Деструкция лекарственных веществ при радиационной стерилизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕСТРУКЦИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ РАДИАЦИОННОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Федорова Анастасия Владимировна,

Саталина Александра Вячеславовна,

Фенин Анатолий Александрович,

Антропова Ирина Геннадьевна

Аннотация

Исследован процесс разрушения диоксидина, лидокаина и 5-фторурацила в модельных системах при радиационной стерилизации. Произведена оценка изменения концентрации лекарственного средства при радиационной стерилизации альгинатного гидрогеля: ожидаемое изменение концентрации будет менее 0.1% от массы лекарственной композиции. Методом хромато-масс-спектрометрии предположена структура продуктов радиационно-химических реакций.

Ключевые слова: радиационная стерилизация, лидокаин, диоксидин, 5-фторурацил.

Введение

В настоящее время в качестве одного из средств доставки лекарственных веществ используются различные гидрогели. Гидрогели с одной стороны удобны для использования, с другой стороны обладают способностью пролонгировать действие лекарственных веществ за счет постепенного их высвобождения из геля.

В качестве структурирующего вещества в полимерной композиции может быть использован альгинат натрия. Выбор альгината натрия обусловлен тем, что он широко применяется как загуститель в пищевой промышленности и обладает способностью к биодеградации, кровоостанавливающим, сорбционным и другими лечебными свойствами.

Радиационная стерилизация является одним из самых удобных методов стерилизации лекарственных препаратов и медицинских изделий. Лучевая стерилизация является в полном смысле холодной стерилизацией, так как температура повышается всего на 3%. По этой причине удобно производить радиационную стерилизацию термолабильных веществ. Однако в результате облучения происходит образование продуктов радиолиза лекарственных препаратов, влияние которых может изменить фармакологическое действие лекарственного средства. Одним из распространённых методов исследования лекарственных веществ и их метаболитов является хроматография[1,2], которая и была использована в данной работе.

Поскольку определение выхода деструкции непосредственно в альгинатном гидрогеле было затруднено, проведено моделирование процесса в растворе глюкозы, которая по отношению к первичным радикалам проявляет свойства аналогичные альгинату натрия.

Экспериментальная часть

В работе использованы хлопьевидный альгинат натрия, 5-фторурацил, диоксидин, лидокаина гидрохлорид.

Облучение проводили при комнатной температуре на установке РХМ-г-20 РХТУ им. Д.И. Менделеева, источник излучения ⁶⁰Со, мощность поглощенной дозы - 0.085 Гр/с определенной по дозиметру Фрикке [3].

Водные растворы лекарственных веществ готовили либо на деионизованной воде, полученной с помощью устройства MilliQDirect 8 (Millipore, США) либо в 1% растворе глюкозы надеионизованной воде. Сопротивление получаемой воды было не менее 18.2 МОм. В зависимости от поставленных задач, растворы облучали насыщенными кислородом, аргоном или закисью азота.

Анализ полученных растворов проводили на УВЭЖХ WatersAcquity, оснащенным диодно-матричным детектором и тандемным квадрупольным масс-спектрометром. Для разделения продуктов радиолиза использована колонка ACQUITY UPLC® BEH C18 1.7µm 50х2мм. Подвижная фаза А - вода, В - ацетонитрил. Разделение проводили в изократическомрежиме представленном в табл. 1. Выбор условий разделения основывался на рекомендациях Европейской Фармокопиии ГОСТа [4-6].

лекарственный радиационная стерилизация

Табл. 1. Режим разделения продуктов радиолиза лекарственных средств

Спектрофотометрическое сканирование вели в диапазоне 200-400 нм. Масс-спектрометрическое определение проводили при следующих условиях: режим работы ESI+, напряжение на капилляре 3.7 кВ; напряжение конуса 24 В; температура источника 200 єС; расход газа осушителя (азота) 650 л/ч; напряжение на столкновительной ячейке 20 В (газ - аргон высокой чистоты).

Результаты и их обсуждение

Радиолиз воды без добавок (или насыщенный Ar) приводит к образованию следующего набора радикальных продуктов [3]:

При наличии растворённого кислорода сольватированный электрон и атом водорода взаимодействуют с кислородом, что приводит к образованию супероксидного анион радикала и гидроперикисного радикала:

При насыщении закисью азота электрон и атом водорода трансформируются в гидроксильный радикал:

Таким образом, в зависимости от насыщающего газа будут образовываться различные радикалы выходы которых приведены в табл. 2.

Табл. 2. Выходы радикальных продуктов радиолиза воды при различных условиях [3]

Радиолиз 5-фторурацила

Радиационно-химический выход разложения 5-фторурациласоставил 2.3; 3.2 и 4.2 молекул/100 эВ для облучения при наличии растворённого воздуха, раствора насыщенного аргоном и закисью азота соответственно. Из этих данных следует, что 5-фторурацил взаимодействует с гидрокисльным радикалом. Этот вывод следует из выходов радикалов воды.

а б

в

Рис. 1. а) - хроматограммыводных растворов 5-фторурацила (С = 0.1 мг/мл), где 1 - необл. раствор, 2 - облученный раствор (D = 6.5 кГр); б) - масс-спектр раствора до облучения и в) - после облучения

В условиях облучения при доступе кислорода выход разложения вещества соответствует выходу гидроксильного радикала при радиолизе воды, что говорит о том, что супероксиданион-радикал не приводит к деструкции 5-фторурацила. Идентификация продуктов проведена из данных хромато-масс-спектрометрии. На рис. 1 представлена хроматограмма и масс-спектр раствора 5-фторурацила.

Рис. 2. Спектр водного раствора 5-фторурацила, насыщенного закисью азота: 1 - необл. раствор, 2 - 0.8 кГр, 3 - 1.6 кГр, 4 - 6.5 кГр

Согласно электронным спектрам поглощения, представленным на рис. 2, при облучении растворов происходит уменьшение интенсивности полосы поглощения при 268 нм. Поглощение в области 268 нм связано с поглощением -С=О группы (191 нм), смещение которой связано с наличием двойной связи в кольце.

Таким образом, уменьшение интенсивности поглощения связано с тем, что в результате свободно - радикальных реакций двойная связь превращается в одинарную связь. Это свидетельствует об присоединении гидроксильного радикала по двойной связи.

Таким образом, в результате взаимодействия 5-фторурацила с гидроксильным радикалом происходит образование следующих продуктов:

Радиолиз лидокаина гидрохлорида

Радиационно-химический выход разложения лидокаина составил 2.2; 2.2 и 1.6 молекул/ 100 эВ для облучения при наличии растворённого воздуха, раствора насыщенного аргоном и закисью азота соответственно. В отличие от 5-фторурацила, радиационная деструкция лидо-каина гидрохлорида происходит эффективней восстановительными радикалами. Сопоставляя данные по радиолизу систем, насыщенных аргоном и закисью азота, можно предположить, что выход разложения в системе с аргоном складывается из 0.8 молекул/100 эВ за счет гидроксильного радикала и 1.4 молекул/100 эВ за счет сольватированного электрона.

Замена сольватированного электрона на супероксиданион-радикал не приводит к значительному изменению радиационно-химического выхода разложения лидокаина гидрохлорида, что говорит проявлении супероксиданион-радикалом восстановительных свойств.

Низкий выход разложения лидокаина гидрохлорида гидроксильным радикалом может быть обусловлен реакцией последнего с хлорид-ионом, в результате чего образуется менее активный атомарный хлор.

Анализ масс-спектрометрических данных выявил образование продуктов с отношением m/z равной 251 (рис. 3), что соответствует присоединению атома кислорода к исходной моле-куле. Эти вещества были интерпретированы как продукты гидроксилирования ароматического кольца:

Необходимо отметить, что продукт со временем удерживания 1.21 минуты образовывался при облучении лидокаина в растворе содержащим 5% глюкозы. Глюкоза является акцептором гидроксильного радикала и ввиду большей по сравнению с лидокаином концентрацией, продукт 1.21 не может быть интерпретирован как продукт гидроксилирования ароматического кольца, а, по-видимому, является N-оксидом лидокаина. Данный продукт, как следует из литературных данных [7], образуется в результате взаимодействия лидокаина с перекисью водорода, либо, как можно предположить для нашего случая, с перекисным радикалом:

Рис. 3. Хроматограмма облученного раствора лидокаина гидрохлорида при детектировании иона m/z = 251

Кроме продуктов присоединения гидроксильного радикала был обнаружен продукт с m/z = 164, который был интерпретирован как продукт разрыва связи углерода с третичным атомом азота. Данный разрыв может происходить в результате диссоциативного присоединения сольватированного электрона:

Радиолиз диоксидина

Радиационно-химический выход разложения диоксидина составил 2.4; 4.5 и 3.7 молекул/ 100 эВ для облучения при наличии растворённого воздуха, раствора насыщенного аргоном и закисью азота соответственно.

Масс-спектрометрический анализ продуктов радиолиза водного раствора диоксидина позволил выявить образование продуктов, обладающих молекулярными ионами с m/z 207 и 191.

Данные ионы представляют собой диоксидин, от которого отщеплены один и два атома кислорода соответственно. Эти продукты являются, по-видимому, результатом разрыва N-O связи в нитронных группах:

Спектры оптического поглощения данных продуктов подтверждают данную гипотезу, так как при переходе от диоксидина к продукту отрыва двух атомов кислорода происходит последовательное смещение поглощения из длинноволновой части спектра в коротковолновую. Кроме того, можно отметить, что отрыв атома кислорода приводит к увеличению гидрофобности молекулы, что и проявилось на хроматограмме в виде последовательного увеличения времени удерживания в колонке.

Радиолиз лекарственных средств в растворе глюкозы

Как уже было сказано выше, радиолиз лекарственных средств в глюкозе имитировал их поведение в альгинатном гидрогеле. Глюкоза и альгинат являются акцепторами гидроксильного радикала и при этом образуются углерод-центрированные радикалы, которые взаимодействуют с кислородом, давая гидроперекисные радикалы [8].

Радиационно-химические выходы разложения лекарственных средств приведен в табл. 3.

Табл. 3. Радиационно-химические выходы разложения лекарственных веществ, облученных в растворе глюкозы

Таким образом, при облучении в стерилизующей дозе 10 кГр изменение содержания лекарственных средств будет на уровне 0.1% от массы лечебной композиции.

Выводы

1. Изучены механизмы радиолиза водных растворов 5-фторурацила, диоксидина и лидокаина гидрохлорида. Определены радиационно-химические выходы разложения лекарственных средств при различных условиях облучения. На основании данных хромато-масс-спектрометрии предположена структура продуктов радиолиза лекарственных средств.

2. Произведена оценка изменения концентрации лекарственного средства при радиационной стерилизации альгинатного гидрогеля. Наибольшее изменение содержания вещества будет происходить в гелях с диоксидином и составлять 0.1% от массы лечебной композиции.

Литература

1. Барсукова Д.А., Коваленко А.Е., Кардонский Д.А., Еганов А.А. Разработка химико-аналитического метода определения метаболитов эфедрина водного экстракта из побегов эфедры в моче методом ГХ-МС. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.32. №11. С.101-104.

2. Сафронова И.А., Шафигулин Р.В., Васильева М.В., Иванова Т.В., Буланова А.В. Определение амлодипина в субстанциях и готовых лекарственных препаратах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.30. №5. С.64-67.

3. Пикаев А.К. Современная радиационная химия. Основные положения. Экспериментальная техника и методы. М.: Наука. 1985. 375с.

4. BRITISH PHARMACOPOEIA COMMISSION. Ph. Eur. Monograph 0611. Fluorouracil

5. Ph. Eur. Monograph 0227. LidocaineHydrochloride

6. ГОСТ Р ИСО 10993.13-99 Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 13. Идентификация и количественное определение продуктов деструкции полимерных медицинских изделий.

7. E. Nouri-Nigjeh, H.P. Permentier, R. Bischoff and A.P. Bruins. Anal. Chem. 2010. Vol.82. P.7625-7633.

8. Шарпатый В.А. Радиационная химия биополимеров. М.: ГЕОС. 2008. 250с.

Размещено на Allbest.ru