English version
ПРИМЕНЕНИЕ НАНО- И МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И АДРЕСНОЙ ДОСТАВКИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННЫХ АНТИГЕЛЬМИНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
Архипов И.А.1, Халиков С.С.2, Душкин А.В.3, Поляков Н.Э.4, Мусаев М.Б.1, Варламова А.И.1, Садов К.М.5,
Лимова Ю.В.5, Скира В.Н.6
1 Всероссийский НИИ фундаментальной и прикладной паразитологии животных и растений им. К.И. Скрябина
2 Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН
3 Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
4 Институт химической кинетики и горения СО РАН
5 Самарская научно-исследовательская ветеринарная станция
6 Федеральное агентство научных организаций
Паразитарные болезни животных представляют крупную научно- хозяйственную проблему, которая обусловлена широким распространением паразитарных заболеваний, причиняющих большой экономический ущерб и вред здоровью. Сельскохозяйственные животные в отдельных регионах до 70- 80% заражены паразитами, которые вызывают значительное снижение продуктивности и нередко гибель животных. Для решения этой проблемы необходима разработка противопаразитарных препаратов, обладающих высокой эффективностью и безопасностью для организма. Лечение паразитарных болезней осуществляется, в основном, импортными препаратами или препаратами, производимыми в РФ на основе зарубежных субстанций. Разработанные нами в предыдущие годы препараты не производятся из-за развала химических предприятий, а современные фирмы производят лекарственные препараты на основе импортных субстанций, которые закупаются из-за рубежа в больших объемах. В связи с этим, нами предложена новая инновационная технология на основе механохимической технологии получения супрамолекулярных комплексов лекарственных молекул с гидрофильными носителями - растительными и синтетическими полимерами, а также с веществами липофильно-гидрофильной природы в качестве систем доставки лекарственных молекул (Drug Delivery Systems), позволяющих повысить их растворимость, проницаемость, биодоступность и эффективность и снизить дозу препарата в 5-10 раз. Кроме того, расширяется спектр действия препаратов, уменьшается расход и закупка импортных субстанций.
В последние годы в фармацевтической химии для разработки инновационных фармацевтических препаратов наиболее востребованы системы доставки лекарственных молекул путем их включения в супрамолекуляpные системы типа «гость - хозяин», где «гость» - молекулы лекарственных веществ, а «хозяин» - частица носитель - полисахариды, липосомы, мицеллы или наноразмерные неорганические частицы.
Повышенный фармакологический эффект таких структур достигается за счет повышения мембранной проницаемости и улучшенной доставки молекул лекарств к активным центрам соответствующих рецепторов организма, то есть использования инновационных подходов Drug Delivery. Свойства таких систем доставки во многом определяются составом комплексов (композиций) и технологиями их получения. Ранее нами разработана оригинальная твердофазная механохимическая технология получения твердых фармацевтических дисперсных систем, позволяющая изменять растворимость практически нерастворимых субстанций за счет образования супрамолекулярных комплексов с полисахаридами. Преимуществами механохимического подхода в получении комплексов типа "гость-хозяин" являются возможность получения этих комплексов для плохо или практически нерастворимых субстанций. При этом, отказ в технологии использования растворителей или расплавов уменьшает вероятность нежелательных побочных реакций. Предлагаемая технология масштабируема и позволяет добиться большой производительности (до 100 кг в час по сухому веществу), она базируется на относительно простом оборудовании, разработанном и производящемся в РФ и безотходном производстве. На примерах ряда субстанций антигельминтиков альбендазола и фенбендазола была показана высокая фармакологическая эффективность препаратов, полученных на использовании разработанных нами подходов. Так, в лабораторных и полевых исследованиях на с/х животных была продемонстрирована возможность повышения терапевтической активности, либо снижения в несколько раз действующих лекарственных доз для ряда использующихся на практике лекарственных средств (альбендазол, фенбендазол и пр.) [1, 2]. Полученные результаты открывают перспективу ускоренного создания широкого кругa лекарственных средств, обладающих повышенной терапевтической эффективностью и безопасностью на основе уже разрешенных к применению лекарственных веществ. Выпуск таких препаратов позволит провести значительные замещения использования импортных лекарств.
Значительный потенциал модификации имеет препарат альбендазол (АБЗ). Как известно, антигельминтную активность имеют как молекулы самого АБЗ, так и его первичного метаболита - сульфоксида, тем самым обеспечивая повышенное антигельминтное действие на гельминтов. Недостатком официнального АБЗ является его крайне низкая водорастворимость и связанная с этим низкая абсорбция и биодоступность (< 5 %) при пероральном приеме. В уже проведенных исследованиях показано, что включение АБЗ в комплексы с арабиногалактаном, выделяемым из древесины лиственниц Larix sitirica и Larix gmelinii, позволяет многократно увеличить его водорастворимость, а также нематодоцидную активность при отсутствии токсичности. Предварительные опыты и получение 2-х патентов по альбендазолу дают основание на получение запланированных результатов.
Также, по нашему мнению, значительный потенциал модификации имеет препарат празиквантел/бильтрицид. Он имеет и довольно высокую (до 80%) биодоступность. Однако форма фармакокинетической кривой у него затянута по времени из-за медленного растворения и всасывания в ЖКТ. Поэтому действующие концентрации празиквантела в плазме крови невелики, что приводит к необходимости использования его в больших дозах и не обеспечивают достаточную эффективность препарата, в частности при лечении описторхоза. В этом случае повышение растворимости и мембранной проницаемости празиквантела за счет его включения в межмолекулярные комплексы и мицеллы могут значительно ускорить всасывание и повысить его действующую концентрацию в плазме, тем самым обеспечивая усиление противопаразитарного действия.
В ближайшие годы, согласно прогнозу на будущее, нанотехнологические/супрамолекулярные системы доставки лекарственных веществ, займут 90% рынка инновационных лекарств. Использование технологий Drug Delivery System обеспечивает повышение эффективности и безопасности препаратов путем высвобождения действующего вещества и последующей его транспортировки через биологические мембраны к месту действия. Учитывая то, что около 45% лекарственных веществ обладают недостаточной растворимостью, а 80% лекарств применяются перорально, становится понятна важность управления солюбилизационными характеристиками этих лекарственных средств.
Для повышения терапевтического эффекта и разработки форм применения нерастворимых препаратов широко используют нанолекарственные технологии. Для доставки лекарств применяют липосомы, микро/наноэмульсии, мицеллы, твердые наночастицы, полимерные наночастицы и нанокристаллы. Однако использование липосомных носителей ограничивается коротким сроком хранения. Другие наноносители имеют меньший интерес из-за физической нестабильности, плохой воспроизводимости и потенциальной токсичности. Для нерастворимых в воде, жирах и масле препаратов разрабатывают наноносители в инъекционных растворах. При этом нанокристаллы препарата имеют преимущество, так как они стали растворимыми. Так, пролонгированная суспензия полиперидона для инъекций, приготовленная на основе нанокристаллов, одобрена Европейским медицинским агентством.
Лекарственные нанокристаллы могут быть промежуточной стадией разработки для последующей наработки таблеток, капсул, аэрозолей, инъекционных растворов и других форм, назначаемых разными способами. Нанокристаллы могут производиться путем антирастворимой преципитации с использованием реактора в жидкой среде и гомогенизации препарата при высоком давлении или в мельнице. Кроме того, имеется прямая процедура получения нанокристаллов, которая имеет ограничения из-за использования вредных органических растворителей и трудности контроля размера частиц. Потенциальная нанокристаллотехнология лекарств способствует повышению биодоступности препаратов и при оральном применении, о чем свидетельствует пять разработанных препаратов с использованием нанокристаллов, которые одобрены FDA. Имеется сообщение о приготовлении нанокристаллов антигельминтика никлозамида в форме инъекций.
В последние годы все большее внимание привлекают безотходные твердофазные т.н. механохимические технологии получения уникальных материалов широкого спектра назначения. Эти технологии наиболее активно разрабатывались Российскими учеными. В последнее десятилетие в совместных работах сотрудников Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН и других институтов РАН (в т.ч. в ВНИИП им. К.И. Скрябина), обоснована перспективность применения механохимической технологии для получения усовершенствованных систем доставки лекарств (DDS) [1, 2]. Механохимическая технология позволяет наиболее эффективно получать твердые композиции лекарственных веществ, образующие при растворении весь спектр систем доставки типа «гость—хозяин». Механохимическая технология дает возможность сочетать вещества независимо от их растворимостей и образовывать более прочные системы «гость— хозяин», по сравнению с известными традиционными жидкофазными технологиями синтеза, а также избегать нежелательных побочных химических реакций, зачастую проявляющихся при использовании традиционных жидкофазных технологий. Российскими учеными исследовано несколько десятков широко использующихся лекарственных веществ и в подавляющем большинстве случаев удается добиться значительного повышения терапевтической активности либо снижения действующих лекарственных доз при сохранении базового действия, снижения нежелательных побочных эффектов.
В настоящие время исследования посвящены не разработке новых молекул противопаразитарных препаратов, а повышению эффективности имеющихся препаратов методами нанотехнологии и адресной доставки лекарственных средств. Эта задача решается разными группами ученых разными методами. Так в Германии и Голландии [7] занимаются разработкой нанокристаллов лекарственных препаратов, используя технологию в жидкой среде. Ученые из университета Гуанжу (КНР) [8] разрабатывают нанокристаллы антигельминтика никлозамида также в жидкой среде, а другие авторы [4] используют липосомальную адресную доставку препаратов. В нашей стране в г. Иваново Перловичем Г.Л. [6] разрабатываются нанокристаллы лекарственных препаратов с включением молекул растворителей. Однако, перечисленные конкуренты используют технологию создания препаратов в жидкой среде, которая более трудоемкая и требует больших затрат.
Предложенная нами технология получения противопаразитарных препаратов характеризуется простотой и выполняется в одну технологическую стадию путем интенсивной механохимической обработки смесей порошкообразных субстанций лекарственных средств и водорастворимых полимеров или веществ липофильно-гидрофильной природы в измельчителях ударно-истирающего типа до образования агрегатов измельченных частиц с размерами от 0,1 до 10 микрон. При этом продукты представляют с собой супрамолекулярные комплексы или твердые дисперсии компонентов, образующие эти комплексы при растворении в воде и имеют высокий показатель водорастворимости и фармакологической эффективности. Этот результат достигается и тем, что в процессе обработки молекулы действующих веществ распределяются в порах и на поверхности частиц/макромолекул носителей, что существенно изменяет свойства препарата. При этом обеспечивается улучшенная всасываемость препаратов в ЖКТ при пероральном приеме за счет ускоренного высвобождения действующих веществ и их транспортировки через биологические мембраны.
Для исследования полученных твердых фаз и анализов их химических составов будут использованы методы термического, рентгеноструктурного анализа, определения удельной поверхности, сканирующей электронной микроскопии, ИК и КР-спектроскопии, методы высокоэффективной жидкостной хроматографии и гель-фильтрационной хроматографии.
Для получения наиболее полной информации о строении комплексов включения и воздействии средств доставки на свойства мембран предполагается комплексное исследование проблемы с помощью методов динамического ЯМР (релаксационные методики, метод Pulse Field Gradient Spin Echo (PFGSE) для измерения коэффициентов диффузии, 2D спектроскопия), а также методов молекулярной динамики для моделирования изучаемых процессов. Для моделирования будет использован пакет программ GROMACS.
Заключение. Представлен анализ состояния разработки инновационных противопаразитарных препаратов на основе нано- и механохимической технологии и адресной доставки Drug Delivery System. Разработка супрамолекулярных комплексов противопаразитарных препаратов на основе механохимической технологии позволяет повысить растворимость, биодоступность и эффективность препаратов.
Литература: 1. Архипов И.А., Садов К.М. и др. //Сб.матер. науч. конф.«Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями». -2015. – Вып. 16. – С.18-20. 2. Халиков С.С., Чистяченко Ю.С. и др. // Химия в интервалах устойчивого развития . -2015. - №23. –С. 1-11. 3. Ali H.S., York P., Blagden N.// Int. y. Pharm. -2009. V. 375. –P.107-113. 4. Allen T.M., Cullis P.R. // Adv. Dgug Del. Rev. – 2013. –V.65, №1. – P.36-48. 5. Muller R.H., Gohla S., Keck C. M. // Eng. I. Pharm Biopharm. – 2011/- V.78, №1. –P.1-9. 6. Perlovich G.L., Tkachev V.V., Strakhova N.N. et al. // Y. Pharm. – 2009. –V.98, -P.4738-4755. 7. Van Erdenbrugh B., Van den Mooter G., Augustins P. // Int. Y. Pharm. -2008.- V.364. – №1. –P.64-75. 8. Yanghuan Ye, Xingwang Zhang, Tianpeng Zhang et al. // Dgug Del. Rev. – 2014. –Early Online: 1-9.
© 2016 The Author(s). Published by All-Russian Scientific Research Institute of Fundamental and Applied Parasitology of Animals and Plants named after K.I. Skryabin.
This is an open access article under the Agreement of 02.07.2014 (Russian Science Citation Index (RSCI) and the Agreement of 12.06.2014 (CABI.org / Human Sciences section).