Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние исследований в области энтеросорбционных лекарственных средств (обзор литературы) 11
1.1. Общие сведения об интоксикационных процессах 11
1.2. Механизм действия энтеросорбентов 13
1.3. Классификация, номенклатура и обзор российского фармацевтического рынка энтеросорбентов 14
1.4. Медицинские глины 20
1.4.1. Строение и адсорбционные характеристики медицинских глин 24
1.4.2. Механическая обработка медицинских глин 26
Заключение по обзору литературы 28
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 30
2.1. Материалы исследования 30
2.2. Методы исследования
2.2.1. Физико-химические методы 35
2.2.2. Технологические методы 38
2.2.3. Микробиологические методы
2.3. Методика и контроль механической обработки монтмориллонитовой глины 39
2.4. Обработка результатов исследований 40
2.5. Дизайн исследования 40
ГЛАВА 3. Изучение физико-химических, технологических и микробиологических характеристик монтмориллонитовой глины
3.1. Разработка технологии очистки минерального сырья монтмориллонитовой глины и получения фармацевтической субстанции медицинской монтмориллонитовой глины 42
3.1.1. Технологическая блок-схема получения субстанции медицинской монтмориллонитовой глины 42
3.1.2. Контроль механической обработки по размерам и форме частиц 46
3.1.3. Контроль над процессом механической обработки монтмориллонитовой глины по показателю «адсорбционная активность» 49
3.2. Изучение физико-химических, технологических и микробиологических характеристик монтмориллонитовой глины 51
3.2.1. Изучение минералогического состава глины 51
3.2.2. Изучение пространственной структуры, формы и размера частиц монтмориллонитовой глины. Определение химического состава 52
3.2.3. Измерение удельной площади поверхности и пористости монтмориллонитовой глины 55
3.2.4. Изучение технологических характеристик порошка монтмориллонитовой глины 66
3.2.5. Изучение адсорбционной активности и емкости катионного обмена порошка монтмориллонитовой глины 68
3.2.6. Оценка точности, воспроизводимости и стандартизация метода определения адсорбционной активности 68
3.2.8. Микробиологическое исследование порошка монтмориллонитовой глины 72
3.3. Стандартизация фармацевтической субстанции медицинской монтмориллонитовой глины 74
Выводы по главе 76
ГЛАВА 4. Разработка состава и технологии гранулированной лекарственной формы с адсорбционным действием на основе монтмориллонитовой глины 77
4.1. Разработка состава гранул ММГ 77
4.2. Разработка технологии гранулирования ММГ 80
4.3. Изучение показателей адсорбционной активности и емкости катионного обмена гранул ММГ 83
4.4. Биофармацевтические исследования в опытах in vitro по определению адсорбционной активности гранул ММГ 85
4.5. Оценка точности и воспроизводимости метода определения адсорбционной активности гранул ММГ 86
4.6. Технологическая блок-схема производства гранул ММГ 88
4.8. Определение показателей качества гранул ММГ 92
Выводы по главе 93
Заключение 94
Список терминов, условных обозначений и
Сокращений 96
Список литературы 97
- Классификация, номенклатура и обзор российского фармацевтического рынка энтеросорбентов
- Методика и контроль механической обработки монтмориллонитовой глины
- Технологическая блок-схема получения субстанции медицинской монтмориллонитовой глины
- Изучение показателей адсорбционной активности и емкости катионного обмена гранул ММГ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время доля хроматографических методов в аналитической химии составляет более 45%. Среди них лидирующее положение занимает высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) (Я. Яшин, 2015). В фармакопейном анализе, особенно в странах с развитой фармацевтической промышленностью (США, Япония, страны ЕС) ВЭЖХ также является базовым методом контроля качества субстанций и лекарственных препаратов (ЛП). Данный метод по своим характеристикам соответствует требованиям количественного анализа около 80-90% лекарственных средств (ЛС) (Д.В. Рейхарт, 2005).
Несмотря на то, что с применением градиентного элюирования можно разделять самые сложные смеси, ВЭЖХ, как и любой другой метод, не может быть универсальным, поскольку структурные различия между соединениями бывают незначительными и особенно существенные проблемы возникают при разделении веществ, имеющих близкие параметры гидрофобности. В этом случае необходимо применение особых колонок, сложного градиента и различного рода добавок к элюенту. В связи с этим для ряда соединений ВЭЖХ до сих пор остается одним из самых трудоемких, длительных и дорогостоящих методов.
Поэтому, в аспекте практического применения, особенно при анализе биологических объектов, фармацевтических препаратов сложного состава, интересны и полезны экспрессные методы разделения в жидкой фазе. В настоящее время современным и активно развивающимся методом анализа сложных смесей органических и неорганических веществ, в том числе и объектов фармацевтической промышленности, является капиллярный электрофорез (КЭ). Данный метод во многом является альтернативным, получившему широкое распространение методу ВЭЖХ, благодаря ряду преимуществ:
S возможность разделения структурно близких веществ, т. к. величины отношений заряда к радиусу могут отличаться в большей степени, нежели значения коэффициента гидрофобности (log P). Кроме того, варьируя в широких
пределах значением водородного показателя, можно целенаправленно изменять
подвижность частицы и тем самым повышать селективность разделения. В то время как в ВЭЖХ для этого нужно использовать специфические колонки или элюенты с высоким содержанием буферных растворов.
S высокая эффективность разделения, недоступная при применении ВЭЖХ, связанная с плоским профилем электроосмотического потока (ЭОП);
S малый расход реактивов, при этом в отличие от ВЭЖХ, не требуется применения дорогостоящих высокочистых растворителей: ацетонитрила, метанола и др.;
S отсутствие дорогостоящих хроматографических колонок и, следовательно, проблем со «старением» сорбента и заменой колонок при выработанном ресурсе;
S наличие более стабильных условий анализа, т. к. нет влияния качества сорбента на его воспроизводимость;
S значительно более низкая стоимость одного анализа;
S экспрессность анализа.
Из недостатков метода до определенного периода отмечались следующие: ограниченное применение для образцов, плохо растворяющихся в водных или разбавленных водно-спиртовых растворах, а также невысокую чувствительность при регистрации сигнала в капилляре из-за малой длины оптического пути. Однако на сегодняшний день существуют варианты КЭ, позволяющие устранить данные недостатки: первая проблема решается использованием микроэмульсионной электрокинетической хроматографией (МЭЭКХ), а вторая, либо использованием способов концентрирования пробы (стэкинг, свипинг), либо путем применения высокочувствительных детекторов (масс-спектрометрический, лазерный флуориметрический).
Описанные преимущества позволяют использовать КЭ в качестве альтернативного ВЭЖХ метода, в том числе и в контроле качества ЛС.
Несмотря на то, что с использованием различных вариантов КЭ можно анализировать практически любые ЛС, тем не менее, на сегодня малоизучены
закономерности их поведения в электролите в зависимости от структуры. До сих
пор полностью не выявлена зависимость между степенью ионизации аналитов и их подвижностью в электрическом поле, до конца не установлена роль природы буферных растворов, их концентрации, рН, различного рода добавок на поведение ЛС. В итоге каждому ЛС ставится своя «уникальная» процедура анализа в соответствии с возможностями и знаниями авторов, что, в условиях фармакопейного анализа, потребует наличия целого набора реактивов и вспомогательных материалов, а также будет занимать довольно длительное время.
Таким образом, отсутствие общих методологических подходов к разработке методик анализа ЛС в условиях КЭ может являться одним из главных факторов, сдерживающих широкое внедрение данного метода в фармацевтический анализ.
Степень разработанности темы исследования. В отечественной литературе (Н.В. Комарова, Я.С. Каменцев, 2006; Новый справочник химика технолога, 2002) приводится схема пробного КЭ-анализа образца неизвестного состава, которая для анализа проб, имеющих катионный, анионный или нейтральный характер целевых компонентов, предлагает использование конкретных условий анализа (состав буферного раствора, его рН и концентрацию).
Однако, для разделения близких структурно компонентов, приведенная схема будет требовать варьирования рН, концентрации и типа/природы буфера, концентрации поверхностно-активного вещества (ПАВ) и использования различного рода добавок, что будет занимать очень длительное время и требовать наличия большого перечня реактивов.
Кроме того, в Российской Федерации метод КЭ широко применяется при анализе питьевой воды, некоторых пищевых продуктов и уже включен в достаточно большое количество соответствующих ГОСТов.
Однако, в отечественной фармацевтической отрасли на сегодняшний день
метод практически не востребован. Имеется только общая фармакопейная статья
(ОФС) на данный метод (Капиллярный электрофорез ОФС.1.2.1.0022.15),
включенная в Государственную Фармакопею XIII издания, а также рекомендации
Росздравнадзора по использованию его для контроля содержания примесей в субстанции гепарина (Письмо Росздравнадзора от 08.09.2008 № 03И-578/08). В то время как в Европейскую фармакопею и фармакопею США введены не только общие статьи по методу КЭ, но также описано его использование и в ряде монографий. Например, в Европейской фармакопее (издание 7.0) метод КЭ используется в контроле качества семи субстанций, а также препаратов на их основе.
Вместе с тем, КЭ в настоящее время находится в состоянии развития. Разработка теории, способов применения метода для решения прикладных задач пока еще не завершены. И в литературе постоянно сообщается о существенных усовершенствованиях и дальнейшем развитии метода (Л.А. Карцова, 2014, Т.Г. Морзунова, 2006).
В этой связи, учитывая тенденцию к развитию метода КЭ и внедрению его в отечественную фармацевтическую отрасль, создание методологических подходов по использованию КЭ в анализе ЛС является актуальной задачей.
Цели и задачи исследования. Целью данного исследования является: разработка методологических подходов для широкого использования метода КЭ в анализе органических ЛС и биологически активных веществ (БАВ), как способных к ионизации, так и являющихся нейтральными молекулами, и применение данных подходов для разработки методик анализа ЛС в ЛП, лекарственном растительном сырье (ЛРС) и биологическом материале.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
провести информационный поиск в области использования КЭ в фармацевтическом анализе с использованием отечественных и зарубежных источников;
-
изучить влияние свойств и структуры (количество ионизируемых групп, их положение, влияния других заместителей) ЛС и БАВ, а также состава, рН и концентрации ведущего электролита на электрофоретическую подвижность (ЭП) ЛС и БАВ кислотного характера;
-
исследовать возможности модели Оффорда для прогноза электрофоретического поведения ЛС и БАВ, способных к ионизации, в зависимости от состава, рН и концентрации ведущего электролита;
-
обосновать выбор оптимальных условий (концентрация и рН ведущего электролита, тип и концентрация ПАВ) анализа соединений нейтрального и слабоосновного характера в условиях подавления ионизации;
-
провести сравнительную оценку влияния добавки модификаторов (метанола, мочевины) к ведущему электролиту на повышение селективности разделения, а также ряда других параметров анализа в условиях мицеллярной электрокинетической хроматографии (МЭКХ);
-
на основании выявленных закономерностей сформулировать методологические подходы к анализу ЛС и БАВ различной степени ионизации, в том числе и при их совместном присутствии, в условиях КЭ;
-
разработать с использованием предложенных подходов методики анализа ЛС для контроля качества ЛП и ЛРС;
-
разработать с использованием предложенных подходов методики анализа ЛС в биологическом материале для изучения фармакокинетических характеристик.
Научная новизна. Проведена оценка применимости модели Оффорда для прогноза электрофоретического поведения ЛС, способных к ионизации. При этом впервые на примере различных групп фенольных соединений (простые фенолы, фенологликозиды и фенолокислоты) установлена степень влияния состава и концентрации ведущего электролита, процессов комплексообразования, а также наличия водородных связей на прогноз в соответствии с данной моделью.
Изучена зависимость электрофоретического поведения флавоноидов от состава, рН и концентрации ведущего электролита. Показана зависимость значений ЭП флавоноидов от их размера (молекулярной массы (M.r.)) и числа ионизируемых группировок (фенольных гидроксилов) в электролитах различного состава.
На примере анализа индол-3-карбинола, фонтурацетама, костунолида и дегидрокостуслактона, производных диаминодиазина и диаминотриазина теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены базовые условия (концентрация и рН ведущего электролита, тип и концентрация ПАВ) анализа ЛС нейтрального и слабоосновного характера в условиях подавления ионизации с использованием МЭКХ. Целесообразность использования добавки мочевины для повышения селективности разделения в условиях МЭКХ была установлена при разделении производных диаминодиазина и диаминотриазина, а также костунолида и дегидрокостуслактона.
На основании проведенных теоретических и экспериментальных
исследований впервые сформулированы методологические подходы анализа ЛС кислотного и основного характера, в том числе и при совместном присутствии, в условиях КЭ.
Впервые с использованием КЭ:
-обоснованы условия анализа биологически активных веществ (БАВ) в
следующих растительных объектах: арбутина в брусники листьях и толокнянки
листьях, космосиина и апигенина в ромашки цветках, производных кемпферола в
листьях редиса посевного и траве клоповника широколистного, витексин-2``-О-
рамнозида в траве овса посевного, производных апигенина, лютеолина,
диосметина и гесперетина в мяты перечной листьях, кислоты глицирризиновой
(КГ) в образцах солодки корня сиропа, индол-3-карбинола в надземной части
некоторых представителей семейства Brassicaceae, костунолида и
дегидрокостуслактона в листьях лавра благородного;
-обоснованы условия анализа ряда синтетических ЛС в биологическом
материале: ципрофлоксацина гидрохлорида, лизиноприла и бутоконазола нитрата
в сыворотке крови крыс, новых ингибиторов Syk-киназы (производных
диаминодиазина и диаминотриазина) в сыворотке крови мышей,
ацетилсалициловой кислоты и клопидогрела при их совместном присутствии в сыворотке крови крыс;
-обоснованы условия анализа ЛС для контроля качества ЛП: холина альфосцерата и мельдония при совместном присутствии в растворе для инъекций, примеси фонтурацетама в присутствии основного действующего вещества в растворе для инъекций.
Результаты изучения стабильности раствора фенотропила для инъекций были использованы при формировании заявки на получение патента на изобретение «Фармацевтическая композиция в форме раствора для инъекций, обладающая ноотропной активностью, и способ ее получения» (номер патента RUS 2414898 от 18.09.2009, дата публикации 27.03.2011).
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные и
апробированные в различных областях фармацевтического анализа
методологические подходы позволяют быстро оптимизировать условия анализа ЛС и БАВ различной природы в условиях КЭ. В результате они могут быть применены при разработке методик анализа ЛС в условиях КЭ, с последующим их включением в фармакопейные статьи (ФС) и другую нормативную документацию (НД) на ЛС. Например, частные и общие подходы по анализу фенольных соединений могут стать основой при разработке и совершенствовании методик анализа фенологликозидов, фенолокислот и флавоноидов в ЛРС.
Проведённые исследования по изучению фармакокинетики
воспроизведённых отечественных ЛП на основе амлодипина безилата и
лизиноприла были использованы при государственной регистрации
таблетированных лекарственных форм амлодипина (ЗАО Биоком г. Ставрополь)
(получен акт о внедрении от ЗАО «Биоком» г. Ставрополь) и лизиноприла (ЗАО
Органика г. Новокузнецк) (акт о внедрении от ОАО «Органика» г. Новокузнецк).
Результаты изучения фармакокинетики ингибитора Syk-киназы (лабораторный
шифр MT-SYK-03 (2,2-диметил-6-((4-((3,4,5-триметоксифенил)амино)-1,3,5-
триазин-2-ил)амино)-2H-пиридо[3,2-b][1,4]оксазин-3(4H)-она)), полученные
методом КЭ, использованы в его дальнейших углубленных доклинических исследованиях в рамках выполнения НИР по теме: «Доклинические исследования
лекарственного средства на основе производного диаминотриазина, ингибитора
Syk-киназы, для лечения ревматоидного артрита» (Государственный контракт от
23 апреля 2013 г. №14.N08.12.0011) (акт о внедрении от ООО «Молекулярные
технологии» г. Москва). Результаты экспериментального изучения
фармакокинетики ЛП «Ципрокам» суппозитории ректальные (ООО Альтфарм, Россия) в сравнении с зарегистрированными таблетками ципрофлоксацина, полученные с использованием КЭ, будут использованы при регистрации ЛП «Ципрокам» суппозитории ректальные (акт о внедрении от ООО «Альтфарм» г. Москва). Методика качественного и количественного определения индол-3-карбинола в надземной части растений сем. Brassicaceae включена в проект ФС «Рапса обыкновенного трава» и получен акт апробации данного проекта от ГУП РО «Фармацевтический центр» (г. Ростов-на-Дону). Методика идентификации и количественного определения мельдония и холина альфосцерата при их совместном присутствии включена в проект ФС «Холина альфосцерат + Мельдоний» раствор для внутривенного и внутримышечного введения 4 мл и получен акт апробации данного проекта от ГУП РО «Фармацевтический центр» (г. Ростов-на-Дону). На методику идентификации и количественного определения мельдония и холина альфосцерата при их совместном присутствии разработано информационное письмо и получен акт о внедрении его для практического использования от Филиала г. Ростов-на-Дону ФБГУ «Информационно-методический центр по экспертизе, учету и анализу обращения средств медицинского применения» Росздравнадзора (г. Ростов-на-Дону).
Проведенные исследования легли в основу подготовки методических рекомендаций для аспирантов и студентов фармацевтических ВУЗов и факультетов: Сенченко, С.П. Использование капиллярного зонного электрофореза в анализе биологически активных веществ фенольной структуры: методические рекомендации для аспирантов и студентов фармацевтических ВУЗов и факультетов / С.П. Сенченко, Е.В. Компанцева, – Пятигорск, 2016. – 33 с. Указанные методических рекомендации будут использованы при подготовке и выполнении дипломных работ и диссертационных исследований на кафедрах
фармацевтического профиля ряда высших учебных заведений (акты о внедрении
в учебный процесс получены от кафедры фармации ФГБОУ ВО «МГТУ», кафедры фармакологии ГБОУ ВПО СГМУ (г. Архангельск) МЗ РФ, кафедры фармацевтической химии с курсами аналитической и токсикологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России, кафедры фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России.
Методология и методы исследования. В качестве основного физико-химического метода исследования был использован КЭ в различных вариантах (капиллярный зонный электрофорез (КЗЭ), КЗЭ с добавкой макроциклических реагентов, МЭКХ). В ряде случаев в качестве методов сравнения использовались ВЭЖХ и спектрофотометрия.
При использовании метода КЭ в изучении фармакокинетики ЛС применялись фармакологические методы исследования, а также специальные программные продукты для расчета фармакокинетических параметров.
Положения, выносимые на защиту.
-
Материалы по изучению условий применения модели Оффорда для прогноза электрофоретического поведения ЛС.
-
Результаты разработки и апробации методологических подходов анализа ЛС кислотного характера.
-
Результаты разработки и апробации методологических подходов анализа ЛС слабоосновного характера в условиях ионизации.
-
Результаты разработки и апробации методологических подходов анализа ЛС нейтрального и слабоосновного характера в условиях подавления ионизации.
-
Результаты применения разработанных методологических подходов в анализе ЛС кислотного, а также нейтрального и/или слабоосновного характера при их совместном присутствии.
-
Материалы по апробации и внедрению полученных результатов в современную фармацевтическую практику.
Степень достоверности и апробация результатов. Полученные с
помощью разработанных методик данные подвергались статистической
обработке или валидационной оценке согласно общей статье «Статистическая обработка результатов химического эксперимента и биологических испытаний» (ГФ XI издания, вып. 1) и проекта ОФС Валидация аналитических методик, соответственно. Обработку результатов исследований, расчеты, построение графиков и таблиц проводили с помощью программы Microsoft Office Excel 2007.
Расчёт фармакокинетических параметров проводился с использованием программы BORGIA (версия 1.03 НПП «Наука Плюс», ), а полученные результаты контролировались с помощью известного набора формул.
Результаты и основные положения диссертационной работы доложены на ежегодных научных конференциях Пятигорской ГФА и ПМФИ – филиала ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России (2008, 2010-2014 гг.); Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез», г. Краснодар, 26 сентября – 1 октября, 2010 г.; 2-й Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез», г. Краснодар, 26-31 мая, 2013 г.; III-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Беликовские чтения», г. Пятигорск 2-3 декабря, 2014 г.; на XXII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» г. Москва, 6-10 апреля 2015 г.; 26th International Symposium on Pharmaceutical and Biomedical Analysis (PBA 2015), July 5-8, 2015, Tbilisi, Georgia.
По материалам проведенных исследований опубликована 31 печатная работа, из них один патент и 20 статей в журналах перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук. Часть материалов диссертации оформлена в виде главы в коллективной монографии: Фармацевтический анализ (Серия «Проблемы аналитической химии»): Монография – М. АРГАМАК-МЕДИА, 2013. – Т. 16. – С. 562-579.
Личный вклад автора. Соискателем осуществлен выбор направления
исследования, выполнен поиск и анализ литературных источников по
проблематике диссертационной работы, сформулированы цель и задачи
исследования, обоснованы пути их решения.
Для получения результатов, изложенных в диссертации, автор:
-изучил электрофоретическое поведение 57 ЛС и БАВ различной природы методом КЭ. На примере 27 из них, способных к ионизации, выявил условия применения модели Оффорда для прогноза их электрофоретического поведения;
-предложил на основе теоретических и экспериментальных исследований методологические подходы анализа ЛС различной природы в условиях КЭ;
-провел апробацию данных подходов на примере целого ряда исследований в различных областях фармацевтического анализа: изучение фармакокинетики ЛС, анализ ЛС в ЛП и БАВ в ЛРС.
Соискателем осуществлен анализ полученных экспериментальных данных, проведено их обобщение и интерпретация.
При непосредственном участии автора выполнена подготовка материалов по интерпретации результатов исследования для их последующей публикации и представления на научных конференциях, конгрессах и симпозиумах и оформления диссертационной работы.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 393 страницах машинописного текста, содержит 67 таблиц, 119 рисунков и 2 схемы. Работа состоит из введения, обзора литературы, семи глав собственных исследований, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложений. Список литературы включает 454 источника, в том числе 368 – на иностранных языках.
Классификация, номенклатура и обзор российского фармацевтического рынка энтеросорбентов
При анализе литературы был отмечен тот факт, что основным методом профилактики и лечения интоксикационных процессов остается метод энтеросорбции [72, 103-108]. В отличие от инвазивных методов, он является наименее затратным и в то же время эффективным и безопасным методом детоксикации организма [52, 107]. По данным ВОЗ 78 % интоксикационных процессов могут лечиться методом энтеросорбции [1, 126].
Лечебное действие энтеросорбции обусловлено прямым и опосредованным эффектами: 1) прямой эффект – это фиксация и выведение из ЖКТ экзогенных веществ, бактериальных токсинов, эндогенных продуктов секреции и гидролиза, биологически активных веществ, сорбция патогенных, условно-патогенных микроорганизмов, вирусов и радионуклидов; 2) опосредованный эффект – это устранение или ослабление токсико-аллергических реакций, профилактика эндотоксикоза, снижение метаболической нагрузки на органы экскреции и детоксикации, коррекция процессов обмена веществ, восстановление целостности и проницаемости слизистых оболочек, стимуляция моторики кишечника [96, 109, 122-123].
В военное время энтеросорбенты могут использоваться для оказания медицинской помощи и лечения пораженных ионизирующим излучением и боевыми отравляющими веществами [57, 77].
Современные лекарственные средства для энтеросорбции должны соответствовать следующим основным медицинским требованиям: не обладать токсическим действием, быть нетравматичными для слизистых оболочек, хорошо эвакуироваться из кишечника, иметь высокие адсорбционные свойства, должны иметь удобную лекарственную форму, по возможности применяться в педиатрической практике [46, 54-55, 97]. Также сырьевая база и производство должны находиться на территории Российской Федерации, т.к. наличие российских производителей энтеросорбентов является гарантом обеспечения лекарственной безопасности Российской Федерации [85].
В зависимости от вида интоксикационного процесса происходит выбор сорбента по лекарственной форме, структуре и механизму сорбции [52, 57]. Характерной особенностью сорбентов является пористость и наличие микро-, мезо- и макропор [120], а особенностью токсических веществ является их размер. В зависимости от размера токсические вещества делят на следующие виды: менее 150 нм, 150-250 нм и более 250 нм [93]. Критерием эффективности применения сорбента и проявлением адсорбции является совпадение диаметра молекулы токсического адсорбирующего вещества с линейным размером поры сорбента, что определяет его терапевтический эффект [35, 129]. Согласно механизму сорбции, токсические вещества диффундируют к внешней поверхности частицы сорбента, с помощью внутренней диффузии поступают по макропорам в мезопоры, в которых происходит процесс адсорбции путем объемного заполнения мезопор. При дальнейшей адсорбции в микропорах происходит заполнение части или всего объема их токсическими веществами, которые под воздействием адсорбционных полей, создаваемых противоположными стенками пор, находятся в специфическом уплотненном состоянии [36]. Универсальным полифункциональным сорбентом, способным поглощать и задерживать токсические вещества различного размера, будет являться сорбент с наличием макро-, мезо- и микропор [130-131].
В таблице 1 приведена характеристика основных групп ЭЛС. Таблица 1 – Характеристика основных групп ЭЛС № п/п Группа Характеристика Удельная поверхность Лекарственные формы 1 Активированный уголь Получают из углей удалением смолистых веществ и созданием разветвленной сети пор. Имеет высокоразвитую микропористую поверхность 1,5-200 м/г порошок, таблетки, капсулы 2 Смектит диоктаэдрический Получают из минерального сырья путем очистки. Имеет мезопористую поверхность. За счет строения минералов обладает ионообменной способностью. Стабилизирует слизистый барьер желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) до 600 м/г суспензия для приема внутрь, порошок для приготовления суспензии для приема внутрь 3 Кремния диоксид коллоидный Получают синтетическим путем до 400 м/г порошок для приготовления суспензии для приема внутрь 4 Лигнин гидролизный Получают путем щелочной обработки лигнина. до 20 м/г порошок, таблетки, гранулы 5 Повидон Получают синтетическим путем из мономера N-винилпирролидона. Обладает ионообменной способностью 200-400 м/г порошок 6 Полиметилсилоксана полигидрат Получают синтетическим путем поликонденсации гидрогеля метилкремниевой кислоты. Имеет кремнийорганическую пористую структуру. Сорбирует среднемолекулярные токсины 180-300 м/г паста для приема внутрь, гель для приготовления суспензии для приема внутрь Энтеросорбенты классифицируют: 1) по химической структуре: активированные угли, неорганические минеральные сорбенты – медицинские глины, органические сорбенты на основе лигнина и синтетические сорбенты; 2) по механизму сорбции: адсорбенты, абсорбенты, ионообменные вещества и комплексообразователи; 3) по виду лекарственной формы: порошки, гранулы, таблетки, капсулы, суспензии, пасты, гели [56, 98]. Согласно Международной анатомо-терапевтической и химической (АТХ) классификации ВОЗ [110], ЭЛС относятся к группе А07В – адсорбционные кишечные препараты, или энтеросорбенты. В диссертационной работе автор придерживается термина «энтеросорбенты». Группа А07В – энтеросорбенты подразделяется на А07ВА – препараты угля и А07ВС – энтеросорбенты прочие, к которым относят зарегистрированные в России: лигнин гидролизный, смектит диоктаэдрический, кремния диоксид коллоидный, повидон, полиметилсилоксана полигидрат. Фармакологическое действие энтеросорбентов – адсорбционное, дезинтоксикационное и антидиарейное [17]. В странах Евросоюза АТХ-классификация энтеросорбентов более расширена. В таблице 2 представлена АТХ-классификация ЭЛС, имеющих регистрацию в странах Евросоюза [39, 110].
Методика и контроль механической обработки монтмориллонитовой глины
Электронное микроскопирование осуществляли с помощью растрового ионно-электронного микроскопа «Quanta 200 3D» с функцией проведения исследований в режиме естественной среды (при остаточном давлении 0,1 атм.) с возможностью приготовления тонких фольг для просвечивающей электронной микроскопии из выбранного участка образца (система ионного фокусированного пучка «Magnum», микроманипулятор «OmniProbe 100,7», оснащенного системой локального нанесения вольфрама из газовой среды «Wdeposition», а также интегрированной системой «Pegasus 2000» для микроанализа (рентгеновский детектор «Sapphire» со сверх ультратонким окном – диапазон элементов Be-U, разрешение по KaMn 132 эВ) и определения кристаллографических характеристик зерен методом дифракции обратно рассеянных электронов (цифровая камера «Digiview II» высокого разрешения с высокочувствительной матрицей). Интегрированная система «Pegasus 2000» позволяет определить химический состав, идентифицировать тип кристаллической решетки и ее ориентацию в локальных (менее 1 мкм) областях материалов.
Определение удельной площади поверхности и пористости проводили на анализаторах «TriStar II 3020» и «Asap 2020» методом физической сорбции газов. «TriStar II 3020» позволяет провести три анализа удельной поверхности от 0,01 м2/г по методу BET (Brunauer-Emmeteller) по 5 точкам менее чем за 20 мин. До 1000 точек могут быть зафиксированы как на адсорбционной, так и на десорбционной ветви изотермы. Анализатор управляется программным обеспечением в среде WINDOWS, обеспечивая полностью автоматический анализ. В исследовании использовался азот, одна молекула которого занимает площадь 16,2 , молекулярная масса 0,028 кг/моль. Программное обеспечение по массе адсорбированного и десорбированного азота проводит анализ удельной поверхности, объема пор и среднего размера пор.
Анализатор «Asap 2020» позволяет провести анализ площади поверхности и исследование пористой структуры материалов с применением методов физической сорбции, а также полный анализ микро- и мезопор, их распределения по размерам и определение площади поверхности. Диапазон измерения диаметра пор составляет от 0,35 до 500 нм.
Определение минералогического состава глины проводили методом М. Ф. Викуловой и Н. В. Логвиненко [42].
Методика: навеску глины массой 0,5 г замачивали в воде очищенной. Через сутки воду сливали, глину переносили в пробирку и заливали водой, взмучивали переворачиванием и оставляли на сутки. Через сутки верхнюю часть суспензии высотой 7 см переливали в 2 пробирки поровну. В первую пробирку добавляли 0,001 % раствор МС, во вторую – 0,001 % раствор МС и одну-две капли насыщенного раствора калия хлорида. По результатам изменения окраски и характера осадка, которые регистрировали визуально через сутки, определяли предположительный минеральный состав.
Определение адсорбционной активности. В настоящее время для определения адсорбционной активности глины используют методики, описанные в ГОСТ 4453-74 и ГОСТ 21283-93, применяемые для определения адсорбционной емкости порошкообразного угля активного и бентонитовой глины [21, 48, 95]. Определение адсорбционной активности проводили в соответствии с материалами, изложенными в работах [6, 61, 128] и ФСП на лекарственный препарат «Смекта».
Методика: навеску сорбента массой 0,8 г помещали в 35 мл 0,15 % раствора метиленового синего в воде. Перемешивали на магнитной мешалке со скоростью 50 об/мин в течение 20 мин. Центрифугировали 15 мин со скоростью 3000 об/мин, затем 5 мл центрифугированного раствора помещали в мерную колбу объемом 50 мл, доводили водой до метки. Измеряли оптическую плотность при 667 нм. Адсорбционную активность определяли путем построения изотерм адсорбции методом переменных концентраций: в мерные колбы на 50 мл вносят по 0,5 мл, 1,0 мл, 1,5 мл, 2,0 мл, 3,0 мл 4,0 мл, 5,0 мл, 6,0 мл 0,15 % раствора метиленового синего в воде, доводили водой до метки. Измеряли оптическую плотность при 667 нм. Количество адсорбционного метиленового синего рассчитывали по формуле (1): А=С0 – С/m (1) где А – адсорбционная активность, мг/г; С0 – концетрация красителя начальная, мг/мл; С – концетрация красителя после адсорбции, мг/мл; m – масса навески адсорбента, г. Определение емкости катионного обмена проводили по методике, описанной в ГОСТ 21283-93 [21]. Методика: определяли адсорбционную активность с использованием метиленового синего. Емкость катионного обмена глины (мг-экв на 100 г сухой глины) рассчитывали по формуле (2): Е=А100/319,9 (2) где Е – емкость катионного обмена, мг-экв на 100 г сухой глины; А – адсорбционная активность, мг/г; 319,9 – миллиграмм-эквивалентная масса метиленового синего, мг. Определение адсорбционной активности в опытах in vitro. Для определения влияния температуры и рН среды на адсорбционную активность проводили биофармацевтические исследования в опытах in vitro в растворах, имитирующих физиологические среды.
Методика: рН желудка моделировали соляной кислотой до 2, время опыта – 20 мин; рН 12-перстной кишки моделировали соляной кислотой до 7,5, т.к. исходная рН – 8,5, время опыта – 20 мин. Температура опытов – 37 С. 2.2.2. Технологические методы
Определение сроков годности разработанных гранул проводили согласно «Инструкции по проведению работ с целью определения сроков годности лекарственных средств» методом ускоренного хранения [20] в потребительской упаковке. Изменение адсорбционной активности исследуемых образцов в процессе хранения определяли согласно методикам, изложенным в проекте фармакопейной статьи [63].
Истираемость определяли согласно ОФС 42-0128-09, распадаемость – ОФС 42-0134-09, ситовой анализ – ОФС 42-0136-09, степень сыпучести порошков – ОФС 42-0137-09 [23-24, 90].
Микробиологическую чистоту определяли по ОФС 42-0067-07. Антимикробную активность изучали по ОФС 42-0068-07 и методике микробиологического метода секторальных посевов, применяемого в работе клинико-диагностических лабораторий [60].
Методика: предварительно исследуемые образцы глин автоклавировали при давлении 0,5 атмосфер в течение 30 минут. Навеску глины разводили в 0,9 % растворе натрия хлорида до получения 10 % суспензии. В пробирку помещали 1 мл 10 % суспензии глины, добавляли музейную культуру микроорганизма с концентрацией 105 КОЕ. Одну пробирку использовали как контрольную – без добавления микроорганизма. Пробирки инкубировали при 37 C 24 часа. Платиновой петлей диаметром 2 мм, емкостью 0,005 мл производили посев 10 % суспензии глины (30-40 штрихов) на сектор A чашки Петри с простым питательным агаром. После этого петлю прожигали и производили 4 штриховых посева из сектора A в сектор I и аналогичным образом – из сектора I во II и из II в III. Чашки Петри инкубировали при 37 C 24 часа, после чего подсчитывали число колоний микроорганизмов, выросших в разных секторах. Определяли количество выделенных колоний. С этой целью применяли количественные методы исследования, основанные на определении числа микробных клеток в 1 мл 10 % суспензии глины.
Технологическая блок-схема получения субстанции медицинской монтмориллонитовой глины
Изучение минералогического состава глины проводили при помощи метода окрашивания Викуловой М.Ф. и Логвиненко Н.В. [42]. Метод основан на взаимодействии катионного красителя метиленового синего (МС) с отрицательно заряженной поверхностью глинистых минералов. Сорбция МС происходит благодаря изоморфному замещению атомов с низшей валентностью в тетраэдрических слоях структуры кристаллической решетки глинистых минералов. Количество активных адсорбируемых центров зависит от особенностей строения кристаллической решетки глинистых минералов. Связь МС с активным адсорбируемым центром происходит через его аминогруппу или центральный атом азота. Указанные процессы сопровождаются изменением цвета используемого реактива. В результате применения метода окрашивания Викуловой М.Ф. и Логвиненко Н.В. удалость выяснить, что нативная глина состоит из минералов монтмориллонита, иллита, каолинита и гидрослюды, причем преобладает минерал монтмориллонит. Результаты нашего эксперимента совпадают с результатами, полученными профессором Везенцевым А.И. методом рентгенофазового анализа [15, 74]. Окраска глины после проведения очистки по нашей методике изменяется: характерный для минерала монтмориллонита оттенок становится более выраженным. Это позволяет нам предположить, что доля сорбционно-активного минерала монтмориллонита в составе глины после ее очистки и обогащения повышается. 3.2.2. Изучение пространственной структуры, формы и размера частиц монтмориллонитовой глины. Определение химического состава
В соответствии с Международным руководством по надлежащей производственной практике в нормативной документации на активную фармацевтическую субстанцию должна содержаться информация о ее структуре, форме и размере частиц [75, 114]. Изучение пространственной структуры, формы и размера частиц монтмориллонитовой глины, а также ее элементного состава проводили на электронно-ионном сканирующем микроскопе «Quanta 200 3D». Для анализа полученных результатов проводили аналогичные исследования смектита диоктаэдрического и каолиновой глины. Использовали такое увеличение микроскопа, чтобы зафиксировать минимальный и максимальный размеры частиц. Для монтмориллонитовой глины увеличение составило 10000 раз, для смектита диоктаэдрического и каолина – 2000 раз. Были получены микрофотографии частиц глин (рис. 21, 23, 25). На рисунках 20, 22, 24 представлены энергодисперсионные спектры исследуемых образцов.
Микрофотография образца монтмориллонитовой глины монтмориллонитовой глины Монтмориллонитовая глина, представленная на рисунке 21, состоит из симметричных равноосных частиц неоднородной формы с неровной поверхностью, острыми краями, трещинами; средний размер частиц составил 2 53 5 мкм. Встречаются агрегаты с хлопьевидными очертаниями, складчатые образования. Видны частицы, отличающиеся по размерам и форме, объединенные в агрегаты. Имеются поры различных размеров: межчастичные, образованные неплотным прилеганием частиц, и межагрегатные.
Как показано на рисунке 20, в состав монтмориллонитовой глины входят следующие элементы: кремний, алюминий, железо, кальций, калий, магний и примеси титана и натрия.
Еленского месторождения Каолиновая глина состоит из частиц неправильной формы размером 5-20 мкм, встречаются агрегаты размером до 50 мкм (рис. 23). В ее состав входят такие элементы, как кремний, алюминий и примеси железа, кальция, калия и магния.
Таким образом, морфологически монтмориллонитовая глина и смектит диоктаэдрический состоят из симметрических равноосных частиц, каолиновая глина состоит из частиц неправильной формы. Средний размер частиц монтмориллонитовой глины составляет 2-5 мкм, что характеризует ее как минеральное сырье с наиболее высокой удельной поверхностью.
На основании энергодисперсионных спектров исследуемых образцов проведен сравнительный анализ химического состава медицинских глин, результаты которого представлены в таблице 15.
Как следует из таблицы 15, элементный состав монтмориллонитовой глины по элементам кремния и алюминия составляет 3:1, что указывает на преобладание в исследуемой глине минерала монтмориллонита. По сравнению со смектитом диоктаэдрическим меньшее количество магния предположительно в октаэдрической структуре глинистого минерала монтмориллонитовой глины компенсируется железом. Из примесей монтмориллонитовой глины отмечен натрий, который входит в обменный ионный слой минерала монтмориллонита. Каолиновая глина сложена из алюмосиликатной основы с примесями железа, кальция, калия и магния. Одной из характеристик сорбентов является обменная емкость. Обменная емкость глин обусловлена наличием в их составе катионов, способных к обмену [40]. Катионный обменный комплекс глин состоит из катионов натрия, калия, кальция и магния. Элементный анализ показал преобладание указанных катионов у монтмориллонитовой глины, что говорит о ее более высокой обменной способности по сравнению со смектитом диоктаэдрическим и каолиновой глиной
Изучение показателей адсорбционной активности и емкости катионного обмена гранул ММГ
Показатель распадаемости гранул является основополагающим при выборе оптимальной модельной смеси, т.к. при удовлетворительной распадаемости сохраняется высокий показатель удельной поверхности и соответственно адсорбционной емкости. Минимальное время распадаемости составляет 3 минуты для модельных смесей № 1, 10, 11, 12 и 13.
Гранулы модельных смесей № 10-12 с ПВС легко поддаются структурированию, они получились однородными по окраске и достаточно однородными по размеру, который составляет 0,2-0,3 мм, сыпучесть 5,8-6,0 г/с, количество более мелких и более крупных гранул не превышает в сумме 5 %. Проведенные экспериментальные исследования по изучению ряда вспомогательных веществ и модельных смесей показали, что в наибольшей степени предъявляемым к гранулам технологическим требованиям соответствует модельная смесь № 11. Гранулы ММГ были нами получены методом влажного гранулирования, который заключается в увлажнении ингредиентов гранулирующим раствором с последующим продавливанием и получением из влажной массы гранул определенной величины. Метод влажного гранулирования включает следующие операции: увлажнение порошка раствором связывающего вещества, гранулирование влажной массы, сушка влажных гранул и структурирование гранул просеиванием.
В своей работе мы использовали две методики получения гранул:
1. В качестве увлажняющего раствора использовали раствор вспомогательного вещества в воде очищенной. Увлажняющий раствор добавляли к порошку небольшими порциями, для того чтобы предотвратить комкование массы. Увлажненная масса должна представлять собой влажную, плотную смесь, не прилипающую к руке, но рассыпающуюся при сдавливании на отдельные комочки.
2. ММГ и вспомогательное вещество (30 : 0,3) подвергали механической обработке в шаровой мельнице до получения гомогенной массы. В качестве гранулирующей жидкости использовали воду очищенную.
Технология гранулирования ММГ в лабораторных условиях .К порошку ММГ в ступке добавляем несколько капель увлажнителя, перемешиваем полимерной пластинкой. Затем снова добавляем раствор увлажнителя и перемешиваем. Процесс повторяем до получения однородной влажной массы, которая легко, не прилипая к пальцам, могла бы сминаться в комок. Увлажненная масса должна быть пластичной, но не липкой.
Формование гранул осуществляли продавливанием увлажненных масс через сито с диаметром отверстий 1 мм с помощью полимерной пластинки. Сушку гранул проводили в сушильном шкафу при температуре 40-50 С до остаточной влажности не более 8 %. В период сушки нужно проводить перемешивание гранул через каждые 10-15 минут. Сухие гранулы должны быть достаточно твердыми, оказывающими заметное сопротивление при сжатии, а также должны соответствовать требованиям ГФ XI. Далее определяли следующие технологические характеристики: размер гранул, максимальную насыпную плотность, сыпучесть, угол естественного откоса, истираемость и распадаемость.
Технология гранулирования монтмориллонитовой глины в условиях промышленного производства. Получение гранул ММГ осуществляли методом структурного влажного гранулирования, все стадии которого проводили в одном аппарате. Для этого использовали миксер-гранулятор. Миксер-гранулятор работает в режимах смешения с увлажнением, гранулированием и последующей подачей влажных гранул на сушилку псевдоожиженного слоя.
Процесс смешения осуществляется при вращении лопастной мешалки, а процесс гранулирования во время подачи гранулирующей жидкости при одновременном вращении лопастной мешалки и рассекателя-измельчителя. Эти установки компактны, обеспечивают высокое качество продукта на выходе.
Принцип работы сушилки псевдоожиженного слоя основан на том, что поток воздуха, всасываемый вентилятором в верхнюю часть каркаса, нагревается в калорифере до заданной температуры, очищается в фильтре и попадает непосредственно в сушильную камеру, где проходит через резервуар с продуктом снизу вверх, псевдоожижая слой продукта. Далее увлажненный воздух проходит через рукавный фильтр, очищается от мелких частиц продукта и выбрасывается в атмосферу.
Сушилка псевдоожиженного слоя имеет высокую производительность: время сушки материала в зависимости от его физических свойств и формы длится от 20 до 50 минут; такие сушилки потребляют мало энергии и занимают небольшую рабочую площадь. 4.3. Изучение показателей адсорбционной активности и емкости катионного обмена гранул ММГ
Следующий этап работы был направлен на изучение адсорбционной активности модельных смесей гранул. В качестве маркеров, позволяющих определить эффективность действия сорбентов в отношении среднемолекулярных токсинов, использовали красители МС, феноловый красный и метиленовый оранжевый. Полученные данные представлены в таблице 27. Модельные смеси гранул обладают слабой адсорбционной активностью по отношению к феноловому красному, по отношению к метиленовому оранжевому адсорбционная активность практически отсутствует. Низкая адсорбционная активность связана с природой поверхности указанных красителей. По отношению к МС модельные смеси гранул обладают высокой адсорбционной активностью за счет наличия на поверхности положительно заряженной аминогруппы.
Модельные смеси гранул с Nа-КМЦ и ГПМЦ обладают низкой адсорбционной способностью. Данный факт мы объяснили взаимодействием указанных полимеров с активными сорбционными центрами глины.