СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОГЕЛЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИАКРИЛАМИДА, ХИТОЗАНА И ПОЛИОКСОМЕТАЛЛАТА { Мо} Российский патент 2024 года по МПК C08L5/08 C08L33/26 C08J3/02 

Изобретение относится к способу получения гидрогелей и может быть использовано в качестве платформы для пролонгированного рилизинга биоактивных веществ, что может быть применено в медицинской промышленности.

Известен способ получения гидрогеля на основе 2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолина (MPC, 97%), 2-гидроксиэтилметакрилата (HEMA, 97%), 2,2'-азобис (2-метилпропионитрил) (AIBN, 98%), растворенных в воде наночастиц кремния, функционализированных APTES (ASNP, 30 нм), и N,N'-дициклогексилкарбодиимида (DCC, 99%). [Веб-ресурс: https://web.archive.org/web/20231124061008/https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.biomac.0c00347, дата публикации: 26.03.2019 г.]

Недостатком известного технического решения является невозможность рилизинга из данного гидрогеля при физиологических значениях рН в организме человека, так как указанный гидрогель высвобождает инкапсулированные вещества при существенно более низком значении рН, следовательно, данный гидрогель невозможно использовать для инъекции человеку с целью пролонгированного рилизинга лекарственных средств в различных тканях организма.

В качестве прототипа выбран способ получения гидрогеля на основе полиоксометаллата {Мо₁₅₄} тороидальной конфигурации, полиэтиленгликоля, фукнционализированного дибензальдегидом, и хитозана. [Веб-ресурс: https://web.archive.org/web/20231124054308/https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202007761, дата публикации: 11.08.2021 г.]

Недостатками прототипа являются: ограничение природы лекарства (биоактивного соединения), которое должно контролируемо высвобождаться из гидрогеля, только катионными формами препаратов, так как в основе механизма рилизинга лежит процесс декомпозиции отрицательно заряженного полиоксометаллата (ПОМ) тороидальной формы {Mo₁₅₄}, который электростатически связан с биоактивным веществом в катионной форме; при этом, деструкция ПОМ в указанном гидрогеле протекает при слабо-кислотном значении рН (6.2-5.5), что не позволяет использовать данный гидрогель для подкожного введения через инъекцию человеку с целью создания условий для пролонгированного рилизинга биоактивных веществ, т.к. у большинства тканей и крови человека значение рН=7.4, а при таком рН гель на основе {Mo₁₅₄} имеет крайне низкий уровень рилизинга (40 %). Кроме того, относительно небольшое время (300 мин), за которое происходит рилизинг биоактивных веществ, также снижает эффективность полученной платформы на основе {Mo₁₅₄} для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении арсенала способов получения веществ, являющихся платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул различной природы (катионные, анионные, неионогенные).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке эффективного способа получения гидрогеля, состоящего из полиакриламида заданной молекулярной массы (синтезированного в условиях фотополимеризации в присутствии биосовместимого радикального инициатора), хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂} со структурой кеплерата, являющегося эффективной платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Способ получения гидрогеля на основе полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂} включает этапы, при выполнении которых:

- осуществляют синтез полиакриламида, реализованный рядом следующих этапов, на которых:

- растворяют акриламид в воде при температурном воздействии;

- добавляют водный раствор рибофлавина и гексан;

- облучают смесь ультрафиолетом в течение двух часов;

- после облучения сливают гексан и получают реакционную массу;

- реакционную массу растворяют в воде, после чего фильтруют и разводят раствор фильтрата;

- осуществляют синтез гидрогеля рядом следующих этапов:

- готовят первый стоковый раствор, для чего смешивают водный раствор полиакриламида и водный раствор полиоксометаллата кеплератного типа {Мо₁₃₂};

- после смешения первого стокового раствора его обрабатывают ультразвуком;

- готовят второй стоковый раствор, для чего смешивают хитозан, воду и уксусную кислоту, после чего смесь гомогенизируют;

- добавляют модельное биоактивное вещество;

- смешивают первый и второй стоковые растворы;

- полученную смесь стоковых растворов обрабатывают ультразвуком;

- затем добавляют водный раствор глутарового диальдегида до достижения мольного соотношения глутаровый диальдегид:хитозан = 7.42:1;

- обрабатывают полученную смесь ультразвуком.

Облучение смеси для получения полиакриламида заданной молекулярной массы осуществляется с помощью ультрафиолета в течение двух часов за счет ультрафиолетовых излучателей, что обеспечивает ее полимеризацию. Облучение смеси могут производить ультрафиолетовыми лампами, эритемными лампами, ртутной газоразрядной лампой или иными источниками ультрафиолетового излучения. Количество и энергетическая освещенность ультрафиолетовых излучателей может быть различным. При этом, для дополнительного повышения эффективности способа получения гидрогеля, состоящего из полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂}, являющегося эффективной платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул, облучение смеси может быть произведено двумя излучателями. Также, для дополнительного повышения эффективности способа, энергетическая освещенность от каждого излучателя может составлять 3150 Вт/см².

Реакционную массу могут фильтровать при помощи целлюлозы, ацетата целлюлозы, нитроцеллюлозы и восстановленной целлюлозы, керамических или углеродных или стекловолоконных материалов, поливинилиденфторида и поливинилиденхлорида, полипропилена, полисульфона и полиэфирсульфона. При этом, для дополнительного повышения эффективности способа получения гидрогеля в качестве фильтра может быть использован пористый фильтр из спеченного стекла с размером пор от 16 до 40 мкм.

Добавление флуоресцентного модельного биоактивного вещества обеспечивает возможность осуществления мониторинга кинетики рилизинга потенциального лекарственного средства из гидрогеля. В качестве биоактивного вещества могут использовать антибиотики (тетрациклин и др.), противораковые препараты (доксорубицин и др.), гормональные препараты, анестетики и пр. При этом, для дополнительного повышения эффективности способа получения гидрогеля, состоящего из полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂}, являющегося эффективной платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул, в качестве модельного биоактивного вещества могут использовать комплекс европия с лигандом.

Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, позволяющих получить гидрогель на основе полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂}.

Получаемый гидрогель представляет собой взаимо-полупроникаемые сетки. Одна из сеток состоит из макромолекул хитозана, сшитых ковалентно глутаровым диальдегидом, а вторая представляет собой полиакриламид высокой молекулярной массы, который запутан в хитозановой сетке за счет использования динамического линкера – полиоксометаллата (ПОМ) кеплератного типа {Мо₁₃₂}.

Благодаря тому, что полиоксометаллат (ПОМ) является многозарядным макроанионом, который электростатически связывает цепочки хитозана, а также используемому подходу введения ПОМ в среде полиакриламида (ПААм), это создает преорганизованную структуру полимерного компонента, в которой ПААм ассоциирован с ПОМ за счет слабых межмолекулярных взаимодействий. В результате, после смешения ПААм, ПОМ и хитозана, с последующей сшивкой образованной гибридной системы молекулами глутарового диальдегида, происходит формирование взаимо-полупроникаемых сеток. Набухание такой сетки опосредовано рН-зависимой деструкцией ПОМ в физиологических условиях. В результате, по мере деструкции ПОМ, повышается мобильность цепей макромолекул, что, в свою очередь, улучшает обмен между внешней средой и содержащимися в геле гостевыми молекулами. В качестве таких гостевых молекул могут выступать лекарственные водорастворимые препараты в катионной, анионной или неионогенной формах.

Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в разработке эффективного способа получения гидрогеля, состоящего из полиакриламида заданной молекулярной массы (синтезированного в условиях фотополимеризации в присутствии биосовместимого радикального инициатора), хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂} со структурой кеплерата, являющегося эффективной платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул, тем самым расширяя арсенал веществ, являющихся платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул.

Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники не известны способы получения гидрогеля на основе полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂}, включающие описанные выше этапы.

Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующими фигурами.

Фиг. 1 - График, характеризующий зависимость изменения скорости рилизинга (биоактивного вещества) БАВ в зависимости от типа используемого гидрогеля (1-8) и температуры.

Фиг. 2 - График, характеризующий зависимость изменения скорости рилизинга БАВ в зависимости от типа используемого гидрогеля (1-8) и температуры.

Фиг. 3 - График, характеризующий максимальную величину рилизинга БАВ в зависимости от типа используемого гидрогеля (1-8).

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.

Синтез гидрогеля на основе полиакриламида (ПААм), хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂} осуществляют следующим образом.

Этап синтеза биосовместимого ПААм заданной молекулярной массы осуществляют в условиях фотополимеризации ультрафиолетом с длиной волны излучения 365 нм из мономера – акриламида (АА) и биосовместимого фотоинициатора – рибофлавина (РбФ).

Для этого в стеклянной пробирке растворяют 0,75 г АА в 1 мл воды при нагреве пробирки до 100 °С на плитке. Затем 1 мл свежеприготовленного насыщенного водного раствора рибофлавина (0.06 г/л) добавляют к раствору АА и гомогенизируют.

Затем сверху приливают 3 мл гексана, закрывают пробирку и облучают источником ультрафиолетового (УФ) излучения, длина волны которого составляет 365 нм, в течение 2 часов. Источник УФ излучения состоит из двух УФ-модулей, энергетическая освещенность от каждого модуля составляет 3150 Вт/см². В процессе облучения установку охлаждают потоком воздуха. После полимеризации сливают слой гексана, а оставшийся полимер промывают водой. Полученный полимер представляет собой плотную массу, которую растворяют в 50 мл кипящей воды в течение 4-5 часов.

Затем раствор очищают с помощью вакуумной фильтрации на стеклянном фильтре, после чего фильтрат доводят до 50 мл в мерной колбе при комнатной температуре. Для полученного раствора ПААм определяют концентрацию полимера (6,35 г/л) и молекулярную массу на основе измерения вязкости серии разбавленных полимерных растворов. Молекулярная масса ПААм составляет 6 МДа.

Этап синтеза гидрогеля состоит из смешения первого стокового раствора (СР-1), второго стокового раствора (СР-2) и глутарового диальдегида (ГДА). Для этого отдельно готовят СР-1, СР-2 и смешивают их с ГДА.

Для приготовления СР-1, к 5 мл водного раствора ПААм добавляют 100 мкл водного раствора, содержащего 2 мг полиоксометаллата (ПОМ) {Mo₁₃₂}=(NH₄)₄₂[Mo^VI₇₂Mo^V₆₀O₃₇₂(CH₃COO)₃₀(H₂O)₇₂]·(~300H₂O)·(~10CH₃COONH₄). Затем полученный раствор обрабатывают ультразвуком в течение 5 мин.

Для приготовления СР-2 40 мг хитозана растворяют в 2,5 мл воды, подкисленной 57 мкл уксусной кислотой (ледяной). После раствор гомогенизируют с использованием вибрационного шейкера. Затем 2,5 мл воды (содержащей флуоресцентную метку в качестве БАВ) добавляют к раствору хитозана после чего обрабатывают ультразвуком в течение 5 мин. В качестве модельного БАВ (флуоресцентной метки) выбирают комплекс европия с лигандом (2,2',2'',2'''-(((((4-(2-фторфенил)-[2,2'-бипиридин]-6-ил)метил)азандиил)бис(этан-2,1-диил))бис(азан-триил))тетрауксусная кислота). Комплекс находится в анионной форме и позволяет проводить мониторинг процесса рилизинга с помощью флуориметрии.

Для формирования гидрогеля СР-1 покапельно добавляют к СР-2 в процессе перемешивания, после чего полученную смесь подвергают обработке ультразвуком в течение 5 мин. Затем добавляют 50% водный раствор ГДА до достижения мольного соотношения ГДА:хитозан(мономер) =7.42:1. Затем полученный раствор обрабатывают ультразвуком в течение 5 мин и убирают в темное место. За 12 часов нахождения в темном месте процесс формирования гидрогеля полностью завершается.

Для подтверждения эффективности рилизинга из полученного гидрогеля, были проведены опыты. Для этого приготовленный гидрогель, содержащий в качестве флуоресцентной метки комплекс европия, помещали в приемный раствор (250 мл, фосфатный буфер, рН=7.4), изотонический коэффициент которого соответствовал биологическим средам организма человека. Кроме фосфатного буфера вышеупомянутый гидрогель также был помещен в 0.97% NaCl (pH=7.0, изотонический коэффициент как у фосфатного буфера) и дистиллированную воду (рН=5.9). Для мониторинга рилизинга модельного вещества (флуоресцентной метки) из приемного раствора отбирали аликвоту 350 мкл через различные промежутки времени (30, 60, 90, 120, 180, 240, 1222, 1513, 4333, 5642 мин).

Кроме того, процесс рилизинга проводился как при комнатной температуре, так и при 37 °С в случае, когда в качестве приемного раствора использовался фосфатный буфер. По результатам исследования, было обнаружено, что к 1500 мин в случае дистиллированной воды (25 °С) величина накопительного рилизинга в геле с ПОМ не превышала 15%, в случае раствора NaCl 0.97% (25 °С) эта величина достигала 17% в контрольном геле без ПОМ и 23% в геле с ПОМ. Для фосфатного буфера величина накопительного рилизинга составила к 1500 мин 22% и 31% для геля без ПОМ и с ПОМ, соответственно, при 25 °С. Полученные данные указывают на существенный вклад ПОМ в формирование структуры гидрогеля и проявлению у него рН-зависимого рилизинга. После повышения температуры до 37 °С (физиологическое значение) величина накопительного рилизинга к 1500 мин достигала 70%, а в случае геля с ПОМ к 5500 мин она увеличилась до 75%, тогда как гель без ПОМ потерял свою целостность к 4500 мин.

Полученные данные позволяют говорить о рН-зависимом высвобождении модельного соединения из гидрогеля. Накопительный рилизинг достигает 70% за 24 часа, достигая 75% к концу 4 суток. Наблюдаемая кинетика рилизинга значительно быстрее теоретически возможной, при условии проведения эксперимента in vivo – при введении под кожный покров, т.к. там нет такого интенсивного обмена с окружающими тканями. Полученный гидрогель позволяет проводить его дозирование и инжектирование через медицинский шприц, т.к. полученный гидрогель проявляет свойства самозалечивания – восстановления исходного гелеобразного состояния.

Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в разработке эффективного способа получения гидрогеля, состоящего из полиакриламида заданной молекулярной массы (синтезированного в условиях фотополимеризации в присутствии биосовместимого радикального инициатора), хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂} со структурой кеплерата, являющегося эффективной платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул тем самым расширяя арсенал веществ, являющихся платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул.

Настоящее изобретение относится к способу получения гидрогеля на основе полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂}, включающему этапы, при выполнении которых: осуществляют синтез полиакриламида, реализованный рядом следующих этапов, на которых: растворяют акриламид в воде при температурном воздействии; добавляют водный раствор рибофлавина и гексан; облучают смесь ультрафиолетом в течение двух часов; после облучения сливают гексан и получают реакционную массу; реакционную массу растворяют в воде, после чего фильтруют и разводят раствор фильтрата; осуществляют синтез гидрогеля рядом следующих этапов: готовят первый стоковый раствор, для чего смешивают водный раствор полиакриламида и водный раствор полиоксометаллата кеплератного типа {Мо₁₃₂}; после смешения первого стокового раствора его обрабатывают ультразвуком; готовят второй стоковый раствор, для чего смешивают хитозан, воду и уксусную кислоту, после чего смесь гомогенизируют; добавляют модельное биоактивное вещество; смешивают первый и второй стоковые растворы; полученную смесь стоковых растворов обрабатывают ультразвуком; затем добавляют водный раствор глутарового диальдегида до достижения мольного соотношения глутаровый диальдегид:хитозан=7,42:1; обрабатывают полученную смесь ультразвуком. Настоящее изобретение обеспечивает разработку эффективного способа получения гидрогеля, состоящего из полиакриламида заданной молекулярной массы (синтезированного в условиях фотополимеризации в присутствии биосовместимого радикального инициатора), хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂} со структурой кеплерата, являющегося эффективной платформой для пролонгированного рилизинга биоактивных молекул. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения гидрогеля на основе полиакриламида, хитозана и полиоксометаллата {Мо₁₃₂}, включающий этапы, при выполнении которых:

- осуществляют синтез полиакриламида, реализованный рядом следующих этапов, на которых:

- растворяют акриламид в воде при температурном воздействии;

- добавляют водный раствор рибофлавина и гексан;

- облучают смесь ультрафиолетом в течение двух часов;

- после облучения сливают гексан и получают реакционную массу;

- реакционную массу растворяют в воде, после чего фильтруют и разводят раствор фильтрата;

- осуществляют синтез гидрогеля рядом следующих этапов:

- готовят первый стоковый раствор, для чего смешивают водный раствор полиакриламида и водный раствор полиоксометаллата кеплератного типа {Мо₁₃₂};

- после смешения первого стокового раствора его обрабатывают ультразвуком;

- готовят второй стоковый раствор, для чего смешивают хитозан, воду и уксусную кислоту, после чего смесь гомогенизируют;

- добавляют модельное биоактивное вещество;

- смешивают первый и второй стоковые растворы;

- полученную смесь стоковых растворов обрабатывают ультразвуком;

- затем добавляют водный раствор глутарового диальдегида до достижения мольного соотношения глутаровый диальдегид:хитозан=7,42:1;

- обрабатывают полученную смесь ультразвуком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение смеси производят двумя излучателями.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение ультрафиолетом осуществляют излучателями, энергетическая освещенность каждого из которых составляет 3150 Вт/см².

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биоактивного вещества используют комплекс европия с лигандом.