Способ получения борсодержащей гиалуроновой кислоты

Способ получения борсодержащей гиалуроновой кислоты

Реферат

Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам модифицирования гиалуроновой кислоты - природного полимера из класса полисахаридов. Модифицирование направлено на введение в молекулу натриевой соли гиалуроновой кислоты изотопов бора с атомной массой 10. Таким образом модифицированная натриевая соль гиалуроновой кислоты может быть использована в различных областях медицины, например, в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), фотодинамической терапии, бор-нейтронозахватной синовектомии, радиоиммуно-диагностике и радиоиммуно-терапии. Метод БНЗТ является перспективным в лечении раковых образований, особенно, злокачественных опухолей головного мозга [И.Б.Сиваев, В.И.Брегадзе. Бор-нейтронозахватная терапия рака. Химический аспект. Рос. хим. ж., 2004, т.XLVIII, №4, с.109].

Неизвестны способы получения натриевой соли гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора. Здесь и далее в качестве соединений бора рассматриваются только соединения изотопа бора с атомной массой 10.

Современной стратегией поиска соединений, пригодных для БНЗТ, является синтез борсодержащих биологически-активных соединений, совместимых с пораженными клетками организма (в частности, с раковыми клетками, с клетками, пораженными ревматоидным артритом, и др.).

Известны способы получения некоторых борсодержащих биологически-активных соединений: борсодержащих нуклеотидов и нуклеозидов [пат. США №7338669 (2008 г.), пат. США №6583122 (2003 г.)], борсодержащих порфиринов [пат. США №6995260 (2006 г.), пат. США №6566517 (2003 г.)], борсодержащих аминокислот [пат. США №6037490 (2000 г.)]. Недостатками этих способов являются многостадийность химических процессов, высокая токсичность органических реагентов и растворителей, трудоемкая очистка конечных продуктов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения полисахарида декстрана, модифицированного соединениями бора [L.Gedda, P.Olsson, J.Carlsson. Bioconjugate Chem., 1996, v.7, p.584]. Этот способ имеет следующие недостатки: большие материало- и трудозатраты, многостадийность синтеза, высокая токсичность органических реагентов и растворителей, трудоемкая очистка и невысокий выход конечного продукта.

Задачей данного изобретения является создание универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать натриевую соль гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора, в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, без больших энерго- трудо- и водозатрат, при этом получать целевые продукты с количественным выходом.

Поставленная задача решается тем, что создан универсальный экологически безопасный способ получения в отсутствие жидкой среды. Способ заключается в том, что порошкообразную натриевую соль гиалуроновой кислоты вместе с модификатором или смесью двух либо более модификаторов предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20° до 50°C, затем полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20° до 50°C, при этом давление находится в пределах от 5 до 1000 МПа. В качестве бора используют изотоп бора с атомной массой 10. В качестве модификатора используют соединения бора из ряда: борный ангидрид, декагидрат тетрабората натрия (бура), кислоты: борная, метаборная, тетраборная. Мольное соотношение: натриевая соль гиалуроновой кислоты к модификатору или к сумме модификаторов составляет от 500:1 до 1:6.

Продолжительность воздействия давления и деформации сдвига составляет от 0,1 до 10 минут. Смесителем является мельница или смеситель шнекового типа, например, двухшнековый экструдер. В качестве механохимического реактора можно использовать аппарат шнекового типа: двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с противоположно направленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с набором кулачков различного типа, например, транспортные, запирающие, перетирающие. В качестве механохимического реактора также можно использовать наковальни Бриджмена, при этом деформацию сдвига осуществляют путем изменения угла поворота нижней наковальни в пределах от 50 до 350 градусов.

Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что процесс взаимодействия исходных реагентов осуществляют в отличие от известного способа не в растворе, а путем взаимодействия исходных реагентов в твердом порошкообразном состоянии при одновременном воздействии давления и деформации сдвига. Это позволило достигнуть нового технического результата, заключающегося в создании универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать натриевую соль гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора, в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат.

Химическая сущность реакций натриевой соли гиалуроновой кислоты с соединениями бора заключается во взаимодействии спиртовых (-OH) групп гиалуроновой кислоты с борными кислотами (их ангидридами или солями) с образованием эфиров борных кислот, при этом образуются бор-кислород-углеродные (B-O-C) связи. Образование эфиров борных кислот доказано с помощью ИК-Фурье спектрального анализа исходных реагентов и продуктов реакции. Установлено, что в спектрах целевых продуктов присутствуют характеристические полосы бор-кислород-углеродной связи в интервале 1420-1470 см^-1. Кроме того, методом дробного осаждения показано, что в целевых продуктах отсутствуют исходные вещества; а целевые продукты сильно отличаются по растворимости от исходных веществ.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами:

Пример 1. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли гиалуроновой кислоты (ГК) и 474,0 г (6 моль) борной кислоты (БК) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 50°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 50°C и давлении 15 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 766,0 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1420 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 2. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него БК берут в количестве 0,16 г (0,002 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 398 г (99,6%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1422 см^-1 и 1463 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 3. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК и 378 г (1 моля) декагидрата тетрабората натрия (Бура) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 40°C и давлении 10 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 595 г (99,5%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1426 см^-1 и 1461 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 4. Выполнен аналогично примеру 3, однако в отличие от него буру берут в количестве 0,76 г (0,002 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 399 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1425 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 5. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК и 0,14 г (0,002 моля) борного ангидрида (БА) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 20°C и давлении 5 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 399 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1424 см^-1 и 1463 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 6. Выполнен аналогично примеру 5, однако в отличие от него БА берут в количестве 68 г (1 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 367 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1427 см^-1 и 1465 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 7. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него БК берут в количестве 3,95 г (0,05 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 402 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1428 см^-1 и 1466 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 8. Выполнен аналогично примеру 3, однако в отличие от него буру берут в количестве 3,78 г (0,01 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 401 г (99,6%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1425 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 9. Выполнен аналогично примеру 5, однако в отличие от него БА берут в количестве 13,6 г (0,2 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 412,7 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1429 см^-1 с и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 10. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК, 1,7 г (0,025 моля) БА и 9,45 г (0,025 моля) буры гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 30°C и давлении 10 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 405 г (99,6%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1424 см^-1 и 1459 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 11. Выполнен аналогично примеру 10, однако в отличие от него вместо БА берут БК в количестве 1,975 г (0,025 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 406 г (99,4%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1423 см^-1 и 1458 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 12. Выполнен аналогично примеру 10, однако в отличие от него вместо буры берут БК в количестве 1,975 г (0,025 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 402 г (99,7%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1422 см^-1 и 1463 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 13. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК, 1,13 г (0,0167 моля) БА, 6,30 г (0,0167 моля) буры и 1,32 г (0,0167 моля) БК гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 30°C и давлении 30 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 404 г. (99,7%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1420 см^-1 и 1464 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 14. 27,9 мг (6,8·10^-5 моля) порошкообразной натриевой соли ГК, и 26,0 мг (6,8·10^-5 моля) буры гомогенизируют в мельнице при 20°C в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности=3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 1000 MПa при 20°C, при угле поворота нижней наковальни 50° в течение 0,1 мин. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Получаем белый порошок, масса которого составляет 40,7 мг (99,5%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1425 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 15. 29,5 мг (7,2·10^-5 моля) порошкообразной натриевой соли ГК, и 5,8 мг (7,2·10^-5 моля) БК гомогенизируют в мельнице при 20°C в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности = 3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 500 МПа при 20°C, при угле поворота нижней наковальни 350° в течение 1 мин. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Получаем белый порошок, масса которого составляет 34,1 мг (99,5%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1423 см^-1 и 1464 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Как показывают примеры, создан простой универсальный экологически безопасный способ, позволяющий получать натриевую соль гиалуроновой кислоты, модифицированную соединениями бора, в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат. Целевые продукты реакции представляют собой белые порошки, хорошо растворимые в воде, и могут найти применение в БНЗТ.

1. Способ получения натриевой соли гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора в отсутствии жидкой среды, заключающийся в том, что порошкообразную натриевую соль гиалуроновой кислоты вместе с модификатором или смесью двух либо более модификаторов предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20° до 50°С, затем полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20° до 50°С, при этом давление находится в пределах от 5 МПа до 1000 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве бора используют изотоп бора с атомной массой 10.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют соединения бора из ряда: борный ангидрид, декагидрат тетрабората натрия (бура), кислоты: борная, метаборная, тетраборная.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют борный ангидрид, декагидрат тетрабората натрия (бура), борную кислоту.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что мольное соотношение: натриевая соль гиалуроновой кислоты к модификатору или к сумме модификаторов составляет от 500:1 до 1:6.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что продолжительность воздействия давления и деформации сдвига составляет от 0,1 мин до 10 мин.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесителем является мельница.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесителем является смеситель шнекового типа, например двухшнековый экструдер.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что механохимическим реактором является аппарат шнекового типа или наковальни Бриджмена.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве реактора используют аппарат шнекового типа.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что аппарат выбран из ряда: двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с противоположно направленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с набором кулачков различного типа, например транспортные, запирающие, перетирающие.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве реактора используют наковальни Бриджмена, при этом деформацию сдвига осуществляют путем изменения угла поворота нижней наковальни.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что угол поворота наковальни Бриджмена находится в пределах от 50° до 350°.