Биокомпозиционный материал на основе природных полисахаридов Российский патент 2024 года по МПК A61L15/28 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к составу биокомпозиционного материала на основе левана и альгината в виде гидрогелевой основы, и может быть использовано в качестве матрицы для включения лекарственных средств и получения раневого покрытия.

Известно много разнообразных покрытий для заживления ран на основе природных или синтетических полимеров с включением лекарственных средств. Такие материалы имеют различную форму и состав. Многие из них включают обезболивающие и противомикробные препараты, витамины, иммуномодуляторы и другие вещества, стимулирующие заживление.

Считается, что наиболее эффективными средствами местного лечения ожогов кожи разной этиологии, трофических длительно-незаживающих язв, пролежней и других поверхностных травм являются гидрогели, обеспечивающие регенерацию тканей в оптимальных умеренно-влажных условиях. Материалы в такой лекарственной форме хорошо прилегают к различным ранам, они безболезненно наносятся и удаляются. Известно, что гидрогели оказывают некролитическое действие за счет регидратации тканей. Все это в совокупности с необходимым составом позволяет ускорять эпителизацию и снижать риск образования рубцов.

Леван является уникальным экзополисахаридом за счет своих физико-химических свойств и биологической активности. Этот полисахарид образует жидкокристаллическую фазу и не образуют гидрогелей. Однако, он способствует увеличению прочности и адгезивности материалов, в состав которых входит. Его можно совмещать с другими полимерами и получать качественно новые материалы. В некоторых работах сообщалось, что леван играет роль в активации металлопротеиназы - ключевого фермента в заживлении тканей.

Альгинаты могут образовывать биосовместимый гидрогель, содержащий большое количество воды. Растворимые лекарственные средства также могут быть включены в состав гидрогеля. Благодаря этим свойствам альгинаты широко используются и изучаются для получения капсул и других биокомпозиционных материалов.

Биокомпозиционные материалы в виде гидрогелей на основе полисахаридов альгината и левана до настоящего времени не были описаны. Однако композиции, имеющие в составе альгинаты или леван, известны давно.

Известна косметическая композиция, влияющая на рост клеток, обладающая увлажняющим действием и уменьшающая раздражение кожи, содержащая полисахарид леван, который синтезирован с помощью фермента, полученного из микроорганизма. Леван получали в виде культуральной жидкости, клетки отделяли центрифугированием или мембраной, осаждали спиртом, высушивали, измельчали и использовали порошок. Исследовали лосьон на основе левана и липидов (JP2003277225, МПК А61К 8/73, А61К 8/9728, A61Q 19/08, А61К 2800/86, опубл. 02.10.2003).

Недостатком композиции является лекарственная форма в виде крема или лосьона, которая может быть случайно легко удалена с поверхности. При использовании такого способа нанесения также не нормируется расход косметического средства, что приводит к сложности оценки результатов.

Известная фармацевтическая композиция для наружного применения, содержащая производное соединение левана в количестве от 0,01 до 5% по массе соединения в расчете на общую массу композиции (KR1020130087262, МПК C07H 3/00, A61K 31/70, A61K 8/60, опубл. 06.08.2013).

Недостатком способа является сложный синтез нового производного левана и его очистки для возможности использования.

С использованием левана в составе известна также фармацевтическая композиция для лечения ран на коже и мягких тканях нижней конечности у больного диабетом, состоящая из водного раствора фактора эпидермального роста (EGF) в количестве от 10 до 1000 мкг/мл и дополнительно содержащая, по крайней мере, один представитель из группы, состоящей из фибронектина, О-рафинозы, левана и полиэтиленимина в количестве от 10 микрограмм до 500 микрограмм на миллилитр. Леван используется в качестве защитного средство для EGF, когда EGF находится в растворе (RU 2289424, A61K 38/18, A61K 38/39, A61K 31/7016, A61K 31/727, A61K 31/7076, A61K 31/352, A61K 31/167, A61K 31/198, A61P 3/10, опубл. 20.12.2006).

Недостатком композиции является неустойчивость терапевтического эффекта из-за неэффективного способа доставки и быстрого разрушения фактора эпидермального роста. При этом материал используется для лечения только диабетической стопы.

Известен способ получения гидрогеля лечебного назначения, включающий получение водного раствора альгината натрия, сшивающего агента и лекарственного средства, отдельно готовят раствор хитозана с концентрацией 4% в 1%-ной уксусной кислоте, выдерживают полученные растворы в течение 10-12 часов, смешивают в соотношении 1:1 (RU 2432954, МПК A61K 31/738, A61K 31/722, A61K 33/06, A61P 43/00, опубл. 10.11. 2011).

Недостатком способа является сложность составления композиции, отсутствие стадии удаления уксусной кислоты, используемой для растворения хитозана.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является гидрогель для получения композиционных материалов с антибактериальной активностью. Изобретение относится к области медицины. Описан материал, содержащий альгинат натрия - 40-90%; кальцийфосфатные наполнители - 10-60%, полученный гидрогель охлаждают до +37°C и при непрерывном перемешивании на оборотах от 500 до 1000 об/мин добавляют порошок ванкомицина в концентрациях 30, 50 и 70 масс. % по отношению к общей массе образца (RU 2632431, МПК A61L 27/12, A61L 27/38, A61L 27/44, A61L 27/58, A61F 2/28, опубл. 04.10.2017).

Недостатком материала является узкая область применения для замещения костно-хрящевых дефектов из-за кальцийфосфатных наполнителей (трикальцийфосфат, брушит, монетит, октакальцийфосфат, тетракальцийфосфат, гидроксиапатит, карбонатгидроксиапатит, фторгидроксиапатит), специфичных для костно-хрящевых структур.

Технический результат заключается в том, что изобретение позволяет получить биокомпозиционный материал с улучшенными физико-механическими свойствами и может применяться в качестве основы для ранозаживляющих материалов.

Сущность изобретения заключается в том, что биокомпозиционный материал на основе природных полисахаридов содержит альгинат натрия, леван, карбонат кальция, глицерин и воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

альгинат натрия 1,9 - 4 леван 0,9 - 2 карбонат кальция 0,1 - 0,2 глицерин 0,4 - 1 вода остальное

В основе создания полимерной формы на основе альгината натрия лежит способность альгинатов к образованию ионотропных гелей в результате взаимодействия с катионами двухвалентных металлов, выступающих в качестве сшивающих агентов, взаимодействуя с карбоксильными группами гулуронатных блоков молекул полисахарида, маннуронатные блоки остаются свободными. Чаще всего для этого используется Ca²⁺. В данном изобретении источником катионов является карбонат кальция CaCO₃. Образование множества поперечных связей между макромолекулами альгината приводит к образованию матрикса, который представляет собой структуру альгинатного гидрогеля.

Леван является одним из немногих природных полисахаридов, которые могут образовывать жидкокристаллическую фазу, он не набухает в воде, что придает ему удивительно низкую характеристическую вязкость. Этот полисахарид обладает высокой адгезионной способностью и применяется в качестве связующего вещества, увеличивая механическую прочность. При этом было показано, что материалы, содержащие в своем составе леван, способствуют ускорению процесса заживления ран и могут обладать невысокой антибактериальной активностью.

Глицерин при производстве лекарственных средств используется как консервант, растворитель, увлажнитель и пластификатор. Глицерин повышает способность материала захватывать воду и придает материалу повышенную эластичность.

Для биокомпозиционного материала на основе природных полисахаридов использован леван, который был получен путем культивирования штамма бактерий Paenibacillus polymyxa ВКМ В-3504Д. Штамм Paenibacillus polymyxa 2020 выделен из осиных сот с последующей селекцией на основе естественного отбора в ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва». Способ получения левана подробно описан в изобретении (RU2740710C1, МПК C12N 1/20, опубл. 20.01.2021).

Способ получения биокомпозиционного материала на основе природных полисахаридов заключается в следующем.

Для получения биокомпозиционного материала леван измельчали на лабораторной мельнице. Альгинат натрия брали в виде порошка.

Сначала изготавливают раствор левана посредством его перемешивания в дистиллированной воде на магнитной мешалке до полного растворения. Туда же добавляют порошок альгината натрия и перемешивают на магнитной мешалке до получения равномерного геля при 50° и 1000 об/мин. Карбонат кальция отдельно перемешивают в растворе с глицерином, а затем вносят в гель полисахаридов. Перемешивают совместно на магнитной мешалке не менее 6 часов. Полученный гель помещают в чашки Петри диаметром 90 мм из полистирола и равномерно распределяют по поверхности. Растворитель медленно выпаривают при комнатной температуре не менее 24 часов. Для получения пленок дополнительно выдерживают в вакуумной печи в течение 48 часов при 40° для удаления следов воды.

Варианты использования мас. % компонентов биокомпозиционного материала на основе природных полисахаридов продемонстрированы в примерах 1-2. Показатели физико-механических и биологических свойств, полученных в примерах, показаны в табл. 1.

По сравнению с известным решением предлагаемый способ позволяет получить биокомпозиционный материал с улучшенными физико-механическими свойствами и может применяться в качестве основы для ранозаживляющих материалов.

Пример 1

В стакан с водой объемом 48,2 мас. % при перемешивании засыпают 1 мас. % левана и 2 мас. % альгината натрия и оставляют до получения равномерного полимерного раствора. В другой стакан с водой объемом 48,2 мас. % при перемешивании вносят 0,1 мас. % карбонат кальция и 0,5 мас. % глицерина. При получении равномерных растворов соединяют и оставляют перемешиваться не менее 6 часов. Полученную массу выкладывают в полистирольные чашки Петри диаметром 90 мм и выдерживают в ней не менее 24 часа при комнатной температуре на воздухе до достижения формоустойчивости гидрогеля, которое определяют визуальным осмотром.

Внешний вид биокомпозиционного материала на основе природных полисахаридов по примеру 1 отображен на фиг. 1.

Пример 2

В стакан с водой объемом 46,4 мас. % при перемешивании засыпают 2 мас. % левана и 4 мас. % альгината натрия и оставляют до получения равномерного полимерного раствора. В другой стакан с водой объемом 46,4 мас. % при перемешивании вносят 0,2 мас. % карбоната кальция и 1 мас. % глицерина. При получении равномерных растворов соединяют и оставляют перемешиваться не менее 6 часов. Полученную массу выкладывают в полистирольные чашки Петри диаметром 90 мм и выдерживают в ней не менее 24 часа при комнатной температуре на воздухе до достижения формоустойчивости гидрогеля, которое определяют визуальным осмотром.

Внешний вид биокомпозиционного материала на основе природных полисахаридов по примеру 2 отображен на фиг. 2.

Изобретение создано за счет средств Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (соглашение № №16320ГУ/2021 от 20.05.2021).

Таблица 1 Физико-механические свойства Примеры 1 2 Толщина, мм 15 20 Водопоглощение, % 121,5±2,5 225,9±9,5 Зона задержки роста St. aureus 3,0±1,0 3,5±1,0

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к составу биокомпозиционного материала на основе левана и альгината в виде гидрогелевой основы, и может быть использовано в качестве матрицы для включения лекарственных средств и получения раневого покрытия. Предлагаемый биокомпозиционный материал характеризуется тем, что состав компонентов для его изготовления содержит альгинат натрия, леван, карбонат кальция, глицерин и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: альгинат натрия - 1,9-4; леван - 0,9-2; карбонат кальция - 0,1-0,2; глицерин - 0,4-1; вода – остальное, при этом используется леван, который получен путем культивирования штамма бактерий Paenibacillus polymyxa ВКМ В-3504Д. Биокомпозиционный материал обладает улучшенными физико-механическими свойствами и может применяться в качестве основы для ранозаживляющих материалов. 2 ил., 1 табл., 2 пр.

Биокомпозиционный материал на основе природных полисахаридов, состав компонентов для изготовления которого содержит альгинат натрия, леван, карбонат кальция, глицерин и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

альгинат натрия 1,9-4 леван 0,9-2 карбонат кальция 0,1-0,2 глицерин 0,4-1 вода остальное,

при этом используется леван, который получен путем культивирования штамма бактерий Paenibacillus polymyxa ВКМ В-3504Д.