eng
Содержание
Содержание
Введение
Мельников М.Я., Трахтенберг Л.И. ............................................. 8
Список аббревиатур с расшифровкой............................... 17
Глава 1
Криохимический синтез нанопорошков лекарственных
веществ.
Шабатин В.П., Морозов Ю.Н., Верная О.И., Шабатина Т.И. ......... 20
1.1.
Карведилол ..................................................................... 25
1.2.
5-Андростендиол-3 ,17 .................................................... 28
1.3.
Феназепам ....................................................................... 29
1.4.
Пироксикам ..................................................................... 34
1.5.
Дегидроэпиандростерон (ДГЕА) ......................................... 35
1.6.
Диоксидин....................................................................... 39
1.7.
Гентамицина сульфат ........................................................ 46
Заключение ..................................................................... 48
Авторы ........................................................................... 49
Литература...................................................................... 50
Глава 2
Нанокомпозиты антибиотик-биологически активный
металл.
Верная О.И., Шабатина Т.И., Шабатин В.П., Семенов А.М.,
Мельников М.Я. ........................................................................ 54
2.1.
Криохимический синтез гибридных нанокомпозитов Ag (Cu)/
диоксидин и Ag (Cu)/гентамицина сульфат.......................... 56
2.2.
Структурная и спектроскопическая характеризация образцов . 57
2.3.
Определение антибактериальной активности образцов ........... 63
Заключение ..................................................................... 64
Авторы ........................................................................... 65
Литература...................................................................... 66
Глава 3
Принципы и методы криоструктурирования полимер-
ных систем для создания инновационных материалов
биомедицинского назначения.
Лозинский В.И.......................................................................... 69
3.1.
Криогели и криоструктураты что это такое, в чем сходство
и каковы различия............................................................ 70
3.2.
Химически-сшитые полимерные криогели и криоструктураты 73
3.3.
Нековалентные (физические) полимерные криогели
и криоструктураты ........................................................... 81
3.4.
Ионно- и координационно-сшитые полимерные криогели
и криоструктураты ........................................................... 87
Заключение ..................................................................... 91
Авторы ........................................................................... 92
Литература...................................................................... 92
Глава 4
Экспериментальные подходы к получению белковых
криогелей и криоструктуратов.
Родионов И.А., Синицкая Е.С., Иванов Р.В., Цискарашвили А.В.,
Лозинский В.И.......................................................................... 102
4.1.
Криогели и криоструктураты на основе фибриллярных белков 105
4.2.
Криогели и криоструктураты на основе глобулярных белков .. 112
4.3.
Криогели и криоструктураты на основе белков c неупорядо-
ченной конформацией статистического клубка ...................... 120
Заключение ..................................................................... 127
Авторы ........................................................................... 128
Литература...................................................................... 129
Глава 5
Гибридные наноформы антибактериальных веществ
в биополимерных матрицах.
Шабатина Т.И., Верная О.И., Нуждина А.В., Шабатин В.П.,
Семенов А.М., Лозинский В.И., Мельников М.Я. .......................... 137
5.1.
Синтез гибридных наноформ ............................................. 143
5.2.
Структурная и спектральная характеризация криоформируе-
мых гибридных наносистем................................................ 145
5.3.
Антибактериальная активность гибридных наноформ и кине-
тика высвобождения лекарственных компонентов из биополи-
мерных матриц ................................................................ 151
Заключение ..................................................................... 155
Авторы ........................................................................... 156
Литература...................................................................... 157
Глава 6
Биокатализаторы в криоструктурированных
полимерных матрицах.
Ефременко Е.Н., Лягин И.В., Лозинский В.И. .............................. 161
6.1.
Полимерные криогели и криоструктураты в качестве носите-
лей иммобилизованных молекул и клеток ............................ 163
6.2.
Иммобилизация ферментных биокатализаторов на криогенно-
структурированных носителях............................................ 173
6.3.
Биокатализаторы на основе разных клеток микроорганизмов,
включенных в криогенно-структурированные носители: бакте-
рии, дрожжи, мицелиальные грибы, искусственные и природ-
ные ассоциации разных клеток (анаэробный ил) ................... 183
Заключение ..................................................................... 197
Авторы ........................................................................... 198
Литература...................................................................... 199
Глава 7
Низкотемпературные методы получения нано-
и биоматериалов.
Шляхтин О.А., Лозинский В.И. ................................................. 212
7.1.
Cинтез наноматериалов из замороженных растворов ............. 213
7.2.
Криотропное гелеобразование в золях неорганических веществ 217
7.3.
Сублимационная сушка продуктов гидролиза, осаждения и со-
осаждения ....................................................................... 218
7.4.
Низкотемпературные методы изоляции наночастиц ............... 224
7.5.
Низкотемпературные методы в синтезе углеродных наномате-
риалов ............................................................................ 227
Заключение ..................................................................... 231
Авторы ........................................................................... 233
Литература...................................................................... 233
Глава 8
Наночастицы серебра: синтез, биологическое действие
на бактерии и высшие растения.
Кудринский А.А., Кондаков С.Э., Крутяков Ю.А. ......................... 246
8.1.
Химический синтез сферических НЧ серебра........................ 247
8.2.
Физические методы синтеза
сферических наночастиц серебра ........................................ 257
8.3.
Методы синтеза несферических наночастиц серебра .............. 260
8.4.
Антибактериальная активность наночастиц серебра .............. 264
8.5.
Биологическая активность серебра в отношении высших рас-
тений .............................................................................. 268
Заключение ..................................................................... 286
Авторы ........................................................................... 287
Литература...................................................................... 287
Глава 9
Наноразмерные системы для контролируемой доставки
лекарственных веществ.
Бычкова А.В., Ольхов А.А., Карпова С.Г., Иорданский А.Л. ........... 304
9.1.
Области применения биоразлагаемых форм доставки соедине-
ний терапевтического назначения ....................................... 306
9.2.
Основные компоненты биоразлагаемых инновационных форм
доставки ЛВ .................................................................... 312
9.3.
Структура и морфология ультратонких волокон как носителей
ЛВ ................................................................................. 317
Заключение ..................................................................... 334
Благодарности ................................................................. 335
Авторы ........................................................................... 335
Литература...................................................................... 336
Глава 10
Металл-полимерные нанокомпозиты: криохимический
синтез, структура и эксплуатационные свойства.
Герасимов Г.Н., Громов В.Ф., Иким М.И., Трахтенберг Л.И. .......... 342
10.1.
Методы твердофазного криохимического синтеза .................. 344
10.2.
Структура металл-полимеров, полученных криохимическим
методом .......................................................................... 347
10.3.
Физико-химические свойства металл-полимерных материалов. 358
Проводимость и фотопроводимость ..................................... 359
Ферромагнитные свойства. Запись и считывание информации .... 364
Диэлектрические свойства ................................................. 366
Каталитическая активность ............................................... 368
10.4.
Применение металл-полимеров в биологии и медицине ........... 372
Заключение ..................................................................... 376
Авторы ........................................................................... 378
Литература...................................................................... 378
Глава 11
Магнитные наночастицы в медицине.
Верная О.И., Шабатин В.П., Шабатина Т.И., Мельников М.Я. ...... 385
11.1.
Токсичность наночастиц магнетита и маггемита.................... 387
11.2.
Синтез магнитных наночастиц оксидов железа ..................... 389
11.3.
Биомедицинское применение магнитных оксидов железа ........ 392
Заключение ..................................................................... 403
Авторы ........................................................................... 403
Литература...................................................................... 404
Съешь осиновой коры
И взбодришься до поры:
Чай, не химия какая,
Чай, природные дары!
Л.А. Филатов. Про Федота-стрельца.
Введение
Мельников М.Я., Трахтенберг Л.И.
В связи с весьма сложной экологической обстановкой, стрессовыми ситуа-
циями, непростыми производственными отношениями и др. даже относи-
тельно молодым людям приходится все чаще обращаться за медицинской
помощью. Помимо обычных советов: не курить, воздерживаться от спирт-
ного, делать утреннюю зарядку, несколько раз в неделю посещать бассейн
и тренировочный зал, а также есть овощи и фрукты, пациентам, как пра-
вило, прописывают различные биоактивные и лекарственные препараты.
Как известно, количество таких веществ в настоящее время исчисляет-
ся многими тысячами. Существует множество способов приготовления и
применения этих препаратов и над этими задачами работают научные
лаборатории во всех развитых странах. Вместе с тем возникают новые
вызовы, например появление большого числа штаммов патогенных микро-
организмов, резистентных к антибиотикам. При этом скорость появления
таких штаммов опережает возможности синтетической химии в создании
новых лекарственных субстанций и требует поиска новых подходов к борь-
бе с ними, в частности разработки нанокомпозитных составов с новыми
функциональными свойствами.
В предлагаемом учебном пособии основным объектом изучения будут
наночастицы ультрадисперсные объекты, объединяющие атомы химиче-
ских элементов или молекулы органических и неорганических соединений
с размерами в несколько нанометров (нм; 1 нм = 10−9 метров). Наноча-
стицы существуют в природе и также являются результатом деятельно-
сти человека. Из-за своего субмикроскопического размера они обладают
уникальными характеристиками, в первую очередь, огромной площадью
поверхности на единицу объема, высокой долей атомов в поверхностных
и приповерхностных слоях и способностью проявлять квантовые эффек-
ты. Их уникальные свойства невозможно прогнозировать только исходя
из свойств массивных материалов. Они находят практическое применение
в различных областях, включая медицину, инженерию, катализ и экологию.
В 2008 году Международная организация по стандартизации (ISO)
определила наночастицу как дискретный нанообъект, где все три декарто-
вых измерения меньше 100 нм. Стандарт ISO аналогичным образом опре-
делил двумерные нанообъекты (нанодиски и нанопластины) и одномерные
нанообъекты (нановолокна и нанотрубки). Но в 2011 году Комиссия Евро-
пейского Союза одобрила более широкое определение наночастицы: при-
родный или рукотворный материал, содержащий частицы в несвязанном
состоянии или в виде агломерата, размер 50 и более % которых хотя бы
в одном из декартовых измерений находится в диапазоне 1 нм–100 нм [1].
Вопросы, которые рассматриваются в данном пособии, касаются науч-
ных проблем, связанных с разнообразными методами создания нанокомпо-
зитных лекарственных форм, а также их функциональными свойствами.
Рассматриваются разные объекты с различной химией протекающих про-
цессов. Основное внимание уделено различным аспектам криохимического
синтеза, обладающего такими преимуществами, как чистота получаемых
материалов, их строгое соответствие составам исходных веществ, возмож-
ность регулирования размеров наночастиц, а также однородность распре-
деления компонентов в конечном продукте. Вместе с тем следует признать,
что в настоящее время сведения о промышленном изготовлении наноформ
биоактивных и лекарственных веществ криохимическим методом весьма
ограничены. Поэтому обсуждаются различные процессы получения этих
веществ также и в широком диапазоне температур.
Наряду с проблемами синтеза и применения биологических препаратов
важное значение имеют также их доставка и сегрегация. Помимо есте-
ственной доставки, определяемой кровотоком и диффузией в организме,
в научной литературе рассматривается и принудительная доставка, под
действием низкочастотного электромагнитного и электрического полей,
благодаря электрофоретическому или диэлектрофоретическому эффектам.
В основе метода лекарственного электрофореза лежит миграция ионов,
содержащихся в лекарствах, в электрическом поле к противоположно за-
ряженному электроду при введении лекарственных веществ в организм
через кожу или слизистую оболочку. В случае диэлектрофореза лекар-
ственные частицы подвергаются действию неоднородного электрического
поля и движутся силой, обусловленной градиентом напряженности поля,
в сторону его усиления. Благодаря значительным различиям в диэлектри-
ческих свойствах биологических объектов, диэлектрофорез уже в течение
нескольких десятилетий активно используется в медицине и биологиче-
ских исследованиях для транспортировки и сортировки различных видов
клеток, например отделения раковых клеток от здоровых, выделения из
крови отдельных видов кровяных телец и т. д.
Направленный поток наночастиц возможен также в отсутствие стаци-
онарных внешних воздействий за счет сил с нулевым средним значением.
Такой поток можно организовать с использованием рэтчет- или моторного
эффекта, который возникает в системах с нарушенной зеркальной симмет-
рией как результат выпрямления неравновесных флуктуаций различной
природы. Изучение рэтчет-моделей дало ключ к пониманию ряда биоло-
гических процессов, таких как, например, функционирование внутрикле-
точных трансляционных белковых машин, выполняющих транспортные
задачи, а также вдохновило на разработки наномеханизмов, работающих
внутри биологических систем. Такие "диэлектрофоретические рэтчеты"
имеют ряд преимуществ, к которым относится большое количество пара-
метров управления движением, в том числе температура, частота и форма
импульсов приложенного поля, вязкость среды и т. п.
Свойства лекарственных веществ могут быть улучшены (без изменения
их химического состава) различными способами: варьированием размера
частиц, структуры, формированием сольватов, молекулярных комплексов,
сокристаллов и др. Эффективность лекарственных веществ и их фарма-
кологические свойства во многом зависит от кристаллической структуры,
в частности от присутствия тех или иных полиморфных модификаций
или аморфного состояния. Первоочередное значение имеет размер нано-
частиц, так как малым частицам проще преодолевать защитные барьеры
организма, проникать в клетки и накапливаться в тканях. Таким обра-
зом, одна и та же эффективность биоактивных и лекарственных веществ
может быть получена при разных количествах препаратов, что позволяет
снизить, а иногда и избавиться от побочных эффектов.
Среди многочисленных работ, посвященных биоактивным и лекарствен-
ным композитам, в данном пособии преимущественно рассматриваются
только те исследования, которые относятся к наноразмерным системам.
Т. е. будут подчеркиваться особенности синтеза и то новое, что дает на-
норазмер объектов в протекании в них различных физико-химических
процессов. При этом будет сделана попытка систематизировать методы
синтеза, приводящие к получению соединений различного класса.
Рассмотрение начинается с обсуждения особенностей применения низ-
ких температур для получения новых наноразмерных модификаций ле-
карственных соединений различных классов. В главе 1 представлены пре-
имущества и недостатки различных вариантов криохимического синтеза и
криохимической модификации. На ряде примеров показана возможность
микронизации (уменьшение размера частиц) лекарственных субстанций
клеток, например отделения раковых клеток от здоровых, выделения из
крови отдельных видов кровяных телец и т. д.
Направленный поток наночастиц возможен также в отсутствие стаци-
онарных внешних воздействий за счет сил с нулевым средним значением.
Такой поток можно организовать с использованием рэтчет- или моторного
эффекта, который возникает в системах с нарушенной зеркальной симмет-
рией как результат выпрямления неравновесных флуктуаций различной
природы. Изучение рэтчет-моделей дало ключ к пониманию ряда биоло-
гических процессов, таких как, например, функционирование внутрикле-
точных трансляционных белковых машин, выполняющих транспортные
задачи, а также вдохновило на разработки наномеханизмов, работающих
внутри биологических систем. Такие «диэлектрофоретические рэтчеты»
имеют ряд преимуществ, к которым относится большое количество пара-
метров управления движением, в том числе температура, частота и форма
импульсов приложенного поля, вязкость среды и т. п.
Свойства лекарственных веществ могут быть улучшены (без изменения
их химического состава) различными способами: варьированием размера
частиц, структуры, формированием сольватов, молекулярных комплексов,
сокристаллов и др. Эффективность лекарственных веществ и их фарма-
кологические свойства во многом зависит от кристаллической структуры,
в частности от присутствия тех или иных полиморфных модификаций
или аморфного состояния. Первоочередное значение имеет размер нано-
частиц, так как малым частицам проще преодолевать защитные барьеры
организма, проникать в клетки и накапливаться в тканях. Таким обра-
зом, одна и та же эффективность биоактивных и лекарственных веществ
может быть получена при разных количествах препаратов, что позволяет
снизить, а иногда и избавиться от побочных эффектов.
Среди многочисленных работ, посвященных биоактивным и лекарствен-
ным композитам, в данном пособии преимущественно рассматриваются
только те исследования, которые относятся к наноразмерным системам.
Т. е. будут подчеркиваться особенности синтеза и то новое, что дает на-
норазмер объектов в протекании в них различных физико-химических
процессов. При этом будет сделана попытка систематизировать методы
синтеза, приводящие к получению соединений различного класса.
Рассмотрение начинается с обсуждения особенностей применения низ-
ких температур для получения новых наноразмерных модификаций ле-
карственных соединений различных классов. В главе 1 представлены пре-
имущества и недостатки различных вариантов криохимического синтеза и
криохимической модификации. На ряде примеров показана возможность
микронизации (уменьшение размера частиц) лекарственных субстанций
и формирования новых метастабильных кристаллических структур, поли-
морфных модификаций, различающихся как молекулярной конформацией
лекарственных веществ, так и системой межмолекулярных водородных
связей, стабилизирующих молекулярные упаковки в различных кристал-
лических структурах. Проанализированы эффекты, связанные с умень-
шением размера частиц исходной субстанции и возможности получения
новых полиморфных кристаллических модификаций, а также имеющиеся
положительные результаты биологического тестирования.
Следует отметить, что широкое и зачастую необоснованное применение
антибиотиков в медицине и ветеринарии привело к возникновению боль-
шого числа штаммов патогенных микроорганизмов, резистентных к ан-
тибиотикам. Антибиотико-резистентные микроорганизмы являются одной
из основных проблем современной медицины. В главе 2 предлагается од-
но из возможных решений данной проблемы, заключающееся в создании
новых лекарственных форм, содержащих помимо антибактериальных пре-
паратов наночастицы биологически активных металлов (Ag, Cu), которые
активны в отношении патогенных микроорганизмов, резистентных к ан-
тибиотикам. Такие формы обладают более высокой антибактериальной
активностью по сравнению с исходными наночастицами металлов и анти-
бактериальными препаратами и требуют меньшего времени на клиниче-
ские и доклинические испытания по сравнению с новыми антибиотиками,
так как входящие в их состав компоненты уже содержатся в применяю-
щихся в настоящее время лекарственных формах.
Криоструктурирование полимерных систем это процессы, включаю-
щие замораживание исходно макроскопически бесструктурного раствора
или коллоидной дисперсии соответствующих предшественников, что по-
сле инкубации в замороженном состоянии и дальнейшем оттаивании или
удалении кристаллической фазы сублимацией либо криоэкстракцией при-
водит к получению пространственно-структурированного полимерного ма-
териала, обладающего макропористой морфологией. Глава 3 посвящена
описанию процессов криоструктурирования и обсуждению свойств обра-
зующихся полимерных матриц. Отмечается, что в результате криогенной
обработки исходных растворов мономерных или полимерных предшествен-
ников можно сформировать макропористые полимерные материалы двух
основных типов: криогели (когда в замороженной среде происходит обра-
зование узлов трехмерной полимерной сетки) и криоструктураты (когда
сшитая сетка не образуется, а закристаллизованный растворитель тем или
иным методом удаляется из замороженного препарата).
Криотропное гелеобразование протекает в незамерзшей жидкой мик-
рофазе макроскопически замороженных образцов, а также может про-
исходить в замороженных как водных, так и органических средах, при
условии, что используемый растворитель и режимы охлаждения систе-
мы обеспечивают ее кристаллизацию. Криогели и криоструктураты об-
ладают специфической макропористой текстурой, причем крупные поры
взаимосвязаны. Роль порогена при формировании и криогелей, и крио-
структуратов выполняют кристаллы замерзшего растворителя, поэтому
характер пористости получаемого полимерного материала определяется
режимами кристаллизации и иногда рекристаллизации. Полимерные крио-
гели и криоструктураты, особенно их представители, сформированные на
основе нетоксичных и разрешенных к медицинскому применению биополи-
меров, перспективные материалы для биомедицинских областей науки
и практики.
Направление, связанное с криогелями и криоструктуратами, продол-
жает рассматриваться в главе 4. Отдельный научный и прикладной ин-
терес представляют криогели и криоструктураты на основе белковых ве-
ществ, поскольку в большинстве случаев белковые материалы биосовме-
стимы, нетоксичны и биодеградируемы. В частности, такие материалы
с помощью приемов криоструктурирования могут быть сформированы
на основе белков разных типов фибриллярных, глобулярных, белков
с неупорядоченной клубковой конформацией полипептидных цепей. При
этом на комплекс физико-химических свойств получаемых криогенно-струк-
турированных матриц и их макропористую морфологию влияет множе-
ство факторов, к основным из которых относятся тип белка, его концентра-
ция в исходном растворе, концентрация сшивающих агентов (если таковые
применяются), присутствие и количество растворимых или дисперсных
добавок, а также режимы криогенного воздействия. В результате удает-
ся получать инновационные практически значимые материалы биомеди-
цинского назначения, обладающие необходимым, зачастую уникальным,
набором свойств.
В главе 5 обсуждаются криохимические подходы, развитые для син-
тезагибридных наносистем, представляющих собой сульфат гентамицина
или криомодифицированную -форму диоксидина, содержащие наноча-
стицы серебра или меди. Полученные гибридные композиты и их пре-
курсоры были включены в криогенно-структурированные биополимерные
носители на основе желатина, БСА, альгината кальция и хитозана. Ги-
бридные композиты на основе металлов и антибактериальных препара-
тов, включенные в альгинатные, желатиновые и БСА матрицы проявляют
большую активность к подавлению роста E. coli 52 и S. aureus 144, чем их
составляющие по отдельности. Исключением являются системы, включен-
ные в хитозановые криоструктураты. Представляется возможным, что ги-
бридные системы Ag/антибактериальный препарат и Сu/антибактериаль-
ный компонент более сильно взаимодействуют с хитозановой матрицей,
чем их отдельные компоненты, что приводит к снижению их антибакте-
риальной активности.
В главе 6 рассматриваются биокатализаторы, иммобилизованные на/в
криогенно-структурированных полимерных матрицах. Как известно, крио-
генно-структурированные носители представляют широкие возможности
для создания биокаталитических систем на основе различных фермен-
тов. Иммобилизация существенно увеличивает их стабильность, а фермен-
ты позволяют использовать биокатализаторы в мягких условиях и замет-
но усиливают их каталитическую эффективность по сравнению с клас-
сическими катализаторами. К преимуществам добавляются плюсы, при-
вносимые криоструктурированными носителями: отсутствие ограничений
для массообмена, возможность использования высоких скоростей протока,
простота получения и масштабируемость. На основе криоструктурирован-
ных носителей созданы биопрепараты для доставки лекарств, а также фер-
ментов, и для их контролируемого медленного высвобождения. Еще одним
направлением применения криоструктурированных матриц является про-
теомный анализ клеток с применением пористых подложек и создание
мультиферментных систем.
Глава 7 посвящена использованию низких температур при получе-
нии нано- и биоматериалов из водных растворов, суспензий и осадков.
Низкотемпературные методы могут использоваться при синтезе наночас-
тиц для последующего использования в качестве сорбентов-носителей им-
мобилизованных клеток микроорганизмов и лекарственных препаратов.
Высокая скорость замораживания многокомпонентного водного раство-
ра обеспечивает высокую химическую однородность продукта сушки, что
приводит к снижению температуры фазообразования оксидных соедине-
ний и уменьшению размера их частиц. Низкотемпературный золь-гель
переход в растворах полимеров при замораживании обеспечивает фор-
мирование прочного пористого полимерного каркаса. Пиролиз подобных
каркасов в инертной среде приводит к формированию объемных углерод-
ных наноматериалов с высокими значениями удельной поверхности.
Важной особенностью криохимических методов является возможность
регулирования размеров макропор в объемных наноструктурированных
материалах путем управления размерами кристаллитов льда при замора-
живании. Использование сублимационной сушки осадков позволяет предот-
вратить образование прочных агломератов наночастиц, образующихся при
атмосферной сушке. Сублимационная сушка суспензий является одним
из основных методов выделения индивидуальных неорганических и уг-
леродных наночастиц из жидкой фазы для последующего исследования.
Описаны также основные сферы применения различных видов синтезиру-
емых материалов.
Особенности синтеза водорастворимых наночастиц серебра обсужда-
ются в главе 8. Благодаря заметной антибактериальной активности на-
ночастиц серебра они широко используются для создания бактерицидных
покрытий и лекарств, а высокая гидрофильность способствует практи-
ческому применению этих наночастиц в области аналитической химии,
биологии и медицины. Препараты, приготовленные на основе наносереб-
ра, обладают высокой биологической активностью в отношении высших
растений, что связано с действием ионов серебра, высвобождающихся при
окислительном растворении наночастиц. Следует иметь в виду, что фи-
тотоксичность серебра препятствует широкому использованию серебросо-
держащих препаратов в качестве регуляторов роста и развития растений,
что может быть преодолено в результате использования коллоидного рас-
твора химически модифицированных наночастиц серебра.
Применение биоразлагаемых форм лекарственных веществ в различ-
ных областях биомедицины, в том числе при реконструкции костной и
хрящевой ткани, при создании кардио-, урологических и нейрологических
имплантатов, при разработке систем для противовоспалительной и проти-
воопухолевой терапии, при тромболитической терапии и в целях остановки
кровотечений рассматривается в главе 9. Одновременное использование
природных и синтетических макромолекул создает уникальные возможно-
сти для доставки различных низко- и высокомолекулярных лекарственных ве-
ществ и обеспечения необходимых кинетических профилей их высвобождения.
Развитие технологии формирования нановолокон в электростатическом
поле позволяет создавать разнообразные по форме и морфологии матери-
алы с высокой удельной поверхностью и пористостью, с адекватными ме-
ханическими свойствами, широким диапазоном структурно-динамических
и диффузионных характеристик, способностью эффективно контролиро-
вать доставку лекарственных веществ. В главе сделан акцент на гибридные
микро- и наночастицы, а также композиционные ультратонкие волокна,
обладающие высокой удельной поверхностью, и рассмотрены специфиче-
ские свойства нановолокнистых биоразлагаемых носителей, что принци-
пиально важно при создании нового поколения терапевтических систем
для дозированного и направленного транспорта лекарственных веществ
в живых системах.
Рассмотрению структуры и свойствам металлполимерных нанокомпо-
зитов, полученных методом совместной конденсации паров металла и мо-
номера и последующей твердофазной низкотемпературной полимеризаци-
ей образующихся соконденсатов, посвящена заключительная Глава 10.
Основным преимуществом этого метода по сравнению с другими являет-
ся возможность стабилизации металлических наночастиц без каких-либо
специфических координационных связей между поверхностью частицы
и полимером или без добавок каких-либо стабилизирующих соединений.
В обзоре обсуждается механизм криохимического твердофазного синтеза
металлсодержащих полимеров и рассмотрены электрофизические, диэлек-
трические, сенсорные, каталитические и ферромагнитные свойства обра-
зующихся композитов.
Особое внимание уделено использованию таких материалов в различ-
ных областях биологии и медицины. Рассматриваются металлполимер-
ные нанокомпозиты, отличающиеся высокой эффективностью антибакте-
риального действия при отсутствии побочных отрицательных эффектов,
характерных для других бактерицидных препаратов. Такие нанокомпозит-
ные пленки служат защитой от патогенных бактерий. Обсуждаются раз-
работанные на основе наноструктурированных металлполимерных пленок
новые высокочувствительные спектральные методы выявления и анализа
биомолекул. Применение этих методов в медицинской практике позволяет
обнаружить в организме источники различных заболеваний.
Глава 11 посвящена рассмотрению характеристик магнитных нано-
частиц, которые наряду со спектром свойств, присущих наноматериалам,
в первую очередь большой удельной поверхности и высокой доли поверх-
ностных атомов, обладают также суперпарамагнитными свойствами. На-
ночастицы могут переходить в однодоменное состояние, т. е. при отсут-
ствии внешнего магнитного поля средняя намагниченность вещества рав-
на нулю, а во внешнем магнитном поле вещество ведет себя как пара-
магнетик, но с магнитной восприимчивостью заметно более высокой, чем
у обычных парамагнетиков. В результате материал на основе магнитных
наночастиц становится важным классом биомедицинских функциональ-
ных наноматериалов. В первую очередь, это применительно к оксидам
железа магнетита и маггемита, для которых исследования in vitro и in vivo
показали низкую токсичность и высокую биосовместимость в сравнении
с другими магнитными наноматериалами. Благодаря своим исключитель-
ным биологическим, физическим и химическим свойствам они находят
широкое применение в таких областях, как гипертермия, направленная до-
ставка лекарственных веществ, тканевая инженерия, магнитная сепарация
биологических объектов (клеток, бактерий, вирусов, ДНК) и диагностика
(они используются в качестве агентов для МРТ и при проведении имму-
ноанализа). В главе, помимо обсуждения основных проблем и перспектив
использования наночастиц магнитных оксидов железа для передовых био-
медицинских применений, также отражена информация об их структуре,
методах получения и свойствах.
Каждая из представленных глав является самодостаточной и может
быть изучена независимо от других. Наряду с обзорным материалом все
главы содержат оригинальные исследования авторов, обобщающие их работы нескольких последних лет. Нетрудно видеть, что в учебное пособие
включены разделы, охватывающие различные аспекты синтеза и исполь-
зования наноформ биоактивных и лекарственных веществ. Это сделано
намеренно, т. к. такой состав содержания, как мы полагаем, будет способ-
ствовать ознакомлению исследователей, работающих в близких междисци-
плинарных областях, с новейшими достижениями в создании и изучении
свойств гибридных наноформ лекарственных веществ, а возможно, приве-
дет и к их консолидации. Работы, по результатам которых написано учеб-
ное пособие, проводились при поддержке ряда научных грантов, в част-
ности, грантов РНФ № 16-13-10365 и РФФИ 16-08-00900а, 15-08-05178а,
17-07-00131а, 19-07-00141а, 20-07-00158а, 18-57-00003_Бел_а, 18-29-02012_ мк.
Список аббревиатур с расшифровкой
АБТС 2,2′-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-
сульфоновая кислота)
АГЭ аллилглицидиловый эфир
АОТ бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия
АФК активные формы кислорода
БАВ биологически активное вещество
БСА бычий сывороточный альбумин
ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хромато-
графия
ГБК гетерогенный биокатализатор
ГКР гигантское комбинационное рассеяние
ДГЕА дегидроэпиандростерон
ДМСО диметилсульфоксид
ДНК дезоксирибонукле´иновая кислот´а
ДПД дипиридамол
ДСК дифференциальная сканирующая калори-
метрия
ЗЗР зона задержки роста
ИБК иммобилизованный биокатализатор
ИК-спектроскопия инфракрасная спектроскопия
ККГ критическая концентрация гелеобразования
КМЦ карбоксиметил целлюлоза
КР комбинационное рассеяние
КС криоструктураты
ЛВ лекарственное(ые) вещество(а)
МУНТ мультистенные углеродные нанотрубки
НД нормативный документ
НЖМФ незамерзшая жидкая микрофаза
ПАВ поверхностно активное вещество
ПВП поливинил-2-пирролидон
ПВС поливиниловый спирт
ПГБ полигидроксибутират, поли-(3-гидроксибутират), поли- -
гидроксибутират
ПГМБ гидрохлорид полигексаметиленбигуанида
ПЭГ полиэтиленгликоль
ПЭГДА полиэтиленгликоль диакрилат
ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия
РНК рибонуклеимновая кислотам
РФА рентгенофазовый анализ
со-ПАА-АГЭ сополимер полиакриламида и аллилглицидилового
эфира
со-ПАА-БАА сополимер полиакриламида и N,N′-
бисакриламида
со-ПГЭМА-ГМА сополимер поли-2-гидроксиэтилметакрилата и
глицидилметакрилата
со-ПГЭМА-ПЭГДА сополимер поли-2-гидроксиэтилметакрилата и
полиэтиленгликоль диакрилата
со-ПГМА-МАТ сополимер полиглицидилметакрилата и N-
метакрилоил-L-триптофана
со-ПММА-ГМА сополимер полиметилметакрилата и глицидилме-
такрилата
со-ПЭГМА-ТЭГДА сополимер поли(этиленгликоль) метакрилата
и тетраэтиленгликоль диакрилата
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
ТГЗ трансглутаминаза
ТГ термогравиметрия
ТЕМПО (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил
ТКФ трикальциевый фосфат, Ca3(PO4)2
ТСХ тонкослойная хроматография
ТФП тетрафенилпорфирин
TЭM трансмиссионная электронная микроскопия
УФ-спектроскопия ультрафиолетовая спектроскопия
УНТ углеродные нанотрубки
ФС фармакопейная статья
ЧДА чистый для анализа
ЦТМА цетилтриметиламмоний
ЭДК 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодии-
мид
ЭДТА этилендиаминтетрауксусная кислота,
(HOOCCH2)2N(CH2)2N(CH2COOH)2
ЭФ электроформование
ЯМР ядерный магнитный резонанс
CVD chemical vapor deposition; метод получения пленок пиролизом
паров металлорганических соединений
OPF олиго (полиэтиленгликоль фумарат)
PCL поликапролактон
PEG полиэтиленгликоль
PGA полигликолевая кислота
PLA полимолочная кислота
PLGA сополимер полилактид-ко-гликолид
PMMA полиметилметакрилат
PPF полипропиленфумарат
РРХ поли-пара-ксилилен
РХ пара-ксилилен
SAXS small-angle X-ray scattering (малоугловое рассеяние рентге-
новских лучей)
tPA тканевой активатор плазминогена
Triton Х-100 [п-(1,1,3,3-тетраметилбутил)фенилполи-
(оксиэтилен)n
WAXS wide-angle X-ray diffraction (рентгеновское
рассеяние в больших углах)
-FP -фетопротеин
Глава 1. Криохимический синтез нанопорошков лекарственных веществ
Шабатин В.П.1, Морозов Ю.Н.1, Верная О.И.1, Шабатина Т.И.1
Путь от синтеза биологически активной молекулы к внедрению лекар-
ственного препарата часто занимает десятилетия. Основные затраты вре-
мени и ресурсов приходятся на доклинические и клинические испытания,
в том числе проверку токсичности, подбор оптимальной и предельной доз,
а также отработку производственной технологии, выбор наиболее прием-
лемой формы. Очень важна всесторонняя проверка безопасности новых
лекарств, изучение побочных эффектов их применения, многие из которых
проявляются лишь через много лет, иногда даже в следующих поколени-
ях. В этом отношении известные, проверенные десятилетиями, а иногда
и веками, лекарственные вещества обладают рядом преимуществ, в част-
ности не требуют длительных фармакологических и токсикологических
испытаний, хотя их эффективность не всегда так высока, как хотелось
бы. Поэтому актуальна задача разработки на их основе более действенных
форм, что позволяет быстрее окупить вложенные в исследования средства
чем поиск абсолютно новых препаратов.
Существует много способов улучшения свойств лекарственных веществ
(без изменения их химического состава): варьирование размера частиц,
структуры, формирование сольватов, молекулярных комплексов, со-кри-
сталлов и др. [1–3]. Биофармакологические свойства и эффективность ле-
карственных веществ зависят от их кристаллической структуры, в частно-
сти от присутствия тех или иных полиморфных модификаций или аморф-
ного состояния [3, 4].
Размер имеет первоочередное значение, так как малые частицы, раз-
мером менее 200 нм, легче преодолевают защитные барьеры организма
человека и животных, проникают в клетки и накапливаются в тканях, чем
более крупные частицы [4]. Классический пример даназол, плохо рас-
творимый в воде ингибитор гонадотропина. Абсолютная биодоступность
микросуспензии даназола у собак (200 мг, 10 мкм) составляет 52%, в то вре-
мя как при введении наносуспензии (200 мг, 169 нм) она достигает 82,3%.
Таким образом, одна и та же эффективность может быть получена при
уменьшении дозы лекарства, что позволяет снизить побочные эффекты [5].
Значительная доля лекарственных веществ, используемых в настоя-
щее время в медицинской практике, плохо растворимы в воде и других
биологических жидкостях. Плохая растворимость лекарственных веществ
приводит к ряду проблем, связанных с их применением. Из-за низкой рас-
творимости в раствор для инъекций приходится вводить органические со-
растворители и стабилизаторы, что приводит к нежелательным побочным
эффектам [6]. Например, Cremophor R EL используется как солюбилизатор
для паклитакселя в препарате Таксол и обладает серьезными побочными
эффектами, такими как нефро- и нейротоксичность [7]. В результате иссле-
дования, летальная доза (LD50) наносуспензии паклитакселя составляет
100 мг/кг, что значительно выше, чем 30 мг/кг для препарата Таксол [8].
Уменьшение размеров частиц лекарственных соединений приводит к ро-
сту их удельной поверхности и, соответственно, скорости растворения, и
в некоторых случаях к росту экспериментально определяемой растворимо-
сти насыщения и образованию стабильных пересыщенных растворов. Для
плохо растворимых лекарственных веществ используются также суспен-
зии нанокристаллов, которые, как и растворы, можно вводить в организм
человека через инъекции. В настоящее время на фармацевтическом рынке
уже имеется целый ряд лекарственных препаратов, содержащих действую-
щее вещество в наноформе: Rapamune R (Sirolimus), Emend R (Aprepitant),
Tricor R (Fenofibrate), Megace ES R (Megestrol acetate), Avinza R (Morphine
sulfate), Focalin R XR (Dexmethyl-phenidate HCl), Ritalin R LA (Methylpheni-
date HCl), Zanaflex CapsulesTM(Tizanidine HCl), Triglide R (Fenofibrate).
Для получения наночастиц лекарственных препаратов используют ме-
тоды, основанные на двух принципиально различных подходах: «сверху _
вниз» (top _ down) и «снизу _ вверх» (bottom _ up) [9]. В первом случае
наноформы получают в результате раздробления более крупных частиц,
во втором в результате сборки наночастиц из молекул или молекулярных
ассоциатов. К настоящему времени промышленное применение нашли ме-
тоды получения наноформ лекарственных субстанций, основанные на ме-
ханическом измельчении. Методы, использующие подход «снизу _ вверх»
(bottom _ up), несмотря на очевидные преимущества, в промышленных
масштабах не используются.
Подход «сверху _ вниз» (top _ down) реализуется в ряде физиче-
ских методов, таких как механическое измельчение в различных типах
мельниц [10, 11], гомогенизация под высоким давлением [12] и лазерная
абляция [13], которую проводят в органических растворителях, в которых
измельчаемое вещество не растворяется. Все эти методы обладают рядом
недостатков _ их реализация требует больших энергозатрат, получаемые. наночастицы характеризуются широким распределением по размерам и
морфологической неоднородностью. Поверхность наноразмерных частиц
обладает высокой запасенной энергией и содержит большое число актив-
ных центров _ атомов с нескомпенсированными химическими и коорди-
национно ненасыщенными связями, что приводит к слипанию частиц и
образованию агрегатов и агломератов. Для получения мелкодисперсных
порошков лекарственных веществ необходимо применение стабилизато-
ров _ органических лигандов, связывающих и блокирующих поверхност-
ные центры наночастиц. В ряде случаев возможна механохимическая (при
механическом измельчении) и фотохимическая (при лазерной абляции) де-
струкция органических веществ. Среди методов, использующих подходы
«снизу _ вверх» (bottom _ up), следует отметить наиболее перспектив-
ные методы, основанные на замене растворителя, в том числе технологии,
использующие сверхкритические флюиды, и методы, основанные на кон-
тролируемом испарении лекарственного вещества и управляемой конден-
сации молекулярных паров на охлаждаемые поверхности при криогенных
температурах.
Суть метода замены растворителя (метода микроосаждения) заклю-
чается в следующем: исходное вещество растворяют в подходящем рас-
творителе, далее микроколичество приготовленного раствора быстро, при
интенсивном перемешивании, вводят в большое количество антираствори-
теля. При резком изменении среды происходит микроосаждение [14–6].
Активно развивающейся разновидностью этого метода является использо-
вание сверхкритических флюидов в качестве растворителей и осадителей
(антирастворителей). В качестве растворителя сверхкритические флюиды
используют в методе быстрого расширения: насыщенный раствор веще-
ства распыляют через насадку в флюид, при резком уменьшении давления
растворитель испаряется, а вещество распыляется в виде мелкодисперсно-
го аэрозоля [17]. Для измельчения плохо растворимых в флюиде веществ
применяют методику, в которой сверхкритический флюид используется
в качестве осадителя [18]. Для растворения таких веществ используют ор-
ганические соединения, хорошо растворяющиеся в сверхкритическом флю-
иде. Насыщенный раствор целевого вещества вводят через распылитель-
ную насадку в емкость с флюидом, в котором соединение из-за резкого
уменьшения растворимости кристаллизуется в виде микро- и наночастиц.
К недостаткам этого метода относят загрязнение конечного продукта оста-
точными количествами органического растворителя, а также сложное тех-
ническое оформление метода и, соответственно, большую стоимость полу-
чаемого продукта. Наночастицы лекарственных веществ получают также
в эмульсиях, содержащих раствор вещества в легколетучем растворителе.
При испарении растворителя образуются наночастицы, сходные по размерам с каплями эмульсии. Эмульгирование в сочетании с ультразвуком
или гомогенизацией высокого давления позволяет получить капли нано-
метрового размера [19].
Криохимические методы синтеза и модифицирования наночастиц ле-
карственных препаратов основаны на сочетании процессов испарения или
сублимации и молекулярной конденсации при криогенных температурах.
Использование низких температур позволяет достигнуть двух фундамен-
тальных результатов _ микронизации лекарственного вещества до нано-
размеров и стабилизации метастабильных состояний и кристаллических
структур, позволяющих получать новые полиморфные модификации из-
вестных препаратов. Низкие температуры необходимы также для предот-
вращения неконтролируемых превращений промежуточных и целевых про-
дуктов и для управления свойствами получаемых материалов. Можно
выделить три основных метода криохимического синтеза наноразмерных
порошков лекарственных препаратов:
• первый _ криохимический вариант сублимационной сушки,
• второй _ статическая высоковакуумная сублимация исходного со-
единения _ низкотемпературная конденсация (статический субли-
мационный метод),
• третий _ динамическая сублимация исходного соединения в потоке
нагретого газа _ носителя _ низкотемпературная конденсация (ди-
намический сублимационный метод).
Ключевые аспекты криохимического варианта сублимационной сушки
рассмотрены в работе [20]. Метод включает быстрое замораживание рас-
творов исследуемых веществ c последующей сублимацией растворителя из
твердого образца или с использованием метода криоэкстракции [21–22].
Второй и третий варианты криохимического синтеза наноразмерных
порошков лекарственных препаратов включают перевод исходной субстан-
ции в газовую фазу путем испарения или сублимации и организацию на-
правленного потока молекул к охлаждаемой поверхности. Взаимодействие
потока молекул с охлаждаемой поверхностью приводит к конденсации ве-
щества из газовой фазы с образованием твердых наночастиц [23]. При осу-
ществлении статического сублимационного метода сублимацию осуществ-
ляли локальным поверхностным нагревом слоя исходного вещества в вы-
соком вакууме (меньше 5×10−5 Торр). Метод позволяет испарять трудно-
летучие и термически малостабильные органические соединения [24, 25].
В вакууме молекулы, вылетевшие с поверхности исходной субстанции,
имеют небольшую кинетическую энергию и, практически не сталкиваясь
с другими молекулами, достигают охлаждаемой поверхности. При взаи-
модействии молекул с холодной поверхностью возможна их конденсация,
отражение и миграция. Для увеличения аккомодации молекул на поверх-
ности понижали температуру с помощью жидкого азота (T = −196 ◦C).
Молекула при взаимодействии с поверхностью теряет избыток энергии и
стабилизируется, формируя ту или иную твердофазную структуру. Высо-
кая скорость потери избыточной энергии на поверхности при температуре
жидкого азота обеспечивает малый размер образующихся твердофазных
наночастиц и стабилизацию возможных метастабильных кристаллических
структур.
При осуществлении статического сублимационного метода испарение
или сублимация осуществляется увлечением паров соединения потоком
нагретого газа _ носителя [26]. При приближении к охлаждаемой поверх-
ности поток газа-носителя с парами вещества резко охлаждается, газовая
фаза оказывается многократно пересыщенной относительно упругости па-
ров соединения и в системе создаются условия для быстрого газофазного
зародышеобразования. В свою очередь высокая скорость зародышеобра-
зования и последующий рост микрокристаллитов обедняет газовую фазу
парами соединения, что ограничивает дальнейший рост размеров частиц.
Уникальность данного метода состоит в том, что в системе, за счет тем-
пературного градиента, постоянно воссоздаются условия, способствующие
новому зародышеобразованию. Возникшие зародыши новой фазы растут
за счет потока молекул или кластеров вещества из газовой фазы. Расту-
щие частицы могут сталкиваться в газовой фазе и агрегировать. Далее
сформировавшиеся в газовой фазе наночастицы осаждаются на холодной
поверхности и стабилизируются.
Полиморфное модифицирование является важнейшим технологическим
резервом повышения эффективности лекарственных веществ [27–36]. Обыч-
но под полиморфизмом вещества понимают его способность существовать
в двух или более кристаллических фазах (модификациях), которые име-
ют различную структуру. Эти структуры отличаются термодинамически-
ми, механическими и спектральными характеристиками. Часто эти ха-
рактеристики обусловливают значительные изменения биофармацевтиче-
ских параметров растворения и абсорбции in vitro и in vivo, стабильности
и свойств лекарственных форм. Контроль полиморфного состояния ле-
карственных средств законодательно закреплен в США, Великобритании,
Японии.
Кристаллические модификации лекарственных веществ получают кри-
сталлизацией (преимущественно из растворов и расплавов). Кристалли-
зационные методы получения полиморфных модификаций из растворов
можно разделить на равновесные и неравновесные. Методы равновесной
кристаллизации из растворов основаны на изотермическом и изоконцен-
трационном испарении растворителя из растворов, находящихся в равновесии с кристаллами данной полиморфной модификации. Неравновесные
методы осуществляются при значительных пресыщениях в системе за счет
быстрой кристаллизации, замены растворителя, распылительной или суб-
лимационной сушки.
Важными параметрами, которые влияют на процесс кристаллизации
полиморфных модификаций лекарственных веществ, являются температу-
ра, давление, степень пересыщения, природа растворителя, pH раствора,
скорость перемешивания. Причем температура и давление играют решаю-
щее значение при выборе условий получения определенных полиморфных
модификаций, поскольку определяют условия их стабильности и раство-
римости [37–47]. В последнее время исследуются новые способы кристал-
лизации: кристаллизация под действием поляризованного света (лазерное
излучение), с использованием растворителей в сверхкритическом состоянии.
Если кристаллическая структура нарушается таким образом, что исче-
зает дальний порядок (упорядоченность во взаимном расположении ато-
мов или молекул на неограниченно больших расстояниях), говорят об амор-
физации образца. При этом размер частиц может уменьшаться или же
сохраняться. Аморфизация _ один из самых распространенных в настоя-
щее время способов получения растворимых форм лекарственных веществ.
Образованию и сохранению аморфных состояний способствует механиче-
ская обработка совместно со вспомогательными веществами. Например,
аморфизация вещества происходит при его измельчении в мельницах [48].
В данной главе приведены конкретные примеры криохимического син-
теза наноразмерных порошков лекарственных веществ. 1.1.Карведилол
Карведилол _ кардиологический препарат, относящийся к классу _- и
_-адреноблокаторов. Химическая формула соединения:
Для криохимической модификации карведилола использовали метод
сублимации в потоке газа _ носителя, сочетаемый с низкотемпературной
конденсацией (динамический сублимационный метод). Криохимическим
способом получен аморфный порошок [49, 50]. Методом ядерного магнит-
ного резонанса (ЯМР 13С, ЯМР 1Н) была установлена идентичность ис-
ходного карведилола и полученного рентгеноаморфного порошка. Анализ
препарата на чистоту проведен методами тонкослойной хроматографии
(ТСХ) и ВЭЖХ ОФ. Суммарное содержание примесей в аморфном карве-
дилоле не превышает 1%, что соответствует нормативному документу НД
42-11503-01 на лекарственную субстанцию карведилола. Таким образом,
данные ЯМР-спектроскопии, ТСХ и ВЭЖХ свидетельствуют, что полу-
ченное при криомодифицировании вещество является карведилолом.
Для определения структурных и термических свойств криоформы карве-
дилола были проведены рентгенофазовый анализ, исследования методом
ИК-спектроскопии и дифференциальная сканирующая калориметрия по-
лученных образцов. По данным рентгенофазового анализа (РФА), криомо-
дифицированное вещество является рентгеноаморфным. Спектр исходной
субстанции карведилола характеризуется наличием набора дифракцион-
ных максимумов, что свидетельствует о ее кристаллическом состоянии
(рис. 1.1). ИК-спектроскопическое исследование показало, что спектры исходного и аморфного карведилола различаются в области 1000–800 см−1
вследствие конформационных различий.
Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) сви-
детельствуют о том, что плавление исходной субстанции карведилола ха-
рактеризуется одним эндотермическим эффектом при температуре 114 ◦C,
а плавление полученного с применением низких температур карведилола
фиксированной температуры плавления не имеет (рис. 1.2). Грануломет-
рическое исследование исходного и криомодифицированного карведилола
методом оптической микроскопии показывает, что наряду с аморфизаци-
ей криомодификация позволяет уменьшить размеры частиц от исходных
(более 10 мкм) до размеров менее 1 мкм.
Биологическую активность аморфного карведилола проверяли на двух
группах крыс, которым вводили исходный кристаллический и аморфный
криомодифицированный карведилол. Проводили регистрацию системно-
го артериального давления через имплантированные катеторы. Найдено,
что аморфный препарат увеличивает межимпульсный интервал у живот-
ных, что, вероятно, обусловлено блокадой _1-адренорецепторов сердца.
Это приводит к снижению коэффициента барорефлекса на введение жи-
вотным фенилэфрина и изопротеренола и свидетельствует об увеличении
биоактивности криомодифицированного карведилола по сравнению с ис-
ходнымь
1.2 5-Андростендиол-3β,17 β
5-Андростендиол-3β,17 β -природный гормон, обладающий ярко выра-
женными иммуностимулирующими и радиопротекторными свойствами [51].
Химическая формула соединения приведена ниже.
Для криохимической модификации 5-андростендиола-3_,17_ использо-
вали метод сублимации в потоке газа _ носителя в сочетании с низкотемпе-
ратурной конденсацией. Получен наноразмерный моногидрат 5-андростен-
диола-3_,17_. По данным тонкослойной хроматографии (ТСХ) содержа-
ние примесей в исходном и криохимически модифицированном образцах
составляло менее 0,5%.
Данные ДСК и термогравиметрии (NETZCH STA 449 C), свидетель-
ствуют о том, что исходный и криохимически модифицированный 5-андро-
стендиол-3_,17_ представляют собой моногидрат, причем пик дегидра-
тации для исходного 5-андростендиола-3_,17_ лежит в интервале 110–
147 ◦C, а для криохимически модифицированного _ в пределах 102–128 ◦C.
Температура плавления исходного и криохимически модифицированного
5-андростендиола-3_,17_ _ практически совпадают _ 187 и 188 ◦C, соот-
ветственно.
Рентгенофазовый анализ (РФА) (RIGAKU D/MAX-2500, Япония) крио-
химически модифицированного 5-андростендиола-3_,17_ показал, что его
кристаллографическая структура соответствует известной структуре, при-
веденной в кембриджской базе кристаллографических данных с парамет-
рами: a = 6,250 ˚A, b = 12,143 ˚A, c = 23,440 ˚A, _ = _ = = 90◦,
V = 1779,0 ˚A3, Z = 4, _выч = 1,152 мг/м3 пространственная группа сим-
метрии P212121.
По данным оптической микроскопии («Karl Zeiss, Jena»), размер ис-
ходных частиц находится в диапазоне от 8-594 мкм. Размер и форму частиц криохимически модифицированного 5-андростендиола-3_,17_ опре-
деляли методом сканирующей электронной микроскопии (JEOL JSM 6490-
LV, JSM 7001 F и HITACHI TM-1000). По форме и размеру частиц крио-
химически модифицированный 5-андростендиол-3_,17_ обладает высокой
степенью монодисперсности, частицы препарата представляют вытянутые
палочки с закругленными концами, их средний продольный размер состав-
ляет 219±9 нм [52].
1.3.Феназепам
Феназепам _ высокоэффективный анксиолитический препарат, разрабо-
танный в СССР в 70-х годах [53]. Химическая структура соединения при-
ведена ниже.
Известна одна кристаллическая модификация феназепа-
ма, для которой методом рентгенофазового анализа (РФА)
определен набор дифракционных максимумов и их интен-
сивности [54].
Для криохимической модификации феназепама исполь-
зовали метод сублимации в потоке газа _ носителя в соче-
тании с низкотемпературной конденсацией. Методами ядер-
ного магнитного резонанса (ЯМР 1Н, 13С), тонкослойной хроматографии
и УФ-спектроскопии была установлена идентичность состава исходного и
криохимически модифицированного феназепама.
Подлинность исходного фармакопейного и полученного нами криохи-
мически модифицированного феназепама определяли по методике, пред-
ставленной в ФС 42–411–9 спектрофотометрическим методом в УФ-об-
ласти.
Таким образом, при криохимической модификации фармакопейного
феназепама превращения вещества не происходит и полученное из исход-
ного фармакопейного феназепама вещество является 7–бром-1,3-дигидро-
5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бензодиазепин-2-оном. Для определения свойств на-
номодификации феназепама проведены: рентгенофазовый (п-РФА) и по-
рошковый рентгеноструктурный (п-РСА) анализы, ИК-спектроскопия,
термоаналитические исследования, определение диаметра частиц и опре-
деление скорости растворения в воде.
Сравнение результатов рентгенофазового анализа (РФА), проведен-
ного на дифрактометре Rigaku D/MAX-2500 (Rigaku, Япония) на CuK_
излучении, исходного и криомодифицированного феназепама свидетель-
ствует о получении новой кристаллической _-модификации 7-бром-1,3-
дигидро-5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бензодиазепин-2-она.
Кристаллическую структуру определяли методом порошкового рент-
геноструктурного анализа. Рентгенограмму получали в рентгеновской по-
рошковой камере Гинье G370 (CuK_1-излучение, _ = 1,54059 ˚A, съемка на
просвет) в области углов 2_ = 5–80◦ в течение 8 ч. На измеренной порошко-
грамме были уточнены положения первых 35 пиков, по которым проведено
индицирование в моноклинной ячейке с помощью программы TREOR90.
Систематические погасания, выявленные при уточнении порошкограммы
методом Паули программой MRIA, позволили установить пространствен-
ную группу P21/c.
Кристаллическую структуру новой кристаллической _-модифика-
ции решали методом симулированного отжига и уточняли методом
Ритвельда программой MRIA. Профили пиков описывали модифици-
рованной функцией Войта. Эффект текстуры учитывали в рамках мо-
дели Марча–Долласа _ направление преимущественной ориентации
001, уточненное значение параметра r = 0,93(1). В процессе уточне-
ния накладывались ограничения надопустимые отклонения длин связей и внутримолекулярных межатомных расстояний. Для неводо-
родных атомов уточняли параметры изотропных тепловых колебаний,
Uiso. Атомы водорода были помещены в рассчитанные положения и не уточнялись.
Для новой структуры получены параметры кристаллической решетки:
тип _ моноклинная, a = 14,792(5) ˚A, b = 11,678(3) ˚A, c = 8,472(2) ˚A, _ =
= 93,677(19)◦, V 3 = 1460,4(7) ˚A3 _выч. = 1,59 г/см3, Z = 4 C15H10N2OClBr,
пространственная группа P21/с (рис. 1.3, 1.4). Сравнение полученных ре-
зультатов с известными из литературы [53] свидетельствует о том, что
полученное из фармакопейного феназепама, вещество является новой кри-
сталлической модификацией 7-бром-1,3-дигидро-5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бен-
зодиазепин-2-она, названной нами _-модификацией, со своими индиви-
дуальными параметрами кристаллической решетки. Подробные данные
о новой _-модификации феназепама приведены в работах [55, 56] и вве-
дены в Кембриджскую базу кристаллографических данных.
Анализ ИК-спектров исходной субстанции феназепама и полученной
_-модификации показывает, что в областях 600–700 см−1; 800–900 см−1;
1350–1400 см−1 и 1600–1700 см−1 спектры различаются.
Термоаналитические исследования проводили на термоанализаторе STA
449 C Jupiter (NETZSCH) в токе аргона при повышении температуры
10 град/мин. Кривые ДСК исходного образца феназепама и _-криомоди-
фикацированного различаются. На кривой фармакопейного феназепама
в диапазоне (207–212) ◦C присутствует дополнительный эндотермический
пик. Полученные результаты показали, что использование термического
анализа позволяет различать исходную субстанцию феназепама и его но-
вую кристаллическую _-модификацию. Температуры плавления образцов,
определенные из ДСК-кривых, а также установленные согласно ГФ 11
издания (метод 1А _ в капилляре) оказались равными 226–227 ◦C, что
отвечает требованиям ФС 42–2411 _ 99.
Определение диаметра частиц проводили по микрофотографиям, по-
лученным на сканирующем электронном микроскопе JSM 6380 LA при
увеличениях ×1000–20 000. Диаметр частиц исходного феназепама равен
10–120 мкм, а криомодифицированного _ 50–300 нм в зависимости от
условий получения. В указанном диапазоне находятся и размеры частиц
криофеназепама, оцененные из рентгеновские спектров и из данных по
величине поверхности.
Кинетику растворения исходного и нанофеназепама изучали в соответ-
ствии с ГФ, вып. 2, с. 154. Результаты представлены на рис. 1.5. Новая кри-
сталлическая _-модификация в воде растворяется быстрее по сравнению с
исходной субстанцией. Кроме того, новая кристаллическая _-модификация
при растворении в воде образует пересыщенные, почти на 30 мас.%, водные
растворы. Проведенные эксперименты показали, что новая кристаллическая -модификация более активна по сравнению с исходной субстанцией,
что должно повлиять на ее биодоступность и возможный терапевтический
эффект.
Испытания на глиальных клетках крысы С6 показали, что наноформа
феназепама обладает меньшей токсичностью (рис. 1.6). Испытания так-
же показали, что криохимически модифицированный феназепам обладает
увеличенной анксиолитической, то есть противотревожной активностью и
уменьшенным побочным седативным действием (рис. 1.7). Зафиксировано
многократное снижение побочного миорелаксантного действия: доза ЭД50
для наноформы феназепама примерно в пять раз выше по сравнению с из-
вестной. Биологические испытания на крысах показали, что композиция
на основе новой кристаллической _-модификации феназепама обладаетбольшей анксиолитической активностью, значительно уменьшенной седа-
тивной активностью [57] (рис. 1.8).
1.4.Пироксикам
Пироксикам _ эффективный нестероидный противовоспалительный пре-
парат класса оксикамов. Данный препарат используется в лечении ревма-
тоидного остеоартрита, первичной дисменореи, послеоперационной боли,
может действовать как анальгетик, особенно в тех случаях, когда имеет
место осложняющий воспалительный процесс. Структурная формула со-
единения приведена ниже.
Впервые препарат был выпущен фирмой «Phizer» под торговой маркой
«Felden» в 1980 г. Использование фармакопейных форм пироксикама в ле-
чебной практике осложняется большим количеством побочных эффектов,
связанных с негативным воздействием пироксикама на центральную нерв-
ную, сердечно–сосудистую и дыхательную системы, желудочно–кишечный
тракт.
В работе использовали пироксикам, синтезированный в Иркутском ин-
ституте химии им. А.Е. Фаворского (лаборатория химии карбофункци-
ональных соединений под руководством профессора А.С. Медведевой).
Подлинность исходного фармакопейного и полученного нами криохимиче-
ски модифицированного пироксикама определяли по методике, представ-
ленной в ФС 42–0271–07 по ИК-Фурье-спектру в диске с бромидом калия
по полосам поглощения в области 4000 _ 400 см−1.
Для получения наноразмерных порошков пироксикама использовали
метод динамической сублимации в потоке нагретого газа _ носителя с по-
следующей низкотемпературной конденсацией (динамический сублимаци-
онный метод). Для характеризации исходного фармакопейного и криохи-
мически модифицированного пироксикама использовали методы ИК-Фу-
рье-спектроскопии («Икар» производства ЗАО НПФ «Микротех», Россия),
порошкового рентгенофазового анализа (п-РФА) («EMPYREAN» произ-
водства PANalytical Голландия), термогравиметрические измерения (STA
449 F1 Jupiter R производства "NETZSCH", Германия), термомикроскопические исследования ("OLYMPUS BX41" производства "Olympus Optical Co., LTD"). Размеры частиц оценивали с использованием просвечивающей
электронной микроскопии («LEO 912 AB Omega» производства «ZEISS»,
Германия), а также посредством измерения эффективной поверхности пу-
тем определения количества адсорбированного на образцах аргона хрома-
тографическим методом (Хром 5, Россия).
Совокупность полученных данных позволяет сделать вывод, что крио-
химически модифицированный пироксикам представляет собой чистую фор-
му III, которая является термодинамически метастабильной [58]. Данная
форма известна уже более тридцати лет, однако ее кристаллографическая
структура была расшифрована сравнительно недавно [59]. Ее кристалло-
графические параметры: пространственная группа Р-1; a = 8,0106(17) ˚A,
b = 10,080(2) ˚A, c = 10,519(3) ˚A; _ = 81,215(9)◦, _ = 69,330(5)◦, =
= 69,827(6)◦. Средний размер частиц криохимически модифицированного
пироксикама составляет: dcp = 300 ± 30 нм.
При нагревании наноформа полиморфной модификации III пироксика-
ма претерпевает последовательные превращения: при температуре 125 ◦C
происходит укрупнение частиц с образованием игольчатых кристаллов,
характерных для полиморфной модификации II, хорошо видимых на оп-
тическом микроскопе. При температуре 160 ◦C происходит исчезновение
игольчатых кристаллов с образованием кристаллов кубической формы, ха-
рактерных для термодинамически стабильной формы I.
В результате выдерживания криохимически синтезированной нанораз-
мерной формы пироксикама при комнатной температуре в герметичном
защищенном от воздействия солнечного света контейнере в течение че-
тырех лет не произошло изменения структурно-размерных характеристик
препарата. 1.5.
1.5. Дегидроэпиандростерон (ДГЕА)
Дегидроэпиандростерон (ДГЕА) _ эндогенный стероидный гормон, вы-
полняющий многочисленные важные функции в организме человека, его
называют гормоном здоровья и долголетия [60]. Содержание ДГЕА дости-
гает максимума к 25 годам и постепенно уменьшается по мере взросления.
Таким образом, многие возрастные болезни коррелируют с низким уров-
нем ДГЕА. Заместительная терапия физиологическими дозами ДГЕА при
его эндогенном дефиците позволяет предотвратить или облегчить разви-
тие многих заболеваний, связанных со старением.
Структурная формула соединения приведена на следующей странице.
Для криохимической модификации ДГЕА использовали как динами-
ческий, так и статический сублимационные методы. В качестве исход-
ной субстанции использовали ДГЕА производства фирмы Acros Organics
(Бельгия).
Подлинность исходного фармакопейного и полученного нами криохи-
мически модифицированного ДГЕА подтверждали методами ИК-Фурье
спектроскопии и порошкового рентгенофазового анализа (п-РФА). Анализ
препарата на чистоту проведен методами масс-спектрометрии и ВЭЖХ.
Суммарное содержание примесей в исходном фармакопейном и криохими-
чески модифицированном ДГЕА не превышало 0,5%.
Для характеризации исходного фармакопейного и криохимически мо-
дифицированного ДГЕА использовали методы ИК-Фурье спектроскопии
("Tenzor II" производства фирмы "Bruker" Германия), порошкового рент-
генофазового анализа (п-РФА) ("EMPYREAN" производства Голландия),
порошкового рентгеноструктурного анализа (п-РСА) (Huber G670 Guinier ca-
mera производства) термогравиметрические измерения (STA 449 F1 Jupiter R
производства NETZSCH, Германия), термомикроскопические исследо-
вания ("OLYMPUS BX41" производства «Olympus Optical Co., LTD»).
Размеры частиц оценивали с использованием просвечивающей электрон-
ной микроскопии ("LEO 912 AB Omega" производства «ZEISS», Герма-
ния), а также посредством измерения эффективной поверхности путем
определения количества адсорбированного на образцах аргона хромато-
графическим методом (Хром 5, Россия).
До последнего времени было известно шесть полиморфных модифика-
ции безводного ДГЕА. Из них только три (FI, FII, FVI) были охарактери-
зованы рентгеноструктурными исследованиями [61–4]. С использованием
динамического сублимационного метода были получены наноформы новой
полиморфной модификации ДГЕА, названной, согласно принятой класси-
фикации, как FVII [65]. Кристаллографическая структура формы FVII
расшифрована методом порошкового рентгеноструктурного анализа [66].
Ее кристаллографические параметры: пространственная группа Р21; a =13,105(2) ˚A, b = 5,9034(18) ˚A, c = 10,829(2) ˚A; _ = 90,00◦, _ = 97,64(2)◦,
= 90,00◦, Z = 2 (рис. 1.9). Параллельно с образованием новой полиморф-
ной модификации FVII было зафиксировано наличие в криохимически мо-
дифицированных образцах еще одной полиморфной модификации FVIII,
которая проявляется на рентгенограммах в виде небольшого количества
уширенных пиков. Соотношение форм FVII/FVIII составляло 3:1.
Было обнаружено, что фазовый состав получаемых в результате крио-
химического синтеза, осуществляемого динамическим сублимационным ме-
тодом с использованием газа-носителя, зависит от природы газа-носите-
ля. Например, при использовании гелия в качестве газа-носителя, основ-
ной фазой является фаза FIII. Эта фаза известна более 20 лет, однако
до последнего времени ее кристаллографическая структура не была рас-
шифрована, что было связано с трудностью ее получения в чистом виде.
Использование гелия в качестве газа _ носителя при криохимическом син-
тезе наноформ ДГЕА, а также дополнительная термообработка, позволила
получить образцы с практически стопроцентным содержанием фазы FIII,
что позволило расшифровать кристаллографическую структуру [66]. Кри-
сталлографические параметры фазы FIII ДГЕА: пространственная группа
Р21; a = 14,5339(18) ˚A, b = 10,3792(14) ˚A, c = 11,8253(2) ˚A; _ = 90,00◦,
_ = 111,559(18)◦, = 90,00◦, Z = 4 (рис. 1.10).
При выдерживании образцов наноформы ДГЕА, содержащих фазы
FVII и FVIII в соотношении 75% : 25%, в условиях стопроцентной влажно-
сти при комнатной температуре, зафиксировано образование нового кри-
сталлогидрата S5 состава 1:1 с кристаллографической структурой S5, рас-
шифрованной в [66]. Кристаллографические параметры кристаллогидрата
S5 ДГЕА: пространственная группа Р212121; a = 22,506(3)˚A, b = 11,197(2),
b = 11,197(2) ˚A, c = 6,8094(18) ˚A; _ = 90,00◦, _ = 90,00◦, = 90,00◦, Z = 4.
При исследовании полиморфных модификаций ДГЕА [59–61] обнару-
жено новое явление _ влияние природы инертного газа-носителя, температуры конденсации и сублимации, а также других параметров криохимиче-
ского синтеза на размер частиц и фазовый состав получаемых наноформ
ДГЕА. Учет таких зависимостей позволит разработать криохимические
методы получения полиморфов ДГЕА с заданными свойствами.
И взбодришься до поры:
Чай, не химия какая,
Чай, природные дары!
Л.А. Филатов. Про Федота-стрельца.
Введение
Мельников М.Я., Трахтенберг Л.И.
В связи с весьма сложной экологической обстановкой, стрессовыми ситуа-
циями, непростыми производственными отношениями и др. даже относи-
тельно молодым людям приходится все чаще обращаться за медицинской
помощью. Помимо обычных советов: не курить, воздерживаться от спирт-
ного, делать утреннюю зарядку, несколько раз в неделю посещать бассейн
и тренировочный зал, а также есть овощи и фрукты, пациентам, как пра-
вило, прописывают различные биоактивные и лекарственные препараты.
Как известно, количество таких веществ в настоящее время исчисляет-
ся многими тысячами. Существует множество способов приготовления и
применения этих препаратов и над этими задачами работают научные
лаборатории во всех развитых странах. Вместе с тем возникают новые
вызовы, например появление большого числа штаммов патогенных микро-
организмов, резистентных к антибиотикам. При этом скорость появления
таких штаммов опережает возможности синтетической химии в создании
новых лекарственных субстанций и требует поиска новых подходов к борь-
бе с ними, в частности разработки нанокомпозитных составов с новыми
функциональными свойствами.
В предлагаемом учебном пособии основным объектом изучения будут
наночастицы ультрадисперсные объекты, объединяющие атомы химиче-
ских элементов или молекулы органических и неорганических соединений
с размерами в несколько нанометров (нм; 1 нм = 10−9 метров). Наноча-
стицы существуют в природе и также являются результатом деятельно-
сти человека. Из-за своего субмикроскопического размера они обладают
уникальными характеристиками, в первую очередь, огромной площадью
поверхности на единицу объема, высокой долей атомов в поверхностных
и приповерхностных слоях и способностью проявлять квантовые эффек-
ты. Их уникальные свойства невозможно прогнозировать только исходя
из свойств массивных материалов. Они находят практическое применение
в различных областях, включая медицину, инженерию, катализ и экологию.
В 2008 году Международная организация по стандартизации (ISO)
определила наночастицу как дискретный нанообъект, где все три декарто-
вых измерения меньше 100 нм. Стандарт ISO аналогичным образом опре-
делил двумерные нанообъекты (нанодиски и нанопластины) и одномерные
нанообъекты (нановолокна и нанотрубки). Но в 2011 году Комиссия Евро-
пейского Союза одобрила более широкое определение наночастицы: при-
родный или рукотворный материал, содержащий частицы в несвязанном
состоянии или в виде агломерата, размер 50 и более % которых хотя бы
в одном из декартовых измерений находится в диапазоне 1 нм–100 нм [1].
Вопросы, которые рассматриваются в данном пособии, касаются науч-
ных проблем, связанных с разнообразными методами создания нанокомпо-
зитных лекарственных форм, а также их функциональными свойствами.
Рассматриваются разные объекты с различной химией протекающих про-
цессов. Основное внимание уделено различным аспектам криохимического
синтеза, обладающего такими преимуществами, как чистота получаемых
материалов, их строгое соответствие составам исходных веществ, возмож-
ность регулирования размеров наночастиц, а также однородность распре-
деления компонентов в конечном продукте. Вместе с тем следует признать,
что в настоящее время сведения о промышленном изготовлении наноформ
биоактивных и лекарственных веществ криохимическим методом весьма
ограничены. Поэтому обсуждаются различные процессы получения этих
веществ также и в широком диапазоне температур.
Наряду с проблемами синтеза и применения биологических препаратов
важное значение имеют также их доставка и сегрегация. Помимо есте-
ственной доставки, определяемой кровотоком и диффузией в организме,
в научной литературе рассматривается и принудительная доставка, под
действием низкочастотного электромагнитного и электрического полей,
благодаря электрофоретическому или диэлектрофоретическому эффектам.
В основе метода лекарственного электрофореза лежит миграция ионов,
содержащихся в лекарствах, в электрическом поле к противоположно за-
ряженному электроду при введении лекарственных веществ в организм
через кожу или слизистую оболочку. В случае диэлектрофореза лекар-
ственные частицы подвергаются действию неоднородного электрического
поля и движутся силой, обусловленной градиентом напряженности поля,
в сторону его усиления. Благодаря значительным различиям в диэлектри-
ческих свойствах биологических объектов, диэлектрофорез уже в течение
нескольких десятилетий активно используется в медицине и биологиче-
ских исследованиях для транспортировки и сортировки различных видов
клеток, например отделения раковых клеток от здоровых, выделения из
крови отдельных видов кровяных телец и т. д.
Направленный поток наночастиц возможен также в отсутствие стаци-
онарных внешних воздействий за счет сил с нулевым средним значением.
Такой поток можно организовать с использованием рэтчет- или моторного
эффекта, который возникает в системах с нарушенной зеркальной симмет-
рией как результат выпрямления неравновесных флуктуаций различной
природы. Изучение рэтчет-моделей дало ключ к пониманию ряда биоло-
гических процессов, таких как, например, функционирование внутрикле-
точных трансляционных белковых машин, выполняющих транспортные
задачи, а также вдохновило на разработки наномеханизмов, работающих
внутри биологических систем. Такие "диэлектрофоретические рэтчеты"
имеют ряд преимуществ, к которым относится большое количество пара-
метров управления движением, в том числе температура, частота и форма
импульсов приложенного поля, вязкость среды и т. п.
Свойства лекарственных веществ могут быть улучшены (без изменения
их химического состава) различными способами: варьированием размера
частиц, структуры, формированием сольватов, молекулярных комплексов,
сокристаллов и др. Эффективность лекарственных веществ и их фарма-
кологические свойства во многом зависит от кристаллической структуры,
в частности от присутствия тех или иных полиморфных модификаций
или аморфного состояния. Первоочередное значение имеет размер нано-
частиц, так как малым частицам проще преодолевать защитные барьеры
организма, проникать в клетки и накапливаться в тканях. Таким обра-
зом, одна и та же эффективность биоактивных и лекарственных веществ
может быть получена при разных количествах препаратов, что позволяет
снизить, а иногда и избавиться от побочных эффектов.
Среди многочисленных работ, посвященных биоактивным и лекарствен-
ным композитам, в данном пособии преимущественно рассматриваются
только те исследования, которые относятся к наноразмерным системам.
Т. е. будут подчеркиваться особенности синтеза и то новое, что дает на-
норазмер объектов в протекании в них различных физико-химических
процессов. При этом будет сделана попытка систематизировать методы
синтеза, приводящие к получению соединений различного класса.
Рассмотрение начинается с обсуждения особенностей применения низ-
ких температур для получения новых наноразмерных модификаций ле-
карственных соединений различных классов. В главе 1 представлены пре-
имущества и недостатки различных вариантов криохимического синтеза и
криохимической модификации. На ряде примеров показана возможность
микронизации (уменьшение размера частиц) лекарственных субстанций
клеток, например отделения раковых клеток от здоровых, выделения из
крови отдельных видов кровяных телец и т. д.
Направленный поток наночастиц возможен также в отсутствие стаци-
онарных внешних воздействий за счет сил с нулевым средним значением.
Такой поток можно организовать с использованием рэтчет- или моторного
эффекта, который возникает в системах с нарушенной зеркальной симмет-
рией как результат выпрямления неравновесных флуктуаций различной
природы. Изучение рэтчет-моделей дало ключ к пониманию ряда биоло-
гических процессов, таких как, например, функционирование внутрикле-
точных трансляционных белковых машин, выполняющих транспортные
задачи, а также вдохновило на разработки наномеханизмов, работающих
внутри биологических систем. Такие «диэлектрофоретические рэтчеты»
имеют ряд преимуществ, к которым относится большое количество пара-
метров управления движением, в том числе температура, частота и форма
импульсов приложенного поля, вязкость среды и т. п.
Свойства лекарственных веществ могут быть улучшены (без изменения
их химического состава) различными способами: варьированием размера
частиц, структуры, формированием сольватов, молекулярных комплексов,
сокристаллов и др. Эффективность лекарственных веществ и их фарма-
кологические свойства во многом зависит от кристаллической структуры,
в частности от присутствия тех или иных полиморфных модификаций
или аморфного состояния. Первоочередное значение имеет размер нано-
частиц, так как малым частицам проще преодолевать защитные барьеры
организма, проникать в клетки и накапливаться в тканях. Таким обра-
зом, одна и та же эффективность биоактивных и лекарственных веществ
может быть получена при разных количествах препаратов, что позволяет
снизить, а иногда и избавиться от побочных эффектов.
Среди многочисленных работ, посвященных биоактивным и лекарствен-
ным композитам, в данном пособии преимущественно рассматриваются
только те исследования, которые относятся к наноразмерным системам.
Т. е. будут подчеркиваться особенности синтеза и то новое, что дает на-
норазмер объектов в протекании в них различных физико-химических
процессов. При этом будет сделана попытка систематизировать методы
синтеза, приводящие к получению соединений различного класса.
Рассмотрение начинается с обсуждения особенностей применения низ-
ких температур для получения новых наноразмерных модификаций ле-
карственных соединений различных классов. В главе 1 представлены пре-
имущества и недостатки различных вариантов криохимического синтеза и
криохимической модификации. На ряде примеров показана возможность
микронизации (уменьшение размера частиц) лекарственных субстанций
и формирования новых метастабильных кристаллических структур, поли-
морфных модификаций, различающихся как молекулярной конформацией
лекарственных веществ, так и системой межмолекулярных водородных
связей, стабилизирующих молекулярные упаковки в различных кристал-
лических структурах. Проанализированы эффекты, связанные с умень-
шением размера частиц исходной субстанции и возможности получения
новых полиморфных кристаллических модификаций, а также имеющиеся
положительные результаты биологического тестирования.
Следует отметить, что широкое и зачастую необоснованное применение
антибиотиков в медицине и ветеринарии привело к возникновению боль-
шого числа штаммов патогенных микроорганизмов, резистентных к ан-
тибиотикам. Антибиотико-резистентные микроорганизмы являются одной
из основных проблем современной медицины. В главе 2 предлагается од-
но из возможных решений данной проблемы, заключающееся в создании
новых лекарственных форм, содержащих помимо антибактериальных пре-
паратов наночастицы биологически активных металлов (Ag, Cu), которые
активны в отношении патогенных микроорганизмов, резистентных к ан-
тибиотикам. Такие формы обладают более высокой антибактериальной
активностью по сравнению с исходными наночастицами металлов и анти-
бактериальными препаратами и требуют меньшего времени на клиниче-
ские и доклинические испытания по сравнению с новыми антибиотиками,
так как входящие в их состав компоненты уже содержатся в применяю-
щихся в настоящее время лекарственных формах.
Криоструктурирование полимерных систем это процессы, включаю-
щие замораживание исходно макроскопически бесструктурного раствора
или коллоидной дисперсии соответствующих предшественников, что по-
сле инкубации в замороженном состоянии и дальнейшем оттаивании или
удалении кристаллической фазы сублимацией либо криоэкстракцией при-
водит к получению пространственно-структурированного полимерного ма-
териала, обладающего макропористой морфологией. Глава 3 посвящена
описанию процессов криоструктурирования и обсуждению свойств обра-
зующихся полимерных матриц. Отмечается, что в результате криогенной
обработки исходных растворов мономерных или полимерных предшествен-
ников можно сформировать макропористые полимерные материалы двух
основных типов: криогели (когда в замороженной среде происходит обра-
зование узлов трехмерной полимерной сетки) и криоструктураты (когда
сшитая сетка не образуется, а закристаллизованный растворитель тем или
иным методом удаляется из замороженного препарата).
Криотропное гелеобразование протекает в незамерзшей жидкой мик-
рофазе макроскопически замороженных образцов, а также может про-
исходить в замороженных как водных, так и органических средах, при
условии, что используемый растворитель и режимы охлаждения систе-
мы обеспечивают ее кристаллизацию. Криогели и криоструктураты об-
ладают специфической макропористой текстурой, причем крупные поры
взаимосвязаны. Роль порогена при формировании и криогелей, и крио-
структуратов выполняют кристаллы замерзшего растворителя, поэтому
характер пористости получаемого полимерного материала определяется
режимами кристаллизации и иногда рекристаллизации. Полимерные крио-
гели и криоструктураты, особенно их представители, сформированные на
основе нетоксичных и разрешенных к медицинскому применению биополи-
меров, перспективные материалы для биомедицинских областей науки
и практики.
Направление, связанное с криогелями и криоструктуратами, продол-
жает рассматриваться в главе 4. Отдельный научный и прикладной ин-
терес представляют криогели и криоструктураты на основе белковых ве-
ществ, поскольку в большинстве случаев белковые материалы биосовме-
стимы, нетоксичны и биодеградируемы. В частности, такие материалы
с помощью приемов криоструктурирования могут быть сформированы
на основе белков разных типов фибриллярных, глобулярных, белков
с неупорядоченной клубковой конформацией полипептидных цепей. При
этом на комплекс физико-химических свойств получаемых криогенно-струк-
турированных матриц и их макропористую морфологию влияет множе-
ство факторов, к основным из которых относятся тип белка, его концентра-
ция в исходном растворе, концентрация сшивающих агентов (если таковые
применяются), присутствие и количество растворимых или дисперсных
добавок, а также режимы криогенного воздействия. В результате удает-
ся получать инновационные практически значимые материалы биомеди-
цинского назначения, обладающие необходимым, зачастую уникальным,
набором свойств.
В главе 5 обсуждаются криохимические подходы, развитые для син-
тезагибридных наносистем, представляющих собой сульфат гентамицина
или криомодифицированную -форму диоксидина, содержащие наноча-
стицы серебра или меди. Полученные гибридные композиты и их пре-
курсоры были включены в криогенно-структурированные биополимерные
носители на основе желатина, БСА, альгината кальция и хитозана. Ги-
бридные композиты на основе металлов и антибактериальных препара-
тов, включенные в альгинатные, желатиновые и БСА матрицы проявляют
большую активность к подавлению роста E. coli 52 и S. aureus 144, чем их
составляющие по отдельности. Исключением являются системы, включен-
ные в хитозановые криоструктураты. Представляется возможным, что ги-
бридные системы Ag/антибактериальный препарат и Сu/антибактериаль-
ный компонент более сильно взаимодействуют с хитозановой матрицей,
чем их отдельные компоненты, что приводит к снижению их антибакте-
риальной активности.
В главе 6 рассматриваются биокатализаторы, иммобилизованные на/в
криогенно-структурированных полимерных матрицах. Как известно, крио-
генно-структурированные носители представляют широкие возможности
для создания биокаталитических систем на основе различных фермен-
тов. Иммобилизация существенно увеличивает их стабильность, а фермен-
ты позволяют использовать биокатализаторы в мягких условиях и замет-
но усиливают их каталитическую эффективность по сравнению с клас-
сическими катализаторами. К преимуществам добавляются плюсы, при-
вносимые криоструктурированными носителями: отсутствие ограничений
для массообмена, возможность использования высоких скоростей протока,
простота получения и масштабируемость. На основе криоструктурирован-
ных носителей созданы биопрепараты для доставки лекарств, а также фер-
ментов, и для их контролируемого медленного высвобождения. Еще одним
направлением применения криоструктурированных матриц является про-
теомный анализ клеток с применением пористых подложек и создание
мультиферментных систем.
Глава 7 посвящена использованию низких температур при получе-
нии нано- и биоматериалов из водных растворов, суспензий и осадков.
Низкотемпературные методы могут использоваться при синтезе наночас-
тиц для последующего использования в качестве сорбентов-носителей им-
мобилизованных клеток микроорганизмов и лекарственных препаратов.
Высокая скорость замораживания многокомпонентного водного раство-
ра обеспечивает высокую химическую однородность продукта сушки, что
приводит к снижению температуры фазообразования оксидных соедине-
ний и уменьшению размера их частиц. Низкотемпературный золь-гель
переход в растворах полимеров при замораживании обеспечивает фор-
мирование прочного пористого полимерного каркаса. Пиролиз подобных
каркасов в инертной среде приводит к формированию объемных углерод-
ных наноматериалов с высокими значениями удельной поверхности.
Важной особенностью криохимических методов является возможность
регулирования размеров макропор в объемных наноструктурированных
материалах путем управления размерами кристаллитов льда при замора-
живании. Использование сублимационной сушки осадков позволяет предот-
вратить образование прочных агломератов наночастиц, образующихся при
атмосферной сушке. Сублимационная сушка суспензий является одним
из основных методов выделения индивидуальных неорганических и уг-
леродных наночастиц из жидкой фазы для последующего исследования.
Описаны также основные сферы применения различных видов синтезиру-
емых материалов.
Особенности синтеза водорастворимых наночастиц серебра обсужда-
ются в главе 8. Благодаря заметной антибактериальной активности на-
ночастиц серебра они широко используются для создания бактерицидных
покрытий и лекарств, а высокая гидрофильность способствует практи-
ческому применению этих наночастиц в области аналитической химии,
биологии и медицины. Препараты, приготовленные на основе наносереб-
ра, обладают высокой биологической активностью в отношении высших
растений, что связано с действием ионов серебра, высвобождающихся при
окислительном растворении наночастиц. Следует иметь в виду, что фи-
тотоксичность серебра препятствует широкому использованию серебросо-
держащих препаратов в качестве регуляторов роста и развития растений,
что может быть преодолено в результате использования коллоидного рас-
твора химически модифицированных наночастиц серебра.
Применение биоразлагаемых форм лекарственных веществ в различ-
ных областях биомедицины, в том числе при реконструкции костной и
хрящевой ткани, при создании кардио-, урологических и нейрологических
имплантатов, при разработке систем для противовоспалительной и проти-
воопухолевой терапии, при тромболитической терапии и в целях остановки
кровотечений рассматривается в главе 9. Одновременное использование
природных и синтетических макромолекул создает уникальные возможно-
сти для доставки различных низко- и высокомолекулярных лекарственных ве-
ществ и обеспечения необходимых кинетических профилей их высвобождения.
Развитие технологии формирования нановолокон в электростатическом
поле позволяет создавать разнообразные по форме и морфологии матери-
алы с высокой удельной поверхностью и пористостью, с адекватными ме-
ханическими свойствами, широким диапазоном структурно-динамических
и диффузионных характеристик, способностью эффективно контролиро-
вать доставку лекарственных веществ. В главе сделан акцент на гибридные
микро- и наночастицы, а также композиционные ультратонкие волокна,
обладающие высокой удельной поверхностью, и рассмотрены специфиче-
ские свойства нановолокнистых биоразлагаемых носителей, что принци-
пиально важно при создании нового поколения терапевтических систем
для дозированного и направленного транспорта лекарственных веществ
в живых системах.
Рассмотрению структуры и свойствам металлполимерных нанокомпо-
зитов, полученных методом совместной конденсации паров металла и мо-
номера и последующей твердофазной низкотемпературной полимеризаци-
ей образующихся соконденсатов, посвящена заключительная Глава 10.
Основным преимуществом этого метода по сравнению с другими являет-
ся возможность стабилизации металлических наночастиц без каких-либо
специфических координационных связей между поверхностью частицы
и полимером или без добавок каких-либо стабилизирующих соединений.
В обзоре обсуждается механизм криохимического твердофазного синтеза
металлсодержащих полимеров и рассмотрены электрофизические, диэлек-
трические, сенсорные, каталитические и ферромагнитные свойства обра-
зующихся композитов.
Особое внимание уделено использованию таких материалов в различ-
ных областях биологии и медицины. Рассматриваются металлполимер-
ные нанокомпозиты, отличающиеся высокой эффективностью антибакте-
риального действия при отсутствии побочных отрицательных эффектов,
характерных для других бактерицидных препаратов. Такие нанокомпозит-
ные пленки служат защитой от патогенных бактерий. Обсуждаются раз-
работанные на основе наноструктурированных металлполимерных пленок
новые высокочувствительные спектральные методы выявления и анализа
биомолекул. Применение этих методов в медицинской практике позволяет
обнаружить в организме источники различных заболеваний.
Глава 11 посвящена рассмотрению характеристик магнитных нано-
частиц, которые наряду со спектром свойств, присущих наноматериалам,
в первую очередь большой удельной поверхности и высокой доли поверх-
ностных атомов, обладают также суперпарамагнитными свойствами. На-
ночастицы могут переходить в однодоменное состояние, т. е. при отсут-
ствии внешнего магнитного поля средняя намагниченность вещества рав-
на нулю, а во внешнем магнитном поле вещество ведет себя как пара-
магнетик, но с магнитной восприимчивостью заметно более высокой, чем
у обычных парамагнетиков. В результате материал на основе магнитных
наночастиц становится важным классом биомедицинских функциональ-
ных наноматериалов. В первую очередь, это применительно к оксидам
железа магнетита и маггемита, для которых исследования in vitro и in vivo
показали низкую токсичность и высокую биосовместимость в сравнении
с другими магнитными наноматериалами. Благодаря своим исключитель-
ным биологическим, физическим и химическим свойствам они находят
широкое применение в таких областях, как гипертермия, направленная до-
ставка лекарственных веществ, тканевая инженерия, магнитная сепарация
биологических объектов (клеток, бактерий, вирусов, ДНК) и диагностика
(они используются в качестве агентов для МРТ и при проведении имму-
ноанализа). В главе, помимо обсуждения основных проблем и перспектив
использования наночастиц магнитных оксидов железа для передовых био-
медицинских применений, также отражена информация об их структуре,
методах получения и свойствах.
Каждая из представленных глав является самодостаточной и может
быть изучена независимо от других. Наряду с обзорным материалом все
главы содержат оригинальные исследования авторов, обобщающие их работы нескольких последних лет. Нетрудно видеть, что в учебное пособие
включены разделы, охватывающие различные аспекты синтеза и исполь-
зования наноформ биоактивных и лекарственных веществ. Это сделано
намеренно, т. к. такой состав содержания, как мы полагаем, будет способ-
ствовать ознакомлению исследователей, работающих в близких междисци-
плинарных областях, с новейшими достижениями в создании и изучении
свойств гибридных наноформ лекарственных веществ, а возможно, приве-
дет и к их консолидации. Работы, по результатам которых написано учеб-
ное пособие, проводились при поддержке ряда научных грантов, в част-
ности, грантов РНФ № 16-13-10365 и РФФИ 16-08-00900а, 15-08-05178а,
17-07-00131а, 19-07-00141а, 20-07-00158а, 18-57-00003_Бел_а, 18-29-02012_ мк.
Список аббревиатур с расшифровкой
АБТС 2,2′-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-
сульфоновая кислота)
АГЭ аллилглицидиловый эфир
АОТ бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия
АФК активные формы кислорода
БАВ биологически активное вещество
БСА бычий сывороточный альбумин
ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хромато-
графия
ГБК гетерогенный биокатализатор
ГКР гигантское комбинационное рассеяние
ДГЕА дегидроэпиандростерон
ДМСО диметилсульфоксид
ДНК дезоксирибонукле´иновая кислот´а
ДПД дипиридамол
ДСК дифференциальная сканирующая калори-
метрия
ЗЗР зона задержки роста
ИБК иммобилизованный биокатализатор
ИК-спектроскопия инфракрасная спектроскопия
ККГ критическая концентрация гелеобразования
КМЦ карбоксиметил целлюлоза
КР комбинационное рассеяние
КС криоструктураты
ЛВ лекарственное(ые) вещество(а)
МУНТ мультистенные углеродные нанотрубки
НД нормативный документ
НЖМФ незамерзшая жидкая микрофаза
ПАВ поверхностно активное вещество
ПВП поливинил-2-пирролидон
ПВС поливиниловый спирт
ПГБ полигидроксибутират, поли-(3-гидроксибутират), поли- -
гидроксибутират
ПГМБ гидрохлорид полигексаметиленбигуанида
ПЭГ полиэтиленгликоль
ПЭГДА полиэтиленгликоль диакрилат
ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия
РНК рибонуклеимновая кислотам
РФА рентгенофазовый анализ
со-ПАА-АГЭ сополимер полиакриламида и аллилглицидилового
эфира
со-ПАА-БАА сополимер полиакриламида и N,N′-
бисакриламида
со-ПГЭМА-ГМА сополимер поли-2-гидроксиэтилметакрилата и
глицидилметакрилата
со-ПГЭМА-ПЭГДА сополимер поли-2-гидроксиэтилметакрилата и
полиэтиленгликоль диакрилата
со-ПГМА-МАТ сополимер полиглицидилметакрилата и N-
метакрилоил-L-триптофана
со-ПММА-ГМА сополимер полиметилметакрилата и глицидилме-
такрилата
со-ПЭГМА-ТЭГДА сополимер поли(этиленгликоль) метакрилата
и тетраэтиленгликоль диакрилата
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
ТГЗ трансглутаминаза
ТГ термогравиметрия
ТЕМПО (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил
ТКФ трикальциевый фосфат, Ca3(PO4)2
ТСХ тонкослойная хроматография
ТФП тетрафенилпорфирин
TЭM трансмиссионная электронная микроскопия
УФ-спектроскопия ультрафиолетовая спектроскопия
УНТ углеродные нанотрубки
ФС фармакопейная статья
ЧДА чистый для анализа
ЦТМА цетилтриметиламмоний
ЭДК 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодии-
мид
ЭДТА этилендиаминтетрауксусная кислота,
(HOOCCH2)2N(CH2)2N(CH2COOH)2
ЭФ электроформование
ЯМР ядерный магнитный резонанс
CVD chemical vapor deposition; метод получения пленок пиролизом
паров металлорганических соединений
OPF олиго (полиэтиленгликоль фумарат)
PCL поликапролактон
PEG полиэтиленгликоль
PGA полигликолевая кислота
PLA полимолочная кислота
PLGA сополимер полилактид-ко-гликолид
PMMA полиметилметакрилат
PPF полипропиленфумарат
РРХ поли-пара-ксилилен
РХ пара-ксилилен
SAXS small-angle X-ray scattering (малоугловое рассеяние рентге-
новских лучей)
tPA тканевой активатор плазминогена
Triton Х-100 [п-(1,1,3,3-тетраметилбутил)фенилполи-
(оксиэтилен)n
WAXS wide-angle X-ray diffraction (рентгеновское
рассеяние в больших углах)
-FP -фетопротеин
Глава 1. Криохимический синтез нанопорошков лекарственных веществ
Шабатин В.П.1, Морозов Ю.Н.1, Верная О.И.1, Шабатина Т.И.1
Путь от синтеза биологически активной молекулы к внедрению лекар-
ственного препарата часто занимает десятилетия. Основные затраты вре-
мени и ресурсов приходятся на доклинические и клинические испытания,
в том числе проверку токсичности, подбор оптимальной и предельной доз,
а также отработку производственной технологии, выбор наиболее прием-
лемой формы. Очень важна всесторонняя проверка безопасности новых
лекарств, изучение побочных эффектов их применения, многие из которых
проявляются лишь через много лет, иногда даже в следующих поколени-
ях. В этом отношении известные, проверенные десятилетиями, а иногда
и веками, лекарственные вещества обладают рядом преимуществ, в част-
ности не требуют длительных фармакологических и токсикологических
испытаний, хотя их эффективность не всегда так высока, как хотелось
бы. Поэтому актуальна задача разработки на их основе более действенных
форм, что позволяет быстрее окупить вложенные в исследования средства
чем поиск абсолютно новых препаратов.
Существует много способов улучшения свойств лекарственных веществ
(без изменения их химического состава): варьирование размера частиц,
структуры, формирование сольватов, молекулярных комплексов, со-кри-
сталлов и др. [1–3]. Биофармакологические свойства и эффективность ле-
карственных веществ зависят от их кристаллической структуры, в частно-
сти от присутствия тех или иных полиморфных модификаций или аморф-
ного состояния [3, 4].
Размер имеет первоочередное значение, так как малые частицы, раз-
мером менее 200 нм, легче преодолевают защитные барьеры организма
человека и животных, проникают в клетки и накапливаются в тканях, чем
более крупные частицы [4]. Классический пример даназол, плохо рас-
творимый в воде ингибитор гонадотропина. Абсолютная биодоступность
микросуспензии даназола у собак (200 мг, 10 мкм) составляет 52%, в то вре-
мя как при введении наносуспензии (200 мг, 169 нм) она достигает 82,3%.
Таким образом, одна и та же эффективность может быть получена при
уменьшении дозы лекарства, что позволяет снизить побочные эффекты [5].
Значительная доля лекарственных веществ, используемых в настоя-
щее время в медицинской практике, плохо растворимы в воде и других
биологических жидкостях. Плохая растворимость лекарственных веществ
приводит к ряду проблем, связанных с их применением. Из-за низкой рас-
творимости в раствор для инъекций приходится вводить органические со-
растворители и стабилизаторы, что приводит к нежелательным побочным
эффектам [6]. Например, Cremophor R EL используется как солюбилизатор
для паклитакселя в препарате Таксол и обладает серьезными побочными
эффектами, такими как нефро- и нейротоксичность [7]. В результате иссле-
дования, летальная доза (LD50) наносуспензии паклитакселя составляет
100 мг/кг, что значительно выше, чем 30 мг/кг для препарата Таксол [8].
Уменьшение размеров частиц лекарственных соединений приводит к ро-
сту их удельной поверхности и, соответственно, скорости растворения, и
в некоторых случаях к росту экспериментально определяемой растворимо-
сти насыщения и образованию стабильных пересыщенных растворов. Для
плохо растворимых лекарственных веществ используются также суспен-
зии нанокристаллов, которые, как и растворы, можно вводить в организм
человека через инъекции. В настоящее время на фармацевтическом рынке
уже имеется целый ряд лекарственных препаратов, содержащих действую-
щее вещество в наноформе: Rapamune R (Sirolimus), Emend R (Aprepitant),
Tricor R (Fenofibrate), Megace ES R (Megestrol acetate), Avinza R (Morphine
sulfate), Focalin R XR (Dexmethyl-phenidate HCl), Ritalin R LA (Methylpheni-
date HCl), Zanaflex CapsulesTM(Tizanidine HCl), Triglide R (Fenofibrate).
Для получения наночастиц лекарственных препаратов используют ме-
тоды, основанные на двух принципиально различных подходах: «сверху _
вниз» (top _ down) и «снизу _ вверх» (bottom _ up) [9]. В первом случае
наноформы получают в результате раздробления более крупных частиц,
во втором в результате сборки наночастиц из молекул или молекулярных
ассоциатов. К настоящему времени промышленное применение нашли ме-
тоды получения наноформ лекарственных субстанций, основанные на ме-
ханическом измельчении. Методы, использующие подход «снизу _ вверх»
(bottom _ up), несмотря на очевидные преимущества, в промышленных
масштабах не используются.
Подход «сверху _ вниз» (top _ down) реализуется в ряде физиче-
ских методов, таких как механическое измельчение в различных типах
мельниц [10, 11], гомогенизация под высоким давлением [12] и лазерная
абляция [13], которую проводят в органических растворителях, в которых
измельчаемое вещество не растворяется. Все эти методы обладают рядом
недостатков _ их реализация требует больших энергозатрат, получаемые. наночастицы характеризуются широким распределением по размерам и
морфологической неоднородностью. Поверхность наноразмерных частиц
обладает высокой запасенной энергией и содержит большое число актив-
ных центров _ атомов с нескомпенсированными химическими и коорди-
национно ненасыщенными связями, что приводит к слипанию частиц и
образованию агрегатов и агломератов. Для получения мелкодисперсных
порошков лекарственных веществ необходимо применение стабилизато-
ров _ органических лигандов, связывающих и блокирующих поверхност-
ные центры наночастиц. В ряде случаев возможна механохимическая (при
механическом измельчении) и фотохимическая (при лазерной абляции) де-
струкция органических веществ. Среди методов, использующих подходы
«снизу _ вверх» (bottom _ up), следует отметить наиболее перспектив-
ные методы, основанные на замене растворителя, в том числе технологии,
использующие сверхкритические флюиды, и методы, основанные на кон-
тролируемом испарении лекарственного вещества и управляемой конден-
сации молекулярных паров на охлаждаемые поверхности при криогенных
температурах.
Суть метода замены растворителя (метода микроосаждения) заклю-
чается в следующем: исходное вещество растворяют в подходящем рас-
творителе, далее микроколичество приготовленного раствора быстро, при
интенсивном перемешивании, вводят в большое количество антираствори-
теля. При резком изменении среды происходит микроосаждение [14–6].
Активно развивающейся разновидностью этого метода является использо-
вание сверхкритических флюидов в качестве растворителей и осадителей
(антирастворителей). В качестве растворителя сверхкритические флюиды
используют в методе быстрого расширения: насыщенный раствор веще-
ства распыляют через насадку в флюид, при резком уменьшении давления
растворитель испаряется, а вещество распыляется в виде мелкодисперсно-
го аэрозоля [17]. Для измельчения плохо растворимых в флюиде веществ
применяют методику, в которой сверхкритический флюид используется
в качестве осадителя [18]. Для растворения таких веществ используют ор-
ганические соединения, хорошо растворяющиеся в сверхкритическом флю-
иде. Насыщенный раствор целевого вещества вводят через распылитель-
ную насадку в емкость с флюидом, в котором соединение из-за резкого
уменьшения растворимости кристаллизуется в виде микро- и наночастиц.
К недостаткам этого метода относят загрязнение конечного продукта оста-
точными количествами органического растворителя, а также сложное тех-
ническое оформление метода и, соответственно, большую стоимость полу-
чаемого продукта. Наночастицы лекарственных веществ получают также
в эмульсиях, содержащих раствор вещества в легколетучем растворителе.
При испарении растворителя образуются наночастицы, сходные по размерам с каплями эмульсии. Эмульгирование в сочетании с ультразвуком
или гомогенизацией высокого давления позволяет получить капли нано-
метрового размера [19].
Криохимические методы синтеза и модифицирования наночастиц ле-
карственных препаратов основаны на сочетании процессов испарения или
сублимации и молекулярной конденсации при криогенных температурах.
Использование низких температур позволяет достигнуть двух фундамен-
тальных результатов _ микронизации лекарственного вещества до нано-
размеров и стабилизации метастабильных состояний и кристаллических
структур, позволяющих получать новые полиморфные модификации из-
вестных препаратов. Низкие температуры необходимы также для предот-
вращения неконтролируемых превращений промежуточных и целевых про-
дуктов и для управления свойствами получаемых материалов. Можно
выделить три основных метода криохимического синтеза наноразмерных
порошков лекарственных препаратов:
• первый _ криохимический вариант сублимационной сушки,
• второй _ статическая высоковакуумная сублимация исходного со-
единения _ низкотемпературная конденсация (статический субли-
мационный метод),
• третий _ динамическая сублимация исходного соединения в потоке
нагретого газа _ носителя _ низкотемпературная конденсация (ди-
намический сублимационный метод).
Ключевые аспекты криохимического варианта сублимационной сушки
рассмотрены в работе [20]. Метод включает быстрое замораживание рас-
творов исследуемых веществ c последующей сублимацией растворителя из
твердого образца или с использованием метода криоэкстракции [21–22].
Второй и третий варианты криохимического синтеза наноразмерных
порошков лекарственных препаратов включают перевод исходной субстан-
ции в газовую фазу путем испарения или сублимации и организацию на-
правленного потока молекул к охлаждаемой поверхности. Взаимодействие
потока молекул с охлаждаемой поверхностью приводит к конденсации ве-
щества из газовой фазы с образованием твердых наночастиц [23]. При осу-
ществлении статического сублимационного метода сублимацию осуществ-
ляли локальным поверхностным нагревом слоя исходного вещества в вы-
соком вакууме (меньше 5×10−5 Торр). Метод позволяет испарять трудно-
летучие и термически малостабильные органические соединения [24, 25].
В вакууме молекулы, вылетевшие с поверхности исходной субстанции,
имеют небольшую кинетическую энергию и, практически не сталкиваясь
с другими молекулами, достигают охлаждаемой поверхности. При взаи-
модействии молекул с холодной поверхностью возможна их конденсация,
отражение и миграция. Для увеличения аккомодации молекул на поверх-
ности понижали температуру с помощью жидкого азота (T = −196 ◦C).
Молекула при взаимодействии с поверхностью теряет избыток энергии и
стабилизируется, формируя ту или иную твердофазную структуру. Высо-
кая скорость потери избыточной энергии на поверхности при температуре
жидкого азота обеспечивает малый размер образующихся твердофазных
наночастиц и стабилизацию возможных метастабильных кристаллических
структур.
При осуществлении статического сублимационного метода испарение
или сублимация осуществляется увлечением паров соединения потоком
нагретого газа _ носителя [26]. При приближении к охлаждаемой поверх-
ности поток газа-носителя с парами вещества резко охлаждается, газовая
фаза оказывается многократно пересыщенной относительно упругости па-
ров соединения и в системе создаются условия для быстрого газофазного
зародышеобразования. В свою очередь высокая скорость зародышеобра-
зования и последующий рост микрокристаллитов обедняет газовую фазу
парами соединения, что ограничивает дальнейший рост размеров частиц.
Уникальность данного метода состоит в том, что в системе, за счет тем-
пературного градиента, постоянно воссоздаются условия, способствующие
новому зародышеобразованию. Возникшие зародыши новой фазы растут
за счет потока молекул или кластеров вещества из газовой фазы. Расту-
щие частицы могут сталкиваться в газовой фазе и агрегировать. Далее
сформировавшиеся в газовой фазе наночастицы осаждаются на холодной
поверхности и стабилизируются.
Полиморфное модифицирование является важнейшим технологическим
резервом повышения эффективности лекарственных веществ [27–36]. Обыч-
но под полиморфизмом вещества понимают его способность существовать
в двух или более кристаллических фазах (модификациях), которые име-
ют различную структуру. Эти структуры отличаются термодинамически-
ми, механическими и спектральными характеристиками. Часто эти ха-
рактеристики обусловливают значительные изменения биофармацевтиче-
ских параметров растворения и абсорбции in vitro и in vivo, стабильности
и свойств лекарственных форм. Контроль полиморфного состояния ле-
карственных средств законодательно закреплен в США, Великобритании,
Японии.
Кристаллические модификации лекарственных веществ получают кри-
сталлизацией (преимущественно из растворов и расплавов). Кристалли-
зационные методы получения полиморфных модификаций из растворов
можно разделить на равновесные и неравновесные. Методы равновесной
кристаллизации из растворов основаны на изотермическом и изоконцен-
трационном испарении растворителя из растворов, находящихся в равновесии с кристаллами данной полиморфной модификации. Неравновесные
методы осуществляются при значительных пресыщениях в системе за счет
быстрой кристаллизации, замены растворителя, распылительной или суб-
лимационной сушки.
Важными параметрами, которые влияют на процесс кристаллизации
полиморфных модификаций лекарственных веществ, являются температу-
ра, давление, степень пересыщения, природа растворителя, pH раствора,
скорость перемешивания. Причем температура и давление играют решаю-
щее значение при выборе условий получения определенных полиморфных
модификаций, поскольку определяют условия их стабильности и раство-
римости [37–47]. В последнее время исследуются новые способы кристал-
лизации: кристаллизация под действием поляризованного света (лазерное
излучение), с использованием растворителей в сверхкритическом состоянии.
Если кристаллическая структура нарушается таким образом, что исче-
зает дальний порядок (упорядоченность во взаимном расположении ато-
мов или молекул на неограниченно больших расстояниях), говорят об амор-
физации образца. При этом размер частиц может уменьшаться или же
сохраняться. Аморфизация _ один из самых распространенных в настоя-
щее время способов получения растворимых форм лекарственных веществ.
Образованию и сохранению аморфных состояний способствует механиче-
ская обработка совместно со вспомогательными веществами. Например,
аморфизация вещества происходит при его измельчении в мельницах [48].
В данной главе приведены конкретные примеры криохимического син-
теза наноразмерных порошков лекарственных веществ. 1.1.Карведилол
Карведилол _ кардиологический препарат, относящийся к классу _- и
_-адреноблокаторов. Химическая формула соединения:
Для криохимической модификации карведилола использовали метод
сублимации в потоке газа _ носителя, сочетаемый с низкотемпературной
конденсацией (динамический сублимационный метод). Криохимическим
способом получен аморфный порошок [49, 50]. Методом ядерного магнит-
ного резонанса (ЯМР 13С, ЯМР 1Н) была установлена идентичность ис-
ходного карведилола и полученного рентгеноаморфного порошка. Анализ
препарата на чистоту проведен методами тонкослойной хроматографии
(ТСХ) и ВЭЖХ ОФ. Суммарное содержание примесей в аморфном карве-
дилоле не превышает 1%, что соответствует нормативному документу НД
42-11503-01 на лекарственную субстанцию карведилола. Таким образом,
данные ЯМР-спектроскопии, ТСХ и ВЭЖХ свидетельствуют, что полу-
ченное при криомодифицировании вещество является карведилолом.
Для определения структурных и термических свойств криоформы карве-
дилола были проведены рентгенофазовый анализ, исследования методом
ИК-спектроскопии и дифференциальная сканирующая калориметрия по-
лученных образцов. По данным рентгенофазового анализа (РФА), криомо-
дифицированное вещество является рентгеноаморфным. Спектр исходной
субстанции карведилола характеризуется наличием набора дифракцион-
ных максимумов, что свидетельствует о ее кристаллическом состоянии
(рис. 1.1). ИК-спектроскопическое исследование показало, что спектры исходного и аморфного карведилола различаются в области 1000–800 см−1
вследствие конформационных различий.
Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) сви-
детельствуют о том, что плавление исходной субстанции карведилола ха-
рактеризуется одним эндотермическим эффектом при температуре 114 ◦C,
а плавление полученного с применением низких температур карведилола
фиксированной температуры плавления не имеет (рис. 1.2). Грануломет-
рическое исследование исходного и криомодифицированного карведилола
методом оптической микроскопии показывает, что наряду с аморфизаци-
ей криомодификация позволяет уменьшить размеры частиц от исходных
(более 10 мкм) до размеров менее 1 мкм.
Биологическую активность аморфного карведилола проверяли на двух
группах крыс, которым вводили исходный кристаллический и аморфный
криомодифицированный карведилол. Проводили регистрацию системно-
го артериального давления через имплантированные катеторы. Найдено,
что аморфный препарат увеличивает межимпульсный интервал у живот-
ных, что, вероятно, обусловлено блокадой _1-адренорецепторов сердца.
Это приводит к снижению коэффициента барорефлекса на введение жи-
вотным фенилэфрина и изопротеренола и свидетельствует об увеличении
биоактивности криомодифицированного карведилола по сравнению с ис-
ходнымь
1.2 5-Андростендиол-3β,17 β
5-Андростендиол-3β,17 β -природный гормон, обладающий ярко выра-
женными иммуностимулирующими и радиопротекторными свойствами [51].
Химическая формула соединения приведена ниже.
Для криохимической модификации 5-андростендиола-3_,17_ использо-
вали метод сублимации в потоке газа _ носителя в сочетании с низкотемпе-
ратурной конденсацией. Получен наноразмерный моногидрат 5-андростен-
диола-3_,17_. По данным тонкослойной хроматографии (ТСХ) содержа-
ние примесей в исходном и криохимически модифицированном образцах
составляло менее 0,5%.
Данные ДСК и термогравиметрии (NETZCH STA 449 C), свидетель-
ствуют о том, что исходный и криохимически модифицированный 5-андро-
стендиол-3_,17_ представляют собой моногидрат, причем пик дегидра-
тации для исходного 5-андростендиола-3_,17_ лежит в интервале 110–
147 ◦C, а для криохимически модифицированного _ в пределах 102–128 ◦C.
Температура плавления исходного и криохимически модифицированного
5-андростендиола-3_,17_ _ практически совпадают _ 187 и 188 ◦C, соот-
ветственно.
Рентгенофазовый анализ (РФА) (RIGAKU D/MAX-2500, Япония) крио-
химически модифицированного 5-андростендиола-3_,17_ показал, что его
кристаллографическая структура соответствует известной структуре, при-
веденной в кембриджской базе кристаллографических данных с парамет-
рами: a = 6,250 ˚A, b = 12,143 ˚A, c = 23,440 ˚A, _ = _ = = 90◦,
V = 1779,0 ˚A3, Z = 4, _выч = 1,152 мг/м3 пространственная группа сим-
метрии P212121.
По данным оптической микроскопии («Karl Zeiss, Jena»), размер ис-
ходных частиц находится в диапазоне от 8-594 мкм. Размер и форму частиц криохимически модифицированного 5-андростендиола-3_,17_ опре-
деляли методом сканирующей электронной микроскопии (JEOL JSM 6490-
LV, JSM 7001 F и HITACHI TM-1000). По форме и размеру частиц крио-
химически модифицированный 5-андростендиол-3_,17_ обладает высокой
степенью монодисперсности, частицы препарата представляют вытянутые
палочки с закругленными концами, их средний продольный размер состав-
ляет 219±9 нм [52].
1.3.Феназепам
Феназепам _ высокоэффективный анксиолитический препарат, разрабо-
танный в СССР в 70-х годах [53]. Химическая структура соединения при-
ведена ниже.
Известна одна кристаллическая модификация феназепа-
ма, для которой методом рентгенофазового анализа (РФА)
определен набор дифракционных максимумов и их интен-
сивности [54].
Для криохимической модификации феназепама исполь-
зовали метод сублимации в потоке газа _ носителя в соче-
тании с низкотемпературной конденсацией. Методами ядер-
ного магнитного резонанса (ЯМР 1Н, 13С), тонкослойной хроматографии
и УФ-спектроскопии была установлена идентичность состава исходного и
криохимически модифицированного феназепама.
Подлинность исходного фармакопейного и полученного нами криохи-
мически модифицированного феназепама определяли по методике, пред-
ставленной в ФС 42–411–9 спектрофотометрическим методом в УФ-об-
ласти.
Таким образом, при криохимической модификации фармакопейного
феназепама превращения вещества не происходит и полученное из исход-
ного фармакопейного феназепама вещество является 7–бром-1,3-дигидро-
5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бензодиазепин-2-оном. Для определения свойств на-
номодификации феназепама проведены: рентгенофазовый (п-РФА) и по-
рошковый рентгеноструктурный (п-РСА) анализы, ИК-спектроскопия,
термоаналитические исследования, определение диаметра частиц и опре-
деление скорости растворения в воде.
Сравнение результатов рентгенофазового анализа (РФА), проведен-
ного на дифрактометре Rigaku D/MAX-2500 (Rigaku, Япония) на CuK_
излучении, исходного и криомодифицированного феназепама свидетель-
ствует о получении новой кристаллической _-модификации 7-бром-1,3-
дигидро-5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бензодиазепин-2-она.
Кристаллическую структуру определяли методом порошкового рент-
геноструктурного анализа. Рентгенограмму получали в рентгеновской по-
рошковой камере Гинье G370 (CuK_1-излучение, _ = 1,54059 ˚A, съемка на
просвет) в области углов 2_ = 5–80◦ в течение 8 ч. На измеренной порошко-
грамме были уточнены положения первых 35 пиков, по которым проведено
индицирование в моноклинной ячейке с помощью программы TREOR90.
Систематические погасания, выявленные при уточнении порошкограммы
методом Паули программой MRIA, позволили установить пространствен-
ную группу P21/c.
Кристаллическую структуру новой кристаллической _-модифика-
ции решали методом симулированного отжига и уточняли методом
Ритвельда программой MRIA. Профили пиков описывали модифици-
рованной функцией Войта. Эффект текстуры учитывали в рамках мо-
дели Марча–Долласа _ направление преимущественной ориентации
001, уточненное значение параметра r = 0,93(1). В процессе уточне-
ния накладывались ограничения надопустимые отклонения длин связей и внутримолекулярных межатомных расстояний. Для неводо-
родных атомов уточняли параметры изотропных тепловых колебаний,
Uiso. Атомы водорода были помещены в рассчитанные положения и не уточнялись.
Для новой структуры получены параметры кристаллической решетки:
тип _ моноклинная, a = 14,792(5) ˚A, b = 11,678(3) ˚A, c = 8,472(2) ˚A, _ =
= 93,677(19)◦, V 3 = 1460,4(7) ˚A3 _выч. = 1,59 г/см3, Z = 4 C15H10N2OClBr,
пространственная группа P21/с (рис. 1.3, 1.4). Сравнение полученных ре-
зультатов с известными из литературы [53] свидетельствует о том, что
полученное из фармакопейного феназепама, вещество является новой кри-
сталлической модификацией 7-бром-1,3-дигидро-5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бен-
зодиазепин-2-она, названной нами _-модификацией, со своими индиви-
дуальными параметрами кристаллической решетки. Подробные данные
о новой _-модификации феназепама приведены в работах [55, 56] и вве-
дены в Кембриджскую базу кристаллографических данных.
Анализ ИК-спектров исходной субстанции феназепама и полученной
_-модификации показывает, что в областях 600–700 см−1; 800–900 см−1;
1350–1400 см−1 и 1600–1700 см−1 спектры различаются.
Термоаналитические исследования проводили на термоанализаторе STA
449 C Jupiter (NETZSCH) в токе аргона при повышении температуры
10 град/мин. Кривые ДСК исходного образца феназепама и _-криомоди-
фикацированного различаются. На кривой фармакопейного феназепама
в диапазоне (207–212) ◦C присутствует дополнительный эндотермический
пик. Полученные результаты показали, что использование термического
анализа позволяет различать исходную субстанцию феназепама и его но-
вую кристаллическую _-модификацию. Температуры плавления образцов,
определенные из ДСК-кривых, а также установленные согласно ГФ 11
издания (метод 1А _ в капилляре) оказались равными 226–227 ◦C, что
отвечает требованиям ФС 42–2411 _ 99.
Определение диаметра частиц проводили по микрофотографиям, по-
лученным на сканирующем электронном микроскопе JSM 6380 LA при
увеличениях ×1000–20 000. Диаметр частиц исходного феназепама равен
10–120 мкм, а криомодифицированного _ 50–300 нм в зависимости от
условий получения. В указанном диапазоне находятся и размеры частиц
криофеназепама, оцененные из рентгеновские спектров и из данных по
величине поверхности.
Кинетику растворения исходного и нанофеназепама изучали в соответ-
ствии с ГФ, вып. 2, с. 154. Результаты представлены на рис. 1.5. Новая кри-
сталлическая _-модификация в воде растворяется быстрее по сравнению с
исходной субстанцией. Кроме того, новая кристаллическая _-модификация
при растворении в воде образует пересыщенные, почти на 30 мас.%, водные
растворы. Проведенные эксперименты показали, что новая кристаллическая -модификация более активна по сравнению с исходной субстанцией,
что должно повлиять на ее биодоступность и возможный терапевтический
эффект.
Испытания на глиальных клетках крысы С6 показали, что наноформа
феназепама обладает меньшей токсичностью (рис. 1.6). Испытания так-
же показали, что криохимически модифицированный феназепам обладает
увеличенной анксиолитической, то есть противотревожной активностью и
уменьшенным побочным седативным действием (рис. 1.7). Зафиксировано
многократное снижение побочного миорелаксантного действия: доза ЭД50
для наноформы феназепама примерно в пять раз выше по сравнению с из-
вестной. Биологические испытания на крысах показали, что композиция
на основе новой кристаллической _-модификации феназепама обладаетбольшей анксиолитической активностью, значительно уменьшенной седа-
тивной активностью [57] (рис. 1.8).
1.4.Пироксикам
Пироксикам _ эффективный нестероидный противовоспалительный пре-
парат класса оксикамов. Данный препарат используется в лечении ревма-
тоидного остеоартрита, первичной дисменореи, послеоперационной боли,
может действовать как анальгетик, особенно в тех случаях, когда имеет
место осложняющий воспалительный процесс. Структурная формула со-
единения приведена ниже.
Впервые препарат был выпущен фирмой «Phizer» под торговой маркой
«Felden» в 1980 г. Использование фармакопейных форм пироксикама в ле-
чебной практике осложняется большим количеством побочных эффектов,
связанных с негативным воздействием пироксикама на центральную нерв-
ную, сердечно–сосудистую и дыхательную системы, желудочно–кишечный
тракт.
В работе использовали пироксикам, синтезированный в Иркутском ин-
ституте химии им. А.Е. Фаворского (лаборатория химии карбофункци-
ональных соединений под руководством профессора А.С. Медведевой).
Подлинность исходного фармакопейного и полученного нами криохимиче-
ски модифицированного пироксикама определяли по методике, представ-
ленной в ФС 42–0271–07 по ИК-Фурье-спектру в диске с бромидом калия
по полосам поглощения в области 4000 _ 400 см−1.
Для получения наноразмерных порошков пироксикама использовали
метод динамической сублимации в потоке нагретого газа _ носителя с по-
следующей низкотемпературной конденсацией (динамический сублимаци-
онный метод). Для характеризации исходного фармакопейного и криохи-
мически модифицированного пироксикама использовали методы ИК-Фу-
рье-спектроскопии («Икар» производства ЗАО НПФ «Микротех», Россия),
порошкового рентгенофазового анализа (п-РФА) («EMPYREAN» произ-
водства PANalytical Голландия), термогравиметрические измерения (STA
449 F1 Jupiter R производства "NETZSCH", Германия), термомикроскопические исследования ("OLYMPUS BX41" производства "Olympus Optical Co., LTD"). Размеры частиц оценивали с использованием просвечивающей
электронной микроскопии («LEO 912 AB Omega» производства «ZEISS»,
Германия), а также посредством измерения эффективной поверхности пу-
тем определения количества адсорбированного на образцах аргона хрома-
тографическим методом (Хром 5, Россия).
Совокупность полученных данных позволяет сделать вывод, что крио-
химически модифицированный пироксикам представляет собой чистую фор-
му III, которая является термодинамически метастабильной [58]. Данная
форма известна уже более тридцати лет, однако ее кристаллографическая
структура была расшифрована сравнительно недавно [59]. Ее кристалло-
графические параметры: пространственная группа Р-1; a = 8,0106(17) ˚A,
b = 10,080(2) ˚A, c = 10,519(3) ˚A; _ = 81,215(9)◦, _ = 69,330(5)◦, =
= 69,827(6)◦. Средний размер частиц криохимически модифицированного
пироксикама составляет: dcp = 300 ± 30 нм.
При нагревании наноформа полиморфной модификации III пироксика-
ма претерпевает последовательные превращения: при температуре 125 ◦C
происходит укрупнение частиц с образованием игольчатых кристаллов,
характерных для полиморфной модификации II, хорошо видимых на оп-
тическом микроскопе. При температуре 160 ◦C происходит исчезновение
игольчатых кристаллов с образованием кристаллов кубической формы, ха-
рактерных для термодинамически стабильной формы I.
В результате выдерживания криохимически синтезированной нанораз-
мерной формы пироксикама при комнатной температуре в герметичном
защищенном от воздействия солнечного света контейнере в течение че-
тырех лет не произошло изменения структурно-размерных характеристик
препарата. 1.5.
1.5. Дегидроэпиандростерон (ДГЕА)
Дегидроэпиандростерон (ДГЕА) _ эндогенный стероидный гормон, вы-
полняющий многочисленные важные функции в организме человека, его
называют гормоном здоровья и долголетия [60]. Содержание ДГЕА дости-
гает максимума к 25 годам и постепенно уменьшается по мере взросления.
Таким образом, многие возрастные болезни коррелируют с низким уров-
нем ДГЕА. Заместительная терапия физиологическими дозами ДГЕА при
его эндогенном дефиците позволяет предотвратить или облегчить разви-
тие многих заболеваний, связанных со старением.
Структурная формула соединения приведена на следующей странице.
Для криохимической модификации ДГЕА использовали как динами-
ческий, так и статический сублимационные методы. В качестве исход-
ной субстанции использовали ДГЕА производства фирмы Acros Organics
(Бельгия).
Подлинность исходного фармакопейного и полученного нами криохи-
мически модифицированного ДГЕА подтверждали методами ИК-Фурье
спектроскопии и порошкового рентгенофазового анализа (п-РФА). Анализ
препарата на чистоту проведен методами масс-спектрометрии и ВЭЖХ.
Суммарное содержание примесей в исходном фармакопейном и криохими-
чески модифицированном ДГЕА не превышало 0,5%.
Для характеризации исходного фармакопейного и криохимически мо-
дифицированного ДГЕА использовали методы ИК-Фурье спектроскопии
("Tenzor II" производства фирмы "Bruker" Германия), порошкового рент-
генофазового анализа (п-РФА) ("EMPYREAN" производства Голландия),
порошкового рентгеноструктурного анализа (п-РСА) (Huber G670 Guinier ca-
mera производства) термогравиметрические измерения (STA 449 F1 Jupiter R
производства NETZSCH, Германия), термомикроскопические исследо-
вания ("OLYMPUS BX41" производства «Olympus Optical Co., LTD»).
Размеры частиц оценивали с использованием просвечивающей электрон-
ной микроскопии ("LEO 912 AB Omega" производства «ZEISS», Герма-
ния), а также посредством измерения эффективной поверхности путем
определения количества адсорбированного на образцах аргона хромато-
графическим методом (Хром 5, Россия).
До последнего времени было известно шесть полиморфных модифика-
ции безводного ДГЕА. Из них только три (FI, FII, FVI) были охарактери-
зованы рентгеноструктурными исследованиями [61–4]. С использованием
динамического сублимационного метода были получены наноформы новой
полиморфной модификации ДГЕА, названной, согласно принятой класси-
фикации, как FVII [65]. Кристаллографическая структура формы FVII
расшифрована методом порошкового рентгеноструктурного анализа [66].
Ее кристаллографические параметры: пространственная группа Р21; a =13,105(2) ˚A, b = 5,9034(18) ˚A, c = 10,829(2) ˚A; _ = 90,00◦, _ = 97,64(2)◦,
= 90,00◦, Z = 2 (рис. 1.9). Параллельно с образованием новой полиморф-
ной модификации FVII было зафиксировано наличие в криохимически мо-
дифицированных образцах еще одной полиморфной модификации FVIII,
которая проявляется на рентгенограммах в виде небольшого количества
уширенных пиков. Соотношение форм FVII/FVIII составляло 3:1.
Было обнаружено, что фазовый состав получаемых в результате крио-
химического синтеза, осуществляемого динамическим сублимационным ме-
тодом с использованием газа-носителя, зависит от природы газа-носите-
ля. Например, при использовании гелия в качестве газа-носителя, основ-
ной фазой является фаза FIII. Эта фаза известна более 20 лет, однако
до последнего времени ее кристаллографическая структура не была рас-
шифрована, что было связано с трудностью ее получения в чистом виде.
Использование гелия в качестве газа _ носителя при криохимическом син-
тезе наноформ ДГЕА, а также дополнительная термообработка, позволила
получить образцы с практически стопроцентным содержанием фазы FIII,
что позволило расшифровать кристаллографическую структуру [66]. Кри-
сталлографические параметры фазы FIII ДГЕА: пространственная группа
Р21; a = 14,5339(18) ˚A, b = 10,3792(14) ˚A, c = 11,8253(2) ˚A; _ = 90,00◦,
_ = 111,559(18)◦, = 90,00◦, Z = 4 (рис. 1.10).
При выдерживании образцов наноформы ДГЕА, содержащих фазы
FVII и FVIII в соотношении 75% : 25%, в условиях стопроцентной влажно-
сти при комнатной температуре, зафиксировано образование нового кри-
сталлогидрата S5 состава 1:1 с кристаллографической структурой S5, рас-
шифрованной в [66]. Кристаллографические параметры кристаллогидрата
S5 ДГЕА: пространственная группа Р212121; a = 22,506(3)˚A, b = 11,197(2),
b = 11,197(2) ˚A, c = 6,8094(18) ˚A; _ = 90,00◦, _ = 90,00◦, = 90,00◦, Z = 4.
При исследовании полиморфных модификаций ДГЕА [59–61] обнару-
жено новое явление _ влияние природы инертного газа-носителя, температуры конденсации и сублимации, а также других параметров криохимиче-
ского синтеза на размер частиц и фазовый состав получаемых наноформ
ДГЕА. Учет таких зависимостей позволит разработать криохимические
методы получения полиморфов ДГЕА с заданными свойствами.