КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 76, № 5, с. 679-688
УДК 541.183+542.61
СОРБЦИЯ ПРОТИВООПУХОЛЕВОГО ПРЕПАРАТА ПРОСПИДИНА НА МИКРОГЕЛЯХ ФОСФАТОВ ПОЛИСАХАРИДОВ
© 2014 г. Т. Л. Юркштович, С. О. Соломевич, Н. В. Голуб, В. А. Алиновская, Р. И. Костерова, П. М. Бычковский, А. А. Кладиев
Учреждение Белорусского государственного университета "Научно-исследовательский институт физико-химических проблем" 220030 Минск, ул. Ленинградская, 14 E-mail: sergejsolomevich@yandex.ru Поступила в редакцию 22.10.2013 г.
Исследовано межмолекулярное взаимодействие проспидина с гелеобразующими фосфатами декс-трана и крахмала. Изучены сорбционные равновесия этого цитостатика и биодеградируемых гидрогелей фосфатов полисахаридов. Рассчитаны концентрационные коэффициенты равновесия ионного обмена и коэффициенты распределения проспидина при разной степени заполнения фазы микрогелей цитостатиком, показана их связь со степенью набухания гидрогелей. Определены величины ион-нообменной и необменной составляющих сорбции. Анализ коэффициентов распределения свидетельствует о том, что концентрация необменно сорбированного проспидина превышает его концентрацию во внешнем растворе, что объясняется наличием ван-дер-ваальсовых взаимодействий между катионами проспидина и макромолекулами фосфатов полисахаридов. Оптимальным носителем проспидина является Na-форма фосфатов полисахаридов, которая характеризуется более высокой плотностью отрицательного суммарного заряда по сравнению с их Н-формой.
Б01: 10.7868/80023291214050176
ВВЕДЕНИЕ
Изучение механизма сорбции биологически активных веществ макромолекулами имеет не только теоретическое, но и практическое значение, поскольку является важным этапом для создания новых систем адресной доставки лекарств. Актуальность разработки систем контролируемого высвобождения активных веществ определяется возможностью уменьшения общего количества вводимого препарата, оптимизации его активности при одновременном частичном или полном устранении таких недостатков как высокая токсичность, нестабильность, низкая растворимость в воде и водных растворах, быстрое выведение из организма и др.
В настоящей работе для создания системы с контролируемым высвобождением активного вещества, которая может найти применение, в частности, для локальной химиотерапии канцерома-тоза брюшины, был выбран проспидин [1]. Про-спидин обладает местным противоопухолевым действием и используется для лечения большого количества опухолевых локализаций (рака гортани, кожных ретикулезов, рака мочевого пузыря, рака кожи и других видов злокачественных новообразований).
В качестве полимера-носителя для проспидина использованы биодеструктирующие гелеобразую-
щие фосфаты полисахаридов (ФП) растительного и микробного происхождения, выбор которых обусловлен способностью создавать эффект "перегрузки" лекарственным веществом, наличием собственной противоопухолевой активности, отсутствием выраженных побочных эффектов и возможностью использования при продолжительном лечении [2, 3]. Чаще всего при получении низко- и высокозамещенных ФП в качестве фосфорилирующих агентов используют соединения фосфора(5+), такие как ортофосфорная и триполифосфорная кислоты, дигидро- и моно-гидрофосфат натрия, триметафосфат натрия и др. Имеется ряд публикаций по синтезу гелеобразу-ющих фосфатов крахмала и декстрана [4—11] и определению их основных физико-химических характеристик. Однако практически отсутствуют работы, посвященные изучению сорбции такими модифицированными полисахаридами органических физиологически активных веществ, определению параметров, влияющих не только на сорбционный процесс, но и на "выход" этих веществ из гидрогеля в среды, имитирующие биологические.
Ранее нами было установлено [12, 13], что, изменяя условия получения фосфатов полисахаридов, можно контролировать степень набухания
гидрогелей, а следовательно, и скорость высвобождения активного вещества из фазы полимера.
Целью данной работы явилось исследование природы межмолекулярных взаимодействий проспидина с ФП, характеризующимися разной степенью набухания. Отметим, что имеющиеся в литературе сведения о сорбции органических соединений ионитами, содержащими фосфорнокислые группы, ограничены [14].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве исходных материалов использованы картофельный крахмал, декстран с молекулярной массой 60 кДа и проспидин (РУП "Уни-техпром БГУ"), химическая формула которого представлена ниже.
CHlCl
HC-C-N
H
OH
2
CHlCl I 2 N-C-CH
H2 I
OH
2Cl— • 2H2O
Фосфорилирование полисахаридов проводили ортофосфорной кислотой в расплаве мочевины при различном соотношении реагентов, остаточном давлении 0.05—0.5 атм. и температуре 125—130°С [11-13].
После окончания реакции этерификации образцы для перевода их в Ма-форму помещали на 3-4 ч в раствор (модуль ванны 1 : 20 г/мл), приготовленный следующим образом: 30 г №С1 растворяли в 1 л 70%-ного этилового спирта и добавляли водный раствор №ОН до рН 11.5-12.0. Полученные Ма-формы фосфатов крахмала (ФК) и декстрана (ФД) отмывали 70%-ным этиловым спиртом до полного исчезновения в промывной жидкости качественной реакции на мочевину и С1--ионы.
Для получения Н-формы фосфорилирован-ных полисахаридов, часть образцов ФК и ФД в №-форме помещали в 0.1 М раствор хлористоводородной кислоты в 70%-ном этиловом спирте (модуль ванны 1 : 40 г/мл), выдерживали в нем в течение 3-4 ч и отмывали 70%-ным этиловым спиртом до отрицательной реакции промывной жидкости на С1--ионы.
Образцы ФК и ФД в и Н-форме сушили в вакуумном шкафу при температуре 50° С и остаточном давлении 0.1 атм. в течение 5 ч.
Анализ образцов ФД и ФК на содержание фосфора и азота осуществляли согласно методикам [15] и [16] соответственно.
Степень набухания ФД и ФК определяли гравиметрическим методом [4, 13].
Потенциометрическое титрование образцов ФД и ФК в Н-форме проводили 0.1 Н раствором №ОН на фоне ионной силы раствора 0.05 [16, 17].
Характеристики синтезированных гелеобразу-ющих ФП представлены в табл. 1.
Размер частиц ФП оценивали с помощью лазерного анализатора размера частиц Analysette-22 Nano Tec (Fritsch). Набухшие в воде ФП представляли собой суспензию микрогелей, размер которых находился в пределах от 0.0S до 1S0 мкм. При этом максимальное объемное содержание (2S—42%) соответствовало частицам с размерами 20—S0 мкм, 90% — частицам с размерами меньше 100 мкм.
ИK-спектры регистрировали на спектрофотометре Thermo Nicolet FT-IR Nexus, используя образцы, полученные методом прямого прессования с бромидом калия.
Электронномикроскопические исследования проводили на сканирующем электронном микроскопе LEO 1420 (Carl Zeiss); лиофильно высушенные образцы препарировали по стандартной методике.
Сорбцию проспидина ФП изучали в статических условиях при температуре 298 ± 0.S K и соотношении массы сорбента к объему водного раствора сорбата, равном 1 : 2S0, в течение времени, достаточного для установления равновесия (согласно предварительно полученным данным сорб-ционное равновесие достигается практически за первые 1S мин контакта ФП с раствором цитоста-тика). Равновесные фазы разделяли фильтрованием на стеклянном фильтре с размером пор 40 мкм. Kоличество сорбированного проспидина рассчитывали по разности его концентрации в исходном и равновесном растворах, учитывая изменение объема в результате набухания ФП. ^н-центрацию проспидина во внешнем растворе определяли методом неводного титрования [18].
Расчет вклада ионообменной составляющей был проведен на основании данных потенциомет-рического титрования. Для количественной оценки ионообменного процесса использовали концентрационный коэффициент ионного обмена
Рг _ (сРг)и CH
к H =
1/2-
CPr CH
где (сРг)и, сН, сРг, сН - равновесные концентрации катионов проспидина и водорода в фазе ионита и равновесного раствора, мг-экв/мл.
Концентрацию ионов водорода в фазе гидрогеля определяли из соотношения [11]:
= аОЕ1 —
(CPr)B
Q
где Q - степень набухания катионита (г/г), а -степень диссоциации фосфорнокислых групп ФП по первой ступени, ОЕ1 - обменная емкость по первой точке эквивалентности (табл. 1).
Количество необменно сорбированного про-спидина рассчитывали как разность между общим содержанием цитостатика в гидрогеле и его
C
Таблица 1. Характеристики гелеобразующих фосфатов полисахаридов
№ Образец Функциональные группы Солевая форма Q, г/г Ср, ммоль/г CN, ммоль/г ОЕь мг-экв/г ПОЕ, мг-экв/г Р*х pK2
1 ФД1 O || OH № 155.0 2.0 1.9 1.8 3.4 2.7 7.3
2 OH Н 160.0
3 ФД2 \ /Р-OH O № 78.0 2.3 1.9 2.3 4.1 2.6 7.2
4 -c-nh2 O Н 80.0
O O II II —P-O-P— № 115.0
5 ФК1 2.2 1.9 1.4 2.6 3.0 7.2
1 1 OH OH Н 120.0
6 \ --P-OH II O № 25.9
ФК2 OO II II 2.7 2.2 1.3 1.3 3.2
-P-O-P—
7 1 1 OH OH —c-nh2 O Н 26.3
Примечания. Ср — содержание фосфорнокислых групп в ФП; С^- — содержание карбаматных групп в ФП; ОЕ1 — обменная емкость по первой группе однозамещенного фосфата или единственной группе двухзамещенного фосфата; ПОЕ — полная обменная емкость ФП; рК и рК — кажущиеся константы диссоциации по первой и второй ступеням однозамещенного фосфата (пирофосфата).
количеством, сорбированным по механизму ионного обмена. Коэффициент распределения (Кр) определяли как отношение концентрации необ-менно сорбированного проспидина (сРг)р в растворе фазы набухшего ФП и внешнего раствора.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Основными типами функциональных групп в крахмале и декстране, модифицированных в указанных условиях, являются фосфорнокислые и карбаматные, что подтверждено методами элементного анализа, потенциометрического титрования и ИК-спектроскопии. В ИК-спектрах полисахаридов после фосфорилирования наблюдается изменения интенсивности поглощения в
области частот 950—1065 см-1 и 1190—1200 см-1 (рис. 1), которые относятся к валентным колебаниям групп Р—О—С и Р=0. Появляется полоса поглощения при 1712 см-1 валентных колебаний С=О, что подтверждает образование карбаматных групп —С(О)—МН2, содержание которых сопоставимо с содержанием фосфорнокислых групп (табл. 1). Полоса поглощения при 1630 см—1, характерная для валентных
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.