Взаимодействия фармацевтических субстанций и вспомогательных веществ в водных растворах с различным содержанием дейтерия Левицкая Ольга Валерьевна

Введение к работе

Актуальность работы. Эффективность и безопасность лекарственных средств (ЛС) зависят от надлежащего качества не только фармацевтической субстанции (ФС), но и вспомогательных веществ (ВВ), обеспечивающих стабильность, биодоступность и другие важные технологические и биофармацевтические характеристики готовых лекарственных форм (ГЛФ) [Тенцова А.И., 2012; Moore I., 2013; Федеральный закон № 429-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об обращении лекарственных средств» - от 01.01.2016].

В ряде случаев включение ВВ в состав ГЛФ оказывается необоснованным или неоправданно излишним [Pramanick S., 2013; Karst K.R., 2015], в связи с чем не теряет актуальности оценка целесообразности применения некоторых комбинаций активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) и ВВ.

Сохраняя стабильность в твердой лекарственной форме, ВВ могут изменять химическую реакционную способность в жидких лекарственных формах (ЖЛФ), взаимодействуя с другими компонентами ЛС [Берлянд А.С., 2015; Саканян Е.И., 2015]. Физико-химические подходы к количественной оценке таких взаимодействий информативны, а исследования на простых биологических моделях, в частности Spirotox, позволяют получить быстрый ответ комбинированного действия АФИ и ВВ [Сыроешкин А.В., 1998-2016].

Присутствие в мировых фармакопеях разделов, посвященных хиральной чистоте ЛС, обусловлено различиями в биологической активности и энантиомерными превращениями АФИ с образованием в организме изомеров, не обладающих целевой фармакологической активностью [Rehman W., 2011; G.V., 2015]. Продолжающаяся дискуссия о необходимости разделения активного стереоизомера и его антипода стимулирует разработку новых методик контроля качества хиральных ФС [Carvalho A.C., 2015; J.Y., 2016].

Ведущие фармакопеи мира предъявляют жесткие требования к качеству используемой воды. Но до настоящего времени ни одна из них не рассматривала изотопный состав как показатель качества этого растворителя. В то же время известно, что скорость метаболических процессов зависит от соотношения дейтерий:протий (D/H) в воде [Avila D.S., 2012; Heinzelmann S.M., 2015].

Соотношение D/H питьевой воды близко к 140 ppm, но варьирует для разных источников и отдельных регионов. Вода с пониженным содержанием дейтерия (deuterium depleted water–DDW, «легкая» вода) проявляет многочисленные положительные эффекты при действии на биологические объекты разного иерархического уровня [Somlyai G., 1993-2014, Сыроешкин А.В., Плетенева Т.В., Успенская Е.В., 2010-2016], открывающие перспективы ее использования в фармации. В связи с этим исследования влияния изотопного состава воды на индивидуальную и комбинированную биологическую активность АФИ и ВВ представляют актуальную задачу для фундаментальной науки химико-фармацевтического направления.

Степень разработанности темы диссертации. До настоящего времени окончательно не гармонизированы международные нормативные требования к качеству ВВ. Последствием этого является необоснованность включения в состав ГЛФ вспомогательных веществ, химическая инертность которых по отношению к АФИ не исследована детально.

Отечественные и зарубежные нормативные документы, регламентирующие
требования к субстанциям для фармацевтического применения, обладающим
оптической активностью, ограничены общими фармакопейными статьями

«Поляриметрия» и «Круговой дихроизм».

Несмотря на данные о влиянии соотношения D/H в воде на физико-химические свойства и биологическую активность ФС, изотопный состав не включен в перечень фармакопейных показателей е качества.

Цель настоящего исследования – разработка системы оценки химико-фармацевтических свойств субстанций для фармацевтического применения в водах различного изотопного состава на основе физико-химических критериев с использованием биологической модели Spirotox. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие основные задачи:

1. Дать сравнительную оценку индивидуальной и комбинированной

биологической активности ФС (L-аскорбиновая кислота, далее аскорбиновая кислота (АК), 3-гидрокси-6-метил-2-этилпиридина гидрохлорид, 3-гидрокси-6-метил-2-этилпиридина сукцинат, цинка сульфат гептагидрат, далее ZnSO₄, меди сульфат пентагидрат, далее CuSO₄) и ВВ (динатрия сульфит – Na₂SO₃, динатриевая соль

этилендиаминтетрауксусной кислоты – Na₂H₂ЭДТА) в водных растворах с различным соотношением D/H.

1. Оценить возможность применения закономерностей аррениусовской кинетики для количественной оценки биологической активности ФС и ВВ – биологическая модель Spirotox.

2. Исследовать влияние изотопного состава воды на оптическую активность энантиомеров аминокислот (на примере L- и D-валина) в зависимости от рН.

3. Исследовать влияние изотопного состава воды на мутаротацию углеводов (на примере D- и L-галактозы) в зависимости от температуры.

4. Оценить целесообразность использования Na₂SO₃ в качестве ВВ в комбинациях с ФС в солевой и кислотной форме, а также проявляющими окислительно-восстановительные свойства.

5. Доказать нецелесообразность применения Na₂H₂ЭДТА в качестве ВВ в витаминно-минеральных ЛС, содержащих соли d-элементов.

Научная новизна. Впервые осуществлена оценка совместимости компонентов
ГЛФ на основе системного подхода, включающего термодинамическое

прогнозирование, аррениусовскую интерпретацию фармакокинетических

результатов, инструментальные исследования (ИК-спектроскопия, поляриметрия, термический анализ, лазерная дифракция света) и применение биологического объекта Spirostomum ambiguum – модель Spirotox.

Проведен сравнительный анализ биологической активности субстанций для фармацевтического применения в водах с различным соотношением D/H. Дано обоснование применения в фармации воды с пониженным содержанием дейтерия для снижения индивидуальной и комбинированной токсичности ФС и ВВ. Доказано влияние изотопного состава воды на оптическую активность хиральных субстанций – представителей класса углеводов и аминокислот.

Теоретическая значимость работы. Проведено обобщение литературных данных о современных подходах к изучению совместимости АФИ и ВВ. Систематизированы сведения о свойствах оптически активных субстанций для фармацевтического применения и их зависимости от изотопного состава воды.

Заложены основы перспективного использования в фармации воды с пониженным содержанием дейтерия в связи с обнаруженными антидотными свойствами.

Практическая значимость работы. Приоритетным направлением «Стратегии лекарственного обеспечения населения РФ на период до 2025 года» является создание препаратов, отличающихся высокой эффективностью и низким уровнем побочных эффектов. В работе представлена система оценки совместимости ФС и ВВ в водах различного изотопного состава с использованием физико-химических критериев и биологической модели. Разработанный подход может быть использован для доклинической оценки возникновения нежелательных реакций в результате комбинированной биологической активности компонентов ГЛФ.

На клеточной модели установлены статистически значимые различия кинетики лиганд-рецепторных взаимодействий при изменении соотношения D/H воды. Обнаруженные антидотные свойства воды, обедненной по дейтерию, открывают перспективы использования ее в качестве растворителя для ФС, имеющих узкий интервал терапевтической безопасности.

Разнообразие подходов позволило осуществить теоретический прогноз и экспериментально подтвердить химические взаимодействия, проявляющиеся в виде антагонистических или синергических эффектов субстанций для фармацевтического применения.

Внедрение результатов исследования. Результаты проведенного

исследования используются в дисциплинах магистратуры по специализации «Фармацевтический анализ в производстве и контроле качества ЛС» и аспирантуры по специальности «Фармацевтическая химия, фармакогнозия».

Установленные взаимодействия ФС и ВВ могут быть рекомендованы производителям лекарственных препаратов для корректировки технологических схем получения ГЛФ.

Результаты контроля качества инъекционных форм аскорбиновой кислоты поляриметрическим методом внедрены в практику контрольно-аналитической лаборатории ООО «КоАЛ Фарманализ», принимающей участие в процедуре декларирования качества лекарственных средств (акт внедрения от 05.02.2016, г. Москва).

Методология и методы исследования. В диссертационном исследовании использованы современные физико-химические и биофармацевтические методы анализа. Подтверждена необходимость системного подхода к оценке возможных взаимодействий субстанций для фармацевтического применения на основе кинетических и равновесных критериев, а также с использованием биообъекта.

Положения, выносимые на защиту.

1. Характеристика воды с пониженным содержанием дейтерия как растворителя, обладающего антидотными свойствами.

2. Влияние изотопного состава воды на оптическую активность соединений разных химических классов: углеводов (галактоза) и аминокислот (валин).

3. Оценка совместимости ФС и ВВ на основе физико-химических критериев и биотестирования.

4. Обоснование механизмов взаимодействия Na₂SO₃ в качестве ВВ с ФС в солевой и кислотной форме, а также проявляющими окислительно-восстановительные свойства.

5. Доказательство нецелесообразности применения Na₂Н₂ЭДТА в качестве ВВ в витаминно-минеральных композициях.

6. Оценка качества ЖЛФ аскорбиновой кислоты поляриметрическим методом.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов обеспечена использованием современных инструментальных методов фармацевтического анализа – ИК-спектроскопии, поляриметрии, термического анализа, лазерной дифракции света.

Материалы исследования представлены на: IV Всероссийской научной конференции «Молодая фармация – потенциал будущего» (Санкт-Петербург, 2014); Междисциплинарной конференции «Современные решения для исследования природных, синтетических и биологических материалов» (Санкт-Петербург, 2014); IV Всероссийском конгрессе «Медицина для спорта» (Москва, 2014); конференциях «Проблемы медицины и биологии» (Кемерово, 2014) и «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2015); The 3rd International Congress on Deuterium Depletion (Budapest, 2015); межкафедральном семинаре «Механизмы биологической активности ксенобиотиков» Медицинского института РУДН.

Апробация работы проведена на совместном заседании кафедры

фармацевтической и токсикологической химии, лаборатории физико-химических методов анализа ЦКП РУДН и ГБУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы Департамента здравоохранения г. Москвы».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Научные
положения и результаты проведенного исследования, изложенные в диссертации,
соответствуют формуле специальности 14.04.02 – фармацевтическая химия,
фармакогнозия, а именно пункту 2 «Формулирование и развитие принципов
стандартизации и установление нормативов качества, обеспечивающих

терапевтическую активность и безопасность ЛС» и пункту 3 «Разработка новых, совершенствование, унификация и валидация существующих методов контроля качества ЛС на этапах их разработки, производства и потребления».

Личный вклад автора. Автором самостоятельно проведен поиск и анализ зарубежных и отечественных источников литературы по теме диссертации. Вклад автора является определяющим при проведении экспериментальных исследований. При написании диссертационной работы автором лично выполнен сбор первичных данных, статистическая обработка, анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и оформление рукописи.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них 7 – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения; трех глав, включающих обзор литературы; описание объектов исследования, материалов и оборудования; результаты и их обсуждение; заключения и приложения. Диссертация изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков и 24 таблицы. Библиография включает 306 источников, в том числе 194 зарубежных.