Способ получения нанокомпозиции на основе сахаров

Способ получения нанокомпозиции на основе сахаров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности, а именно к области создания твердых нанокомпозиций для перорального и ингаляционного применения.

Препараты природного происхождения наиболее часто выпускают в лекарственных формах для перорального применения в виде сиропов (разработка противокашлевой и смягчающей горло травяной композиции RU 2005124301 A, 2006), гранул (гомогенные твердые капсулы, содержащие каротиноиды RU 2005123691 A, 2006 г.), таблеток (биологически активная добавка «фитокашель» RU 2246311 C2, 2005) и т.д.

Однако многие природные соединения (тритерпены, бензохиноны, каротиноиды, флавоноиды и другие неполярные соединения) обладают плохой растворимостью в воде и, как следствие, низкой биологической доступностью в вышеперечисленных формах, что снижает их терапевтическую эффективность.

Кроме того, большой размер частиц и кристаллическая форма выделенных из природного сырья соединений ограничивает возможности использования других путей введения, например ингаляционного. Так, для бетулина, обладающего выраженным противомикробным действием (средство для лечения и профилактики туберкулеза RU 2262349 C1, 2005), оптимальным путем введения является ингаляционный. Это способ доставки непосредственно в дыхательные пути, дающий более высокий терапевтический эффект и способствующий скорейшему купированию симптомов и уменьшению тяжести течения заболеваний.

Одним из способов увеличения биодоступности таких соединений при различных путях введения является уменьшение размера их частиц, что реализуется при получении нанокомпозиций. Нанокомпозии биологически активных соединений относятся к системам с размером частиц до 300 нм. Наночастицы имеют большую по величине свободную поверхность и высокую поверхностную энергию, за счет чего физические, реакционные и термодинамические свойства наночастиц отличаются от таковых для макрочастиц. Уменьшение размера частиц ведет к увеличению процессов агрегации, агломерации, поэтому их необходимо стабилизировать, что достигается введением различных носителей в состав рецептуры. Для стабилизации в состав композиции можно вводить полимеры, такие как арабиногалактан, полиэтиленгликоли, поливинилпирролидон и др. (твердая нанокомпозиция для доставки биологически активных веществ RU 2351352 С2, 2008).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения не антибиотического средства, содержащего 10-90% монтмориллонита (бетонитовая глина) в наноформе и 10-90% ксилоолигосахарида (CN 101366453 (А), 18.02.2009). Недостатком указанного способа является то, что технология включает физическое смешивание компонентов прогрессивным методом, при этом сложно достичь равномерного смешивания активного вещества в наносостоянии, не сообщается размер наночастиц, порошки с наночастицами, получаемые смешиванием, склонны к слеживанию. Размер частиц наночастиц авторами не указан.

Согласно способу (RU 2322091 С1, 2008) нанодисперсию экстракта биологически активных веществ из бересты, содержащую бетулин (65-71%), лупеол (12-16%), 3-O-кофеат бетулина (5-15%) и сопутствующие вещества, получают путем растворения экстракта в органическом растворителе, введением его в воду или водные растворы растворителя, перемешивания и удаления растворителя и основной части воды. Недостатком изобретения является обязательное наличие "цементирующего" вещества 3-O-кофеат-бетулина (5-15%). Однако биологическую активность экстракта бересты связывают с бетулином и бетулиновой кислотой. Активность 3-O-кофеат-бетулина не описана.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения нанокомпозиций в виде порошка, в которых в качестве носителей выступают полигидроксилированные соединения, не имеющие реакционных групп для создания ковалентных связей, стабильных при хранении, обеспечивающих увеличение биодоступности, хорошо подходящих для перорального и ингаляционного применения, обеспечивающих повышение биологической доступности введенных в их состав активных соединений природного происхождения.

Способ получения нанокомпозиций на основе биологически активного вещества с размером частиц до 300 нм в количестве 0,1-30% и вспомогательного вещества, выбранного из сахаров в количестве от 70-99,9%, включающий следующие стадии:

- приготовление раствора биологически активного вещества в органическом растворителе, смешивающемся с водой, в концентрации 2-6 г/л (раствор А);

- приготовление раствора вспомогательных веществ в воде в предпочтительной концентрации 80 г/л (раствор Б);

- смешивание раствора А с эквивалентным количеством воды, отгонку органического растворителя, смешивание с раствором Б, отгонка растворителя;

- сушку суспензии.

Сушка суспензии может осуществляться выпариванием в вакууме, лиофолизацией, вымораживанием, в распылительной сушилке и т.п.

В качестве растворителей могут использоваться органические растворители, смешивающиеся с водой (этиловый спирт, метиловый спирт, ацетон).

Биологически активное вещество выбирают из группы; тритерпены (бетулин, экстракт солодки), бензохиноны (коэнзим Q10), каротиноиды (экстракт лютеина, астаксантин, зеаксантин, ликопин), полифенолы (экстракт черники, экстракт зеленого кофе, экстракт винограда, экстракт аронии).

Вспомогательное вещество выбирают из группы: лактоза, маннитол, глюкоза, фруктоза, изомальт.

Тонкодисперсные порошки и композиции с наночастицами, полученные смешиванием, при хранении легко слеживаются. Если активное вещество гигроскопично, то в присутствии влаги оно быстро рекристаллизуется из аморфного состояния в кристаллическое и теряет свои свойства. При получении таблеток нанокомпозиции подвергаются воздействию высокого давления порядка 120 МПа. При этом возможно сближение наночастиц до расстояний, когда между ними начинают действовать силы Ван-дер-Ваальса, что ведет к агрегации частиц и получению твердого тела.

Поскольку заявленные авторами композиции планируется применять для ингаляционного или перорального введения, необходима стабилизация нанокомпозиции, т.е. необходимо сохранить активное вещество в аморфном состоянии (защитить его от действия влаги), предотвратить слеживание композиции и агрегацию частиц при прессовании таблеток.

При получении нанокомпозиции заявляемым способом происходит смешивание активного и вспомогательного вещества в виде растворов, что обеспечивает равномерное смешивание веществ и распределение. Между частицами активного и вспомогательного вещества происходит образование водородных связей. В процессе упаривания растворителя частицы активного вещества иммобилизируются во вспомогательном веществе. Так как количество вспомогательного вещества в разы превосходит количество активного, частицы активного вещества надежно окружены частицами вспомогательного. Даже при высоком давлении прессования в процессе таблетирования наночастицы активного вещества не сближаются до расстояния действия сил Ван-дер-Ваальса.

Активные вещества в аморфном состоянии имеют лучшую растворимость и большую скорость растворения, чем в кристаллическом, т.е. обладают более высокой биодоступностью. Об аморфном состоянии активного вещества в предлагаемых нанокомпозициях свидетельствуют X-Ray спектры (фиг.1).

На основе полученных нанокомпозиций можно приготовить рецептуры с улучшенными биофармацевтическими свойствами, которые подходят как для перорального, так и для ингаляционного введения.

Далее изобретение описано на основе примеров его осуществления, не имеющих ограничительного характера.

Пример 1. Получение нанокомпозиций бетулина с лактозой в соотношении 1:4.

a) Приготовление раствора бетулина (раствора А): растворяли 0,2 г бетулина в 50 мл спирта этилового (95%),

b) Приготовление раствора лактозы (раствора Б): 0,8 г лактозы растворяли в 10 мл воды.

c) Приготовление нанокомпозиций: спиртовой раствор бетулина (раствор А) при интенсивном перемешивании вводили в 50 мл воды, спирт отгоняли на роторном испарителе, добавляли раствор лактозы (раствор Б), спирт отгоняли. Полученную суспензию замораживали и лиофильно высушивали.

Пример 2. Получение нанокомпозиции бетулина с лактозой в соотношении 1:8:

Следовали методике Примера 1, но уменьшали количество бетулина до 0,1 г, бетулин растворяли в ацетоне. Полученную суспензию сушили в распылительной сушилке.

Пример 3. Получение нанокомпозиции бетулина с лактозой в соотношении 3:8:

Следовали методике Примера 1, но увеличивали количество бетулина до 0,3 г. Полученную суспензию сушили в вакууме.

Пример 4. Получение нанокомпозиции бетулина с маннитолом в соотношении 1:4:

Следовали методике Примера 1, но раствор Б представлял собой раствор маннитола.

Пример 5. Получение нанокомпозиции бетулина с фруктозой в соотношении 1:4:

Следовали методике Примера 1, но раствор Б представлял собой раствор фруктозы.

Пример 6. Получение нанокомпозиции бетулина с глюкозой в соотношении 1:4:

Следовали методике Примера 1, но раствор Б представлял собой раствор глюкозы

Пример 7. Получение нанокомпозиции коэнзима Q10 с лактозой в соотношении 1:8:

Следовали методике Примера 2, но раствор А представлял собой спиртовой раствор коэнзима Q10.

Пример 8. Получение нанокомпозиции экстракта лютеина с маннитолом в соотношении 1:4:

Следовали методике Примера 4, но раствор А представлял собой спиртовой раствор экстракта лютеина.

Пример 9. Получение нанокомпозиции экстракта черники с маннитолом в соотношении 1:4:

Следовали методике Примера 4, но раствор А представлял собой спиртовой раствор экстракта черники.

Пример 10. Определение размера частиц в нанокомпозиции

Средний размер частиц, определенный методом фотон-корреляционной спектроскопии на приборе Malvern Zetasizer 3000HSA (Malvern instruments, Worcestershire, UK), составил:

- для бетулина в нанокомпозиции, приготовленной по примеру 1 - 176±6 нм;

- для бетулина в нанокомпозиции, приготовленной по примеру 2 - 290±8 нм;

- для экстракта лютеина в нанокомпозиции, приготовленной по примеру 8 - 152±2 нм;

- для экстракта черники в нанокомпозиции, приготовленной по примеру 9 - 268±15 нм.

Пример 11. Рентгеновская порошковая дифракция (XRPD анализ) нанокомпозиции.

XRPD анализу подвергали нанокомпозиции, приготовленные по примерам 1 и 2 с использованием тета-тета дифрактометре (D8 Advance, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Германия) в симметричном рефлекционном режиме с использованием CuKa радиации (1.54 Е) при 40 mA, 40 kV и Gobel Mirror bent gradient многослойной оптики. Рассеивание интенсивности измеряли с помощью сцинцилляционного счетчика. Данные записывались в диапазоне 5-30° 2θ с шагом 0.05° временем измерения 1 с/шаг при комнатных условиях.

Результаты представлены на фиг.1. В диапазоне 11,2-12,2° 2θ наблюдаются максимумы для бетулина, а в диапазоне 18,6-21,6° 2θ - для лактозы. В образце нанокомпозиции бетулин теряет кристаллическую структуру, одновременно происходит и изменение кристаллического состояния лактозы. Данные XRPD анализа показали, что бетулин в нанокомпозиции находится в аморфном состоянии в виде надмолекулярного комплекса с лактозой.

Пример 12. Термический анализ нанокомпозиции

Термическому анализу подвергали нанокомпозиции, приготовленные по примерам 1 и 2. Анализ выполнен на дифференциальном сканирующем колориметре Mettler Toledo DSC 823 (Швейцария). Бетулин имеет кристаллическую структуру. На термограмме бетулина наблюдался 1 эндотермический пик при 262°С, соответствующий температуре плавления субстанции; на термограмме лактозы - 2 эндотермических пика при 150 и 220°С. На термограммах нанокомпозиции, приготовленной по методу 1, появляются дополнительные пики при 145°С и 238°С, на термограммах нанокомпозиции, приготовленной по методу 2, - при 138°С и 238°С. Пик при температуре 262°С отсутствует, т.е. кристаллическая структура бетулина не идентифицируется, что позволяет сделать вывод об образовании надмолекулярных комплексов бетулина и лактозы (фиг.2).

Пример 13. Оценка скорости высвобождения лютеина из нанокомпозиции

Оценивали скорость высвобождения лютеина из нанокомпозиции, приготовленной по методике, описанной в примере 8, в сравнении с чистой исходной субстанцией лютеина и физической смесью лютеина и маннитола в соотношении 1:4. Физическую смесь готовили путем прямого смешивания лютеина и маннитола в соотношении 1:4 в ступке с пестиком.

Оценку скорости высвобождения in vitro проводили с использованием теста «Растворение» на приборе типа «вращающаяся мешалка» (Тип DT 600, Erweka, Германия) при температуре (37±1)°С. Скорость вращения 100 об/мин, среда растворения - двухфазная система вода: октанол 3:1, общий объем среды растворения 400 мл. Навеску испытуемого продукта (около 20 мг в пересчете на экстракт лютеина) помещали в твердую желатиновую капсулу. По истечении заданных промежутков времени (15, 30, 45 мин и 1, 2, 3, 4, 5 ч) отбирали пробы по 3 мл октанола, объем восполняли тем же растворителем.

Для количественного анализа лютеина в среде высвобождения использовали метод прямой спектрофотометрии в УФ-области. Оптическую плотность полученных растворов измеряли на спектрофотометре «Shimadzu» при длине волны максимума (450 нм) в кювете с толщиной слоя 1 см.

Количество лютеина, перешедшего в раствор (в % от максимально возможного), вычисляли, используя коэффициент экстинкции Е^1% _1см=2560.

Полученные результаты приведены на фиг.3.

Высвобождение лютеина протекает более полно и быстро из нанокомпозиции: к 30 минуте эксперимента достигается максимум высвобождения, который составляет около 43%, что в 14 раз больше по сравнению с субстанцией лютеина (около 3%). Высвобождение лютеина из физической смеси с маннитолом в соотношении 1:4 протекает также неполно и составляет всего около 7%.

Константы скорости растворения, рассчитанные методом наименьших квадратов, составили:

нанокомпозиция - 9,67 мин^-1

субстанция лютеина - 0,0424 мин^-1

физическая смесь лютеина и маннитола - 0,143 мин^-1.

Установлено, что введение субстанции лютеина в нанокомпозиции позволяет значительно (более чем в 10) увеличить его биодоступность in vitro, при этом скорость растворения возрастает в 227 раз по сравнению с исходной субстанцией. Скорость растворения лютеина из физической смеси незначительно увеличивается (в 3 раза) по сравнению с исходной субстанцией.

Полученные данные позволяют сделать вывод, что улучшение высвобождения лютеина из нанокомпозиции происходит за счет отсутствия кристаллической решетки, аморфного состояния лютеина, фиксированного взаимодействием с маннитолом.

Пример 14. Оценка скорости высвобождения бетулина из нанокомпозиции

Оценивали скорость высвобождения бетулина из нанокомпозиции, приготовленных по методикам, описанным в примерах 1 и 2.

Оценку скорости высвобождения in vitro проводили с использованием теста «Растворение» на приборе типа «вращающаяся мешалка» (Тип DT 600, Erweka, Германия) при температуре (37±1)°С. Скорость вращения 100 об/мин, среда растворения - двухфазная система вода: октанол 3:1, общий объем среды растворения 400 мл. Навеску испытуемого продукта (около 20 мг в пересчете на бетулин) помещали в твердую желатиновую капсулу. По истечении заданных промежутков времени (30, 45 мин и 1, 2, 4 ч) отбирали пробы по 3 мл октанола, объем восполняли тем же растворителем.

Определение содержания бетулина в среде растворения проводили методом ВЭЖХ на хроматографе высокого давления фирмы «Beckman» с УФ-детектором и колонкой Luna С 18 4,5×150 мм (размер частиц сорбента 5 мкм) с предколонкой 20 мм, заполненной тем же сорбентом в режиме изократического элюирования 100% ацетонитрила, скорость потока элюента 1 мл/мин, дозируемый объем пробы 20 мкл. Обработку хроматограмм проводили при длине волны 202 нм. Расчет содержания бетулина проводили по методу внешнего стандарта.

Полученные результаты приведены на фиг.4.

Высвобождение бетулина из полученных нанокомпозиций протекает интенсивно, максимум высвобождения достигается к 1 часу эксперимента и составляет около 80%. Константы скорости растворения, рассчитанные методом наименьших квадратов, составили:

нанокомпозиция с содержанием бетулина 20% - 1,223 мин^-1

нанокомпозиция с содержанием бетулина 30% - 1,106 мин^-1.

Пример 15. Оценка стабильности нанокомпозиций

Оценивали стабильность нанокомпозиций, приготовленных по методикам, описанным в примерах 1-6.

Стабильность оценивали визуально, а также контролировали количественное содержание действующих веществ в образцах при хранении в естественных условиях (20°С) в течение 24 месяцев. Размер частиц во всех нанокомпозициях сохранялся, порошки не слеживались, не изменялся внешний вид, сыпучесть, количество действующих веществ не снизилось.

Пример 16. Определение насыпной массы нанокомпозиции

Насыпную массу определяли для нанокомпозиций, приготовленных по методикам 1, 2, 3 с помощью прибора для вибрационного уплотнения порошков 545 Р-АК-3 (Мариуполь). Насыпная масса составила 0,3221; 0,2337 и 0,1991 г/см³ соответственно.

Пример 17. Оценка приемлемости применения нанокомпозиции для ингаляционного применения

Для оценки возможного использования нанокомпозиции для ингаляционного применения рассчитывали аэродинамического диаметра образующихся частиц.

Расчет аэродинамического диаметра частиц проводили для нанокомпозиции, приготовленных по примерам 1 и 2, по формуле

где

dg - геометрический диаметр частиц,

ρ - максимальная насыпная масса частиц,

ρ_ref - 1 г/см³,

γ - фактор формы (1 для сферических частиц).

Геометрический размер основной массы частиц лежит в интервале 1-5 мкм. Для нанодисперсии, приготовленной по примеру 1 аэродинамический диаметр частиц лежит в интервале 0,57-2,84 мкм, для нанодисперсии, приготовленной по примеру 2 - в интервале 0,53-2,67 мкм. Аэродинамический диаметр субстанции бетулина составил от 11,5-20,3 мкм в зависимости от формы частиц, физической смеси бетулина и лактозы, полученной путем прямого смешивания в ступке пестиком лактозы и бетулина, от 5,2-15,4 мкм. Полученные данные позволяют сделать вывод, что полученная нанодисперсия бетулина при ингаляционном введении будет депозироваться в альвеолах и бронхиолах, в то время как бетулин, так и его физическая смесь будет оседать в ротовой полости.

Предлагаемый способ имеет ряд существенных преимуществ перед прототипом.

1. При получении нанокомпозиции заявляемым способом происходит смешивание активного и вспомогательного вещества в виде растворов, что обеспечивает равномерное смешивание веществ и распределение.

2. Размер частиц не превосходит 300 нм.

3. В процессе упаривания растворителя частицы активного вещества надежно окружаются избытком вспомогательного вещества, иммобилизируются в аморфном состоянии во вспомогательном веществе. В результате чего частицы не подвержены слеживанию и агрегации в процессе хранения.

4. Обеспечивается стабильность в аморфном состоянии активного вещества в процессе хранения.

Полученные нанокомпозиции могут использоваться для изготовления лекарственных препаратов с улучшенными биофармацевтическими свойствами, которые подходят как для перорального, так и для ингаляционного введения.

1. Способ получения нанокомпозиции на основе биологически активного вещества с размером частиц до 300 нм в количестве 0,1-30% и вспомогательного вещества, выбранного из сахаров, в количестве от 70-99.9%, включающий следующие стадии:приготовление раствора биологически активного вещества в органическом растворителе, смешивающемся с водой в концентрации 2-6 г/л (раствор А);приготовление раствора вспомогательных веществ в воде в предпочтительной концентрации 80 г/л (раствор Б);смешивание раствора А с эквивалентным количеством воды, отгонку органического растворителя, смешивание с раствором Б, отгонку растворителя;сушка суспензии.

2. Способ по п.1, где биологическое активное вещество выбирают из группы: тритерпены (бетулин, экстракт солодки), бензохиноны (коэнзим Q10), каротиноиды (экстракт лютеина, астаксантин, зеаксантин, ликопин), полифенолы (экстракт черники, экстракт зеленого кофе, экстракт винограда, экстракт аронии).

3. Способ по п.1, где вспомогательное вещество выбирают из группы: лактоза, маннитол, глюкоза, фруктоза, изомальт.