Разработка кремнийорганических глицерогидрогелей и сравнительная оценка их транскутанной активности

Актуальность проблемы. Трансдермальный путь доставки лекарств имеет ряд преимуществ перед введением препаратов перорально и парентерально:

— отсутствие зависимости от величины рН содержимого желудка и кишечника, метаболизма в желудочно-кишечном тракте и с последующим снижением активности;

— оптимальный путь доставки лекарственного вещества к патологически измененной ткани или органу, расположенным близко к коже;

— способность накапливаться в роговом слое кожи в необходимых для организма количествах, что пролонгирует действие препаратов, увеличивает их эффективность и уменьшает побочное действие;

— возможность приостановить дальнейшее воздействие невсосавшихся лекарственных препаратов (путем удаления их) в случае возникновения нежелательных побочных эффектов;

— безболезненность и удобство в применении.

В настоящее время для приготовления мягких лекарственных форм используются различные мазевые основы: липофильные, гидрофильные и ли-пофильно-гидрофильные. Наиболее часто используются жировые и углеводородные липофильные основы. Но они имеют большое количество недостатков. Мази, приготовленные на жировых основах, имеют короткий срок хранения, легко окисляются, оказывают раздражающее действие на кожу. Углеводородные основы, из которых чаще всего используется вазелин [165], устойчивы при хранении, но в то же время нарушают физиологические функции кожи, вызывают сенсибилизацию и акантоз эпидермиса [10], трудно распределяются по поверхности слизистой оболочки, задерживают действующие вещества, плохо смываются, пачкают одежду. В последнее время стали более широко использоваться гидрофильные гелевые основы. Они обладают хорошими реологическими свойствами, хорошо распределяются на коже и слизистой, легко смываются, легко растворяются в воде, способствуют проникновению лекарственного вещества через кожу, обладают высокой осмотической активностью [2, 205, 208, 212, 218, 222, 230, 254, 270]. Недостатками гелевых основ могут быть: способность подвергаться микробной контаминации, вызывать обезвоживание клеток, несовместимость с некоторыми лекарственными веществами, ограниченный срок хранения.

С целью усиления действия активного вещества и снижения его концентрации в препаратах местного и наружного применения часто используются транскутанные проводники. В настоящее время известны транскутан-ные проводники различной химической природы: диметилсульфоксид, 2-пирролидон, Ы, Ы-диэтил-м-толуамид, 1чГ-метил-2-пирролидон, 1-додецилазациклогептан-2-он, тиогликолят кальция и другие [71]. К наиболее часто применяемым относится диметилсульфоксид (ДМСО). Он обладает высокой транскутанной активностью, противовоспалительным, анальгези-рующим, противомикробным, слабым антигистаминным и фибринолитиче-ским действием [50, 51]. Но имеет ряд недостатков: вызывает аллергические реакции, ингибирует эндогенное дыхание, снижает оксигенацию тканей, имеет неприятный запах. Синтезированы титансодержащие основы (тизоль, эфтидерм) [109, 128]. Они не имеют недостатков ДМСО, обладают более высокой транскутанной активностью, удобны в применении. Однако к их недостаткам можно отнести то, что титан не является жизненно необходимым элементом, способ их получения относительно дорогой и обязательно требует использования НС1, вследствие чего рН готового соединения меньше уровня рН кожи.

Поэтому вопрос создания идеальной мазевой основы, обладающей свойствами проводника лекарственных веществ, остается актуальным.

В Институте органического синтеза УрО РАН разработан способ синтеза глицератов кремния и глицерогидрогелей на их основе, состав которых отвечает формуле З^СзНтОз^-хСз^Оз-уНгО, где 3 < х < 10, 20 < у < 40 [118]. Способ получения нового соединения достаточно прост, не требует больших материальных затрат. Кремний является эссенциальным элементом [1, 162, 189, 190, 234, 249, 251, 277]. В организме человека он обнаруживается практически во всех тканях [35]. Установлено, что соединения кремния необходимы для нормального развития и формирования эпителиальной и соединительной ткани [36], способствуют биосинтезу коллагена и образованию костной ткани [221, 267, 268], играют существенную роль в метаболических процессах [188, 241, 252]. Присутствие кремния в стенках кровеносных сосудов препятствует отложению в них холестерина [35, 234, 236, 248, 264]. С понижением содержания кремния в крови, органах и тканях и нарушением процессов кремнеобмена могут быть связаны такие заболевания как атеросклероз, сахарный диабет, туберкулез, гепатиты, онкологические заболевания, некоторые дерматиты, заболевания щитовидной железы и опорно-двигательного аппарата, а также преждевременное старение организма [30, 35,36,70,221,251].

Учитывая возрастающую необходимость применения веществ местного и общего действия, возможную транскутанную и трансмукозную активность кремнийорганического глицерогидрогеля (КГТ-геля) и эссенциаль-ность кремния, актуальным является исследование синтезированного соединения в эксперименте, последующие клинические испытания и внедрение в медицинскую практику.

Цель исследования. Разработать новые комплексные соединения на основе глицератов кремния, установить их токсичность, безопасность в применении и возможную транскутанную активность в сравнительном аспекте с ДМСО, тизолем, эфтидермом.

Задачи. 1. Разработать комплексные соединения на основе глицератов кремния.

2. Провести доклинические исследования разработанных соединений (определить в эксперименте острую и хроническую токсичность, безопасность в применении и некоторые общефармакологические свойства).

3. Изучить транскутанную активность разработанных соединений в сравнительном аспекте с ДМСО, тизолем, эфтидермом.

4. Изучить возможность использования разработанных соединений в качестве протекторов с фармакологически активными веществами.

5. Подготовить научный отчет по полученным результатам для Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития с целью получения разрешения на клинические испытания КГГ-геля (Терасила).

Научная новизна. В процессе проведения экспериментальных исследований впервые установлена безопасность в применении новой медицинской и лечебно-косметической мазевой основы — КГГ-геля. Впервые показана высокая транскутанная активность (in vitro — на коже крыс и лягушек и in vivoна лягушках и кроликах) глицератов кремния и глицерогидрогелей на их основе по отношению к некоторым (диклофенак-натрий, строфантин, калия йо-дид, салициловая кислота, лидокаина гидрохлорид) лекарственным веществам в сравнительном аспекте с ДМСО, эфтидермом и тизолем. Доказана преимущественная местная противовоспалительная и эпителизирующая активность комбинаций КГГ-геля с фармакологически активными веществами (пефлоксацином, хлоргексидином, гидроксокарбонатфосфатом кальция). Определены дополнительные положительные свойства КГГ-геля: местноанесте-зирующее и антиоксидантное. Показан клинический эффект в стоматологической практике.

Практическая значимость. Разработанный и изученный в эксперименте КГТ-гель безопасен в применении, обладает высокой транскутанной активностью, позволяет усилить эффект действия фармацевтических композиций и снизить их дозу и токсичность. Высокая пенетрирующая способность кремния может быть использована с целью регулирования кремниевого обмена в организме и восполнения в случае недостатка его содержания. На основании полученных результатов в экспериментальных исследованиях предложены некоторые композиции, приготовленные на основе кремнийорганических глицерогидрогелей с добавлением диклофенака-натрия, строфантина, пефлоксацина, гидроксиапатига, модифицированного кальцием гидроксиапа-тита для клинической апробации с последующим внедрением в медицинскую практику. Наиболее перспективными областями применения являются: стоматология (в качестве средств для фиксации зубных съемных протезов, лечения воспалительно-деструктивных заболеваний пародонта, кандидоза слизистой оболочки полости рта), дерматология (в качестве средства для лечения кожных инфекции различной этиологии, трофических язв, ран [143], себо-рейных дерматитов), гинекология, проктология, ревматология, комбустиоло-гия и другие области медицины.

Положения, выносимые на защиту:

1. Кремнийорганический глицерогидрогель, его физико-химические особенности, эссенциальность для организма человека и животного.

Глицерогидрогели состава Si (C3H703)4 • х СзНвОз • у Н20, где 3 < х < 10, 20 < у < 40 получены из глицератов кремния при взаимодействии с водными растворами сильных электролитов при температуре 80−90° С. Глицера-ты кремния получены из Si (OEt)4 в избытке глицерина (мольное соотношение 1: 7−14) в присутствии катализатора, Ti (OBu)4 (0,06 моль/моль силана), с удалением образующегося этилового спирта при нагревании реакционной массы до 120° С в вакууме. По физическим свойствам КГГ-гель прозрачный или полупрозрачный, бесцветный или белого цвета, не имеет запаха, устойчив при хранении. Все свойства сохраняются в течение одного года. Потребность в кремнии (примерно 30 мг в день) относится к наиболее высоким для эссен-циальных следовых элементов у человека.

2. Безопасность и общие фармакологические свойства КРР-геля, влияние на форменные элементы и биохимические показатели крови. /.

Полученные в экспериментах результаты свидетельствуют об отсутствии острой токсичности, местного раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки, аллергизирующих свойств, о наличии незначительного угнетающего действия на ЦНС, анестезирующих свойств, противоотечного, жаропонижающего и антиоксидантного действия у КГТ-геля.

3. Трансдермальное свойство КГТ-геля, содержащего некоторые действующие вещества различных фармакологических групп (нестероидные противовоспалительные средства — диклофенак-натрий, сердечные гликозиды — строфантин, местные анестетики — лидокаин).

В ходе экспериментов выявлено, что изучаемое соединение обладает транскутанной активностью, способствует трансдермальному проникновению фармакологических веществ.

4. Фармацевтические композиции местного и общего действия, их фармакологическая активность и безопасность в применении.

Показана безопасность в применении, противовоспалительное и рано-заживляющее действие комбинаций КГТ-геля с антибактериальными препаратами (пефлоксацин), антисептиками (хлоргексидин), препаратами кальция (модифицированный гидрокскарбонат-фосфат кальция (ГКФК)).

5. Разработка и апробация средств на основе КГТ-геля для применения в стоматологии (средства для фиксации зубных съемных протезов, лечения воспалительно-деструктивных заболеваний пародонта, средства гигиены полости рта).

В результате проведенных исследований на основе КГТ-геля разработано перспективное средство для фиксации зубных съемных протезов, обладающее комплексом положительных свойств, улучшающее состояние слизистой оболочки полости рта, имеющее хорошие адгезионные свойства и стоимостные характеристики. Также разрабатываются композиции для лечения воспалительно-деструктивных заболеваний пародонта.

Апробация работы.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ (материалы межрегиональной научно-практической конференции «Эфтидерм, эфтиллин и их применение в медицине», г. Пермь, 2004; материалы Российской научно-практической конференции «Рациональное использование лекарств», г.

Пермь, 2004; научно-практический журнал «Вестник Уральской государственной медицинской академии», выпуск 14, г. Екатеринбург, 2004; материалы юбилейной научно-практической конференции, посвященной 55-летию образования Центра ВТП БЗ НИИ Микробиологии МО РФ, «Диагностика, лечение и профилактика опасных инфекционных заболеваний. Эпидемиология и эпизоотология. Микробиология. Биотехнология. Экология», г. Екатеринбург, 2004; материалы конференции НОМУ С, УГМА г. Екатеринбург, 2005; тезисы докладов ХП Российского национального конгресса «Человек и лекарство», г. Москва, 2005; тезисы докладов X Всероссийской конференции «Кремнийорганические соединения: синтез, свойства, применение», г. Москва, 2005; сборник «Новые лекарственные средства: успехи и перспективы», г. Уфа, 2005; тезисы докладов V Международной конференции «Клинические исследования лекарственных средств», г. Москва, 2005; тезисы докладов международной фармакологической конференции, г. Харбин (Китай), 2005; материалы Международной научно-практической конференции «Фармация и здоровье», г. Пермь, 2005; сборник «Новые материалы для медицины», г. Екатеринбург, 2006; материалы Международной фармакологической конференции «Фундаментальная фармакология и фармация — клинической медицине», г. Пермь, 2006). Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на V Всероссийском научном семинаре и молодежной научной школе «Химия и медицина», г. Уфа, 5−8 сентября 2005 г., международной фармакологической конференции, г. Харбин (Китай), 1−4 июля 2005 г.

Поданы заявки на изобретения:

1. РФ № 2 005 131 410 «Способ получения ранозаживляющего и остеопласти-ческого средства». Авторы изобретения: Н. А. Сабирзянов, Л. П. Ларионов, С. П. Яценко, Т. Г. Бояковская. Заявитель — Институт химии твердого тела УрО РАН. Приоритет 10.10.2005 г.

2. РФ № 2 006 100 575 «Сольватокомплексы глицератов кремния и титана, обладающие транскутанной активностью, и гидрогели на их основе». Авторы изобретения: Т. Г. Хонина, О. Н. Чупахин, Л. П. Ларионов, Т. Г. Бояковская, А. Л. Суворов. Заявитель — ООО «Силафарм». Приоритет 10.01. 2006 г. Объем и структура работы.

Диссертационная работа изложена на 188 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы материалов и методов исследования, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка цитированной литературыиллюстрирована 28 таблицами и 60 рисунками. Библиографический список содержит 287 источников, из них 170 отечественных и 117 зарубежных.

ВЫВОДЫ.

1. При выполнении данной научной работы в Институте органического синтеза УрО РАН при нашем участии разработан метод получения глицератов кремния и кремнийорганических глицерогидрогелей (КГТ-гелей) на их основе, состав которых отвечает формуле Б^СзНуОз^-хСзНвОз-уНгО, где 3 < х < 10, 20 < у <40.

2. В условиях экспериментальных исследований при однократном и длительном (180-дневном) применении при различных путях введения установлено отсутствие токсического проявления КГГ-геля, показана его безвредность для экспериментальных животных.

3. В экспериментах по определению болевой чувствительности с использованием Актотермоальгезиметра AJITM — 001 показано, что КГТ-гель обладает умеренно выраженными анестезирующими свойствами и усиливает действие местных анестетиков за счет более глубокого проникновения в кожу и увеличения времени их действия.

4. При использовании воспалительных и травматических (формалиновая реакция, термический ожог, механическое повреждение кожи) моделей установлено умеренно выраженное противоотечное, жаропонижающее и эпите-лизирующее действие КГТ-геля. При комбинации его с антибактериальными (пефлоксацин), атисептическими (хлоргексидин) средствми и препаратами кальция (модифицированный гидроксокарбонатфосфат кальция) эти эффекты значительно возрастают, что подтверждается гистологическими исследованиями, и полное заживление ран сокращается на 3 — 5 дней в сравнении с не-леченными животными.

5. На фоне курсового применения КГГ-геля при внутрижелудочном введении и накожном нанесении умеренно снижается уровень тромбоцитов, повышается уровень альбуминов и альбумино-глобулиновый индекс плазмы периферической крови, что способствует более быстрому заживлению воспалительного процесса, вызванного термическим ожогом и механической травмой.

6. При внутрибрюшиином и внутрижелудочном введении КГГ-геля показано наличие у него антиоксидантной активности, проявляющееся в снижении концентрации малонового диальдегида, повьппении активности супероксид-дисмутазы и суммарной антиоксидантной активности крови и печени.

7. В зависимости от путей введения распределение КГГ-геля (по кремнию) в висцеральных органах различно: наибольшее содержание и изменение концентрации по сравннеию с интактными животными отмечали в селезенке (1,58 ± 0,47) и почках (1,35 ± 0,32) при внутрижелудочном введениипри накожном нанесении концентрация кремния в органах практически не менялась.

8. На различных моделях in vitro и in vivo выявлена транскутанная активность КГГ-геля, которая в большинстве экспериментов оказалась более выраженной по сравнению с аналогами.

9. Разработаны композиции КГГ-геля с фармакологически активными веществами, обладающие высокой транскутанной активностью за счет глицератов кремния и дополнительными положительными свойствами за счет фармакологически активных веществ, на которые подготовлен научный отчет для Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития с целью получения разрешения на клинические испытания.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. С учетом высокой транскутанной активности КГГ-геля, синтезированное соединение может быть использовано для создания новых препаратов местного и наружного применения, трансдермальных терапевтических систем.

2. После проведения клинических испытаний препараты на основе КГГ-геля могут быть рекомендованы для лечения трофических язв в гнойной хирургии, воспалительных процессов в гинекологии, заболеваний пародонта в стоматологии, кожных инфекций в дерматологии, коррекции нарушений иммунитета, в качестве адгезивных средств зубных съемных протезов.

3. КГГ-гель может быть также использован в качестве источника эссенци-ального микроэлемента — кремния для регуляции кремниевого обмена в организме.