Магнитоуправляемый сорбент для удаления билирубина из биологических жидкостей

Магнитоуправляемый сорбент для удаления билирубина из биологических жидкостей

Реферат

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для лечения эндогенной интоксикации, вызываемой высокой концентрацией билирубина в плазме крови при различных патологиях.

Проблема снижения концентрации билирубина в случаях его высокого содержания в крови и тканях организма человека является важной задачей современной медицины. Билирубин представляет собой продукт катаболизма гемоглобина, миоглобина и цитохромов. В результате ряда патологических процессов нарушается нормальная детоксификация этого вещества в печени и происходит повышение его концентрации, приводящее к серьезным негативным последствиям для организма человека.

Известен способ гемосорбции на углеродных сорбентах для лечения патологий гепатобилиарной системы, в котором углеродный гемосорбент имеет на своей поверхности объем мезопор 0,17-0,35 см³/г, объем микропор 0,03-0,05 см³/г и макропор 0,06-0,10 см³/г при суммарном объеме всех пор 0,26-0,50 см³/г, а также содержит функциональные кислородные группы в количестве 0,04-0.05 мэкв/г [1].

Главный недостаток этого технического решения состоит в том, что в нем используется традиционный, не обладающий магнитными свойствами сорбент, например, на основе активированного угля, из-за чего уменьшение содержания билирубина за один цикл сорбции таким способом может достигать на более 30%.

Известен также способ обработки углеродного гемосорбента, включающий обработку пористого углеродного материала воздухом при контактировании с воздушно-водяной смесью в кипящем слое и последующее высушивание целевого продукта, при этом дополнительно осуществляют обработку гемосорбента в стационарном слое 4-6%-ным раствором азотной кислоты, подаваемым в зону реакции порциями через определенные интервалы времени, с последующей подачей воздуха с объемной скоростью 8 м³/ч для перемешивания сорбента, причем время обработки кислотой составляет 7 ч, а соотношение кислоты к сорбенту составляет 1:(29-32) [2].

Данный способ основан на том же технологическом принципе (использовании не обладающего магнитными свойствами сорбента), что и предыдущее известное техническое решение, то есть характеризуется низкой адсорбционной способностью частиц используемого сорбента.

Известен, кроме того, магнитоуправляемый сорбент, приготовленный на основе микро - и наночастиц магнетита, покрытых полимеризованной кремниевой кислотой, содержащей определенные лиганды [3].

Однако этот сорбент способен обеспечить процесс сорбции только нуклеиновых кислот и не предназначен для удаления билирубина из биологических жидкостей, то есть не решает поставленной задачи Заявителя.

Заявитель ставил перед собой практическую задачу разработки магнитоуправляемого сорбента для удаления билирубина, обладающего высокой удельной поверхностью, хорошей сорбционной емкостью и позволяющего значительно увеличить возможности детоксикации биологических жидкостей. Вышеотмеченный положительный технический результат был получен Заявителем в предложенном магнитоуправляемом сорбенте для удаления билирубина из биологических жидкостей за счет новой совокупности его существенных признаков, представленной в нижеизложенной формуле изобретения: магнитоуправляемый сорбент для удаления билирубина из биологических жидкостей, приготовленный на основе микро - и наночастиц магнетита, поверхность которого покрыта гидрофобными лигандами в виде метилового эфира 3-меркаптопропионовой кислоты или в виде оболочки из полимерной октадецилкремниевой кислоты, образованной путем реакции поликонденсации триметокси (октадецил)силана, или в виде оболочки из образованной посредством термической обработки полимерной кремниевой кислоты, содержащей ковалентно прикрепленные октадецильные лиганды; в качестве микро - и наночастиц магнетита используют триокись железа Fe₃O₄; воспроизводимость общего билирубина в сорбенте определяют посредством контрольного препарата, представляющего собой сухой порошок лиофилизованной бычьей сыворотки с расчетным количеством билирубина в нем; процент адсорбированного билирубина определяется по формуле: % АБ=100-(А460 нм опытн/А460 нм контрольн)×100, где % АБ - процент адсорбированного билирубина; А460 нм опытн - оптическая плотность раствора после контакта с сорбентом; А460 нм контрольн - оптическая плотность раствора до контакта с сорбентом; 460 нм - длина волны, при которой билирубин имеет максимальное оптическое поглощение; для образования на поверхности магнетита оболочки из полимерной октадецилкремниевой кислоты в состав смеси входят 0,5 мл октадецилтриметоксисилана (1,06 ммоль), 5 мл воды и 0,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака; для образования на поверхности магнетита оболочки из полимерной октадецилкремниевой кислоты в состав смеси входят 0,5 мл тетраэтоксисилана (2,1 ммоль), 5 мл воды и 0,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака и 10 мл раствора 2 ммоль н-октадеканола в этаноле.

Реализация изобретения осуществляется следующим образом:

Пример 1. Приготовление микрочастиц магнетита

Гепатагидрат FeSО₄ (35,4 г 0,127 моль) растворяют в 300 мл дегазированной деионизированной воды в литровом реакционном сосуде, снабженном механической мешалкой, термометром и обратным холодильником. Раствор затем нагревают до 90°C при перемешивании, добавляют раствор нитрата калия (8.09 г 0,08 моль) и гидроксида калия (18,8 г 0,336 моль) в дегазированной деионизированной воде (1 л), нагретый до 65°C. Смесь перемешивают в течение часа при температуре 92-93°C. По истечении времени образуется черный осадок магнетита, и реакционный сосуд охлаждают до комнатной температуры. Суспензию перемещают в большой сосуд с плоским дном, который затем ставят на плоский постоянный магнит. Супернатант отсасывают и частицы магнетита ресуспендируют в деонизованной воде. После перемешивания в течение 1 минуты суспензию снова перемещают на магнит для осаждения магнетита. Эта процедура повторяется до тех пор, пока pH надосадочной жидкости не станет равен 7-8. Выход осажденных частиц магнетита рассчитывают, отбирая аликвоты суспензии и высушивая их до постоянной массы в вакуумной печи при 60°C. Выход магнетита составляет 85% от теоретического значения. Промытый магнетит хранят в виде суспензии в дистиллированной воде с концентрацией 40 мг/мл. Разбавленную суспензию можно стерилизовать в автоклаве.

Пример 2. Покрытие частиц магнетита оболочкой полимерной кремниевой кислоты, содержащей ковалентно прикрепленные октадецильные лиганды.

1-й вариант (одностадийный)

К 30 мл суспензии магнетита (40 мг/мл) в 96%-ном этаноле добавляют 0,5 мл октадецилтриметоксисилана (1,06 ммоль), 5 мл воды и 0,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака. Смесь перемешивают при комнатной температуре 24 часа. Осадок 4-кратно промывают 96%-ным этанолом (либо путем декантации с использованием магнита, либо центрифугированием). Отмытый препарат магнетита, покрытого полимерной октадецилкремниевой кислотой хранят в 96%-ном этаноле.

2-й вариант (двустадийный)

К 30 мл суспензии магнетита (40 мг/мл) в 96%-ном этаноле добавляют 0,5 мл тетраэтоксисилана (2,1 ммоль), 5 мл воды и 0,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака. Смесь перемешивают при комнатной температуре 24 часа. Осадок 4-кратно промывают 96%-ным этанолом (либо путем декантации с использованием магнита, либо центрифугированием). Отмытый препарат магнетита, покрытого полимерной октадецилкремниевой кислотой, хранят в 96%-ном этаноле. Затем к полученному таким способом магнетиту, покрытому полимерной кремниевой кислотой, добавляют 10 мл раствора 2 ммоль н-октадеканола в этаноле, этанол при этом отгоняют в вакууме при температуре +65°C на ротационном испарителе (при этой температуре октадеканол находится в жидком состоянии). Затем температуру поднимают до 170°C и вращение продолжают еще 6 часов. После охлаждения до 70°C добавляют 96%-ный этанол и модифицированный магнетит промывают этанолом, как описано выше. Приготовленный таким способом препарат магнетита, покрытого полимерной октадецилкремниевой кислотой, хранят в 96%-ном этаноле.

Пример 3. Хемосорбция метилового эфира 3-меркаптопропионовой кислоты на поверхности магнетита.

Все операции проводят в вытяжном шкафу. 50 мл диоксана помещают в термостойкую колбу Эрленмейера, добавляют 231 мг (1 ммоль) предварительно высушенного в вакууме и тщательно растертого в ступке Fе₃O₄ и подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 минут, используя ультразвуковую ванну. Затем добавляют 10 мкл (90 мкмоль метилового эфира 3-меркаптопропионовой кислоты. Реакционную колбу переносят в предварительно нагретую до 90°C масляную баню, подсоединяют обратный холодильник и кипятят смесь в течение 1 часа, поддерживая температуру в бане в пределах 105-110°C. По завершении процесса и охлаждении до комнатной температуры частицы полученного магнитоуправляемого сорбента собирают декантацией с использованием магнита, промывая последовательно диоксаном (дважды), этанолом (трижды) и деионизированной водой (трижды). После чего осуществляют вакуумную сушку полученного продукта, выход которого составил 205 мг.

Пример 4. Оценка способности синтезированных магнитоуправляемых сорбентов удалять билирубин из биологической жидкости

Методика сорбции на магнитоуправляемом сорбенте заключалась в 10-минутном перемешивании 1,5 мл водного раствора контрольного препарата (сухой порошок лиофилизованной бычьей сыворотки, содержащей расчетное количество билирубина) с известной концентрацией и измеренным оптическим поглощением при длине волны 460 нм и осадка, полученного кратковременным (1 минуте при 3000 оборотов в минуту) центрифугированием 150 мкл суспензии испытуемого магнитоуправляемого сорбента в «физиологическом солевом растворе» (0,15 моль/л NaCl). Затем полученную смесь снова центрифугируют и, удерживая осадок магнитоуправляемого сорбента на стенке пробирки с помощью магнита, аккуратно отбирают надосадочную жидкость, в которой измеряют оптическое поглощение при длине волны 460 нм контрольной лиофилизованной бычьей сыворотки до и после контакта с магнитоуправляемым сорбентом. При этом эффективность удаления билирубина (процент адсорбированного билирубина) рассчитывается по следующей формуле: % АБ=100-(А460 нм опытн/А460 нм контрольн)×100, где % АБ - процент адсорбированного билирубина; А460 нм опытн -оптическая плотность раствора после контакта с сорбентом; А460 нм контрольн - оптическая плотность раствора до контакта с сорбентом; 460 нм - длина волны, при которой билирубин имеет максимальное оптическое поглощение.

Использование магнитоуправляемого сорбента, выполненного согласно настоящему изобретению, существенно увеличивает возможности детоксикации биологических жидкостей за счет применения в нем так называемых суперпарамагнитных частиц, которые обладают способностью перемещаться и концентрироваться под действием магнитного поля, а после удаления магнита быстро диспергируются в жидкой среде. Имея размеры 100 нм - 10 мкм, частицы магнитоуправляемого сорбента обладают высокой удельной поверхностью и хорошей сорбционной емкостью.

В ИПРИМ РАН в настоящее время отработана и предложена к практическому применению технология изготовления магнитоуправляемого сорбента, предназначенного для удаления билирубина из биологических жидкостей.

Источники информации

[1] Описание изобретения к патенту РФ «Способ гемосорбции на углеродных сорбентах для лечения патологий гепатобилиарной системы» №2343926, кл. A61K 33/44, A61P 1/16, заявлено 10.09.2007 г., опубликовано 20.01.2009.

[2] Описание изобретения к патенту РФ «Способ обработки углеродного мезопористого гемосорбента» №2362733, кл. C01B 31/08, B01J 20/20, заявлено 19.05.2008 г., опубликовано 27.07.2009.

[3] Патент США №8206990, класс G01N 30/56, опубликован 2012 г.

[4] Патент США №2007/0105094 А1, класс C72Q 1/70 (435/5), опубликован 10.05.2007 г.

[5] Описание изобретения к патенту РФ «Магнитоуправляемый сорбент и способ его получения» №2255800, кл. A61M 1/36, заявлено 19.05.2008, опубликовано 27.07.2009.

[6] Описание изобретения к патенту РФ «Магнитоуправляемый сорбент » №2356620, кл. B01J 20/06, заявлено 23.04.2008, опубликовано 27.05.2009.

[7] Описание изобретения к патенту РФ «Пористый магнитный сорбент » №2226126, кл. B01J 20/16, заявлено 30.12.2002, опубликовано 27.03.2004.

[8] Описание изобретения к патенту РФ «Пористый магнитный сорбент» №2241537, кл. B01J 20/26, заявлено 09.04.2003, опубликовано 10.12.2004.

В нижеследующих таблицах приводятся данные по эффективности удаления билирубина на различных магнитоуправляемых сорбентах:

Таблица 1
Список использованных магнитоуправляемых сорбентов
Краткое обозначение	Реагент для покрытия	Лиганды
ОДС	Триметооксиоктадецилсилан	Октадециловые группы, ковалентно связанные с SiO2
МП-1	Без SiO2 оболочки	Метил-3-меркаптопропионат
МДК-1	Тетраэтоксисилан	Додецилмеркаптан
МПД-1	-	Декстран 40
МПД-2	Тетраэтоксисилан	Декстрансульфат
Таблица 2
Сорбция на ОДС (магнетит, покрытый с помощью триметоксиоктадецилсилана)
Опыт	Концентрация комплекса мг/мл	Значение Abs при 460 нм до сорбции	Значение Abs при 460 нм после сорбции
1	18,7	2,088	1,018
2	9,35	1,060	0,309
Таблица 3
Изменение значения поглощения (Abs) после сорбции на различных образцах магнитоуправляемого сорбента. Концентрация сыворотки с билирубином 18 мг/мл
Опыт	Наименование сорбента	Значение Abs при 460 нм
0	Без сорбента	2,088
1	МП-1	0,348
2	МКД-1	1,247
3	МПД-2	0,873
4	ОДС	1,018

1. Магнитоуправляемый сорбент для удаления билирубина из биологических жидкостей, приготовленный на основе микро- и наночастиц магнетита, поверхность которого покрыта гидрофобными лигандами в виде метилового эфира 3-меркаптопропионовой кислоты или в виде оболочки из полимерной октадецилкремниевой кислоты, образованной путем реакции поликонденсации триметокси(октадецил)силана, или в виде оболочки из образованной посредством термической обработки полимерной кремниевой кислоты, содержащей ковалентно прикрепленные октадецильные лиганды.

2. Сорбент по п.1, в котором в качестве микро- и наночастиц магнетита используют триокись железа Fe₃O₄.

3. Сорбент по п.1, в котором для образования на поверхности магнетита оболочки из полимерной октадецилкремниевой кислоты в состав смеси входят 0,5 мл октадецилтриметоксисилана (1,06 моль), 5 мл воды и 0,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака.

4. Сорбент по п.1, в котором для образования на поверхности магнетита оболочки из полимерной октадецилкремниевой кислоты в состав смеси входят 0,5 мл тетраэтоксисилана (2,1 моль), 5 мл воды и 0,5 мл 25%-ного водного раствора аммиака и 10 мл раствора 2-моль н-октадеканола в этаноле.

5. Сорбент по п.1, в котором термическую обработку магнетита, покрытого полимерной кремниевой кислотой, производят при температуре +65°C, затем температуру поднимают до 170°C, потом охлаждают до 70°C.

6. Способ определения процента адсорбированного билирубина сорбентом по п.1, в котором воспроизводимость общего билирубина в сорбенте определяют посредством контрольного препарата, представляющего собой сухой порошок лиофилизованной бычьей сыворотки с расчетным количеством билирубина в нем.

7. Способ по п.6, в котором процент адсорбированного билирубина определяется по формуле: % АБ=100-(A460 нм опытн/A460 нм контрольн)×100, где % АБ - процент адсорбированного билирубина; A460 нм опытн - оптическая плотность раствора после контакта с сорбентом; A460 нм контрольн - оптическая плотность раствора до контакта с сорбентом; A460 нм - длина волны, при которой билирубин имеет максимальное оптическое поглощение.