Устройство и способ солюбилизации, выделения, удаления и осуществления взаимодействия карбоновых кислот в маслах, жирах, водных или органических растворах с помощью микро- или наноэмульсификации

Устройство и способ солюбилизации, выделения, удаления и осуществления взаимодействия карбоновых кислот в маслах, жирах, водных или органических растворах с помощью микро- или наноэмульсификации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

A. Известный уровень техники

Настоящее изобретение относится к солюбилизирующим соединениям, к устройству и к способу солюбилизации и удаления карбоновых кислот, и особенно жирных кислот, из масел, жиров, водных эмульсий, водных или органических растворов. Устройства, используемые в способе по изобретению, можно использовать для выделения карбоновых кислот из масел, жиров, водных эмульсий, липофильных сред, водных сред или органических растворов, соответственно, тем самым, изменяя условия их взаимодействий. Одно из применений представляет собой устройство для удаления жирных кислот из крови нуждающегося в этом субъекта. Указанное устройство можно использовать далее для аналитических, соответственно диагностических, целей, для определения концентраций жирных кислот в корпоральных жидкостях субъектов, в пище или в фармацевтических препаратах. Кроме того, указанный способ можно применять для удаления остатков карбоновых кислот в промышленных растворах, например, образующихся в пищевой или нефтеперерабатывающей промышленности.

Вообще жирные кислоты представляют собой высоко липофильные молекулы, которые плохо растворимы в водных растворах. Поэтому только небольшие концентрации жирных кислот можно солюбилизировать в водных растворах, хотя все молекулы жирных кислот, превышающие такую концентрацию, присутствуют в форме мицелл, образуют эмульсии за счет фазового разделения, или оказываются адсорбированными на стенках контейнера и/или на других липофильных или амфифильных молекулах, таких как белки в растворе. При концентрации, превышающей критическую концентрацию мицелл (CMC) этерифицированных и неэтерифицированных карбоновых кислот, концентрация свободных жирных кислот в водной среде остается неизменной.

Жирные кислоты имеют тенденцию образовывать эмульсии в водных средах. В присутствии белков или клеточных структур жирные кислоты могут ими адсорбироваться или адсорбироваться на них. Солюбилизация таких иммобилизованных жирных кислот зависит, главным образом, от критической концентрации мицелл (CMC) жирных кислот в окружающей водной среде. Эмульгаторы и детергенты способны повысить CMC гидрофобных веществ, и таким образом способствовать отделению иммобилизованных липофильных молекул. Такие эмульгаторы и детергенты могут превратить эмульсии в мини-, микро- или наноэмульсии. Таким образом, площадь контакта солюбилизированных жирных кислот с водной фазой увеличивается. Это обеспечивает лучшую способность к выделению и экстрагированию солюбилизированных жирных кислот. Это также повышает реакционную способность в отношении других молекул.

Эмульсии этерифицированных и неэтерифицированных жирных кислот с водной средой можно полностью выделить только с помощью органического растворителя. Без помощи мембраны этого можно достичь только путем переноса жирных кислот в органическую фазу, смешивая с органическим растворителем. Экстрагирование возможно также за счет адсорбции на акцептор. В присутствии адсорбирующих молекул, таких как белки, выделение жирных кислот в эмульсии или суспензии за счет разделения фаз или экстрагирования часто является неполным. Кроме того, эффективность такого способа ограничена, и обычно он не приспособлен для он-лайн (непрерывного) процесса. При фильтровании таких эмульсий водную фракцию можно отфильтровать почти полностью. Однако также гидрофильные молекулы, особенно крупные белки, удерживаются и выделяются вместе с органической фазой. Разделение молекул можно осуществить, используя хроматографические способы. Такие способы, однако, занимают много времени и ограничены по производительности.

Другим способом выделения карбоновых кислот из водных или органических сред является дистилляция. Однако такой способ требует больших энергетических затрат и может вызвать изомеризацию карбоновых кислот или денатурирование органических компонентов внутри среды. Следующим способом является омыление. Добавленные соли часто бывает трудно удалить из органики, также как из водных растворов во время дальнейшей обработки. Таким образом, существует необходимость в способе непрерывного и селективного экстрагирования жирных кислот из эмульсии водных или органических растворов. Целью настоящего изобретения является создание простого, быстрого и биосовместимого способа выделения жирных кислот из водных эмульсий или органических сред.

Неожиданно было обнаружено, что этой цели можно достичь, добавляя солюбилизирующее соединение к водным эмульсиям или к водным средам, таким как кровь, липофильные среды или органические среды, содержащие карбоновые кислоты или смеси карбоновых кислот с другими органофильными молекулами. Солюбилизирующее соединение по настоящему изобретению, обладающее определенными в описании характеристиками, способно солюбилизировать карбоновые кислоты и превратить эмульгированные карбоновые кислоты в макро- или наноэмульсии, что позволяет осуществить выделение с помощью способов разделения, таких как диализ, фильтрование и электрофорез.

Указанную задачу решают, следуя техническим указаниям независимых пунктов формулы настоящего изобретения. Дальнейшие полезные воплощения настоящего изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и примеров.

Жирные кислоты

Обычно жирные кислоты состоят из карбоксильной концевой группы и длинной алифатической цепочки. В зависимости от присутствия двойных связей их подразделяют на насыщенные или ненасыщенные жирные кислоты. В литературе существуют различные определения жирных кислот. В одном из определений указано, что карбоновые кислоты, содержащие 4 атома углерода или больше, рассматривают как жирные кислоты. Однако природные жирные кислоты содержат по меньшей мере 8 атомов углерода. У этих атомов углерода по меньшей мере одна нитрогруппа может замещать атом (атомы) водорода и превращать их в нитро-жирные кислоты. Также нитро-жирные кислоты могут иметь другие заместители, такие как перечисленные выше.

Примерами неразветвленных насыщенных жирных кислот являются октановая кислота (каприловая кислота), декановая кислота (каприновая кислота), додекановая кислота (лауриновая кислота), тетрадекановая кислота (миристиновая кислота), гексадекановая кислота (пальмитиновая кислота), гептадекановая кислота (маргариновая кислота), октадекановая кислота (стеариновая кислота), эйкозановая кислота (арахидиновая кислота), докозановая кислота (бегеновая кислота) и тетракозановая кислота (лигноцериновая кислота).

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительной подгруппой подлежащих выделению насыщенных жирных кислот являются миристиновая кислота, пальмитиновая кислота и стеариновая кислота.

Примерами моноолефиновых жирных кислот являются цис-9-тетрадеценовая кислота (миристолеиновая кислота), цис-9-гексадеценовая кислота (пальмитолеиновая кислота), цис-6-гексадеценовая кислота (сальпеновая кислота), цис-6-октадеценовая кислота (петроселиновая кислота), цис-9-октадеценовая кислота (олеиновая кислота), цис-11-октадеценовая кислота (вакценовая кислота), 12-гидрокси-9-цис-октадеценовая кислота (рицинолеиновая кислота), цис-9-эйкозеновая кислота (гадолеиновая кислота), цис-11-эйкозеновая кислота (гондоевая кислота), цис-13-докозеновая кислота (эруковая кислота), цис-15-тетракозеновая кислота (нервоновая кислота), t9-октадеценовая кислота (элаидиновая кислота), t11-октадеценовая кислота (t-вакценовая кислота) и t3-гексадеценовая кислота. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительной подгруппой подлежащих выделению ненасыщенных жирных кислот являются транс-изомеры t9-октадеценовой кислоты, t11-октадеценовой кислоты, и t3-гексадеценовой кислоты.

Примерами полиолефиновых жирных кислот являются 9,12-октадекадиеновая кислота (линолевая кислота), 6,9,12-октадекатриеновая кислота (γ-линолевая кислота), 8,11,14-эйкозатриеновая кислота (дигомо-γ-линолевая кислота), 5,8,11,14-эйкозатриеновая кислота (арахидоновая кислота), 7,10,13,16-докозатетраеновая кислота, 4,7,10,13,16-докозапентаеновая кислота, 9,12,15-октадекатриеновая кислота (α-линоленовая кислота), 6,9,12,15-октадекатетраеновая кислота (стеаридоновая кислота), 8,11,14,17-эйкозатетраеновая кислота, 5,8,11,14,17-эйкозапентаеновая кислота (EPA), 7,10,13,16,19-докозапентаеновая кислота (DPA), 4,7,10,13,16,19-докозагексаеновая кислота (DHA), 5,8,11-эйкозатриеновая кислота (медовая кислота), 9c 11t 13t элеостеариновая кислота, 8t 10t 12c календовая кислота, 9c 11t 13c катальповая кислота, 4,7,9,11,13,16,19 докозагептадекановая кислота (стеллагептаеновая кислота), таксолевая кислота, пиноленовая кислота и сциадоновая кислота.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительной подгруппой подлежащих выделению ненасыщенных жирных кислот являются транс-изомеры линоленовой кислоты, γ-линолевой кислоты, EPA и DPA.

Примерами ацетиленовых жирных кислот являются 6-октадециновая кислота (тарировая кислота), t11-октадецен-9-иновая кислота (санталбовая или ксименовая кислота), 9-октадециновая кислота (стеароловая кислота), 6-октадецен-9-иновая кислота (6,9-октадецениновая кислота), t10-гептадецен-8-иновая кислота (пировиноградная кислота), 9-октадецен-12-иновая кислота (крепениновая кислота), t7,t11-октадекадиен-9-иновая кислота (хайстеровая кислота), t8,t10-октадекадиен-12-иновая кислота, 5,8,11,14-эйкозатетраиновая кислота (ETYA).

Следует отметить, что в соответствии с настоящим изобретением также и основания, соответственно и соли, вышеуказанных жирных кислот должны относиться к группе под общим названием жирные кислоты или свободные жирные кислоты.

Примерами подходящих органических и неорганических оснований для образования солей являются основания, полученные из ионов металлов, например, алюминия, ионов щелочных металлов, таких как натрий или калий, ионов щелочноземельных металлов, таких как кальций или магний, или ионов солей амина или гидроксидов щелочных или щелочноземельных металлов, -карбонатов или -бикарбонатов. Примеры включают водный гидроксид натрия, гидроксид лития, карбонат кали, аммиак и бикарбонат натрия, соли аммония, первичные, вторичные и третичные амины, такие как, например, низшие алкиламины, такие как метиламин, трет-бутиламин, прокаин, этаноламин, арилалкиламины, такие как дибензиламин и N,N-дибензилэтилендиамин, низшие алкилпиперидины, такие как N-этилпиперидин, циклоалкиламины, такие как циклогексиламин или дициклогексиламин, морфолин, глюкамин, N-метил- и Ν,Ν-диметилглюкамин, 1-адамантиламин, бензатин, или соли, полученные из аминокислот, таких как лизин, орнитин, или амиды органических нейтральных или кислотных аминокислот или тому подобное.

Следующие карбоновые кислоты являются предпочтительныеми примерами жирных кислот:

октановая кислота (каприловая кислота), декановая кислота (каприновая кислота), додекановая кислота (лауриновая кислота), тетрадекановая кислота (миристиновая кислота), гексадекановая кислота (пальмитиновая кислота), гептадекановая кислота (маргариновая кислота), октадекановая кислота (стеариновая кислота), эйкозановая кислота (арахидиновая кислота), докозановая кислота (бегеновая кислота), тетракозановая кислота (лигноцериновая кислота), цис-9-тетрадеценовая кислота (миристолеиновая кислота), цис-9-гексадеценовая кислота (пальмитолеиновая кислота), цис-6-октадеценовая кислота (петроселиновая кислота), цис-9-октадеценовая кислота (олеиновая кислота), цис-11-октадеценовая кислота (вакценовая кислота), цис-9-эйкозеновая кислота (гадолеиновая кислота), цис-11-эйкозеновая кислота (гондоевая кислота), цис-13-докозеновая кислота (эруковая кислота), цис-15-тетракозеновая кислота (ацетэруковая кислота), t9-октадеценовая кислота (элаидиновая кислота), t11-октадеценовая кислота (t-вакценовая кислота), t3-гексадеценовая кислота, 9,12-октадекадиеновая кислота (линолевая кислота), 6,9,12-октадекатриеновая кислота (γ-линолевая кислота), 8,11,14-эйкозатриеновая кислота (дигомо-y-линолевая кислота), 5,8,11,14-эйкозатетраеновая кислота (арахидоновая кислота), 7,10,13,16-докозатетраеновая кислота, 4,7,10,13,16-докозапентаеновая кислота, 9,12,15-октадекатриеновая кислота (α-линоленовая кислота), 6,9,12,15-октадекатетраеновая кислота (стеаридоновая кислота), 8,11,14,17-эйкозатетраеновая кислота, 5,8,11,14,17-эйкозапентаеновая кислота (EPA), 7,10,13,16,19-докозапентаеновая кислота (DPA), 4,7,10,13,16,19-докозагексаеновая кислота (DHA), 5,8,11-эйкозатриеновая кислота (медовая кислота), 9c 11t 13t элеостеариновая кислота, 8t 10t 12c календовая кислота, 9c 11t 13c катальповая кислота, 4,7,9,11,13,16,19 докозагептадекановая кислота (стеллагептаеновая кислота), таксолевая кислота, пиноленовая кислота, сциадоновая кислота, 6-октадециновая кислота (тарировая кислота), t11-октадецен-9-иновая кислота (санталбовая или ксименовая кислота), 9-октадециновая кислота (стеароловая кислота), 6-октадецен-9-иновая кислота (6,9-октадецениновая кислота), t10-гептадецен-8-иновая кислота (пуриловая кислота), 9-октадецен-12-иновая кислота (крепеновая кислота), t7,t11-октадекадиен-9-иновая кислота (хайстеровая кислота), t8,t10-октадекадиен-12-иновая кислота, 5,8,11,14-эйкозатетраиновая кислота (ETYA), элеоостеариновая кислота, календовая кислота, катальповая кислота, стеллагептаеновая кислота, таксолеиновая кислота, ретиноевая кислота, изопальмитиновая кислота, пристановая кислота, фитановая кислота, 11,12-метиленоктадекановая кислота, 9,10-метиленгексадекановая кислота, коронаровая кислота, (R,S)-липоевая кислота, (S)-липоевая кислота, (R)-липоевая кислота, 6,8-бис(метилсульфанил)октановая кислота, 4,6-бис(метилсульфанил)гексановая кислота, 2,4-бис(метилсульфанил)бутановая кислота, 1,2-дитиоланкарбоновая кислота, (R,S)-6,8-дитианоктановая кислота, (R)-6,8-дитианоктановая кислота, (S)-6,8-дитианоктановая кислота, цереброновая кислота, гидроксиацетэруковая кислота, рицинолеиновая кислота, лесквероловая кислота, брассиловая кислота и тапсоновая кислота.

Жирные кислоты в крови

У млекопитающих жирные кислоты служат физиологически важными энергетическими веществами и играют ключевую роль в энергетическом метаболизме. Кроме того, они являются важными субстратами для синтеза мембранных фосфолипидов и биологически активных агентов, таких как эйкозаноиды и лейкотриены. Организм млекопитающих в значительной степени зависит от жирных кислот, как поставщиков химически аккумулированной энергии, строительных блоков клеточных мембран и для передачи сигналов. Основным источником жирных кислот являются пищевые липиды, переваренные в желудочно-кишечном тракте благодаря каталитическому действию гидролитических ферментов поджелудочной железы. Часть жирных кислот вырабатывается печенью, запасающей углеводы в качестве субстрата. Однако большой процент жирных кислот хранится в жировых клетках (адипоцитах), включающих адипозную ткань в форме триацилглицерина.

Концентрация этерифицированных и неэтерифицированных жирных кислот в крови зависит от нескольких факторов, таких как усвоение пищи или выделение из адипозной ткани. Жирные кислоты могут быть связаны с другими молекулами или присоединены к другим молекулам, таким как триглицериды или фосфолипиды, или к небольшому проценту жирных кислот, оставшихся несвязанными. В любом случае жирные кислоты нерастворимы в воде и должны быть связаны с растворимым в воде компонентом для транспорта в организме. Транспорт жирных кислот в организме осуществляется за счет лимфатической и сосудистой систем. В основном существуют две транспортные формы: жирные кислоты могут переноситься как триацилглицерины, которые представляют собой основной компонент циркулирующих липобелков, таких как хиломикроны и липобелки очень низкой плотности, или как неэтерифицированные жирные кислоты, которые связаны с белками плазмы, в частности, с альбумином плазмы. Свободные жирные кислоты, которые ни с чем не связаны, обладают очень низкой растворимостью и присутствуют только в очень низких концентрациях.

Состав, распределение и концентрации жирных кислот в крови человека могут сильно отличаться и состоят из суммы различных фракций плазмы: эфиры холестерина, фосфолипиды и триацилглицерины, также как связанные с альбумином жирные кислоты. Насыщенные жирные кислоты в крови человека представлены в основном миристиновой кислотой (14:0), пальмитиновой кислотой (16:0) и стеариновой кислотой (18:0). Основной тип мононенасыщенных жирных кислот принадлежит к группе, состоящей из олеиновой кислоты (18:1) и пальмитолеиновой кислоты (16:1). Полиненасыщенные омега-3 жирные кислоты включают линоленовую кислоту (18:3), эйкозапентаеновую кислоту (20:5), докозапентаеновую кислоту (22:5) и докозагексаеновую кислоту (22:6). Полиненасыщенные омега-6 жирные кислоты включают в основном линолевую кислоту (18:2), эйкозадиеновую кислоту (20:2), дигомогаммалиноленовую кислоту (20:3), арахидоновую кислоту (20:4), адреновую кислоту (22:4) и докозапентаеновую кислоту (22:5). Концентрации других жирных кислот обычно очень низки в цельной крови, но могут меняться в зависимости от генетики, питания и образа жизни.

Концентрации жирных кислот в крови повышены у страдающих ожирением пациентов и вносят вклад в диабет 2 типа, гепатический стеатоз и некоторые сердечно-сосудистые нарушения, такие как атеросклероз. Была выяснена патогенетическая роль жирных кислот в развитии атеросклероза и связанных с ним таких заболеваний, как церебральные, миокардиальные, почечные, эректильные дисфункции. Без претензий на полноту, далее будут исследованы некоторые аспекты. Было обнаружено, что повышение содержания жирных кислот отвечает за увеличение образования реакционноспособных кислородных радикалов, что вызывает эндотелиальную дисфункцию, которую можно ослабить, используя антиоксидант (Pleiner et al., FFA-induced endothelial dysfunction can be corrected by vitamin C. J Clin Endocrinol Metab 2002, 87, 2913-7). Указанный эффект усиливается за счет транс-жирных кислот, которые, как предполагают, обладают дополнительными вредными эффектами (Lopez Garcia et al., Consumption of trans-fatty acids is related to plasma biomarkers of inflammation and endothelial dysfunction. J Nutr 2005, 135, 562-566; Mozaffarian et al., Health effects of trans-fatty acids: experimental and observational evidence. Eur J Clin Nutr 2009, 63 Suppl 2, S5-21). Их обвиняют в повышении кровяного давления, и было обнаружено, что они являются патогенетическим фактором возникновения артериальной гипертонии (Zheng et al., Plasma fatty acid composition and 6-year incidence of hypertension in middle-aged adults: the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Am J Epidemiol 1999, 150, 492-500). Было обнаружено, что транс-жирные кислоты повышают риск инфаркта миокарда и неожиданной остановки сердца (Ascherio et al., Trans-fatty acids intake and risk of myocardial infarction. Circulation 1994, 89, 94-101; Baylin et al, High 18:2 Trans-fatty acids in adipose tissue are associated with increased risk of nonfatal acute myocardial infarction in Costa Rican adults. J Nutr 2003, 133, 1186-1191). Наряду с постоянным увеличением концентрации жирных кислот в крови, они ответственны за резистентность к инсулину и развитие сахарного диабета (Krachler et al., Fatty acid profile of the erythrocyte membrane preceding development of type 2 diabetes mellitus. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2008, 18, 503-510; Lionetti et al, From chronic overnutrition to insulin resistance: the role of fat-storing capacity and inflammation. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2009, 19, 146-152; Yu et al., Mechanism by which fatty acids inhibit insulin activation of insulin receptor substrate-1 (IRS-l)-associated phosphatidylinositol 3-kinase activity in muscle. J Biol Chem 2002, 277, 50230-50236). В настоящее время считают, что повышенный оборот жирных кислот, как результат хронического переедания, является наиболее важным патологическим механизмом в развитии большинства обычных заболеваний в промышленных странах (Bays, "Sick fat," metabolic disease, and atherosclerosis. Am J Med 2009, 122, S26-37). Медицинского лечения для эффективного снижения избыточного веса не существует (Aronne et al., When prevention fails: obesity treatment strategies. Am J Med 2009, 122, S24-32). Однако можно найти полных людей, которым удалось снизить массу тела и таким образом значительно уменьшить возможность заболеваний, вызываемых жирными кислотами (Lien et a, The STEDMAN project: biophysical, biochemical and metabolic effects of a behavioral weight loss intervention during weight loss, maintenance, and regain. Omics 2009, 13, 21-35; Schenk et a, Improved insulin sensitivity after weight loss and exercise training is mediated by a reduction in plasma fatty acids mobilization, not enhanced oxidative capacity. J Physiol 2009, 587, 4949-4961). Поэтому желательно создать устройство для эффективного снижения полного количества жирных кислот и предпочтительно кислот с повышенной патогеничностью.

Было обнаружено, что хирургическое удаление подкожной адипозной ткани является неэффективным в отношении уменьшения концентрации или количественного содержания циркулирующих жирных кислот. Удаление фракции липопротеинов с высокой концентрацией холестерина путем непосредственной адсорбции из крови можно осуществить, используя адсорбцию или фильтрацию указанных частиц. Такие процедуры для он-лайн очистки крови называют LDL аферезом. Хотя они созданы для снижения содержания LDL холестерина, они также адсорбируют триглицериды. Однако количество экстрагируемых триглицеридов недостаточно для снижения содержания жирных кислот в организме.

Содержание жирных кислот в крови является низким в голодном состоянии в покое. Однако наблюдается значительное повышение во время липолиза (см. далее). Из-за нерастворимости в водной среде транспорт неэтерифицированных жирных кислот осуществляется белками и клеточными структурами (Spector et al., Utilization of long-chain free fatty acids by human platelets. J Clin Invest 1970, 49, 1489-1496). Основным транспортным белком крови является альбумин. Было документально установлено наличие по меньшей мере 10 специфических сайтов связывания жирных кислот. Однако связывающая способность может резко возрасти за счет образования мицеллярных структур с жирными кислотами в условиях избытка жирных кислот или других липидов (Schubiger et al., Mixed micelles: a new problem-free solution for omega-¹²³I-heptadecanoic acid in comparison. Nuklearmedizin 1984, 23, 27-28). При молярности альбумина около 600 мкмоль/л будет наблюдаться связывающая способность по меньшей мере 0,006 моль/л для жирных кислот, что соответствует примерно 0,0035 кг/л (Berk and Stump, Mechanisms of cellular uptake of long chain free fatty acids. Mol Cell Biochem 1999, 192, 17-31).

Кроме того, жирные кислоты переносятся в этерифицированной форме, как моно-, ди- или триацилглицерины. Концентрация в сыворотке в голодном состоянии значительно изменяется. Однако общепризнанные нормальные значения должны быть ниже 150 мг/дл (1,7 моль/л). После приема пищи или во время тренировки концентрация может возрасти в несколько раз и даже может превысить 1000 мг/дл (11,3 ммоль/л).

Существуют лишь скудные сообщения, в которых исследуют различия в содержании липидов в различных сайтах внутри циркуляции. В указанных исследованиях было обнаружено, что значительно более высокие значения для жирных кислот и триглицеридов существуют в центральной венозной системе (Vena cava) по сравнению с другими изученными сайтами (Wiese et al., Lipid composition of the vascular system during infancy, childhood, and young adulthood, J. Lipid Res. 1967, 8, 312-320; Zauner et al., Pulmonary arterial-venous differences in lipids and lipid metabolites. Respiration 1985, 47, 214-219). Отсутствуют сообщения об изменениях содержания липидов в центральной венозной системе во время тренировок и при индуцированном липолизе.

В настоящее время было обнаружено, что во время физических тренировок содержание липидов резко возрастает в центральных абдоминальных венах, демонстрируя увеличивающуюся разницу в содержании липидов в центральном и периферическом сайте доступа, как раскрыто далее. Таким образом, уменьшение содержания жирных кислот в крови с использованием раскрытых в описании способов и устройств и солюбилизирующих соединений можно использовать для лечения указанных выше заболеваний, связанных с повышенным уровнем содержания жирных кислот в крови или в организме.

Таким образом, настоящее изобретение относится к лечению и профилактике заболеваний, вызванных жирными кислотами, таких как диабет 2 типа, печеночный стеатоз, сердечно-сосудистые заболевания, такие как артериальная гипертония, инфаркт миокарда, удар, неожиданная смерть от инфаркта, атеросклероз, заболевания, связанные с атеросклерозом, такие как церебральная, миокардиальная, почечная и эректильная дисфункции, также как к снижению веса и к снижению содержания холестерина и также к профилактике резистентности к инсулину и профилактике развития сахарного диабета, за счет использования раскрытых в изобретении солюбилизирующих соединений для удаления жирных кислот из крови.

Липолиз

Плазменные жирные кислоты представляют собой важный энергетический субстрат. Доступность жирных кислот определяют преимущественно по их мобилизации из хранилищ триацилглицерина в адипозной ткани в процессе липолиза. У человека липолиз адипозной ткани регулируется рядом гормональных, паракринных и/или автокринных сигналов. Основные гормональные сигналы могут быть представлены катехоламинами, инсулином, гормоном роста, натрийуретическими пептидами, тироксином и некоторыми адипоцитокинами (Stich and Berlan, Phisiological regulation of NEFA availability: lypolysis pathway. Proc Nutr Soc 2004, 63, 369-374). Абсолютные уровни и относительные важность и вклад указанных сигналов меняются в различных физиологических ситуациях, причем питание и физические упражнения являются основными физиологическими переменными, которые влияют на систему гормональных сигналов. Семейство ферментов, называемых липазами, с различными функциями отвечает за разрушение триглицеридов, находящихся внутри жировых клеток для хранения энергии. Углеводороды и жирные кислоты представляют собой основные энергоресурсы для мышечных сокращений. Во время упражнений липолиз высвобождает 7,1+/-1,2 макромоль×мин(-1)×кг(-1) веса тела, что приводит к выделению жирных кислот порядка 420Ό мкмоль в час у человека весом 100 кг, что эквивалентно 0,15 кг жирных кислот (Coggan et al., Fat metabolism during high-intensity exercise in endurance-trained и untrained men. Metabolism 2000, 49, 122-128). Однако стимуляция липолиза фармакологическим вмешательством и/или локальными физическими мерами может далее повысить липолитическую способность. Липолиз повышается вплоть до троекратного за счет систематического применения природных рецепторных агонистов или лекарственных средств (Riis et al., Elevated regional lypolysis in hyperthyroidism. J Clin Endocrinol Metab 2002, 87, 4747-4753; Barbe et al., In situ assessment of the role of the beta 1-, beta 2- и beta 3-adrenoceptors in the control of lypolysis and nutritive blood flow in human subcutaneous adipose tissue. Br J Pharmacol 1996, 117, 907-913). Агонисты адренорецепторов, демонстрирующие стимулирование липолиза: адреналин, норадреналин, изопреналин, эфедрин, изопротериол, салбутамол, теофиллин, фенотерол или ципреналин и др.

Липолитические эффекты были также описаны для физических изменений жировой ткани. Исследователи обнаружили, что ультразвук обладает ожижающим эффектом в отношении адипозной ткани, что приводит к уменьшению содержания жировой ткани, если это осуществляется по время голодания (Faga et al., Ultra sound-assisted lypolysis of the omentum in dwarf pigs. Aesthetic Plast Surg 2002, 26, 193-196; Miwa et al., Effect of Ultra sound application on fat mobilization. Pathophysiology 2002, 9, 13).

Хотя для всех вышеизложенных измерений усиление липолиза было документировано, измеряемое влияние на концентрации неэтерифицированных жирных кислот было маленьким. В пилотном исследовании было обнаружено, что после стимуляции липолиза содержание жирных кислот существенно повышается, если его измеряют, используя способ по настоящему изобретению для солюбилизации жирных кислот. Кроме того, было обнаружено, что содержание жирных кислот гораздо выше в абдоминальной венозной системе, чем в периферической циркуляции. Этот факт оказался неожиданным, так как он не наблюдался в исследованиях на животных, при измерении образцов крови из различных участков, взятых одновременно.

Поэтому стимуляция липолиза по время осуществления очистки крови от жирных кислот способом по настоящему изобретению и использование центральной абдоминальной вены в качестве сайта доступа является предпочтительным вариантом настоящего изобретения.

Экстрагируемую часть можно увеличить, если содержание этерифицированных и неэтерифицированных жирных кислот транспортируемых в крови можно повысить, осуществляя указанный способ. Неожиданно оказалось, что задачу можно решить, усиливая липолиз способом по настоящему изобретению.

Сольватация и адгезия жирных кислот в водной среде

Растворимость карбоновых кислот в воде минимальна, если длина углеродной цепочки превышает 4 атома углерода и в отсутствие гидроксильных (-OH) групп, карбоксильных (-COOH) групп или других полярных гидрофильных или заряженных групп и/или при введении алкильных заместителей или других липофильных групп.

Растворимость можно повысить, используя детергенты, которые проникают в мицеллы жирных кислот, снижая тем самым их стабильность, уменьшая их размеры и увеличивая число свободных молекул жирных кислот в водной среде. Как свободные жирные кислоты, так и мицеллы имеют тенденцию связываться с липотропными структурами. Среди них можно указать углерод, металлы, керамику, природные и синтетические полимеры. Кроме того, органические структуры содержат липофильные участки, причем некоторые из них сконструированы специально для того, чтобы связывать жирные кислоты, которые образуют мембранные или липидные транспортные белки. Пространственные сайты связывания представлены главным образом гидрофобными аминокислотами.

В крови липиды электростатически связаны со специализированными транспортными белками. Жирные кислоты, главным образом, переносятся альбумином. Связывание жирных кислот с молекулами альбумина основано также на силах электростатического взаимодействия, которые локализованы в гидрофобных карманах. Энергия связывания таких карманов меняется, однако pK_a для всех из них существенно выше, чем CMC жирных кислот. Поэтому жирные кислоты остаются в окружающей среде даже после полного удаления свободных жирных кислот. Было обнаружено, что отделение жирных кислот от альбумина является почти полным, если используют органические растворители для их высвобождения, из-за их лучшего растворения в органических растворителях. Однако такие растворители изменяют структуру белков, делая их непригодными для дальнейшего процесса или использования в живом организме. Для использования альбумина для медицинских или других целей необходимо уменьшить содержание в них жирных кислот, не изменяя при этом структуры и функциональности альбумина. Указанную задачу можно решить путем активирования частиц углерода, которые обладают более высокой связывающей способностью с жирными кислотами, чем с альбумином. Однако указанный процесс нуждается в дополнительной стадии для очистки альбумина. Поэтому вплоть до настоящего времени не существовало способа, который позволил бы быстро освободить и солюбилизировать все содержащиеся в молекулах альбумина жирные кислоты в водной среде, который не изменяет ультраструктуру и функции молекул альбумина.

Карбоновые кислоты также переносятся в пузырьках фосфолипидов. Электростатические взаимодействия между углеводородной цепочкой карбоновых кислот и цепочкой фосфолипидов удерживают карбоновые кислоты от диффузии в окружающую водную среду. С необходимыми поправками это применимо также к другим органическим растворам, биомассам или органическим сточным водам. В органических растворах, предназначенных для дальнейшей модификации, очистки или использования, где желательно не использовать органический растворитель, желателен альтернативный биосовместимый способ. До сих пор такой способ отсутствует.

Неожиданно оказалось, что этой цели можно достичь путем использования по меньшей мере одного солюбилизирующего соединения, как раскрыто в описании, включающего по меньшей мере один амидинофрагмент и/или по меньшей мере один гуанидинофрагмент, и особенно солюбилизирующего соединения общей формулы (I), (II) и (III) и наиболее предпочтительно аргинина и его производных.

Подлежащие удалению карбоновые кислоты обычно содержатся в водной среде или в водных растворах, таких как кровь или плазма крови, или в водных эмульсиях, таких как молоко, или в органической среде, такой как топливо, газ, биодизельное топливо, газолин, бензин и тому подобные, или в маслах, таких как растительные масла, такие как льняное масло, ореховое масло, олифа, масло энотеры, масло подсолнечника, масло семян подсолнечника, соевое масло, рапсовое масло, оливковое масло, оливковое масло первого отжима, пальмовое масло, масло пальмовых косточек, арахисовое масло, хлопковое масло, кокосовое масло, кукурузное масло, масло виноградных косточек, масло фундука, рисовое масло, сафлоровое масло, кунжутное масло, также как животные масла, такие как рыбий жир, или содержащиеся в жирах, таких как сливочное масло, олеомаргарин или маргарин.

В случае, если карбоновые кислоты находятся в воде, водной среде, водной эмульсии или в водной суспензии, по меньшей мере одно солюбилизирующее соединение можно непосредственно добавить к водной среде, эмульсии или суспензии, или по меньшей мере одно солюбилизирующее соединение можно растворить в воде, и полученный водный раствор можно добавить к водной среде, эмульсии или суспензии, содержащим карбоновые кислоты. После такого добавления происходит образование наноэмульсий и/или микроэмульсий.

В случае, если карбоновые кислоты находятся в органической среде или липофильной органической среде, солюбилизирующее соединение растворяют в воде, и полученный раствор солюбилизирующего соединения в воде добавляют к органической среде. Образуется двухфазная смесь, и карбоновые кислоты переходят в водную фазу. Считают, что образуется комплекс или агрегат одной молекулы карбоновой кислоты с одной молекулой солюбилизирующего соединения или их димер или тример, что делает карбоновую кислоту растворимой в воде. Таким образом, предпочтительно, перемешивать или встряхивать двухфазные смеси, состоящие из органического и водного слоя, для обеспечения интенсивного перемешивания указанных двух слоев. Карбоновые кислоты, содержащиеся в водной фазе, можно удалить, используя фазовое разделение. При желании, способ экстрагирования можно повторить. В случае если карбоновые кислоты находятся в масле или жире, солюбилизирующее соединение растворяют в воде и полученный раствор солюбилизирующего соединения в воде добавляют к маслу или жиру. При желании, органический растворитель можно добавлять в масло или жир для уменьшения вязкости масла или жира, чтобы обеспечить лучшую перемешиваемость масла или жира. Смесь масла или жира и водного раствора солюбилизирующего соединения перемешивают. Карбоновые кислоты переходят в водную фазу, и водную фазу можно удалить, используя декантирование или фазовое разделение. При желании, процесс экстрагирования можно повторять несколько раз.

Таким образом, настоящее изобретение также относится к водной микроэмульсии и/или водной наноэмульсии, содержащей по меньшей мере одно солюбилизирующее соединение и по меньшей мере одну карбоновую кислоту в микроэмульгированной или в наноэмульгированной форме.

Если солюбилизирующее соединение используют в избытке порядка 1,2-2,8, предпочтительно 1,5-2,5 и более предпочтительно в избытке 1,7-2,3 молярных эквивалентов, оказывается возможным удалить более чем 90% карбоновых кислот за одну стадию экстрагирования. Если стадию экстрагирования повторяют дважды, можно удалить вплоть до 99% карбоновых кислот.

Карбоновые кислоты, которые можно удалить, представляют собой карбоновые кислоты, содержащие более чем 5 атомов углерода, более предпочтительно более чем 7 атомов углерода, и особенно предпочтительно более чем 9 атомов углерода. Предпочтительно, чтобы указанные карбоновые кислоты представляли собой жирные кислоты, как раскрыто в описании, хотя способом настоящего изобретения можно также удалять другие липофильные соединения, содержащие карбоксильную группу или группу карбоновой кислоты, такие как лекарственные средства или токсины. Одной из карбоновых кислот, которая однозначно исключена из настоящего изобретения, является напроксен. Кроме того, целью настоящего изобретения не является создание способов и соединений или устройств для солюбилизации лекарственных препаратов с целью получения галеновых композиций. Особенно предпочтительны удаление и солюбилизация нафтеновых кислот из масел, бензина, газа и топлива. Из карбоновых кислот наиболее предпочтительны такие карбоновые кислоты, которые содержат двойные и/или тройные связи, такие как ненасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты. Еще более предпочтительны физиологические карбоновые кислоты, и особенно такие физиологические карбоновые кислоты, которые находятся в организмах людей. Для промышленных целей ненасыщенные жирные кислоты предпочтительно удаляют и солюбилизируют из исходных материалов, таких как масла и жиры, тогда как для медицинских целей указанные