ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОМПОНЕНТОВ И ИХ СОВМЕСТИМОСТИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РАНОЗАЖИВЛЯЮЩЕГО ГЕЛЯ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА

Федосов П.А.¹, Провоторова С.И.² , Сливкин А.И.³, Подгорная Е.И.⁴, Кузнецов В.А.⁵ Николаевский В.А.⁶

¹Аспирант, ²Кандидат фармацевтических наук, ³Доктор фармацевтических наук, профессор, ⁴Студент, ⁵Доктор химических наук, доцент, ⁶Доктор медицинских наук, профессор, Воронежский государственный университет

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОМПОНЕНТОВ И ИХ СОВМЕСТИМОСТИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РАНОЗАЖИВЛЯЮЩЕГО ГЕЛЯ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА

Аннотация

Статья посвящена выбору компонентов для разработки геля на основе хитозана с таурином и аллантоином для лечения ран, с предварительной оценкой совместимости веществ с помощью ИК-спектроскопии. Согласно ИК-спектрам хитозана, таурина и аллантоина и их смеси установлено, что характеристические полосы поглощения, отвечающие валентным колебаниям первичной аминогруппы в области 3400-3300 см^-1 в молекуле хитозана, аминогруппы в области 3130-3030 см^-1 и 1207 см^-1 сульфогруппы в молекуле таурина, в области 3436-3342 см^-1 соответствуют валентным колебаниям связи первичной амидной группы в молекуле аллантоина, присутствуют в их смеси, а отсутствие новых полос поглощения свидетельствует, что указанные группы не участвуют в ковалентном связывании.

Ключевые слова: обоснование состава, гель, таурин, аллантоин, хитозан.

Fedosov P.A.¹, Provotorova S.I.², Slivkin A.I.³, Podgornaya E.I.⁴, Kuznetsov V.A.⁵, Nikolaevskiy V.A.⁶

¹Postgraduate student, ²PhD in Pharmaceutics, ³PhD in Pharmaceutics, Professor, ⁴Student, ⁵PhD in Chemistry, associate Professor, ⁶MD, Professor, Voronezh State University

JUSTIFICATION OF THE CHOICE OF COMPONENTS AND THEIR COMPATIBILITY FOR DEVELOPING WOUND HEALING GEL BASED ON CHITOSAN

Abstract

The article devoted to selectioncomponentsfor the development of a gel based on chitosan with taurine and allantoin for the treatment of wounds, with a preliminary assessment of the compatibility of the substances with using IR-spectroscopy. According to the IR spectra of chitosan, taurine and allantoin, and mixtures thereof it is established that the characteristic absorption bands, corresponding to stretching vibrations of primary amino group in the field of 3400-3300 cm^-1 in the chitosan molecule, the amino group in the area 3130-3030 cm^-1 and 1207 cm^-1 sulfogroup in the molecule of taurine, in the field 3436-3342 cm^-1 correspond to the stretching vibrations of the primary amide group in the molecule allantoin, present in mixtures, and the absence of new absorption bands indicates that these groups do not participate binding by covalent bonds.

Key words: substantiation composition, gel, taurine, allantoin, chitosan.

В настоящее время на фармацевтическом рынке существует большое разнообразие лекарственных форм для заживления ран, однако наибольший интерес вызывает гель, который при нанесении образует тонкую пленку, что обеспечивает защитную функцию от микробной контаминации, а также обладает способностью пролонгировать действие лекарственных веществ, что является важным фактором при лечении ран.

По данным регистра лекарственных средств России и государственного реестра лекарственных средств на 01.09.2015, зарегистрировано 917 препаратов относящихся к фармакологической группе – регенерантов и репарантов. Но данное множество лекарственных препаратов, представлено всего лишь 30 активными действующими веществами со 113 торговыми наименованиями. В связи, с чем одним из актуальных направлений являются исследования по разработке рационального и эффективного лекарственного средства для лечения ран с использованием перспективных лекарственных веществ в данной области.

Цель исследования – обосновать состав для разработки геля с таурином и аллантоином на основе хитозана с оценкой совместимости компонентов с помощью инфракрасной спектроскопии.

В последние годы такие вещества, как хитозан, таурин и аллантоин стали привлекать особое внимание, с целью выявления возможных путей их применения в медицине, фармации в целом и для лечения ран в частности [1, 2].

Принципом выбора активных веществ, для разработки ранозаживляющего геля стали физико-химические, фармакологические свойства хитозана, таурина и аллантоина. Хитозан – аминополисахарид, кристаллический порошок светло-желтого цвета без запаха, не растворим в воде очищенной, растворяется в растворах уксусной и лимонной кислот с образованием гидрогелей. Обладает высокой биологической активностью, имеет способность формировать прочные комплексы с липидами, нормализует углеводный и минеральный обмен, обладает бактерицидными свойствами, что объясняется способностью хитозана образовывать комплексы с отрицательно заряженными компонентами клеточных стенок и плазматических мембран и хелатные комплексы с двухвалентными катионами металлов, входящими в состав поверхностных структур бактериальных клеток. Для хитозана также характерно ранозаживляющее действие, которое объясняется двумя возможными механизмами – это активация иммунного ответа через стимуляцию макрофагов и использование ацетилглюкозамина в качестве предшественника мукополисахаридов, которые непосредственно участвуют в создании биоструктур, стимулируют пролиферацию фибробластов, увеличивают выделение медиаторов иммунного ответа. Особого внимания заслуживает принадлежность хитозана к малотоксичным химическим веществам, при пероральном введении LD₅₀ у мышей и крыс 16000 мг/кг и >1500 мг/кг соответственно, а пероральный прием хитозана в дозе 6,75 г. у человека ежедневно в течение 12 недель, не вызвал клинически значимых побочных эффектов, кроме тошноты и запора [3].

Следующим компонентом в разработке состава геля является таурин –белый игольчато-кристаллический порошок, без запаха, хорошо растворим в воде (10,5 г/100 мл при 25°С, образуя прозрачный бесцветный раствор), плохо – в большинстве органических растворителей. Является жизненно необходимой серосодержащей β-аминокислотой, в организм человека поступает с пищей животного происхождения, является антиоксидантом. Таурин способствует пролиферации клеток и регенерации эпителия, обладает противовоспалительным действием, эффективен при лечении термического воспаления и стимулирует коллагеногенез, что ускоряет заживление ран и повышает прочность раны на разрыв. Он не обладает кумулятивной способностью, не раздражает кожу и слизистые оболочки, не вызывает аллергию, LD₅₀ для крыс и мышей при внутривенном введении составляет 7000 и 6630 мг/кг соответственно, а при пероральном введении от 6500 до 7230 мг/кг [4, 5, 6]. Приведённые свойства таурина обуславливают актуальность его применение в разработке средств, для лечения ран и  кожных заболеваний.

Также наше внимание привлек аллантоин (5-уреидогидантоин - C₄H₆N₄O₃) – белый, без запаха, кристаллический порошок, низкомолекулярное гетероциклическое соединение, широко распространенное в природе, продукт катаболизма мочевой кислоты. Обладает антиоксидантными и антимутагенными свойствами в концентрации, соответствующей его физиологическому содержанию в крови человека от 7,2 до 48,2 µмоль/л, не проявляет цитотоксического и цитостатического эффектов даже в очень высоких концентрациях [7].

Преимущество аллантоина перед другими известными антиоксидантами заключается в его хорошей растворимости в воде и способности защищать генетический аппарат клетки от окислительного повреждения всеми известными типами активных форм кислорода. Аллантоин обладает вяжущим и увлажняющим действием, облегчает проникновение лекарственных веществ к больным и повреждённым тканям, он сорбирует влагу из воздуха и удерживает её в роговом слое эпидермиса. Для аллантоина характерны противомикробные, противовоспалительные свойства, что делает его незаменимым компонентом средств, используемых в лечении кожных заболеваний. Аллантоин стимулирует пролиферацию клеток и образование грануляционной ткани, обеспечивает развитие здоровых клеток, предупреждает гиперплазию ткани, способствует эпителизации поверхности кожи и формированию пластичной поверхности эпидермиса, при лечении рубцов участвует в формировании более эластичного рубца. Аллантоин уже давно находит применение в США в составе пищевых продуктов и медикаментов, FDA (Food and Drug Administration) относит его к первой категории (безопасный и эффективный) и рекомендует вводить в состав защитных средств для кожи в концентрации от 0,5% до 2,0%. При пероральном пути введения крысам и при нанесении накожно кроликам LD₅₀ составляет 5000 мг/кг. Данное вещество содержится в 1376 косметических средств, в том числе тех, которые рекомендуются к применению в агрессивных условиях [8].

Все вышеперечисленные фармакологические, физико-химические свойства хитозана, таурина, аллантоина дают теоретическую возможность разработки эффективного и рационального лекарственного средства в виде лекарственной формы – гель, для лечения ран и кожных заболеваний. Для чего необходимо провести первоначально исследования по выявлению возможности совместного присутствия хитозана, таурина и аллантоина в лекарственной форме. Получение данной информации возможно при использовании метода инфракрасной (ИК) спектроскопии, при сравнении ИК спектров индивидуальных веществ и смеси их компонентов.

Материал и методы исследования

В качестве объектов были выбраны субстанции: хитозан (Sigma-Aldrich, Япония), таурин (ЗАО «Вектон», Россия), аллантоин (Acros Organics, Бельгия), и гель с таурином, аллантоином на основе хитозана. ИК-спектроскопию проводили на оборудовании Vertex 70 (Bruker Optik GmbH, Германия), в диапазоне 4000-1000 см^-1, с последующей обработкой полученных ИК спектров поглощения веществ по отдельности и в смеси программами OMNIC 7 и Origin 8.1. Экспериментальные исследования были проведены с помощью научно-технической базы ЦКПНО ВГУ.

Результаты исследования и их обсуждение

Для анализа и оценки совместимости компонентов в составе геля был использован ИК-спектрометр с Фурье-преобразователем. Образец геля на основе хитозана с таурином и аллантоином (ХТА) предварительно высушивался для удаления воды, входящие компоненты геля подвергались измерению без предварительной пробоподготовки. Используя программу OMNIC 7 производили идентификацию полученных спектров по базе данных. ИК-спектры хитозана, таурина, аллантоина и их смеси ХТА представлены на (Рис.1.).

Рис. 1 - ИК-спектры хитозана, таурина, аллантоина и их смеси

ИК-спектры субстанции таурина содержат характеристические полосы поглощения: 3130-3030 см^-1, 1660-1610 см^-1, 1550-1485 см^-1 отвечающие валентным колебаниям аминогруппы, 1207 см^-1 сульфогруппе. При анализе субстанции аллантоина обнаружены полосы поглощения 3436-3342 см^-1, что вызвано колебанием связи первичной амидной группы. В ИК-спектре хитозана наблюдаются характеристические полосы поглощения, отвечающие валентным колебаниям первичной аминогруппы в области 3400-3300 см^-1 [9].

Согласно ИК спектрам хитозана, таурина, аллантоина и их смеси установлено, что характеристические полосы поглощения, отвечающие валентным колебаниям амидной группы в молекуле аллантоина, сульфогруппы в молекуле таурина, аминогруппы в молекуле хитозана присутствуют в их смеси, а также не наблюдается новых полос поглощения в смеси, что свидетельствует об отсутствие ковалентного связывания молекул таурина, аллантоина с макромолекулами хитозана. Незначительные смещения характеристических полос поглощения в смеси ХТА в сравнении с исследуемыми субстанциями, указывают на образование слабых, легко разрушаемых комплексов таурин-аллантоин-хитозан, с участием молекул воды.

На основании теоретического обоснования фармакологических, физико-химических свойств хитозана, таурин, аллантоина и проведения исследований по совместимости входящих компонентов используя метод ИК-спектроскопии, представляется возможным, проведение разработок по созданию лекарственной формы гель с использованием хитозана, таурина и аллантоина.

Литература

1. Изучение ранозаживляющего действия геля на основе хитозана с таурином и аллантоином [Электронный ресурс] / П.А Федосов и др. // Современные проблемы науки и образования, 2015. – № 4 (13.08.2015). – URL: www.science-education.ru/127-21247 (дата обращения: 29.09.2015).
2. Ранозаживляющие свойства низкомолекулярного хитозана / А. С. Шеремет и др. // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: материалы восьмой международной конференции. – М. : Изд-во ВНИРО, 2006. – С. 262-265.
3. Whitacre D.M. Environmental Applications of Chitosan and Its Derivatives / D.M. Whitacre // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. – 2015. – № 233. – P. 1-43.
4. Нефёдов Л.И. Таурин (биохимия, фармакология и медицинское применение) / Л.И. Нефёдов – Гродно : Национальная академия наук Беларуси, институт биохимии, 1999. – 145 с.
5. Watson R. R. Taurine (2-Aminoethanesulfonic Acid) Useful in Skin Diseases / R. R. Watson, S. Zibadi // Humana Press. – 2013. – P. 83-89.
6. Zalud A.W. To Giveth and Taketh Away: Determination of Taurine's Protective Role During Ethanol Withdrawal Through Supplementation and Depletion Paradigms / A.W. Zalud. – Waco, 2008. – 147 p.
7. Генетика окислительного стресса / Е.П. Гуськов и др. – Ростов-на-Дону : Изд-во СКНЦ ВЩ ЮФУ, 2009. – 156 с.
8. Final report of the safety assessment of allantoin and its related complexes / L.C. Becker et al. // Int. J. Toxicol. – 2010. – № 29. – P. 84-97.
9. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений : cправочные материалы / Б.Н. Тарасевич. – М., 2012. – 55 с.

References

1. Izuchenie ranozazhivljajushhego dejstvija gelja na osnove hitozana s taurinom i allantoinom [Jelektronnyj resurs] / P.A Fedosov i dr. // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija, 2015. – № 4 (13.08.2015). – URL: www.science-education.ru/127-21247 (data obrashhenija: 29.09.2015).
2. Ranozazhivljajushhie svojstva nizkomolekuljarnogo hitozana / A. S. Sheremet i dr. // Sovremennye perspektivy v issledovanii hitina i hitozana: materialy vos'moj mezhdunarodnoj konferencii. – M. : Izd-vo VNIRO, 2006. – S. 262-265.
3. Whitacre D.M. Environmental Applications of Chitosan and Its Derivatives / D.M. Whitacre // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. – 2015. – № 233. – P. 1-43.
4. Nefjodov L.I. Taurin (biohimija, farmakologija i medicinskoe primenenie) / L.I. Nefjodov – Grodno : Nacional'naja akademija nauk Belarusi, institut biohimii, 1999. – 145 s.
5. Watson R. R. Taurine (2-Aminoethanesulfonic Acid) Useful in Skin Diseases / R. R. Watson, S. Zibadi // Humana Press. – 2013. – P. 83-89.
6. Zalud A.W. To Giveth and Taketh Away: Determination of Taurine's Protective Role During Ethanol Withdrawal Through Supplementation and Depletion Paradigms / A.W. Zalud. – Waco, 2008. – 147 p.
7. Genetika okislitel'nogo stressa / E.P. Guskov i dr. – Rostov-na-Donu : Izd-vo SKNC VShh JuFU, 2009. – 156 s.
8. Final report of the safety assessment of allantoin and its related complexes / L.C. Becker et al. // Int. J. Toxicol. – 2010. – № 29. – P. 84-97.
9. Tarasevich B.N. IK-spektry osnovnyh klassov organicheskih soedinenij : cpravochnye materialy / B.N. Tarasevich. – M., 2012. – 55 s.