СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНО-КОМПОЗИЦИОННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
METHOD FOR PREPARING FIBRE POLYMERIC COMPOSITES WITH ANTIMICROBIAL ACTIVITY

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, к получению модифицированных целлюлозных и углеродных волокнистых материалов, обладающих антимикробными свойствами, которые могут быть использованы в медицине в качестве фиксирующих повязок, перевязочных средств, дренажей и имплантатов для эндопротезирования.
Известны способы получения волокнистых материалов с антимикробными свойствами, из которых наиболее представительными являются следующие.
Окисленную оксидами азота целлюлозу конденсировали с тубазидом, ривалоном, норсульфазолом, а также с антибиотиками-аминогликозидами: канамицином, стрептомицином [ЖПХ, 1971, т.44, №3, с.632]. Полученные антимикробные материалы использовали при хирургических операциях. Недостатками этого метода является то, что такие материалы не обладали сорбционными свойствами и не извлекали из биологических жидкостей организма креатинин, мочевую кислоту, билирубин, олигопептиды.
К целлюлозным (вискозным) волокнам и тканям, модифицированным прививкой полиакриловой или полиметакриловой кислот, присоединяли ионы серебра, меди, N-цетилпиридиния, стрептомицина, гексахлорофена и пентахлорфенола [Вирник А.Д. Текст. пром. 1972, №5, с.56-59]. Зоны задержки роста тест-микробов по краям образца (размером 2×2 см), содержащего стрептомицин, составляли для стафилоккока 5 мм, для кишечной палочки - 9 мм. Недостатками этого метода является трудоемкость процесса получения модифицированных волокон, неравномерное распределение биологически активных веществ по волокну, токсичность материала из-за наличия в нем ионов меди, ограничивающая его применение в медицине.
В работе [Хим-фарм. ж. 1998, т.32, №2, с.29-31] на порошкообразную нерастворимую в воде микрокристаллическую целлюлозу, полученную из хлопковой целлюлозы, адсорбировали из водного раствора полимерный антисептик катапол, представляющий собой комплекс антисептика катамина АБ с сополимером N-винилпирролидона с кротоновой кислотой. Полученные суспензии перемешивали от 5 мин до 6 ч при комнатной температуре, после этого фильтровали и сушили. В полученных образцах определяли количество адсорбированного вещества. Недостатками данного способа является быстрая десорбция, максимум достигается за 1 мин и составляет 24.6% от адсорбированного количества, существенно меньшая антимикробная активность катамина АБ по сравнению с антибиотиками-аминогликозидами, а также то, что полученный материал нельзя использовать в качестве имплантата для эндопротезирования из-за токсичности выделяющегося в организме катамина АБ, вызывающего гемолиз эритроцитов.
Наиболее близким по существу и достигаемому результату является способ получения антимикробных волокнистых материалов путем присоединения мицерина (антибиотика-аминогликозида неомицина) к сульфогруппам модифицированной целлюлозы [Снежко Д.Л. и др. Изв. Вузов. Технол. текст. пром., 1968, №2, с.104-106] - прототип. Сульфирование целлюлозного волокнистого материала (предварительную модификацию) осуществляли путем его обработки водным раствором 2,4-ди-хлор-(3',6',8'-трисульфо-1-нафтиламино)-8-триазина. Для последующей иммобилизации мицерина на поверхность волокон использовали модифицированную целлюлозную ткань, содержащую 0.4% N и 0.7% S, с ионообменной емкостью 0.22 мг-экв./г. Ткань обрабатывали в течение 30 мин в растворах мицерина основания с концентраций от 50 до 2000 ед/мл, после этого ее извлекали, промывали водой и высушивали. Антимикробная активность тканей возрастала при увеличении концентрации мицерина с 50 до 2000 ед/мл и была удовлетворительна с точки зрения антибактериальной активности целлюлозной ткани. В то же время известно, что антибиотик мицерин обладает высокой нефро- и ототоксичностью, и, как следствие, оказывает повреждающее воздействие на почки и органы слуха. Этот недостаток присущ и получаемым на его основе волокнистым антимикробным материалам. В настоящее время применение мицерина ограничено.
Задачей предлагаемого технического решения является понижение токсичности антимикробных волокнистых материалов, улучшение их бактерицидных свойств, повышение прочности закрепления антимикробного вещества в структуре волокна.
Поставленная задача и положительный результат достигаются в способе получения антимикробных полимерно-композиционных волокнистых материалов, включающем сорбцию антибиотика-аминогликозида на модифицированные волокнистые материалы из его водных растворов, при этом для иммобилизации антибиотика на волокнистый материал используют полимерный комплекс аминогликозида с сополимером N-(2-гидроксипропил)метакриламида с акриловой кислотой.
В качестве антибиотика-аминогликозида используют гентамицин основание (ГО).
В качестве материала-подложки для иммобилизации полимерного комплекса используют фосфат целлюлозы или углеродный фосфорсодержащий волокнистый материал, получаемый путем карбонизации фосфата целлюлозы, в кислой и солевой формах.
Сорбцию полимерного комплекса на модифицированные волокнистые материалы осуществляют из растворов 0.06-0.5% концентраций в течение 24 ч при 25°C.
Закрепление полимерного комплекса на модифицированные волокнистые материалы осуществляют при дополнительной термообработке 90°C, 1.5 ч.
Используемые волокнистые материалы проявляют гемостатические и тромборезистентные свойства.
Выбор сополимеров N-(2-гидроксипропил)метакриламида (ГПМА) в качестве полимеров-носителей гентамицина в полимерных комплексах обусловлен тем, что сополимеры ГПМА, содержащие небольшое количество звеньев другого сомономера, как и поли-ГПМА, нетоксичны и биосовместимы. Химическое присоединение гентамицина к водорастворимым нетоксичным реакционноспособным полимерам позволяет изменить их фармакокинетику и повысить их эффективность. Существенно, что гентамицин, будучи химически связанным с полимером-носителем, обладает меньшей цитотоксичностью по сравнению с самим
Отличительная особенность предлагаемого технического решения также в том, что модифицированные волокнистые материалы, используемые в качестве материала-подложки, нетоксичны, биосовместимы, являются сорбентами, обладающими высокой ионообменной емкостью (величины СОЕ на порядок выше, чем для применяемой в прототипе сульфированной целлюлозы). Тем самым создаются условия для улучшения сорбируемости антимикробных препаратов волокнистой подложкой и, как следствие этому, повышается бактериостойкость получаемых полимерно-волокнистых материалов. Фосфат целлюлозы и фосфорсодержащее углеродное волокно разрешены к применению в медицине.
Термообработка получаемого полимерно-композиционного волокнистого материала приводит к дополнительному структурированию системы вследствие протекающего процесса прививки полимерного комплекса к функциональным группам модифицированных волокон, обеспечивая сохранность антимикробных свойств и повышение ресурса его использования.
Способ иллюстрируется приводимыми конкретными примерами его осуществления.
Пример. Готовят 0.06% водный раствор полимерного комплекса гентамицина основания (ТО) с сополимером N-(2-гидроксипропил)метакриламида с акриловой кислотой (АК), содержащего 22.3 мол.% звеньев COOH-групп, с молекулярной массой 25000. Комплекс содержит 25.7 мас.% ГО. Отрезок фосфорилированной целлюлозной ткани весом 0.5 г помещают в бюкс с притертой крышкой. Приготовленный раствор полимерного комплекса ГО вносят в бюкс из расчета модуля ванны 1:10. Образец выдерживают в растворе в плотно закрытом бюксе в течение 24 ч при температуре 25°C. Затем ткань извлекают, дают стечь излишкам раствора и далее сушат под вакуумом при температуре 40°C в течение 5 ч, после этого нагрев отключают и оставляют под вакуумом еще на 16-18 ч. Дополнительную термообработку проводят при температуре 90°C в течение 1.5 ч. Результаты сведены в таблицу.
Таблица.
Условия получения и антимикробные свойства полимерно-композиционных волокнистых материалов с антимикробной активностью. Время выдержки материала-подложки в растворах полимерного комплекса 24 ч при температуре 25°C.
№
Материал-подложка
Концентрация полимерного комплекса, %
Диаметры зон ингибирования роста тест-культур вокруг дисков, мм
Staphylococcus aureus
Pseudomonas aeruginosa
Escherichia coli
Без нагрева
Нагрев*
Безнагрева
Нагрев
Без нагрева
Нагрев
1
фосфат целлюлозы
0.06
2
3
3
4
5
6
2
фосфорсодержащая углеродная ткань с поверхностными кислотными группами
0.06
3
4
2
3
6
7
3
фосфорсодержащая углеродная ткань (солевая форма)
0.06
4
5
6
8
8
9
4
фосфат целлюлозы
0.125
4
7
5
7
5
6
5
фосфорсодержащая углеродная с поверхностными кислотными группами
0.125
5
7
5
5
8
9
6
фосфорсодержащая углеродная ткань (солевая форма)
0.125
7
9
8
9
10
11
7
фосфат целлюлозы
0.25
7
7
5
8
6
7
8
фосфорсодержащая углеродная
ткань с поверхностными кислотными группами
0.25
7
7
5
8
8
9
9
фосфорсодержащая углеродная ткань (солевая форма)
0.25
8
9
9
10
10
12
10
фосфат целлюлозы
0.50
8
9
7
8
10
10
11
фосфорсодержащая углеродная с поверхностными кислотными группами
0.50
8
9
7
8
10
11
12
фосфорсодержащая углеродная ткань (солевая форма)
0.50
9
10
10
11
12
14
*Дополнительная термообработка при температуре 25°C в течение 1.5 ч.
Таким образом, как видно из данных таблицы, полученные полимерно-композиционные волокнистые материалы обладают высокой антимикробной активностью в отношении основных возбудителей раневой инфекции. Для всех образцов диаметры зон ингибирования роста всех использованных тест-культур возрастали с увеличением концентрации иммобилизуемого полимерного комплекса ГО в растворе, достигая максимума при концентрации 0.5%. Дополнительная термообработка полимерно-композиционных волокнистых материалов повышала их антимикробные свойства. При этом антимикробная активность в отношении всех исследованных тест-культур зависела от используемого материала-субстрата. Наиболее выраженный антимикробный эффект получен при иммобилизации полимерного комплекса ГО на фосфорсодержащих углеродных материалах в кислой и, особенно, в солевой форме, благодаря закреплению в структуре волокна посредством ионных связей между аминогруппами ГО и поверхностными фосфорнокислыми группами углеродного материала. Существенно, что сорбированные ГО на волокнистых материалах и его полимерный комплекс заметно отличаются по кинетике десорбции. ГО полностью десорбируется за 6 ч, в тех же условиях полимерный комплекс ГО десорбируется с тканевой подложки значительно медленнее: на 34.2% за 48 ч. Данные свидетельствуют, о более прочном закреплении полимерного комплекса в структуре фосфорсодержащего углеродного материала, по сравнению с ГО, что может обеспечить пролонгированное антимикробное действие имплантата из полимерно-композиционного волокнистого материала, содержащего полимерный комплекс ГО. Проведенные ограниченные тест-испытания полученных полимерно-композиционных волокнистых материалов в виде раневой повязки показали, что их применение подавляет развитие гнойной инфекции и способствует регенерации кожных покровов.