НАНОДИСПЕРСНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С КОЭНЗИМОМ Q10 И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
NANODISPERSE COENZYME Q10 COMPOSITION AND METHOD FOR MAKING THEREOF

Изобретение относится к пищевой, фармацевтической и косметической промышленности и касается новой водорастворимой формы коэнзима Q10 в виде твердой нанодисперсной системы с повышенной биодоступностью, полученной объединением биологически активной субстанции с полимерным носителем различными способами. Изобретение может быть использовано для создания твердой дозированной формы для перорального применения с контролируемым временем высвобождения активного компонента, обладающей высокой биологической доступностью.
Коэнзим Q10 (Убихинон) относится к группе жирорастворимых бензохинонов, участвующих в процессе транспорта электронов в митохондриях, а именно в процессах окисления сукцината и восстановленого НАД в системе цитохромов (Littaru G.P., Tiano L. 2007). Это природный антиоксидант, естественный метаболит организма, антиоксидантная активность которого выше чем у витамина Е в 5 раз. Именно коэнзим Q10 причастен к выработке 95% всей клеточной энергии. Во всех без исключения клетках человеческого организма присутствует коэнзим Q10. Синтез коэнзима Q10 в организме осуществляется из аминокислоты тирозина при участии витаминов В2, В3, В6, В12, С, фолиевой и пантотеновой кислот, ряда микроэлементов. С возрастом биосинтез коэнзима Q10 прогрессивно снижается, а его расход возрастает при физических, эмоциональных нагрузках и окислительном стрессе в патогенезе различных сердечно-сосудистых заболеваний (Капелько В.И., 2003).
В настоящее время доказан дефицит коэнзима Q10 при кардиомиопатиях, миотонической дистрофии, пародонтозе, бета-талассемии, в случаях генетических дефектов, при которых нарушается биосинтез хинонов в клетках (наследственная атаксия Фридрейха), а также в связи со старением и различными нейродегенеративными заболеваниями (например, при болезни Паркинсона). Показано, что применение коэнзима Q10 во всех этих случаях дает положительный эффект (Лукьянова Л.Д., 2007).
Коэнзим Q10 является липофильным соединением, он практически нерастворим в воде и биологическая доступность вещества из различных лекарственных форм при их применении per os невелика (Wajda R. et al., 2007). Поэтому оговаривается прием препаратов после еды и рекомендуется обогащать рацион растительными маслами. Дополнительное же потребление жиров не всегда благоприятно, особенно для лиц пожилого возраста. Вследствие этого недостатком указанного средства является низкая лечебно-профилактическая эффективность.
Биодоступность лекарственных препаратов, содержащих плохорастворимые субстанции, ограничена степенью растворимости данных субстанций. Известен способ увеличения растворимости коэнзима Q10 при образовании комплексов с β-циклодекстрином (заявка на патент РФ 2006140641, опубл. 27.06.2008). По этому способу β-циклодекстрин растворяют в воде при повышенной температуре, предпочтительно от 55°С до температуры кипения, затем коэнзим Q10 добавляют либо в твердом виде, либо растворенным в приемлемом растворителе и продолжают перемешивание при повышенной температуре. Полученную водорастворимую форму коэнзима Q10 используют в качестве добавок в фармацевтических, косметических и пищевых продуктах.
Известны бинарные твердодисперсные композиции коэнзима Q10 с гидрофильными полимерными носителями, в частности поливинилпирролидоном К-30, гилроксипропилцеллюлозой, и polaxamer 188 (Bhandari et al., 2007). В статье сообщают о получении бинарных твердодисперсных композиций низкотемпературным способом, где соотношение Q10:P188 составляет 1:1, 1:5, 1:7 и 1:10. На этапе выбора гидрофильного полимера носителя для коэнзима Q10 упомянут и полиэтиленгликоль (ПЭГ). Но в статье сообщается только о физической смеси ПЭГ и коэнзима Q10 в соотношении 30:1. Недостатком является то, что растворимость коэнзима Q10 из смеси составила десятые доли микрограмма в миллилитре. Получена физическая смесь с очень низким содержанием коэнзима Q10. Твердую дисперсию авторам статьи получить не удалось, соответственно нет данных о размере частиц, высвобождении и биодоступности коэнзима Q10 из твердодисперсной нанокомпозиции в экспериментах на животных.
3
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является фармацевтическая композиция, представляющая собой 1-10% дисперсию коэнзима Q10 с размером частиц 60-300 нм, в водной фазе с добавлением 1,2-6% фосфолипидов (соевого лецитина), 0,3-1,25% гликохолата натрия, 2% тилоксапола, 0,1% витамина А и 0,1% витамина К (Siekmann В., Westesen К., 1995). Недостатками является многокомпонентный состав, необходимость использования эмульгаторов и стабилизатора, низкая концентрация коэнзима Q10 в композиции, размер частиц 60-300 нм. Описанная в статье композиция является водной дисперсией и не может использоваться для приготовления твердых дозированных форм. В статье не сообщают о назначении дисперсий, их биодоступности ни в экспериментах in vitro, ни в экспериментах in vivo на животных.
Известен способ получения твердой нанокомпозиции плохо растворимого в воде флавоноида таксифолина и ПЭГ (заявка WO 2008123798, опубл. 16.10.2008). ПЭГ плавили при 60-70°С и вносили в него таксифолин.
Способ не пригоден для приготовления твердой нанокомпозиции с коэнзимом Q10, так как температура плавления коэнзима Q10 приблизительно 50°С, вещество является термолабильным, существует риск его разложения. Температура плавления таксифолина составляет около 240°С. Таким образом, таксифолин в виде порошка диспергировался в расплаве ПЭГ. Для равномерного перемешивания компонентов необходимо долго нагревать массу при высокой температуре. Это ведет к повышенным энергозатратам. Получается дисперсия твердое в жидком.
Задачей настоящего изобретения является создание нанокомпозиций в виде твердой дисперсной системы коэнзима Q10 с ПЭГ, обеспечивающих повышение биодоступности коэнзима Q10 и хорошо подходящих для создания твердых дозированных форм с контролируемым высвобождением, получаемых без применения органических растворителей, нагрева до высоких температур, использования дорогостоящего специального оборудования и специальных стабилизаторов.
Согласно изобретению нанокомпозиция является дисперсной системой полиэтиленгликоля с коэнзимом Q10 с размером частиц 48-200 нм, в которой массовое соотношение полиэтиленгликоля и коэнзима Q10 находится в пределах от 1:1 до 15:1, предпочтительно от 4:1 до 12:1, более предпочтительно примерно 10:1, обеспечивающей повышение биодоступности коэнзима Q10 из нанокомпозиций более чем в 2 раза по сравнению с субстанцией коэнзима Q10 и пригодной для получения твердой дозированной формы - таблетки. Для получения дисперсии полиэтиленгликоль расплавляют при температуре 60-65°С, добавляют в расплав коэнзим Q10 (сплавление), перемешивают до получения однородной массы при температуре 60-65°С, быстро охлаждают и измельчают.
Для создания нанокомпозиций используют полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 1500 до 35000, наиболее предпочтительно с молекулярной массой 6000.
Необязательно присутствующие в системе вспомогательные водорастворимые компоненты необходимы для придания массе оптимальных свойств для последующего капсулирования или таблетирования. Данные компоненты выбираются из ряда возможных наполнителей: сахарная пудра, изомальтоза, kollidon VA64 (сополимер винилпирролидона и винилацетата), ludipress (модифицированная лактоза) и т.п.
В ходе экспериментов установлено, что температура плавления ПЭГ (в зависимости от молекулярной массы) составляет около 50-65°С. Коэнзим Q10 плавится приблизительно при 50°С. В связи с этим возможно сплавление компонентов и равномерное их перемешивание в жидком виде, что значительно выгоднее диспергирования или эмульгирования. Таким образом, нанокомпозиция получается в результате сплавления ПЭГ и коэнзима Q10. Проведенные дополнительные исследования показали целесообразность понижения температуры плавления ПЭГ до 60-65°С. Это снижает риск термического разложения коэнзима Q10, имеющего низкую температуру плавления. Рационально сначала расплавить ПЭГ, а затем при перемешивании добавлять коэнзим Q10, что уменьшает общее время нагрева коэнзима Q10. Происходит плавление коэнзима Q10 и его равномерное распределение в расплаве. В жидком виде ПЭГ и коэнзим Q10 лучше смешиваются.
В доступной литературе не опубликованы данные о твердых нанокомпозициях с коэнзимом Q10, которые позволяли бы увеличить концентрацию коэнзима Q10 в плазме крови в 2 раза по сравнению с исходной субстанцией коэнзима Q10. Целесообразно сравнение высвобождения коэнзима Q10 из субстанции и заявленной нанокомпозиции, поскольку коэнзим Q10 является липофильным соединением, практически нерастворим в воде и его биологическая доступность из различных лекарственных форм при их применении per os невелика (Wajda R. et al., 2007), а одной из задач настоящего изобретения является повышение биодоступности коэнзима Q10.
Заявленные нанокомпозиции имеют следующие преимущества по сравнению с прототипом (Siekmann В., Westesen К., 1995): более простой состав, пониженный размер частиц (48-200 нм), получены нанокомпозиции с более высоким содержанием коэнзима Q10 (до 50%), нанокомпозиции пригодны для приготовления твердых дозированных форм, обладают повышенной биодоступностью по сравнению с субстанцией коэнзима Q10.
По сравнению с известным способом получения (заявка WO 2008123798, опубл. 16.10.2008) заявленный способ пригоден для приготовления твердой нанокомпозиции термолабильного вещества коэнзима Q10. Нанокомпозиция получена путем сплавления компонентов, что обеспечивает равномерное их смешивание, сокращается время перемешивания и нагрева массы.
В качестве примеров описано создание нанокомпозиций, содержащих в качестве активного компонента коэнзим Q10.
Пример 1. Получение нанокомпозиции, содержащей в качестве активного компонента коэнзим Q10 и ПЭГ (М.м. 6000) в качестве полимера в массовом соотношении 1:10.
а) Получение расплава ПЭГ: плавление 10 г ПЭГ при температуре 60-65°С;
б) получение нанокомпозиции: в сосуд с расплавленным ПЭГ вносили 1 г коэнзима Q10, перемешивали при термостатировании до получения однородной массы, которую затем быстро охлаждали и измельчали.
Пример 2. Получение нанокомпозиции, содержащей коэнзим Q10 и полимер ПЭГ (М.м. 6000) в массовом соотношении 1:7.
Следовали методике Примера 1, но уменьшали количество ПЭГ до 7 г.
Пример 3. Получение нанокомпозиции, содержащей коэнзим Q10 и полимер ПЭГ (М.м. 1500) в массовом соотношении 1:15.
Следовали методике Примера 1, но увеличивали количество ПЭГ до 15 г.
Пример 4. Получение нанокомпозиции, содержащей коэнзим Q10 и ПЭГ (М.м. 35000) в массовом соотношении 1:10.
Следовали методике Примера 1.
Пример 5. Получение нанокомпозиции, содержащей коэнзим Q10 и ПЭГ (М.м. 35000) в массовом соотношении 1:5.
Следовали методике Примера 1, но уменьшали количество ПЭГ до 5 г.
Пример 6. Получение нанокомпозиции, содержащей коэнзим Q10 и ПЭГ (М.м. 6000) в массовом соотношении 1:1.
Следовали методике Примера 1, но увеличивали количество коэнзима Q10 до 10 г.
Пример 7. Получение таблеточной массы для быстрого высвобождения коэнзима Q10 на основе нанокомпозиции, содержащий коэнзим Q10, полимер ПЭГ (М.м. 6000) и наполнитель (изомальтоза или сахарная пудра).
а) Получение расплава ПЭГ: плавление 4 г ПЭГ при температуре 60-65°С;
б) получение нанокомпозиции: в сосуд с расплавленным ПЭГ вносили 0,4 г коэнзима Q10, перемешивали при термостатировании до получения однородной массы;
в) получение таблеточной массы: в однородный расплав коэнзима Q10 в ПЭГ помещали 5,6 г наполнителя, тщательно перемешивали, смесь быстро охлаждали, после чего измельчали.
Пример 8. Получение таблеток коэнзима Q10 на основе нанокомпозиции, содержащей коэнзим Q10, полимер ПЭГ (М.м. 6000), наполнитель (изомальтоза) и фармацевтически приемлемые наполнители.
а) Получение расплава ПЭГ: плавление 4 г ПЭГ при температуре 60-65°С;
б) получение нанокомпозиции: в сосуд с расплавленным ПЭГ вносили 0,4 г коэнзима Q10, перемешивали при термостатировании до получения однородной массы, смесь быстро охлаждали, после чего измельчали;
в) получение таблеточной массы: к нанокомпозиции прибавляли 0,65 г наполнителя (изомальтозу), 0,28 г натрий карбоксиметилцеллюлозы, 0,24 г аскорбиновой кислоты, 0,028 г стеарил фумарат натрия и 0,0055 г аспартама, тщательно перемешивали;
г) получение таблеток: таблетки получали прямым прессованием таблеточной массы.
Были получены круглые, гладкие таблетки оранжевого цвета диаметром 12 мм и средней массой 700 мг, предназначенные для разжевывания. Качество полученных таблеток оценивали по их прочности, времени распадаемости и по количеству растворившегося коэнзима Q10, а также органолептически.
Время распадаемости составило 22-25 мин. Количество растворившегося коэнзима Q10, перешедшего в раствор через 45 мин, составило не менее 87%. Прочность полученных таблеток на излом была не менее 60 Н.
Пример 9. Определение размера частиц в нанокомпозициях по примерам 1, 3, 4.
Измерение размера частиц нанокомпозиции проводили на приборе Malvern Zetasizer 3000HSA (Malvern instruments, Worcestershire, UK) по методу фотон-корреляционной спектроскопии. Морфологию и размер частиц оценивали с помощью сканирующей электронной спектроскопии (SEM). На металлическую пластинку наносили каплю разбавленного водного раствора нанокомпозиции. Пластинку подсушивали, поверхность покрывали тончайшим слоем платины (Agar Sputter Coater, Аgаr Scientific Ltd., Essex, UK), затем визуализировали на сканирующем электронном микроскопе SEM (DSM 962, Zeiss, Jena, Germany).
Средний расчетный размер частиц, определенный для образца, приготовленного по примеру 1, составил 200,3±1,8 нм, индекс полидиспресности 0,159.
Средний расчетный размер частиц, определенный для образца, приготовленного по примеру 3, составил 107,3±0,9 нм, индекс полидиспресности 0,181.
Средний расчетный размер частиц, определенный для образца, приготовленного по примеру 4, составил 48,4±4,9 нм, индекс полидиспресности 0,589.
Пример 10. Оценка скорости высвобождения коэнзима Q10 из нанокомпозиции по Примерам 1, 2, 4.
Оценку скорости высвобождения in vitro проводили с использованием теста «Растворение» на приборе типа «вращающаяся мешалка» (Тип DT 600, Erweka, Германия) при температуре (37±1)°С. Навеску испытуемого продукта (около 30 мг коэнзима Q10) помещали в твердую желатиновую капсулу. По истечении заданных промежутков времени (15, 30, 45 мин и 1, 2, 3, 4, 5 ч) отбирали пробы по 3 мл октанола, объем восполняли тем же растворителем.
Для количественного анализа использовали метод прямой спектрофотометрии в УФ области. Оптическую плотность полученных растворов измеряли на спектрофотометре "Shimadzu" при длине волны максимума (276 нм) в кювете с толщиной слоя 1 см.
Параллельно измеряли оптическую плотность раствора стандартного образца коэнзима.
Количество коэнзима Q10, перешедшего в раствор (в %), вычисляли по формуле:
,
где Dx, Dcm - значения оптической плотности исследуемого и стандартного образцов соответственно;
cm
С - концентрация стандартного образца, мг/мл;
а - количество коэнзима Q10 в навеске исследуемого образца, мг;
Р - разведение;
100 - объем среды растворения (октанола), мл;
100 - пересчет на проценты.
Полученные результаты приведены на фиг.1.
Установлено, что высвобождение коэнзима Q10 из нанокомпозиций протекает более интенсивно, чем из субстанции: к 3 часу эксперимента из нанокомпозиции, приготовленной по примеру 2, высвобождается около 55%, из нанокомпозиции, приготовленной по примеру 4, - около 45%, тогда как из субстанции в среду растворения к 4 часу эксперимента переходит 35% коэнзима Q10. Наиболее полным высвобождением характеризуется нанокомпозиция, приготовленная по примеру 1: к 4 часу эксперимента высвобождается около 60% коэнзима Q10.
Константы скорости растворения, вычисленные по методу наименьших квадратов, составляют:
-1
- для субстанции - 0,2493 мин;
-1
- для нанокомпозиции по Примеру 1 - 0,3603 мин;
-1
- для нанокомпозиции по Примеру 2 - 0,3545 мин;
-1
- для нанокомпозиции по Примеру 4 - 0,2603 мин.
Таким образом, получение нанокомпозиций коэнзима Q10 позволяет увеличить скорость его высвобождения и, как следствие, его биодоступность.
Пример 11. Оценка биодоступности коэнзима Q10 in vivo из нанокомпозиции, приготовленной по Примеру 1.
Оценивали содержание коэнзима Q10 в плазме крови крыс после перорального приема нанокомпозиции, приготовленной по методике, описанной в Примере 1, и исходной субстанции коэнзима Q10.
Образцы вводили голодавшим в течение 12 часов белым крысам-самцам однократно перорально через зонд в дозе 24 мг/кг. Образцы крови забирали через 5 ч. К отобранным и отцентрифугированным образцам плазмы крови (1 мл) добавляли внутренний стандарт (100 мкл раствора ретинола пальмитата с концентрацией 0,26 мг/мл), 1,7 мл метанола, интенсивно встряхивали, добавляли 4 мл гексана и экстрагировали в течение 10 мин. Гексановый экстракт отделяли, растворитель удаляли. Сухой остаток растворяли в 0,1 мл метанола и полученный раствор анализировали методом обратнофазной ВЭЖХ. Условия хроматографирования: хроматограф высокого давления LC-20 (Shimadzu, Япония); колонка Luna C18 (4.6×150 мм, 5 мкм) с предколонкой (2,0 мм) (Phenomenex, США); элюент: гексан:метанол 2:8; скорость потока элюента 1,2 мл/мин; дозируемый объем пробы 20 мкл; длина волны детектирования 275 нм. Регистрация и обработка хроматограмм выполнена с помощью программного обеспечения LC Solution (Shimadzu, Япония).
Полученные результаты приведены на фиг.2.
Полученные данные свидетельствуют, что введение коэнзима Q10 в состав нанокомпозии приводит к большей его биодоступности (практически в 2 раза) при введении его крысам по сравнению с исходной субстанцией.
Использованная литература:
1. Заявка на патент WO 2008123798, 2009 г.
2. Заявка на патент РФ 2006140641, 2008 г.
3. Капелько В.И. Активные формы кислорода, антиоксиданты и профилактика заболеваний сердца // РМЖ. - 2003. - Т.11, №21. - С.1185-1188.
4. Лукьянова Л.Д. Новые возможности коррекции митохондриальной дисфункции в лечении неврологических заболеваний // Consilium medicum. - 2007. - Т.9, №8. - С.102-103.
5. Bhandari K.H., Newa M., Kim J.A., et al. Preparation, characterization and evaluation of coenzyme Q10 binary solid dispersions for enhanced solubility and dissolution. Biol. Pharm. Bull. - 2007. - V.30(6). - P.1171-1176.
6. Littaru G.P., Tiano L. Bioenergetic and antioxidant properties of coenzyme Q10: recent developments // Mol. Biotechnol. - 2007. - V.37(1). - P.31-37.
10
7. Siekmann В., Westesen К. Preparation and physicochemical characterization of aqueous dispersions of coenzyme Q nanoparticles. Pharm. Res. - 1995. - V.12(2). - P.201-208.
8. Wajda R., Zirkel J., Schaffer T. Increase of bioavailability of coenzyme Q10 and vitamin E //J.Med.Food. - 2007. - V10(4). - P.731-734.