Магистерский диплом (ВКР) на тему Оценка биокорректирующих свойств гидрогелей, иммобилизированных биологически активными веществами.

Содержание:

Введение 3

1. Сущность и свойства гидрогелей 7

1.1. Гидрогели: понятие и виды 7

1.2. Химические связи гидрогелей 9

1.3. Супрамолекулярные гидрогели как носители для биологически активных веществ 21

1.4. Биологически активные вещества в гидрогелях 26

2. Исследование биокорректирующих свойств гидрогелей, иммобилизированных биологически активными веществами 42

2.1. Характеристика объектов исследования 42

2.2. Характеристика методов исследования 55

2.4. Результаты испытаний 70

2.5. Технология производства изделия 98

2.6. Экологичность и безопасность продукта, его производства, влияние на жизнедеятельность живых организмов 105

Заключение 107

Список использованных источников 110

Введение:

Актуальность темы исследования. Во многих случаях лечение раз-личных повреждений кожи или ожогов, воспалительных кожных заболе-ваний, хронических ран и профилактика инфекционных заболеваний при повреждениях кожного покрова продолжают оставаться сложной и труд-норазрешимой проблемой в связи с распространением резистентности различных видов микроорганизмов к имеющимся антимикробным сред-ствам. Растущая потребность в новых эффективных перевязочных сред-ствах, неэффективность ватно-марлевой повязки для лечения экссудирую-щих ран и высокая цена повязок зарубежных производителей, значитель-но ограничивающая их применение в отечественном здравоохранении, ставит новую задачу – создание раневой повязки, позволяющей эффектив-но, длительно (до нескольких суток) и активно эвакуировать раневое отде-ляемое, обеспечивая только «вертикальный дренаж» и терапевтический эффект.

Объекты исследования: гидрогелевые раневые повязки на основе хи-тозана (ХТ) и хитозана с серебром (ХТ/Ag), пленки на основе хитозана и поли(2–этил–2–оксазолин) (ХТ/ПОЗ), сшитые пленки на основе ХТ/ПОЗ.

Предмет исследования: радиационное сшивание и основные законо-мерности формирования гидрогеля на основе ХТ и ХТ/Ag, физико- хими-ческие свойства гидрогелей на их основе, межмолекулярные взаимодей-ствия хитозана и поли(2-этил-оксазолином), физико-химические свойства и микробиологические исследования пленочных лекарственных форм на ос-нове хитозана и поли(2-этил-2-оксазолин).

Проблематика работы определяется тем, что важной задачей совре-менной химии медико-биологических полимеров является создание новых эффективных лекарственных форм, способных обеспечить пролонгиро-ванное и контролируемое высвобождение лекарственных препаратов и их адресную доставку к месту патологического процесса. Перспективность создания полимерных носителей с пролонгированным действием лекар-ственных веществ обусловлена тем, что большинство лекарственных пре-паратов, используемые в практической медицине обладают кратковремен-ным фармакологическим действием, с проявлением побочных эффектов на организм. В этой связи создание лекарственных форм (пленки, гели) на ос-нове водорастворимых и сшитых полимеров рассматривается как наибо-лее перспективное решение этой проблемы и представляет несомненную важность и актуальность темы исследования. Применение полимерных форм лекарственных препаратов создает определенные преимущества пе-ред обычными формами, а именно позволяет получить длительный тера-певтический эффект поддерживая равномерной концентрации лекарствен-ного вещества в организме в течении длительного времени, уменьшить по-бочное действие и сократить общий расход лекарственного вещества на курс лечения.

Цель работы заключается в научном обосновании принципов полу-чения новых гидрогелевых раневых повязок для лечения ран различной этиологии и мукоадгезивных пленочных форм для применения в офталь-мологии, отоларингологии, гинекологии, в характеристике особенностей физико- химических и медико-биологических свойств разработанных ме-дицинских изделий, а также разработке технологической схемы получения пленочных материалов и раневых повязок на основе хитозана.

В соответствии с целью исследования в работе были поставлены сле-дующие задачи:

1. Рассмотреть сущность и свойства гидрогелей.

2. Изучить супрамолекулярные гидрогели как носители для биоло-гически активных веществ.

3. Провести исследование биокорректирующих свойств гидрогелей, иммобилизированных биологически активными веществами.

4. Разработать технологию получения гидрогелевых и пленочных лекарственных форм на основе хитозана (расчет материального баланса установок, разработка функциональной схемы автоматизации, расчет тех-нико- экономических показателей процесса).

5. Обосновать экологичность и безопасность продукта, его произ-водства, влияние на жизнедеятельность живых организмов.

Гипотезы исследования:

1. Физико-химические и физико-механические характеристики по-лучаемых гидрогелевых повязок существенно зависят от содержания ХТ и наночастиц серебра в гидрогелях;

2. Высокая совместимость смесей на основе хитозана и поли(2-этил-2- оксазолина обусловлена формированием водородных связей меж-ду функциональными группами данных полимеров;

3. Использование полимерных смесей ХТ/ПОЗ позволяет полу-чить мукоадгезивные пленочные материалы с пролонгированным выделе-нием лекарственных веществ.

Теоретическую базу исследования составили работы М.И. Штильма-на, В.А. Жуковского, Л.С. Гальбрайха, Н.Р. Кильдеевой, И.М. Липатовой, Н.Д. Олтаржевской, Г.Е. Кричевского, М.А. Коровиной, В.Н. Филатова, В.В. Рыльцева, Е.О. Медушевой и др.

Методологической основой исследования являлись общенаучные и специальные методы в области современной химии и физики полимеров, используемые в медицинской практике. Использованы современные, объ-ективные методы исследования свойств полимеров: вискозиметрия, физи-ко- механический текстурный анализ, спектрофотометрический анализ, ме-тоды радиационной химии, стандартные и специально разработанные ме-тодики испытаний.

Научная новизна исследования связана с тем, что в ходе выполнения исследования разработаны новые мукоадгезивные лекарственные формы на основе хитозана и поли(2-этил-2-оксазолина), содержащие антибиотик ципрофлоксацин и анестетик лидокаина гидрохлорид и гидрогелевые по-вязки на основе хитозан/серебро с антимикробной активностью, которые могут использоваться для послеоперационного ухода, при лечении гной-ных заболеваний и пролежней. Разработана технологическая и функцио-нальная схемы автоматизации процесса получения полимерных пленок и раневых повязок на основе ХТ. Установленные в работе закономерности формирования гидрогелей на основе хитозана методом радиационного сшивания вносят существенный вклад в развитие теоретических представ-лений о методологии получения гидрогелевых раневых повязок и особен-ностях их физико-химических свойств. Результаты исследования межмоле-кулярных взаимодействий между хитозаном и поли(2-этил-2-оксазолином) могут быть использованы в научно- исследовательской практике при раз-работки других высокоэффективных систем с контролируемой адресной доставкой лекарственных препаратов.

Цель и задачи исследования определили структуру работы, которая представлена введением, двумя главами, заключением и списком исполь-зованных источников.

Заключение:

По результатам проведенных в работе исследований работы можно сделать следующие выводы:

1. Методом радиационного сшивания получены новые гидрогели на основе хитозана, которые проявляют более высокие сорбционные ха-рактеристики и адгезивные свойства по сравнению с коммерчески доступ-ными повязками AQUA DRESS®. Показано, что использование хитозана позволяет получать раневые повязки с меньшим процентным содержанием агар-агара без ухудшения механических и эксплуатационных характери-стик. При этом, увеличение хитозана приводит к образованию полимерной сетки с большей пористостью, что способствует повышению набухающей способности гидрогеля.

2. Впервые систематически исследованы механические, адгезив-ные и антимикробные свойства новых гидрогелевых материалов на основе хитозана. Показано, что увеличение дозы облучения для формируемых гидрогелей сопровождается повышением их модуля упругости и снижени-ем величины относительного удлинения при разрыве, что обусловлено образованием трехмерной структуры сетки большим числом поперечных сшивок. Кроме того, включение НЧ серебра способствует улучшению ме-ханических свойств полученных гидрогелей. Установлено, полученные гидрогели обладают более высокой адгезионной способностью к коже по сравнению с повязки AQUA DRESS®, что обусловлено, очевидно, нали-чием в их составе хитозана. Выявлено, наличие, синергетического эффекта относительно на антибактериальных свойства повязок, содержащих хито-зан и НЧ серебра.

3. Впервые комплексом современных методов изучено межмоле-кулярное взаимодействие хитозана с поли(2-этил-2-оксазолином). Данные ИК- спектроскопии, наличие одной температуры стеклования в смесях на термограммах ДСК, смещение широкого дифракционного пика от 23,3° до 19,2° на дифрактограммах WAХD свидетельствует о формировании водо-родных связей между гидроксильными и амидными группами ХТ с карбо-нильными группами ПОЗ, что обусловливает высокую совместимость сме-сей хитозана с поли(2-этил-2-оксазолином).

4. Впервые разработаны лекарственные формы в виде водорас-творимых и сшитых пленок на основе хитозана и поли(2-этил-2-оксазолина) различного состава. Полученные полимерные пленки иссле-дованы в качестве мукоадгезивных лекарственных форм с помощью тестов in vitro и in vivo. Показано, что мукоадгезивные свойства пленок обуслов-лены наличием хитозана в их составе, аминогруппы которого посредством электростатических взаимодействий связываются с отрицательно заряжен-ным составляющим слизистых оболочек — муцином. Установлено пролон-гированное высвобождение препаратов (натрия флуоресцеин, ципрофлок-сацин, лидокаина моногидрохлорид) из полимерных пленок ХТ/ПОЗ, по-казано возможность создания на их основе мукоадгезивных лекарственных форм в качестве глазных, вагинальных и буккальных пленок с контроли-руемым высвобождением. Результаты микробиологических испытаний пленок с лекарственным веществом (ципрофлоксацин) свидетельствует о высокой антибактериальной активности данных образцов против Staphylococcus aureus и Escherichia coli.

5. Разработаны технологические схемы получения гидрогелевых лекарственных форм и повязок на основе хитозана. Рассчитаны основные материальные потоки, составлен сводный материальный баланс. С целью автоматического управления над технологическим режимом и обеспечения высокого контроля качества готовой продукции разработана функцио-нальная схема автоматизации установки получения полимерной пленки, в частности блока подготовки формовочного раствора. Расчеты технико-экономических показателей производства полимерной пленки.

Полученные гидрогели на основе ХТ и ХТ/Ag могут быть эффектив-но использованы в медицинской практике в качестве раневых покрытий для лечения поражений кожного покрова. Водорастворимые и сшитые по-лимерные пленки на основе ХТ/ПОЗ, после проведения соответствующих клинических испытаний, могут быть рекомендованы для создания мукоад-гезивных лекарственных форм для применения в офтальмологии, стомато-логии и гинекологии. Установленные в работе закономерности формиро-вания гидрогелей на основе хитозана и межмолекулярных взаимодействий между хитозаном и поли(2-этил-2- оксазолином могут быть использованы в научно- исследовательской практике в качестве теоретического материа-ла при разработке других полимерных лекарственных форм с пролонги-рованным действием.

Полученные результаты характеризуются высоким научным и прак-тическим уровнем. Синтезированные в работе новые раневые повязки расширяют арсенал отечественных перевязочных материалов с антимик-робной активностью. Разработанные пленочные лекарственные формы на основе водорастворимых и сшитых (водонабухающих) полимеров имеют существенные преимущества. Их использование позволяет увеличить дли-тельность лечебного эффекта, снизить токсическое и побочное действие препаратов за счет пролонгированного действия, тем самым сократить ко-личество приемов лекарственного вещества и уменьшить общий расход препаратов на курс лечения.

Фрагмент текста работы:

1. Сущность и свойства гидрогелей

1.1. Гидрогели: понятие и виды

Гидрогели представляют собой широкую группу удивительных ма-териалов, которые могут увеличиваться в размерах благодаря своей спо-собности поглощать большой объем воды или других жидкостей, сохра-няя при этом целостность. Их механические свойства и свойства набухания могут часто меняться в зависимости от факторов окружающей среды. Эти свойства делают гидрогели охотно используемыми в различных областях, например, в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, адгезивах, средствах личной гигиены и, прежде всего, в биомедицинской области (от систем доставки биологически активных веществ (БАВ) и заживления ран до иммобилизации клеток и тканевой инженерии [1,2]).

Уникальные физические свойства гидрогелей делают их очень полез-ными в качестве носителей БАВ. Высокое содержание воды и гибкость де-лают гидрогели похожими на биологические ткани. Они биосовместимы и в минимальной степени поглощают белки из жидкостей организма. Их по-ристость можно легко регулировать степенью сшивания, и в структуру гидрогеля могут быть загружены молекулы разного размера.

Активные вещества, высвобождаемые из гидрогеля, также могут быть модифицированы путем контроля диффузии и набухания, а также с помощью химических процессов, таких как гидролитическое или фермен-тативное расщепление сетки гидрогеля. Особым преимуществом гидроге-лей является их способность реагировать на различные раздражители, та-кие как изменение рН или температуры, магнитное / электрическое поле, свет и присутствие ионов или других химических молекул [3,4,5,6,7].

Как правило, гидрогели подразделяются на два типа: химические и физические гидрогели.

Первая группа образуется в результате постоянного ковалентного сшивания гидрофильных, природных или синтетических полимеров. Такие гидрогели относительно стабильны и устойчивы к разложению, но также обладают низкой прозрачностью и часто являются хрупкими. Когда их ковалентные поперечные связи разрушаются, трехмерная структура необ-ратимо разрушается. Этот тип гидрогеля не обладает способностью к са-мовосстановлению. Включение БАВ в химические гидрогели может быть осуществлено путем сорбции в ранее приготовленный материал. Этот процесс занимает много времени, а объем загрузки ограничен. БАВ также могут быть загружены перед сшиванием гидрогеля. Однако реакция сши-вания может вызвать постоянное конъюгирование БАВ с полимерной мат-рицей, и гидрогелевое покрытие может стать небиодеградируемым из-за модификации его состава. Химическая структура и фармакокинетика БАВ также могут быть затронуты [8,9].

Гидрогели второй группы, также называемые супрамолекулярными гидрогелями, образуются в результате обратимых нековалентных взаимо-действий между макромолекулами и низкомолекулярными гелеобразова-телями [3,8]. Как правило, образование такого гидрогеля происходит в две стадии: самосборка и сшивание. Структура стабилизируется за счет созда-ния, например, водородных связей, гидрофобных, электростатических, координационных и взаимодействий хозяин–гость [8].

Процесс образования геля может быть инициирован различными фи-зическими (например, температурой, ультразвуком, светом, магнитным полем) и химическими факторами (например, изменениями рН), а также ферментативными реакциями [10].

Супрамолекулярные гидрогели, как и химические, обладают уме-ренными механическими свойствами. Их большим преимуществом являет-ся их способность к самовосстановлению повреждений и возвращению к своим первоначальным свойствам (свойствам самовосстановления) в ре-зультате создания обратимых нековалентных взаимодействий. Обычно они биосовместимы и легко разлагаются. Более того, супрамолекулярные гид-рогели демонстрируют обратимый золь–гель-переход в качестве реакции на биологически связанные стимулы. Это делает их полезными для приго-товления, например, гидрогелей для инъекций. Эти свойства обеспечивают возможность точной доставки активных веществ [1,2,7,8,11,12,13].