спектра исходного раствора мелатонина и высвободившегося с поверхности сорбента идентична (223, 278 нм), что подтверждает сохранность свойств мелатонина в иммобилизованном состоянии.

Пример 4.

Сорбент белого цвета, представляющий собой оксид алюминия с размером частиц 40 мкм, модифицированный кремнийорганическим полимером в количестве 0,2% вес. и мелатонином (содержание мелатонина 1,5 мг/г сорбента), имеет величину удельной поверхности 102 м²/г с объемом мезо-, макропор 0,20 см³/г, насыпную плотность 1,08 г/см³. Величина pH водной вытяжки с сорбента 7,9. Сорбционная емкость по отношению к метиленовому голубому 22,9 мг/г сорбента. При контакте сорбента с водой в соотношении 1:100 при периодическом круговом перемешивании в течение 30 мин в раствор выходит 35% мелатонина, через 120 мин 61%, через 180 мин 65%. Спектрофотометрически подтверждено, что характерные длины волн спектра исходного раствора мелатонина и высвободившегося с поверхности сорбента идентичны (223, 278 нм), что подтверждает сохранность свойств мелатонина в иммобилизованном состоянии.

Образец сорбента по примеру 4 использовали в экспериментальном исследовании на 45 мышах с генетически детерминированным развитием диабета 2 типа и ожирения (BKS. Cg-Dock7^м + / + Lерr^дБ / Фенотип для 000642) в возрасте 8 недель. Сорбент с иммобилизованным мелатонином (содержание мелатонина 1,5 мг/г сорбента) вводили в дозе 0,665 г на 1 кг массы животного внутрижелудочно через зонд 1 раз в день в течение 2-х месяцев (56 суток). При этом вводимую дозу препарата готовили в виде взвеси в 200 мкл дистиллированной воды (доза сорбента 0,0133 г содержит 0,02 мг мелатонина). Группе «плацебо» вводили через зонд 200 мкл дистиллированной воды без сорбента.

В результате эксперимента и после декапитации животных проводили оценку структурных изменений в печени животных с моделью экспериментального ожирения и сахарного диабета 2 типа, получавших сорбент с гормоном эпифиза мелатонином и без него (группа «плацебо»). Были приготовлены препараты печени для гистологической оценки обеих групп.

Гистологическая оценка препаратов печени мышей с генетически детерминированным развитием диабета 2 типа и ожирения (BKS. Cg-Dock7^м + / + Lерr^дБ / J) группы «плацебо» выявила дилятацию междольковых сосудов (артерий, вен, лимфатических сосудов, расширение желчных протоков (рис. 1), поддольковых вен, центральных вен. Эти изменения сопровождаются отечностью междольковых соединительно-тканных прослоек. Внутридольковые синусоидные капилляры также расширены, отмечается стаз эритроцитов. По-видимому, такие перестройки являются проявлением микроангиопатии - поражения мелких сосудов при диабете 2 типа.

Морфологические изменения свидетельствуют о развитии нарушения лимфотока и кровообращения в системе приносящих сосудов, кровеносных капилляров внутри печеночных долек и в системе оттока крови от печеночных долек, а также затруднении дренажа желчи. Неолимфоидные образования - вторичные лимфоидные узелки - отсутствуют. Цитоплазма паренхиматозных клеток печени имеет измененное сродство к красителям из-за развития дистрофических изменений в гепатоцитах. Наблюдается преимущественно белково-вакуольная дистрофия и различной степени выраженное (в различных участках печеночных долек) накопление липидных капель в цитоплазме гепатоцитов. Многие гепатоциты лишены ядер или имеют сморщенные ядра (картины кариопикноза, кариолизиса, кариорексиса), что может быть следствием дистрофии и апоптоза. В отдельных ядрах гепатоцитов выявляются перстневидные округлые образования, формирующиеся вследствие переполнения ядер гепатоцитов гликогеном. Обращает внимание уменьшение количества полиплоидных гепатоцитов. Исследование влияния сорбента с иммобилизованным мелатонином на развитие морфофункциональных изменений в печени у мышей (BKS. Cg-Dock7^м + / + Lерr^дБ / J) с генетически детерминированным развитием ожирения и сахарного диабета 2 типа показало (рис. 2), что в печени животных, получавших препарат с мелатонином, выявлено улучшение кровообращения и лимфотока. Это касается как междольковых артерий и вен, так и центральных вен, интерстициальных пространств и лимфатических пространств Малла. Внутридольковые кровеносные капилляры сужены и нередко содержат в просвете сладжированные эритроциты. Хотя отмечается развитие дистрофических изменений в цитоплазме гепатоцитов и в некоторых участках печеночных долек встречаются гепатоциты, содержащие липидные капли и гликогеноз ядер гепатоцитов, но степень этих изменений менее выражена, по сравнению с группой «плацебо». Цитоплазма большинства паренхиматозных клеток печени имеет нормальное сродство к красителям и содержит базофильные ядра округлой формы. Встречаются отдельные фигуры митотического деления клеток. Выявляется большое количество двуядерных гепатоцитов, что свидетельствует об усилении полиплоидизации паренхиматозных клеток и усилении регенераторного потенциала паренхимы органа. Наибольшее количество диплокариоцитов располагается в камбиальных зонах печеночных долек. Исследование показало, что введение препарата приводит в печени к улучшению структурно-функциональных показателей гемоциркуляции и лимфотока, состояния интерстиция и паренхиматозных клеток. Появление митозов и большого количества полиплоидных двуядерных гепатоцитов свидетельствует об усилении регенераторного потенциала паренхимы органа при введении препарата.

Таким образом, приведенные в примерах данные о физико-химических свойствах сорбентов с иммобилизованным мелатонином показали пролонгированность высвобождения мелатонина с поверхности сорбента при контакте с жидкой средой и сохранность детоксицирующих функций сорбента. Экспериментальное исследование на животных показало, что внутрижелудочное введение препарата мелатонина, иммобилизованного на поверхности сорбента, мышам с генетически детерминированным развитием диабета 2 типа и ожирения (BKS. Cg-Dock7^м + / + Lерr^дБ / J) приводит к улучшению морфофункционального состояния печени - к улучшению структурно-функциональных показателей гемоциркуляции и лимфотока, состояния интерстиция и паренхиматозных клеток. Хронотропные свойства сорбента с иммобилизованным мелатонином обусловлены синергизмом действия мелатонина, доставляемого в зону терапевтического действия носителем - сорбентом - и его детоксицирующим эффектом.

Источники информации

1. Рачковская Л.Н. Углеродминеральные сорбенты для медицины. - Новосибирск: Изд. СО РАСХН. - 1996. - 235 с.

2. Патент РФ N 2094116. Бюлл. №2, 1997.

3. Mühlbauer E, Peschke E. Evidence for the expression of both the MT1- and in addition, the MT2-melatonin receptor, in the rat pancreas, islet and beta-cell. J Pineal Res. 2007; 42 (1): 105-6.

4. Патент РФ №2418586. Бюлл. №14, с. 13, 2009

5. Мичурина С.В., Ищенко И.Ю., Белкин А.Д., Шурлыгина А. Печень крыс Вистар в условиях сочетанного влияния алкогольной интоксикации и нарушенного светового режима и после коррекции мелатонином. Вестник лимфологии. - №2.- 2008. - С. 36.

6. Мичурина С.В., Бородин Ю.И., Бочкарева А.Л., Белкин А.Д., Бочкарев И.Г. Влияние мелатонина на сосуды, тканевую несосудистую микроциркуляцию и желтые тела яичников животных, подвергавшихся воздействию высокой температуры. Кардиолог. - 2011. - №4. - С. 64-71.

7. Бородин Ю.И., Труфакин В.А., Мичурина С.В., Шурлыгина А.В. Структурно-временная организация печени, лимфатической, иммунной, эндокринной систем при нарушении светового режима и введении мелатонина. Монография. - Новосибирск: Издательский дом «Манускрипт», 2012. - 208 с.

Изобретение относится к области адсорбентов медицинского назначения. Описан пористый сорбент с хронотропными свойствами на основе кремнийсодержащего оксида алюминия. Хронотропность достигнута путем иммобилизации гормона эпифиза мелатонина в количестве до 2 мг/г на поверхности кремнийсодержащего оксида алюминия. Иммобилизованный гормон высвобождается с поверхности сорбента при контакте с биологической тканью организма. Изобретение обеспечивает высокую эффективность сорбента с хронотропными свойствами при экспериментальном исследовании на мышах с генетически детерминированным развитием диабета 2 типа и ожирения. Сорбент проявляет выраженные лимфотропные и гепатопротекторные свойства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 4 пр.

1. Пористый сорбент на основе оксида алюминия, содержащего мезо- и макропоры, и кремнийорганического компонента - полимера полиметилсилоксана, отличающийся тем, что модифицирующим компонентом является гормон эпифиза мелатонин с содержанием до 2 мг/г сорбента, при этом содержание кремнийорганического полимера полиметилсилоксана составляет не выше 3%.

2. Сорбент по п. 1, отличающийся тем, что насыпная плотность сорбента составляет от 0,7 до 1, 1 г/см³ в зависимости от гранулометрического состава.