Сульфированные сетчатые полимеры – контейнеры биологически активных соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сульфированные сетчатые полимеры - контейнеры биологически активных соединений

Тематическое направление: Твердофазный нанореактор

Остапова Елена Владимировна, Шкуренко Галина Юрьевна, Лырщиков Сергей Юрьевич и Альтшулер Генрих Наумович

Институт углехимии и химического материаловедения.

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН.

Аннотация

полимерный сульфированный сетчатый никотиновый

Инкапсуляция биологически активных веществ в полимерных контейнерах - одно из перспективных направлений создания лекарственных препаратов пролонгированного действия. В данной работе в качестве контейнеров для биологически активных соединений (пиридинкарбоновых кислот) использованы сульфированные сетчатые полимеры. Исследована возможность иммобилизации никотиновой (НК) и изоникотиновой (ИНК) кислот в сульфокислотном катионите полистирольного типа КУ-2-8 и сульфированном поликаликсарене. Определена динамическая ионообменная емкость сульфированных сетчатых полимеров, реализующаяся в процессе сорбции НК и ИНК из растворов. Ёмкость сульфокатионита КУ-2-8 по обеим кислотам выше ёмкости поликаликсарена. По никотиновой кислоте ионообменная емкость сульфокатионита КУ-2-8 равна 1.89 ммоль/дм3, сульфированного поликаликсарена 0.61 ммоль/дм3 и соответствует содержанию сульфогрупп в них. По изоникотиновой кислоте ёмкости КУ-2-8 и поликаликсарена составляют соответственно 1.26 ммоль/дм3 и 0.52 ммоль/дм3. Выполнен анализ ЯМР-спектров 13С и 15N твердотельных образцов никотиновой кислоты, соли (C6H6NO2)2SO4, содержащей протонированную форму никотиновой кислоты, сульфированных полимеров, заполненных никотиновой кислотой и свободных от неё. Показано, что иммобилизованная в полимерах пиридинкарбоновая кислота находится в протонированной форме. Динамическим методом тонкого слоя выполнено изучение кинетики иммобилизации (адсорбции) пиридинкарбоновых кислот в полимерных контейнерах из их 0.01 М растворов в воде или в 0.01 М растворе соляной кислоты. Динамическим и статическим методами изучена десорбция кислот из полимеров с использованием воды и 0.01 М раствора соляной кислоты в качестве элюента. Скорости сорбции молекулярных и протонированных форм пиридинкарбоновых кислот на каждом полимере одинаковы. Никотиновая и изоникотиновая кислоты сорбируются с одинаковой скоростью. Скорости сорбции кислот совпадают со скоростями их десорбции 0.01 М раствором HCl в пределах ошибки определения. Скорость высвобождения пиридинкарбоновых кислот из полимерного контейнера существенно зависит от pH элюента. Время высвобождения пиридинкарбоновых кислот из полимеров при элюировании водой значительно превышает время десорбции с применением раствора соляной кислоты в качестве элюента.

Ключевые слова: сульфокатионит КУ-2-8, сульфированный поликаликсарен, никотиновая кислота, изоникотиновая кислота, иммобилизация.

Введение

Инкапсуляция биологически активных веществ в полимерных контейнерах - одно из перспективных направлений создания лекарственных препаратов пролонгированного действия. Использование правильно подобранных контейнеров позволяет реализовать заданную продолжительность высвобождения лекарственных веществ, уменьшить кратность приема и дозу препарата, создаёт практически неограниченные возможности для консервации и хранения лекарственных форм [1].

В качестве контейнеров для биологически активных соединений, содержащих аминогруппы или фрагменты пиридинкарбоновых кислот, могут быть использованы сульфированные сетчатые полимеры. Ранее нами исследована сорбция биологически активных веществ сульфокатионитами [2-4], выполнена иммобилизация этилового эфира п-аминобензойной кислоты (анестезина) в сульфированном поликаликсарене и макропористом сульфокатионите КУ-23 30/100, рассмотрена кинетика десорбции анестезина из полимеров, моделирующая фармакокинетическое поведение анестезина при пероральном введении иммобилизованных субстанций [4].

Целью настоящей работы являлось изучение процессов иммобилизации 3-пиридинкар-боновой (никотиновой) и 4-пиридинкарбоновой (изоникотиновой) кислот в фазе сульфированных сетчатых полимеров и последующего их высвобождения из полимера в раствор. Никотиновая кислота является действующим веществом ниацина (витамина B3), а изоникотиновая кислота - прекурсором ряда протитивотуберкулёзных препаратов. В качестве контейнеров для биологичиски активных соединений выбраны сульфокислотный катионит полистирольного типа КУ-2-8 и сульфированный поликаликсарен.

Экспериментальная часть

Сильнокислотный товарный ионит КУ-2-8 в виде сферических гранул диаметром 0.1-0.6 мм содержал 5.2 ммоль SO3H-групп на 1 грамм Н-формы сухого полимера (1.9 моля на 1 дм3 набухшего полимера).

Сульфированный сетчатый поликаликсарен, полученный по методике [5] в виде сферических гранул диаметром 0.03-0.16 мм, содержал 2.0 ммоль сильнокислотных ионогенных SO3H-групп на грамм Н-формы сухого полимера (0.61 моля на 1 дм3 набухшего полимера).

Никотиновая кислота (C6H5NO2) соответствовала требованиям Международной фармакопеи [6], содержала не менее 99.0% основного вещества; изоникотиновая кислота фирмы “ВЕКТОН” содержала 99.0% 4-пиридинкарбоновой кислоты.

В работе применялась бидистиллированная вода (рН = 6.7±0.1; удельная электропроводность - (1.1±0.1)10-4 Ом-1•м-1).

Для определения ёмкости сульфированных сетчатых полимеров по пиридинкарбоновым кислотам в ионообменную колонку помещали навеску полимера в Н-форме и пропускали через нее 0.01 М раствор кислоты с постоянной скоростью при комнатной температуре до выравнивания концентраций раствора на входе и выходе из колонки.

Исследование кинетики сорбции (иммобилизации) кислот в сульфированных сетчатых полимерах проводили динамическим методом тонкого слоя [7]: через слой полимера в Н-форме пропускали бесконечный объем 0.01М раствора пиридинкарбоновой кислоты в 0.01М HCl (рН раствора равен 2.0) или бесконечного объема 0.01М раствора пиридинкарбоновой кислоты в воде (рН раствора равен 3.6).

При исследовании кинетики десорбции (высвобождения) пиридинкарбоновых кислот из полимеров динамическим методом тонкого слоя [7] через слой полимера в никотиновой или изоникотиновой формах пропускали бесконечный объем 0.01М раствора HCl. При исследовании кинетики высвобождения кислот из полимеров статическим методом пиридинкарбоновые кислоты десорбировали из полимера в раствор ограниченного объема с хорошо перемешиваемым растворителем. Для этого 1 мл полимера в никотиновой или изоникотиновой форме помещали в реакционную колбу с мешалкой и заливали одним литром бидистиллированной воды или 0.01М HCl. Через определенный промежуток времени определяли концентрацию пиридинкарбоновой кислоты в растворе.

Концентрацию пиридинкарбоновых кислот в растворах определяли с помощью спектрофотометра СФ-46 при л = 262.7 нм в фосфатном буферном растворе с pH = 6.9.

Степень превращения (степень заполнения полимера кислотой при сорбции или степень высвобождения кислоты при десорбции) рассчитывали по формуле:

F = Mt / M?,

где Mt - количество пиридинкарбоновой кислоты, сорбирующейся (или десорбирующейся)

ко времени t; M? - количество пиридинкарбоновой кислоты, сорбирующейся (или десорбирующейся) при t = .

Спектры ЯМР 13С и 15N CPMAS 5 кГц твердотельных образцов получены на приборе Bruker Avance II+ 300WB, рабочие частоты 75.48 MГц (13C) и 30.42 MГц (15N).

Результаты и их обсуждение

В табл. 1 приведены экспериментальные значения динамической обменной ёмкости полимеров по пиридинкарбоновым кислотам. По никотиновой кислоте ионообменная емкость как КУ-2-8, так и сульфированного поликаликсарена соответствует содержанию сульфогрупп в полимере. По изоникотиновой кислоте емкость КУ-2-8 и поликаликсарена на 30% и 15% ниже. Ёмкость КУ-2-8 по обеим кислотам выше ёмкости поликаликсарена.

Табл. 1. Динамическая обменная ёмкость сульфированных сетчатых полимеров по пиридинкарбоновым кислотам

На рис. 1 приведены спектры ЯМР 13С твердотельных образцов никотиновой кислоты, соли (C6H6NO2)2SO4, содержащей протонированную форму никотиновой кислоты, и сульфированных полимеров. На рисунке видно, что спектры молекулярной (спектр 1) и протонированной (спектр 2) форм никотиновой кислоты различны. В спектрах поликаликсарена и КУ-2-8, заполненных никотиновой кислотой (спектр 3 и 5 соответственно), также, как и в спектре протонированной НК (спектр 2) присутствует резонансная линия = 165 м.д. (C=O [8]), которой нет в спектрах поликаликсарена (спектр 4) и КУ-2-8 (спектр 6), свободных от никотиновой кислоты. Спектр ЯМР 15N молекул никотиновой кислоты содержит единственную интенсивную резонансную линию ( = 280 м.д.). В спектрах ЯМР протонированной кислоты и полимеров, заполненных никотиновой кислотой, линия 15N сдвинута в область сильного поля ( = 215-205 м.д.). Таким образом, из спектров ЯМР 13С и 15N следует, что иммобилизованная в полимерах никотиновая кислота находится в протонированной форме.

Рис. 1. Спектр ЯМР 13С твердотельных образцов: 1 - никотиновой кислоты; 2 - (C6H6NO2)2SO4; 3 - поликаликсарена, содержащего никотиновую кислоту; 4 - поликаликсарена; 5 - сульфокатионита КУ-2-8, содержащего никотиновую кислоту; 6 - сульфокатионита КУ-2-8

Кинетические данные процессов иммобилизации кислот в полимерах (сорбции) и высвобождении их в раствор (десорбции) приведены на рис. 2 и 3, в табл. 2.

На рис. 2а видно, что на КУ-2-8 никотиновая и изоникотиновая кислоты сорбируются и десорбируются раствором соляной кислоты с одинаковой скоростью. На поликаликсарене скорость сорбции ИНК несколько выше скорости сорбции НК и десорбции кислот раствором соляной кислоты (рис. 3а).

Время полупревращения при сорбции никотиновой кислоты из растворов с pH = 3.6 и pH = 2.0 составляет 150-155 секунд для КУ-2-8 и 40 секунд для поликаликсарена (табл. 2), то есть скорости сорбции молекулярных и протонированных форм никотиновой кислоты на каждом полимере одинаковы в пределах ошибки определения.

Время высвобождения кислот из полимеров при десорбции с использованием в качестве элюента соляной кислоты меньше, чем при десорбции с применением воды в качестве элюента. Так, замена воды на 0.01 М раствор HCl в качестве элюента при десорбции изоникотиновой и никотиновой кислот из сульфированного поликаликсарена сопровождается сокращением времени полупревращения соответственно в 2 и 7 раз (табл. 2).

а) б)

Рис. 2. Зависимость степени превращения от времени в процессах сорбции и десорбции НК и ИНК с участием сульфокатионита КУ-2-8: а - динамический метод, б - статический метод.

Сорбция никотиновой кислоты из раствора с pH = 3.6 (_), из раствора с pH = 2.0 (x);

сорбция изоникотиновой кислоты из раствора с pH = 3.6 (); десорбция никотиновой (?)

и изоникотиновой (^) кислот раствором соляной кислоты (а) и водой (б)

а) б)

Рис. 3. Зависимость степени превращения от времени в процессах сорбции и десорбции НК и ИНК с участием сульфированного поликаликсарена: а - динамический метод, б - статический метод. Сорбция никотиновой кислоты из раствора с pH = 3.6 (_), из раствора с pH = 2.0 (x); сорбция изоникотиновой кислоты из раствора с pH = 3.6 (?); десорбция никотиновой (?) и изоникотиновой (^) кислот раствором соляной кислоты (а) и водой (б).

Табл. 2. Времена полупревращения при сорбции и десорбции кислот сульфированными полимерами (t1/2, с)

а Получено динамическим методом. б Получено статическим методом.

Времена полупревращения при десорбции пиридинкарбоновых кислот из КУ-2-8 водой достигает 3 часов и уменьшается до 2-9 минут при элюировании 0.01 М HCl. Таким образом, кислотность элюента оказывает наиболее существенное влияние на скорость высвобождения пиридинкарбоновых кислот из полимерных контейнеров. На наш взгляд, это имеет существенное значение при рассмотрении фармакокинетического поведения лекарственных препаратов на основе производных пиридинкарбоновых кислот, иммобилизованных в сульфокатионитах, при их пероральном введении.

Заключение

Результаты по иммобилизации никотиновой и изоникотиновой кислот в сульфированном поликаликсарене и сульфокатионите КУ-2-8 расширяют возможности применения сульфированных сетчатых полимеров с целью получения лекарственных препаратов пролонгированного действия на основе биологически активных веществ, содержащих в своей структуре фрагменты пиридинкарбоновых кислот.

Литература

[1] Тараховский Ю.С. Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ. М.: Издательство ЛКИ. 2011. 280с.

[2] Альтшулер Г.Н., Сапожникова Л.А., Остапова Е.В., Альтшулер О.Г. Термодинамика ионного обмена в ульфированном полимере на основе цис-тетрафенилкаликс[4]резорцинарена. Ж.физ.химии. 2007. Т.81. №7. С.1159-1164.

[3] Альтшулер Г.Н., Сапожникова Л.А. Сорбция макроциклических полиэфиров ионитами КУ-2-4 и КБ-4-2. Ж.физ.химии. 1983. Т.57. №7. С.1752-1754.

[4] Альтшулер Г.Н., Шкуренко Г.Ю., Лырщиков С.Ю., Горлов А.А., Альтшулер О.Г. Полимерные наноконтейнеры для анестезина. Бутлеровские сообщения. 2015. Т.44. №11. С.69-72. ROI: jbc-01/15-44-11-69

[5] Альтшулер Г.Н., Абрамова Л.П., Альтшулер О.Г. Способ получения полимерного катионита (варианты): Патент РФ на изобретение № 2291171. Б.И. 2007. №1. Ч.II. С.296.

[6] The International Pharmacopoeia, Fifth Edition (incl. First, Second, Third and Forth Supplements). Available at: [http://apps.who.int/phint/en/p/docf/]. Last accessed 05 December 2016.

[7] Федосеева О.Н., Чернева Е.П., Туницкий Н.Н. Исследование кинетики ионообменной сорбции. Ж. физ. химии. 1959. Т.33. №4. С.936-938.

[8] Э. Преч, Ф. Бюльман, К. Аффольтер. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. М.: Мир. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006.

Размещено на Allbest.ru