Содержание к диссертации
Введение
1. Системы доставки лекарств (СДЛ) 10
1.1 Трансдермальные системы доставки лекарств 10
1.2 Парентеральные системы доставки лекарств 10
1.3 Системы доставки лекарств стоматологического назначения 11
1.4 Системы доставки лекарств перорального применения 12
2. Составы и методы приготовления систем доставки лекарств перорального применения 14
2.1 Требования к системам доставки лекарств перорального применения 14
2.2 Вещества, используемые в системах доставки лекарств перорального применения 14
2.2.1 Пектиновые вещества 14
2.2.2 Хитозан 17
2.2.3 Альгинаты 19
2.3 Принципы изготовления систем доставки лекарств перорального применения на основе альгинатов 23
2.3.1 Механизм гелеобразования 23
2.3.2 Методы изготовления микро- и макрокапсул на основе альгинатов 24
2.3.2.1 Требования к методам изготовления микро- и макрокапсул 24
2.3.2.2 Эмульсионные методы 25
2.3.2.3 Капельные методы 27
2.4 Модифицирующие добавки к системам доставки лекарств на основе альгинатов 29
2.4.1 Назначение модифицирующих добавок 29
2.4.2 Хитин и хитозан 30
2.4.3 Пектин 30
2.4.4 Нетрадиционные модифицирующие добавки 31
2.5 Инкапсулянты для пероральных систем доставки лекарств 31
2.5.1 Пептиды, белки 31
2.5.2 Антибиотики 33
2.5.3 Витамины 34
2.5.4 Вакцины 35
2.5.5 Растительные и животные клетки, бактерии Методики приготовления капсул, эксперимента и анализа 41
3.1 Сырье и вспомогательные материалы 41
3.1.1 Натрия альгинат 41
3.1.2 Хитозан 42
3.1.3 Кальций хлористый 42
3.1.4 Натрий хлористый 42
3.1.5 Модельные БАВ (инкапсулянты) 42
3.1.6 Полисахариды льна 45
3.2 Приготовление капсул 46
3.2.1 Приготовление растворов 46
3.2.2 Лабораторная установка для получения капсул 48
3.2.3 Сушка капсул 49
3.3 Методика эксперимента 51
3.4 Физико-химические исследования 51
3.4.1 Анализ метронидазола методом капиллярного зонного электрофореза 51
3.4.2 Анализ фенилаланина, тимогена и даларгина методом капиллярного зонного электрофореза 55
3.4.3 Анализ тяжелых металлов в исходном сырье методом атомно-абсорбцинной спектроскопии 58
3.4.4 ИК - спектроскопия 59
3.4.5 Световая микроскопия 60
Результаты и их обсуждение 61
4.1 Исследование процесса формирования внутренней структуры капсул 61
4.1.1 Влияние времени инкубации в растворе сшивающего агента 61
4.1.2 Влияние природы сшивающего агента 62
63
4.1.3 Влияние ультразвуковой обработки исходного раствора альгината натрия
4.1.4 Результаты атомно-абсорбционного анализа 66
4.1.5 Результаты ИК - спектроскопии 67
4.2 Исследование влияния условий процесса на диффузию метронидазола в альгинатнои матрице 69
4.2.1 Устранение внешнедиффузионного торможения 69
4.2.2 Влияние начальной концентрации метронидазола 70
4.2.3 Влияние среднего диаметра капсул 71
4.2.4 Влияние соотношения (объем гранул/объем жидкой фазы) 72
4.3 Изучение диффузии метронидазола в условиях, имитирующих
условия желудка 74
4.3.1 Физиологические условия желудка человека и подбор условий проведения экспериментов 74
4.3.2 Влияние концентрации исходного раствора альгината натрия 75
4.3.3 Влияние модифицирующих добавок 78
4.3.3.1 Влияние хитозана 78
4.3.3.2 Влияние полисахаридов льна 80
4.3.3.3 Влияние пектина 82
4.4 Влияние ультразвука 84
4.4.1 Характеристики ультразвука, используемого в работе 84
4.4.2 Влияние ультразвука на реологические свойства водных растворов альгината натрия 84
4.4.3 Влияние ультразвука на растворимость альгинатных гранул в среде, имитирующей условия кишечника 92
4.4.4 Влияние ультразвуковой обработки на диффузию метронидазола 94
4.5 Влияние оболочки из альгината кальция 95
4.6 Исследование диффузии низкомолекулярных пептидов в альгинатнои матрице 96 CLASS Математическая модель массообмена капсул с окружающей жидкой фазой 99 CLASS
5.1 Диффузия метронидазола в ядре капсулы 99
5.1.1 Постановка и решение задачи 99
5.1.2 Анализ решения 101
5.1.3 Внешнедиффузионное торможение 102
5.1.4 Набухание гранул 104
5.1.5 Программа «Диффузия» 104
5.2 Диффузия метронидазола в оболочке капсулы 106
Выводы 110
Список использованных источников
- Парентеральные системы доставки лекарств
- Принципы изготовления систем доставки лекарств перорального применения на основе альгинатов
- Инкапсулянты для пероральных систем доставки лекарств
- Влияние ультразвуковой обработки исходного раствора альгината натрия
Введение к работе
Актуальность проблемы и общая характеристика работы.
В последние несколько десятилетий были созданы научные основы конструирования систем доставки лекарств (СДЛ) направленного действия (drug-delivery systems - DDS). Это различные микросферы и микрокапсулы, которые изначально считались хорошими потенциальными носителями лекарств различного применения. Микрокапсулирование как принцип создания систем направленной доставки и защиты веществ широко применяют в производстве различных продуктов и препаратов. Например, фармацевтические средства пролонгированного действия, обеспечивающие защиту от воздействия желудочного сока при пероральном применении пептидов, вакцин и других препаратов.
Научный и практический интерес к проблеме микрокапсулирования очень высок, о чем свидетельствует обширная литература по этой теме, периодические издания, регулярные международные симпозиумы, организуемые Международным обществом по микрокапсулированию.
Весьма перспективными являются системы доставки лекарств перорального применения. Они заключают в себе такие достоинства как простота применения, высокая эффективность, низкая себестоимость, т.к. для их изготовления не требуются дорогостоящие реагенты и оборудование. Применение таких лекарственных препаратов означает уменьшение их лечебных доз, понижение общей токсичности и постоянство действия активного вещества. При этом остается проблема выбора носителя лекарственного средства, которому должны быть присущи строго определенные характеристики, определяющие свойства и эффективность действия системы доставки лекарства в целом.
Соли альгиновых кислот (альгинаты) обладают физико-химическими свойствами, которые обусловливают перспективность их использования в качестве носителя при создании систем доставки лекарств перорального применения. Гелевые матрицы на их основе обладают высокими защитными свойствами, а так же способны к растворению на узких участках желудочно-кишечного тракта.
7 Использование альгинатов позволит создавать системы доставки лекарств с заданными свойствами.
Цель работы.
Цель работы заключается в исследовании влияния физико-химической модификации на массоперенос веществ различной природы в альгинатных гидрогелях.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:
изучение процесса формирования альгинатной матрицы и влияние на процесс физико-химических параметров;
исследование полученных продуктов с помощью методов ИК-спектроскопии, атомно-абсорбционной спектрометрии, исследование внутренней структуры альгинатных гранул с помощью световой микроскопии;
изучение процесса массопереноса модельных веществ в альгинатных гранулах;
изучение влияния на процесс массопереноса начальной концентрации модельного вещества в гранулах, среднего диаметра гранул, соотношения объем гранул/объем жидкой фазы;
изучение процесса массопереноса модельных веществ в альгинатной матрице в условиях, имитирующих условия желудочно-кишечного тракта;
изучение влияния модифицирующих добавок и ультразвуковой обработки на процесс массопереноса модельных веществ;
построение математической модели массообмена альгинатных капсул с окружающей жидкой фазой.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность физико-химической модификации ионотропных гидрогелей на основе альгинатов, добавкой кислых полисахаридов льна и ультразвуковым воздействием. Впервые изучено влияние проведенной модификации на процесс
8 диффузии модельных веществ (метронидазола, фенилаланина, ди - и гексапептидов) в полученных полисахаридных матрицах и проведен сравнительный анализ с известной модификацией пектином и хитозаном.
Впервые на основе модифицированных альгинатов получены моно- и двухслойные капсулы, отличающиеся повышенной ретенцией инкапсулированных веществ в средах, имитирующих условия желудка человека.
На основании экспериментальных данных определены физико-химические параметры процесса диффузии низкомолекулярных компонентов в альгинатной матрице (коэффициент диффузии, константы равновесия). Проведено математическое моделирование процесса массообмена альгинатных гранул с окружающей жидкой фазой. На основе математической модели разработана программа для ЭВМ "Диффузия" для решения прямой (оценка динамики изменения концентрации вещества в жидкой фазе при различных условиях массообмена) и обратной задачи (определение коэффициента диффузии).
Представленные исследования проводились в рамках реализации межвузовской научно-технической программы "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (подпрограмма "Технологии живых систем", проект "Создание пищевых добавок на основе биологически-активных веществ, инкапсулированных в полисахаридные матрицы").
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: всероссийская заочная конференция "Катализ в биотехнологии, химии и химических технологиях" (Тверь, 2002), 1-й Международный конгресс: Биотехнология - состояние и перспективы развития (Москва, 2002), 4-й европейский конгресс по химической технологии (Гранада, Испания, 2003), конференция молодых ученых "От фундаментальной науки - к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии" (Тверь, 2003), научно-техническая конференция "Технологии живых систем" (Москва,
9 МГУ ПБ, 2003, 2004), XI Региональные Каргинские чтения. Областная научно-техническая конференция молодых ученых "Химия, технология и экология" (Тверь, 2004), X Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии - 2004» (Волгоград, 2004), 12-й международный симпозиум по биоинкапсулированию (Витория, Испания, 2004), III международная научная конференция студентов и молодых ученых. Живые системы и биологическая безопасность населения (Москва, 2004), XII Региональные Каргинские чтения. Областная научно-техническая конференция молодых ученых "Физика, химия и новые технологии" (Тверь, 2005), IV международная научно-практическая конференция "Медицинская экология" (Пенза, 2005), 7-й всемирный конгресс по химическому инжинирингу (Глазго, Шотландия, 2005).
Парентеральные системы доставки лекарств
Принцип действия данного рода СДЛ основан на диффузии лекарственного средства через кожу во внутреннюю среду организма. К потенциальным достоинствам таких систем можно отнести возможность ввода лекарства, минуя желудочно-кишечный тракт, тем самым, избежав воздействия на него ферментов пищеварительной системы организма. Кроме того, трансдермальные СДЛ обеспечивают наиболее постоянный во времени уровень лекарства в крови, что многократно усиливает его терапевтический эффект. Наиболее подробно и критически системы такого рода рассмотрены в обзоре 121. В качестве носителей чаще всего используют этилцеллюлозу и поливинилпирролидон /3/, хитозан и глютаровый альдегид /4/, гидроксипропилметилцеллюлозу /5/ и т.д.
Исследователи 161 в качестве носителя в парентеральной СДЛ использовали смесь поливинилового спирта и природных макромолекул гуммиарабика и обнаружили. Преимущество данной системы состоит в том, что, регулируя содержание и свойства носителя, становиться возможным контролировать уровень выхода лекарственного препарата.
Хитозановые микрокапсулы (45 - 300 микрон) были использованы для контролируемого введения в организм прогестерона 111. Выход стероида из микрокапсул был изучен in vitro и in vivo. Было показано, что микрокапсулы с высокой степенью сшивки высвобождали только 35 % заключенных в них стероидов за 40 дней. Тогда как микрокапсулы с меньшей степенью сшивки давали выход в 70 %. Определение in vivo биосовместимости стероидов из микрокапсул путем внутримышечной инъекции кроликам показало, что концентрация стероидов в плазме держалась на уровне 1-2 нг/мл в течение 5 месяцев без резких "всплесков". Данное исследование позволило авторам сделать вывод о перспективности применения хитозановых микрокапсул как носителей в СДЛ для стероидов.
Полилактидгликолидные микрокапсулы /8/, содержащие диклофенак, вводились подкожно крысам, больным подагрой. Исследование фармокинетики и фармодинамики показало, что микрокапсульная форма препарата обеспечила устойчивый терапевтический уровень лекарства в плазме в течение 16 дней после инъекции.
Авторы работы 191 использовали этилцеллюлозу как носитель тетрациклина и метронидазола для подавления субгингивальных микроорганизмов в периодонтальной зоне. У пациентов, разделенных, в зависимости от продолжительности лечения, на пять групп, из ротовой полости отбирались образцы микрофлоры. Этилцеллюлоза была приготовлена с тетрациклином, метронидазолом и без содержания антибиотиков (плацебо). После лечения образцы были отобраны снова. Результаты показали, что тетрациклин и метронидазол могут быть использованы локально в периодонтальной зоне посредством использования этилцеллюлозных пластинок, и они оба заметно подавляют субгингивальные бактерии на период продолжительностью в несколько дней.
Биоадгезивные СДЛ, активируемые слюной, были разработаны /10/ для лидокаина гидрохлорида. Эти СДЛ сравнивались с анестезирующими гелями местного применения. Было найдено, что первые, после адгезии в гингивальной зоне, создавали максимальный эффект через 15 минут и обеспечивали большую глубину анестезии, нежели гели.
Для перорального применения протеинов и пептидных лекарств весьма необходимы СДЛ делающие возможным селективное высвобождение терапевтических агентов в различных участках кишечника. С этой целью на устойчивость в средах кишечника и желудка были изучены in vitro желатиновые капсулы, покрытые альгинатом натрия и сшитые хлоридом кальция соответствующей концентрации. Капсулы, покрытые полимером, которые дали наиболее обещающие результаты in vitro, были испытаны на добровольцах с целью изучения их поведения в реальных условиях. Радиографические исследования показали, что в то время, как желатиновые капсулы без оболочки разрушались через 15 минут после приема, капсулы, покрытые альгинатом, оставались неповрежденными в желудке в течение Зх часов, а затем мигрировали в тонкий кишечник, где разрушались /11/.
Исследовались так же /12/ капсулы прохлорперазина малеата с оболочкой из этилцеллюлозы. Капсулы были изучены in vitro. Эксперименты показали возможность влияния концентрации этилцеллюлозы на выход лекарства.
Авторы работы /13/, используя гидроксипропилметилцеллюлозу, изготовили и изучили устойчивость таблеток с теофиллином. Испытания на добровольцах показали, что гидроксипропилметилцеллюлоза способствует поддержанию в плазме постоянной концентрации лекарства. Другие исследователи /14/ изготовили капсулы с нифедепином покрытые поливинилацетатом. Капсулы обеспечивали создание начальной терапевтической концентрации лекарства менее чем через 45 минут и поддерживали ее на этом уровне в течение 11-12 часов.
Принципы изготовления систем доставки лекарств перорального применения на основе альгинатов
В основе практически всех методов изготовления капсул, подвергшихся рассмотрению, лежит способность альгинатов к образованию ионотропных гелей в результате взаимодействия с катионами двухвалентных металлов - сшивающими агентами. Чаще всего, в этом качестве используется кальций, в виде хлорида. Реже используется хлорид бария или стронция.
Различия в рассмотренных методах, по большому счету, заключаются либо в варьировании авторами физико-химических параметров процесса (концентрации исходных растворов, времени выдерживания капсул в растворе сшивающего агента, природы используемых веществ и т.д.), либо в различном аппаратурном оформлении процесса. Сам процесс образования капсул заключается в образовании сфер (капель) из нерастворимого альгината кальция различного диаметра.
Существует ряд требований к методам изготовления микро- и макрокапсул /48, 49, 50/: - в процессе инкапсулирования и в конечном продукте стабильность и биологическая активность лекарственных средств должна сохраняться; - размер получаемых капсул должен находиться в определенном диапазоне ( 125 мкм - для микрокапсул, 2 мм — для макрокапсул); - качество капсул и выход лекарства из капсул должны быть воспроизводимы в одинаковых условиях; - конечный продукт должен иметь вид сыпучей субстанции, без склонности к агрегации и адгезии.
В литературе не встречается четкого определения и классификации методов изготовления капсул на основе альгинатов. Однако по способу формирования сферических частиц альгината все методы можно разделить на две группы: эмульсионные и капельные методы.
Процесс изготовления капсул посредством данной группы методов можно разделить на четыре этапа: I этап: образование однородной эмульсии водного раствора альгината, содержащего лекарственное вещество, в гидрофобном органическом растворителе (дисперсность капелек раствора альгината контролируется параметрами процесса, например, скоростью перемешивания эмульсии). II этап: введение раствора сшивающего агента в эмульсию с последующим затвердеванием капелек раствора альгината и образованием капсул. III этап: отделение образовавшихся капсул (фильтрация, центрифугирование и т.п.).
Эмульсионные методы в основном применяются для изготовления микрокапсул, которые в дальнейшем, чаще всего, используются для парентерального введения (например, для подкожных или внутримышечных инъекций). Достаточно подробно данная группа рассмотрена в работе /51/. В свою очередь, существует деление этих методов на подгруппы. Существует простой эмульсионный метод /52, 53/ (получение эмульсии масло-в-воде) и двойной эмульсионный метод (вода-в-масле-в-воде) /48,54,55/, который часто используется для инкапсуляции водорастворимых пептидов, протеинов и вакцин в биоразлагаемых синтетических полимерах.
Альгинат является очень «удобным» биополимером для инкапсуляции животных и растительных клеток, бактерий, молекул ДНК /56/. Для изготовления микрокапсул на основе альгинатов наиболее часто используется простой эмульсионный метод. В работе /57/ авторы таким методом получали микрокапсулы, содержащие плазмиды ДНК, которые использовались в дальнейшем для транспортировки специфического гена в клетки табака. В ходе исследования были сравнены два способа (рис. 6).
В первом методе (метод перемешивания) раствор альгината натрия, содержащего плазмиды ДНК, смешивается с нерастворимым в воде, но частично гидрофильным изоамиловым спиртом и перемешивается с высокой скоростью течение 1 мин до образования эмульсии типа вода-в-масле. В этой эмульсии водная фаза раствора альгината натрия формируется в микрометровые капли. Затем к полученной эмульсии добавляется 100 мМ раствор СаС12, что вызывает затвердевание микрокапель альгината. Полученные микрокапсулы выделяются центрифугированием при 4000 об./мин в течение 5 мин и несколько раз (порядка 4х) промываются 100 мМ раствором СаСЬ- Полученные микрокапсулы хранятся в 100 мМ растворе СаСЬ Второй метод отличается от первого тем, что эмульсию раствора альгината в изоамиловом спирте получали не простым перемешиванием, а обработкой ультразвуком. Подобная операция позволила исследователям улучшить однородность эмульсии и добиться меньшего диаметра частичек, что считается выгодным с точки зрения качества микрокапсул.
Результаты микроскопирования показали, что 91% микрокапсул, полученных с использованием ультразвука, имеет диаметр меньше 10 мкм, тогда как с использованием простого перемешивания доля таких частиц составила 65% от общего числа.
Инкапсулянты для пероральных систем доставки лекарств
В последнее время исследователями все чаще применяются нетрадиционные модификаторы СДЛ. К такого рода добавкам относятся различные поверхностно-активные вещества (ПАВ), синтетические полимеры, вещества растительного происхождения и т.д.
Например, в работе /79/ для замедления выхода модельного протеина из капсул использовалась добавка ацетат сукцината гидроксипропилметилцеллюлозы. В результате, выход вещества из капсул за сутки сократился с 94 до 40 %.
В работе /80/ добавление к раствору альгината натрия оливкового масла (0 -30 %) позволило замедлить выход модельного лекарства. 97 % - ный лекарства достигался за 90 минут с 30 % масла в составе СДЛ, против 30 минут без добавления масла.
Добавление ПАВ, в основном, влияет на диаметр получаемых капсул. Подобные зависимости так же изучены в работе /81/.
Авторы работы /82/ в качестве модифицирующей добавки, кроме хитина и хитозана, использовали гидролизат альгината. Вносимые количества гидролизата (1-3 %) позволили существенно изменить профиль выхода модельного вещества из капсул.
При создании систем доставки лекарств с веществами пептидной природы в качестве инкапсулянтов, важнейшим критерием качества системы является защищенность лекарства от внешних разрушающих воздействий. К последним, в случае конструирования СДЛ перорального применения, относят условия желудка (воздействие соляной кислоты, протеолитических ферментов) /83/.
С этой точки зрения альгинат является одним из наиболее перспективных полимеров. Матрица на основе альгината устойчива в условиях желудка и улучшает всасывание лекарства в кишечнике /84, 85/. В частности, подобного рода системы были предложены для лечения сахарного диабета первого типа (инсулинзависимого диабета). Показана возможность использования альгинатной матрицы для инкапсуляции инсулина. Альгинат имеет в этом случае ряд преимуществ: относительно инертная водная среда в матрице, инкапсуляция при щадящем температурном режиме, сильные адгезивные взаимодействия со слизистой желудочно-кишечного тракта /86, 87/. Предварительные эксперименты показали, что физиологическая активность инсулина, инкапсулированного в хитозан - альгинатные капсулы, сохранялась после инкубации последних в течение 6 часов в условиях, имитирующих условия желудка /88/. Применение подобных СДЛ вызывало уменьшение уровня глюкозы в крови в модели на крысах /89/, однако отмечается, что, в случае использования капсул с инсулином в качестве систем длительного действия, необходима их модификация с целью замедления диффузии инсулина в матрице /90/.
Так же с лечебными и профилактическими целями были сконструированы СДЛ с гемоглобином /91/.
Большое значение, при инкапсулировании пептидов и белков, имеет модификация СДЛ, проводимая с целью усиления протекторных свойств матрицы, контроля выхода лекарства, а также улучшения селективного высвобождения и усваиваемости инкапсулянтов /92/. Например, авторам /93/ удалось снизить выход модельного белка (а - интерферона) с 31 % до 14 %, используя в качестве покрытия для альгинатных капсул поли - D, L - лактид - полиэтилен гликоль. Исследования in vivo показали, что большое значение имеет количество остатков маннуроновой кислоты в альгинате, а также степень его чистоты /94/. В работе /95/ исследовались капсулы из альгината и хитозана в различном соотношении. Наилучшие результаты показали составы альгинат : хитозан 1 : 1, в качестве модельного белка использовался альбумин бычьей сыворотки.
Приведенные факты и результаты исследований говорят о перспективности использования альгината для создания СДЛ с пептидами и веществами белковой природы. 2.5.2 Антибиотики
Особое значение в практике создания систем доставки лекарств имеет инкапсуляция антимикробных препаратов. По сравнению с обычными, инкапсулированные формы антибиотиков обладают рядом существенных преимуществ, таких как: - низкая вероятность передозировки лекарства, благодаря медленному выделению инкапсулянта полимерной матрицей; - пролонгированный терапевтический эффект, обусловленный постоянным, длительным поступлением антибиотика из капсул в кровь и пораженные органы; - направленность действия (для кишечнорастворимых капсул) /96/. Системы с антибиотиками в качестве инкапсулянтов особенно важны при лечении сложных заболеваний, требующих длительного курса химиотерапии. К такого рода заболеваниям относится туберкулез. Были проведены предварительные исследования по созданию и применению СДЛ для лечения этого заболевания, в состав которых входили антибиотики изониазид, рифампицин и пиразинамид. Альгинатные микрокапсулы обеспечивали постоянный уровень концентрации антибиотиков в плазме в течение 3-5 дней и до 9 дней в органах /97/. В модели на морских свинках была показана эффективность этих систем при лечении туберкулеза. Введение одной дозы капсул пероральным путем обеспечило поддержание терапевтических уровней в плазме в течение 7 дней и в органах в течение 9 дней. Десятидневное лечение морских свинок, зараженных туберкулезом Mycobacterium НЗ 7Rv, оказало лечебный эффект эквивалентный 6-ти недельному курсу лечения с использованием традиционных лекарственных форм антибиотиков /98/.
Влияние ультразвуковой обработки исходного раствора альгината натрия
Профили диффузии для всех трех отношений {V/V, ) практически совпадают. Следовательно, скорость выхода и его конечное значение не зависят ни от объема гранул, ни от объема жидкой фазы.
Опыты, описанные в п. 4.2.1 - 4.2.4, проводились с целью получения необходимых экспериментальных данных для построения математической модели процесса диффузии молекул инкапсулированного вещества в альгинатной матрице. На основе опытных и расчетных данных была разработана специальная программа «Диффузия», позволяющая рассчитывать коэффициенты диффузии различных веществ в матрице, основываясь на значениях концентраций диффундирующего вещества в жидкой фазе, а также проводить сравнение теоретических и практических данных. Подробное рассмотрение математической модели и описание программы приведено в п. 5.1. Изучение диффузии метронидазола в условиях, имитирующих условия желудка
В желудке происходит химическая и физическая обработка пищи. Железы желудка секретируют желудочный сок, обеспечивающий выполнение пищеварительной функции за счет гидролиза ряда белков, набухания и денатурации разнообразных веществ и клеточных структур пищи. Максимальная протеолитическая активность желудочного сока проявляется в диапазонах рН от 1,5 до 2,0 и от 3,2 до 3,5. В зависимости от величины рН реализация протеолитической активности осуществляется разными ферментами: при рН 1,5-2,0 - пепсином, при рН 3,2-3,5 - гастрином. Они обеспечивают до 95% протеолитической активности желудочного сока.
Желудочный сок имеет также небольшую липолитическую активность, которая осуществляется ферментом липазой. Оптимум действия липазы проявляется при величине рН около 5,0. Желудочный сок проявляет небольшую амилазную активность. В кислой среде амилаза желудочного сока инактивируется /149,150/.
Соляная кислота желудочного сока важна для пищеварения. Она активирует пепсиногены в пепсины (см. ниже), создает оптимальный для их действия рН, денатурирует пищевые белки, которые вследствие этого лучше расщепляются протеиназами, и убивает микроорганизмы.
Секреция соляной кислоты обкладочными клетками является процессом активного транспорта, потребляющим энергию на преодоление градиента концентрации. Протоны соляной кислоты транспортируются Н+/К+-АТФ-азой из цитоплазматического пространства обкладочных клеток в просвет желудка, при этом концентрация протонов в желудке возрастает примерно в 106 раз (концентрация Н+ в клетке примерно 10"7 М = рН 7, в просвете желудка примерно 10" М = рН 1). Хлорид-ионы следуют за активно секретеруемыми протонами через хлоридный канал в просвет желудка (для сохранения электронейтральности) /151, Таким образом, концентрация соляной кислоты в желудке приблизительно соответствует значению 0,1 г-экв/л.
Температура отдельных участков тела человека различна, что связано с неодинаковыми условиями теплопродукции и отдачи тепла. В состоянии покоя и умеренной физической нагрузки наибольшая теплопродукция и наименьшая теплоотдача происходит во внутренних органах, поэтому их температура высокая (самая высокая в печени - 37,8 - 38,0 С). Температура в желудке человека находится в пределах 37,0 - 37,5 С /153/.
В соответствии с вышеизложенным, использование альгинатной матрицы в качестве средства доставки лекарственных и биологически - активных веществ в кишечник, минуя агрессивную среду желудка, будет считаться правомерным. В желудке альгинатная матрица не подвергается ни кислотному, ни ферментативному разрушению, обеспечивая тем самым защиту инкапсулянта. Это обстоятельство имеет первостепенное значение для инкапсулянтов, имеющих пептидную или белковую природу.
Для приближения условий эксперимента к реальным условиям желудка человека в качестве жидкой среды использовали раствор соляной кислоты концентрацией 0,1 г-экв/л (рН « 1). Температура жидкой фазы поддерживалась посредством термостатирования на уровне 37 ± 0,5 С.
Одним из основных критериев оценки защитных свойств гелевой матрицы является выход инкапсулированного вещества из геля во внешнюю среду. Низкий уровень выхода обеспечивает поступление в кишечник большего количества инкапсулянта и больший терапевтический эффект. Выход непосредственно зависит от коэффициента диффузии инкапсулянта в среде матрицы, поэтому последний так же может служить критерием оценки качества разработанной СДЛ. При проведении дальнейших экспериментов, направленных на исследование возможностей уменьшения выхода инкапсулированного модельного вещества во внешнюю среду и на усиление защитных свойств системы, эти показатели служили основанием для выводов.
