ПРОТИВОИНФЕКЦИОННЫЕ КОМПОЗИЦИИ В ВИДЕ ГИДРОГЕЛЯ
ANTI-INFECTIOUS COMPOSITIONS IN FORM OF HYDROGEL

Полости в теле с отверстиями на периферии тела млекопитающего, как природные полости, так и те, которые появляются после травмы, с большой степенью риска подвергаются загрязнению микробами. Инфекционное загрязнение может привести к последствиям, угрожающим жизни, особенно в случае млекопитающих с ослабленным иммунитетом. Микробные инфекции, например, наружного слухового прохода, глаза, ногтя или копыта, влагалища, молочной железы, ожогов и рваных ран, хорошо известны медикам и ветеринарам. Примеры участвующих в этом организмов включают грамотрицательные и грамположительные бактерии, штаммы, микоплазмы и ряд грибков. Для сведения к минимуму риска инфекций, вызываемых этими повсеместными микробами, требуется частый уход и чистка таких полостей.
Примером полости, которая подвержена инфекциям, является молочная железа у молочного скота. Инфекция молочных желез называется маститом. Хотя молочный скот подвержен риску заболеть маститом во время цикла образования молока, дойные коровы особенно страдают от риска заболеть маститом во время отсутствия у них молока. Этот период известен также как нелактационный период.
Хотя в период отсутствия молока корова не рискует получить загрязнение при использовании доильных аппаратов, более 50% инфекций молочных желез возникает в период отсутствия молока. Эта высокая вероятность инфекции возникает из-за того, что иммунитет у коров ослабляется во время периода отсутствия молока. Кроме того, молочная железа во время этого периода набухает, что позволяет микробам легче проникнуть в железу млекопитающего и, без орошения молоком, вероятность инфекции возрастает. Остаток молочного белка в железе создает хорошую питательную почву для микроорганизмов, которые вызывают мастит.
Мастит вызывается широким кругом окружающих микроорганизмов, включая бактерии, грибки и ряд штаммов микоплазмы. Связанные с маститом бактерии, признанные Food and Drug Administration (FDA) и National Mastitis Counsel (NMC) включают Staphylococcus aureus, Klebsiella spp., Streptococcus agalactiae, Pseudomonas spp., Streptococcus dysgalactiae, Corynebacterium bovis. Streptococcus uberis, Nocardia, Streptococcus bovis, Candida albicans, Escherichia coli, и Mycoplasma spp. Микоплазма включает Mycoplasma bovis, Mycoplasma califomicum и Mycoplasma bovogenitalium. Кроме того, вследствие частого возникновения инфекций были изучены Salmonella strains, Proteus vulgaris, Bordetella bronchiseptica, Pastorella multocida и другие. NMC в союзе с FDA и несколькими международными организациями по охране здоровья и безопасности заявили о необходимости контроля за вышеупомянутыми микроорганизмами в молочной промышленности.
Последствия мастита во время отсутствия лактации у коров включают загрязнение новорожденного теленка и полученного затем молока, что приводит к снижению размножения, образованию меньшего количества молока и, в особенно тяжелых случаях, к потере коровы и теленка. Только в США заболевания маститом обходятся молочной промышленности примерно в 3 миллиарда долларов в год или примерно в 300 долларов на корову. Расходы включают покупку лекарств, ветеринарное лечение и восполнение уменьшения получения молока или образования бракованного молока.
В различных публикациях и патентной литературе был предложен ряд способов профилактики мастита, включая общие гигиенические программы, оздоровительные продукты, защитные растворы, применяемые во время цикла лактации, долгосрочные покрытия для коров во время отсутствия лактации, антимикробные защитные продукты, системные и локальные антибиотики, внутреннюю обработку желез и системы тампонов с антибиотиками для молочных желез. Однако существующие способы борьбы с маститом имеют много недостатков.
Например, антибиотики могут загрязнить как молоко, так и мясо коровы. Кроме того, антибиотики не обеспечивают полного предотвращения инфекции. Далее, широкое применение антибиотиков приводит к устойчивости микробов, тем самым вызывая необходимость разработки новых антибиотиков.
Кроме того, большинство из используемых в настоящее время покрытий для желез используются во время периода лактации у млекопитающего. Например, эффективные композиции для покрытий, используемые во время регулярного цикла лактации коровы, описаны в патентах США №№6395289 и 6203812 (Hydromer, Inc. Branchburg, NJ). Эти композиции представляют собой гидрофильные полимерные смеси, которые обеспечивают эффективные и долгосрочные защитные свойства, при этом эти композиции можно удалить быстро перед доением. Внешняя часть соска окунается в композицию. Однако физическая консистенция и свойства таких составов делают их неподходящими для обработки каналов желез. Например, поскольку эти составы для покрытия не желируют быстро, они будут стремиться вытечь из канала.
Другие композиции для покрытия желез, используемые во время периода лактации у млекопитающего, описаны в патентах США №№4113854 и 5017369. Наносимые снаружи, эти композиции образуют толстые пленки, которые запаивают конец канала железы. Эти композиции включают латекс. Вследствие наличия латекса эти композиции остаются вязкими и липкими, не позволяя осуществлять лечение канала железы. Кроме того, латекс может быть токсичным. Помимо загрязнения молока, латекс может вызвать аллергические реакции у людей.
Несмотря на тот факт, что более 50% случаев мастита возникает во время отсутствия молока у коровы, в продаже имеется немного продуктов, которые предназначены специально для защиты желез у коров в отсутствие молока. Лечение молочного скота в отсутствие молока дополнит лечение во время лактации.
Продукты для коров во время отсутствия молока, имеющиеся в настоящее время в продаже, имеют несколько недостатков. Например, большинство из этих продуктов не годится для лечения канала железы. Лечение канала железы является очень важным, так как остаточный белок молока в канале служит отличной средой для размножения микроорганизмов. Другой недостаток некоторых доступных способов лечения каналов железы у коров в отсутствие молока заключается в том, что они являются сложными, состоящими из стадий, таких как облучение, нагрев, применение катализаторов или других особых добавок для образования закупоривающего вещества, сохраняющего форму. Другие недостатки заключаются в том, что композиции нестабильны в широком интервале температуры и/или при изменении влажности.
В патентах США №№6254881, 6340469 и 6506400 описан состав, не содержащий антибиотика, для профилактического лечения мастита у коров в отсутствие молока. Состав вливают в конец канала для герметизации канала и защиты от микроорганизмов, вызывающих мастит. Состав состоит из примерно 65 вес.% основной азотнокислой соли висмута в геле на основе стеарата алюминия. Хотя в этих патентах заявлен состав, не содержащий антибиотика, применение антибиотиков в сочетании с этим составом рекомендовано NMC.
Среди недостатков этого состава находится загущение основной азотнокислой соли висмута в холодную погоду, что препятствует его возможности проникнуть в канал железы. Кроме того, так как эти составы могут воздействовать на механические части доильных машин, требуется вручную снимать эти пленки из канала железы до машинного доения.
В заявке США на патент 2003/0060414 описан способ предотвращения загрязнения молочной железы во время введения герметика путем введения стерилизующего агента в железу до герметика. Стерилизующий агент представляет собой смешиваемый с водой гель, гель на основе масла или пасту на основе масла, содержащие бактериоцин, например Lacticin 3147. Стерилизующий агент может включать загустители и/или другие эксципиенты. Эти стерилизующие агенты являются пастообразными и необратимо меняют форму под действием некоторых сил. Загустители в этих агентах применяются частично для сохранения формы этих паст.
В патенте США №4472374 описаны ветеринарные композиции для уменьшения инфекций у млекопитающих в период отсутствия молока. Эти композиции содержат силоксановый эластомер с введенным антибактериальным агентом. Эти композиции имеют достаточно низкую вязкость, чтобы проникнуть в канал; эти композиции остаются на месте во время отсутствия молока и могут вымываться молоком в начале лактации. Однако необходимы сложные процессы для получения этих композиций, включая применение катализаторов отверждения. Такие катализаторы могут вызвать проблемы с токсичностью, так как они могут выщелачиваться как в высшей степени реакционно-способные соединения.
Смесь гидрофильных полимеров, образующих пленки с большим сроком действия, описаны для лечения мастита у коров в отсутствие молока в патенте США №6440442 (Hydromer, Inc. Branchburg, NJ). Пленки образуются с внешней стороны молочной железы и действуют как барьер для предотвращения инфекции. Основные компоненты этих смесей представляют собой полиуретан и поли-N-виниллактам). Поскольку эти составы являются вязкими, они не совсем подходят для инфузии во внутренние каналы желез.
Несмотря на многие десятилетия интенсивных исследований по профилактике мастита и доступность многочисленных продуктов для получения покрытий для желез, оздоровляющих продуктов и антибиотиков, инфекционный мастит у коров в отсутствие молока все еще оказывает значительное отрицательное влияние на экономику производства молока.
Существует необходимость в создании эффективных способов лечения коров в отсутствие молока для дополнения контрольных способов лечения мастита, используемых во время лактации. Такие способы лечения в отсутствие молока помогут решить проблемы в экономике и гигиене производства молока и свести к минимуму применение антибиотиков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к новым гидрогелевым композициям, способным предотвращать попадание микроорганизмов в полости тела или отверстия в теле млекопитающего. Композиции характеризуются специфическим отношением поливиниллактама к полисахариду, который образует гелеобразную композицию с водой. Композиции могут включать агенты, меняющие консистенцию, агенты, меняющие эксплуатационные свойства, сшивающие агенты и агенты, улучшающие терапевтические свойства.
Композиции гидрогеля пригодны для помещения в природные полости тела млекопитающих, такие как канал молочной железы у дойной коровы и случайные отверстия в коже, возникшие при травмах, например порезах, ожогах и заболеваниях. Композиции вводятся в полости тела или отверстия с помощью приспособлений для инфузии, например пластмассового шприца. Гидрогелевые композиции образуют барьер или герметик для предотвращения попадания микроорганизмов, вызывающих инфекцию. Например, гидрогелевые композиции предотвращают загрязнение канала молочной железы у коровы в отсутствие молока в результате заражения микроорганизмами, вызывающими мастит. Одновременно гидрогелевые композиции также оздоровляют, дезинфицируют, предотвращают воспаление и способствуют заживлению внутренних стенок полости тела или отверстия. Такая оздоровляющая/дезинфицирующая активность возникает без включения антимикробных агентов/антибиотиков.
Гидрогелевые композиции согласно данному изобретению имеют несколько преимуществ по сравнению с используемыми в настоящее время составами для покрытия молочных желез.
Например, большая часть составов для покрытий желез предназначена для применения в период лактации коровы; в то время как более 50% всех случаев заболевания маститом приходится на период отсутствия молока у молочного скота. Гидрогелевые композиции согласно данному изобретению предназначены для применения во время отсутствия молока у коровы. Кроме того, большая часть доступных в настоящее время составов для коров в отсутствие молока требует введения антибиотиков. Гидрогелевые композиции согласно данному изобретению проявляют дезинфицирующую/санационную активность в отсутствие антибиотиков. Сведение к минимуму применения антибиотиков уменьшает риск проявления побочного действия антибиотиков, при этом не нужны длительные периоды ожидания после приема антибиотиков и уменьшается риск появления резистентности микроорганизмов к антибиотикам.
Более того, в отличие от большей части применяемых в настоящее время составов для обработки коров в отсутствие молока, требующих осуществления сложных стадий, таких как отверждение и каталитические реакции, гидрогелевые композиции согласно данному изобретению получают путем простого смешения. Кроме того, в отличие от доступных в настоящее время составов для обработки коров в отсутствие молока гидрогелевые композиции по изобретению стабильны в широком интервале температур.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к биосовместимым смазывающим гидрогелевым композициям, которые пригодны для заполнения полостей тела и отверстий в теле млекопитающих. Гидрогелевые композиции находятся в виде обратимого или необратимого геля. Гидрогелевые композиции функционируют как герметики и/или санационные агенты или герметики для полости тела или отверстия в теле.
По всему данному описанию есть пределы, обозначенные верхней и нижней границами. Каждая нижняя граница может быть объединена с каждой верхней границей для обозначения интервала. Нижняя и верхняя границы должны каждая рассматриваться как отдельный элемент.
Гидрогелевые композиции согласно данному изобретению включают поли-(N-виниллактам), полисахарид и воду. Предпочтительно, чтобы верхняя граница весового отношения количества поли-(N-виниллактама) к количеству полисахарида составляла примерно 75:1. Примеры других верхних границ включают примерно 1; 50:1; 30:1; 20:1; 15:1; 13:1; 12:1 и 1:2.
Предпочтительно, чтобы нижняя граница весового отношения количества поли-(N-виниллактама) к количеству полисахарида составляла примерно 1:10. Примеры других нижних границ включают примерно 1:5; 1:3; 1:1; 5:1; 12:1; 13:1; 15:1; 20:1; 30:1 и 50:1.
Поли-(N-виниллактам) в гидрогелевых композициях по изобретению может быть поли-(N-виниллактамом) любого типа, таким как, например, гомополимер, сополимер или тройной сополимер N-виниллактама или их смеси. Примеры поли-(N-виниллактамов), пригодных для применения в гидрогелевых композициях, включают N-винилпирролидон, N-винилбутиролактам, N-винилкапролактам и их смеси. Примером предпочтительного гомополи-(N-виниллактама) является поливинилпирролидон (PVP).
Примеры сополи-(N-виниллактамов) и тройных сополимеров включают полимеры N-виниллактама, сополимеризованного с винильными мономерами. Примеры винильных мономеров включают акрилаты, гидроксиалкилакрилаты, метакрилат, акриловые кислоты, метакриловые кислоты, акриламиды и их смеси. Сополимеризация N-виниллактамов с винильными мономерами позволяет осуществлять модификацию консистенции гидрогелевых композиций.
Примеры предпочтительных сополимеров N-виниллактамов включают сополимер винилпирролидона и сополимер акриламида. Примеры предпочтительных тройных сополимеров включают тройные сополимеры винилпирролидона, тройные сополимеры винилкапролактама и тройные сополимеры диметиламиноэтилметакрилата.
Предпочтительно, чтобы поли-(N-виниллактамы), применяемые в гидрогелевых композициях по изобретению являлись коммерчески доступными поли-(N-виниллактамами), они не требуют никакой предварительной обработки перед применением в гидрогелях. Например, поли-(N-виниллактамы) не подвергаются обработке для раскрытия их лактамных колец.
Согласно одному из вариантов гидрогелевые композиции по изобретению не содержат полимера кислоты, например полиакриловую кислоту, или соединения, образующего кислоту, такого как ангидрид.
Полисахарид, используемый в гидрогелевых композициях, может быть любым полисахаридом.
Для целей данного изобретения под полисахаридом подразумевают любой полисахарид и любое производное полисахарида. Примеры полисахаридов, пригодных для применения в композиции, включают хитин, деацетилированный хитин, хитозан, соли хитозана, хитозансорбат, хитозанпропионат, хитозанлактат, хитозансалицилат, хитозанпирролидонкарбоксилат, хитозанитаконат, хитозанниацинат, хитозанформиат, хитозанацетат, хитозангаллат, хитозанглутамат, хитозанмалеат, хитозанаспартат, хитозангликолят, четвертичные аминозамещенные соли хитозана, N-карбоксиметилхитозан, О-карбоксиметилхитозан, N-, О-карбоксиметилхитозан, эквивалентные производные бутилхитозана, целлюлозы, алкилцеллюлозу, нитроцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, крахмал, производные крахмала, производные метилглуцета, коллаген, альгинат, гиалуроновую кислоту, гепарин, производные гепарина и их комбинации.
Сочетание поли-(N-виниллактама) и полисахарида по изобретению является гидрофильным, способно абсорбировать воду в количестве, многократно превышающем его вес. Содержание воды в композиции может сильно меняться в зависимости от конкретного применения композиции, что известно специалистам. Предпочтительно, чтобы верхняя граница содержания воды в композиции равнялась примерно 90 вес.%. Примеры других верхних границ включают примерно 75 вес.% воды и 65 вес.% воды. Предпочтительно, чтобы нижняя граница содержания воды в композиции составляла примерно 25 вес.%. Примеры других нижних границ включают примерно 45 вес.% и 55 вес.% воды. По мере увеличения содержания воды в гидрогеле гидрогелевые композиции становятся мягче.
Согласно некоторым вариантам изобретения часть воды в композиции заменяется спиртом. Спиртом может быть заменена вода в количестве примерно 15-75 вес.%, 35-65 вес.% или 45-55 вес.%. Предпочтительные примеры спиртов включают этиловый спирт и изопропиловый спирт.
Гидрогелевые композиции, содержащие комбинацию поли-(N-виниллактама) и полисахарида, неожиданно имеют такую консистенцию, которая позволяет гидрогелевым композициям эффективно заполнять и оставаться в полостях/отверстиях в теле. Например, в случае молочного скота гидрогели остаются в каналах молочных желез в течение длительного промежутка времени, даже тогда, когда животные двигаются или укладываются. Кроме того, консистенция этих гидрогелей позволяет удалить их полностью, когда это необходимо или желательно.
После того как композиции по изобретению образуют гель, его можно разрушить и затем, неожиданно, через несколько часов, снова образуется гель. Таким образом, эти гидрогели полностью обратимы. Не ограничиваясь какой-либо теорией, полагают, что водородные связи в этих гидрогелях временно разрушаются, когда такие гидрогели продавливают через небольшие отверстия в аппликаторах. Через несколько часов водородные связи появляются снова.
Согласно некоторым вариантам изобретения гидрогелевые композиции могут дополнительно содержать по меньшей мере один агент, модифицирующий вязкость, агент, модифицирующий свойства, сшивающий агент или их смеси.
До примерно 5 вес.%, 10 вес.%, 20 вес.%, 30 вес.%, 40 вес.%, 50 вес.%, 60 вес.%, 70 вес.%, 80 вес.% или 90 вес.% поли-(N-виниллактама) могут быть заменены агентами, модифицирующими консистенцию и/или свойства. Например, в составе, содержащем поливинилпирролидон (PVP) и хитозан или производные хитозана, предпочтительно около 50 вес.% PVP заменяется агентами, модифицирующими консистенцию и/или свойства.
Примеры предпочтительных агентов, модифицирующих консистенцию и/или свойства, включают поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиэтиленоксид, поли-(2-гидроксиэтилметакрилат), сополимер метилвинилового эфира и малеинового ангидрида, сополимер этилена с винилацетатом, полиэтиленгликольдиакрилат, поли-(N-изопропилакриламид), полиуретан, диметикон, сополимеры полигликолевых сложных эфиров, адгезивные форполимеры, полиэтиленимин, полипептиды, кератины, сополимеры поливинилпирролидона/полиэтиленимина, поливинилпирролидон/поликарбамил/полигликолевый эфир (Aquamere Н-1212, Н-1511, Н-2012, А-1212), поливинилпирролидон/диметиламиноэтилметакрилат/поликарбамил/полигликолевый эфир (Aquamere С-1011, С-1031), поливинилпирролидон/диметиконилакрилат/поликарбамил/полигликолевый эфир (Aquamere S-2011, S-2012), (PECOGEL эквиваленты продуктов Aquamere), лецитин и их сополимеры, производные и комбинации. В данное описание в качестве ссылок полностью включены патенты США №№4642267, 4769013, 5837266, 5851540 и 5888520, Hydromer Inc. Например, в патентах США №№4642267 и 4769013 описаны смазывающие/гидрофильные сополимеры и полимеры с терапевтическими агентами, модифицирующими свойства, и смазывающие гидрофильные антимикробные покрытия для введения при помощи шприцев для геля. В патентах США №№5837266, 5851540 и 5888520 описаны дерматологические приемлемые полимеры и сополимеры с терапевтическими агентами и защитными свойствами против дерматита.
Сополимеры поливинилпирролидона/поликарбамила/полигликолевого эфира (Aquamere Н-1212, Н-1511, Н-2012, А-1212), поливинилпирролидон / диметиламиноэтилметакрилат/поликарбамил/полигликолевого эфира (Aquamere С-1011, С-1031), поливинилпирролидон/диметиконилакрилат/поликарбамил/полигликолевого эфира (Aquamere S-2011, S-2012) и их PECOGEL эквиваленты хорошо известны как промежуточные продукты в косметике (Phoenix Chemicals, NJ). Сополимеры Aquamere имеют уникальные гидрофобизирующие свойства. В частности, эти сополимеры проявляют уникальные инкапсулирующие свойства, которые способствуют замедлению высвобождения активных ингредиентов, таких как УФ -абсорберы, красители, пигменты, окислители, консерванты, антимикробные вещества, антибиотики и лекарства. Например, диметиконилакрилатный вид Aquamere S-2011, S-2012 образует полимерные комплексы включения, которые могут замедлить растворимость эмульгированных активных веществ.
Сополимеры Aquamere являются гидрофобными вязкими жидкостями и считались непригодными для применения в виде гелей для инфузии в полости тела или в отверстия в теле. Однако неожиданно было установлено, что желирование гидрогелевых композиций по изобретению все еще сохраняется, если до 90 вес.% воды в композициях заменить сополимерами Aquamere. Сополимеры Aquamere замедляют высвобождение добавок, например терапевтических агентов и антимикробных веществ. Добавление сополимеров Aquamere к гидрогелевой композиции влияет на количество поли-(N-виниллактама), используемого в композиции. Например, если первоначальный состав содержит 35 вес.% PVP, 2 вес.% хитозана и 63 вес.% воды, соответствующий состав с Aquamere будет содержать 25 вес.% PVP, 10 вес.% Aquamere сополимеров, 2 вес.% хитозана и 63 вес.% воды. Лецитин, хорошо известный в пищевой и косметической промышленности, действует аналогично сополимерам Aquamere.
Для дополнительного улучшения свойств гидрогелевые композиции могут содержать увлажнители, например глицерин.
Гидрогелевые композиции по изобретению могут представлять собой обратимый или необратимый гидрогель. Компоненты обратимого геля растворяются в воде. Компоненты необратимого геля не растворяются в воде благодаря наличию сшивающих агентов (то есть сшивателей), которые приводят к образованию, в зависимости от их количества, некоторого количества необратимых связей.
Сшиватели повышают способность гидрогелевых композиций сохранять первоначальную форму, оставаться в полости или в отверстии в теле и/или улучшают способность гидрогелевых композиций легко удаляться из полости или отверстия. Например, сшиватели улучшают способность гидрогелевых композиций оставаться в канале молочной железы и облегчают легкое удаление из железы при сдавливании.
Примеры сшивателей, подходящих для применения в такой композиции, включают глутаровый альдегид, генипин, производные азиридина, производные карбодиимида, коллоидальную двуокись кремния, коллоидальную двуокись алюминия, коллоидальную двуокись титана, полиаминосиланы, эпоксиды, первичные полиамины, диальдегиды, полиальдегиды на основе продуктов реакции акролеина, параформальдегид, акриламиды, полиэтиленимины и их комбинации.
Сшиватели могут быть применены в любом количестве, которое обеспечивает получение гидрогелевых композиций с желательной консистенцией. Например, композиция может включать до примерно 2 вес.%, 3 вес.%, 4 вес.%, 5 вес.% или 8 вес.% сшивающего агента.
Гидрогелевые композиции, содержащие поли-(N-виниллактам) и полисахарид, неожиданно проявляют герметизирующие и оздоровительные/дезинфицирующие свойства. Согласно некоторым вариантам изобретения гидрогелевая композиция может дополнительно содержать по меньшей мере один терапевтический агент, улучшающий свойства. Терапевтический агент, улучшающий свойства, может составлять 3%, 7%, 10%, 15% или 20% от веса композиции.
Примеры терапевтических агентов, улучшающих свойства, пригодных для применения в композиции, включают антимикробные вещества, антибактериальные агенты, фунгициды, агенты для борьбы с кандидозом, агенты, стимулирующие рост, дезинфицирующие агенты, биоциды, бактерициды, консерванты, вируциды, спермициды, гермициды, стерилизирующие вещества, оздоравливающие ингредиенты, дезодоранты, антисептики, спорициды, фармацевтики, ветеринарные препараты, антибиотики, противовоспалительные агенты, природные ингредиенты, увлажнители, косметические добавки, успокаивающие добавки, витамины и их комбинации.
Некоторые особые примеры терапевтических агентов, улучшающих свойства, включают противомикробные соли серебра, цеолиты серебра, сульфадиазин серебра, этиловый спирт, изопропиловый спирт, бензиловый спирт, пропионовую кислоту, сорбиновую кислоту, салициловую кислоту, ундекановую кислоту, отбеливающие агенты, йод, йодофор, йодид калия, додецилбензосульфоновую кислоту, перекиси, бронопол, тербинафин, миконакол, эконакол, клотримазол, толнафтат, триклозан, трихлокарбан, четвертичные аммониевые соединения, галогениды бензалкония, поликвоты, поличетвертичные производные (например, polyquatemum - 28), соединения, выделяющие формальдегид, гексетидин, хлоргексидин, производные хлоргексидина, пиритион пинка, окись цинка, пропионат цинка, парабены, феноксиэтанол, октоксинол - 9, ноноксинол - 9, рицинолевую кислоту, фенолацетаты ртути, серу, молочную кислоту, ацикловир, идоксиумидин, рибавирин, видарабин, римантадин, аспирин, витамин А и производные витамина А, витамин Е и производные витамина Е, витамин С и производные витамина С, бетакаротин, бета-метазон, дексаметазон, кортинон, глицерин и их сочетания.
Терапевтические агенты, улучшающие свойства, из группы природных ингредиентов включают, например, экстракты растений или семян, производные экстрактов растений или травяные препараты или их сочетания. Примеры природных ингредиентов включают экстракты розмарина, эхинацеи, крапивы, фенхеля обыкновенного, можжевельника, жень-шеня, бурачника, гельземиума, ромашки, чемерицы зеленой, арники, аконита, продукты пчеловодства, тую, алоэ (барбадосское, вера, capensis), зеленого чая, настурции, брионии, посконника, пупавки. Другие примеры включают эфирные масла красного тимьяна, специи, корицу и чабер.
Примеры антимикробных солей серебра включают йодид серебра, композиты на основе хлорида серебра и окиси титана (TV), лактат серебра, цитрат серебра, цеолиты серебра, кислый фосфат серебра-натрия-циркония и сульфадиазин серебра.
Предпочтительно для уменьшения несовместимости ингредиентов использовать в гидрогелевых комбинациях сочетания различных антимикробных агентов, антибиотиков и противовоспалительных агентов. В комбинации с противовоспалительными агентами, антимикробными веществами и антибиотиками можно применять природные растения и экстракты семян.
Количество терапевтических агентов, улучшающих свойства, в гидрогелевых композициях находится в интервале введения индивидуальных агентов. Например, гидрогелевые композиции с эффективной концентрацией спермицида пригодны для применения в качестве контрацептивных гидрогелей. Обычно композиции гидрогелей по изобретению содержат до примерно 3 вес.%, 7 вес.%, 10 вес.%, 15 вес.% или 20 вес.% терапевтических агентов, улучшающих свойства.
Согласно некоторым вариантам изобретения композиции гидрогелей могут дополнительно включать краситель, например, контрольный краситель, пищевой краситель, косметический краситель.
Согласно некоторым вариантам изобретения композиции гидрогеля могут дополнительно включать стойкие к излучению непрозрачные добавки, такие как, например, сульфат бария, органические соединения йода, полимеры йода, контрастные йодсодержащие среды, висмуторганические соединения, частицы вольфрама и их смеси.
Согласно другому аспекту изобретения данное изобретение предусматривает способ ингибирования или профилактики проникновения микроорганизмов в полость тела млекопитающего или отверстие и/или уменьшения или устранения микроорганизмов в такой полости или отверстии. Этот способ включает нанесение композиций гидрогеля согласно данному изобретению в полость или в отверстие в теле.
Полость или отверстие в теле могут быть естественными. Примеры таких полостей или отверстий в теле включают наружный слуховой проход, глаз, носовой проход, рот, зубные отверстия, генитальное отверстие, ректальное отверстие, морщины или отверстие железы.
Примером отверстия железы является канал молочной железы у молочного скота. Канал молочной железы называется также каналом с прожилками или молочным каналом.
Полость или отверстие в теле неприродного происхождения могут быть результатом рваной раны, ожога или заболевания. Примеры таких полостей или отверстий включают колотые раны, паршу, диабетические язвы, повреждения при периодонтозе, язвы при герпесе, пузырьковый лишай, волдыри при сильных ожогах и т.д.
Композицию можно применять для любого млекопитающего, включая, например, людей, животных в зоопарке, домашних животных и животных на фермах. Примером последних, для которых особенно пригодна композиция, являются дойные коровы.
Будучи нанесенными на отверстие или в полость тела, гидрогелевые композиции предпочтительно играют двойную роль, а именно герметика и дезинфицирующего средства.
В частности, гидрогелевые композиции действуют как герметики путем профилактики/ингибирования внедрения микроорганизмов в полость или отверстие. Гидрогелевая композиция образует гидрофильный барьер, благоприятный для тканей, который действует в течение длительного времени. Композиции обладают особой липкостью, способствующей тому, что гидрогелевые композиции остаются на месте в течение длительного времени.
Кроме того, гидрогелевые композиции благодаря своему уникальному составу действуют как дезинфицирующие средства путем уменьшения или устранения микроорганизмов в полости или отверстии. Неожиданно оказалось, что гидрогелевые композиции способны уменьшать или устранять микроорганизмы в отсутствие любых терапевтических агентов, таких как антибиотики или антимикробные агенты.
Гидрогелевые композиции можно наносить любым методом, который будет способствовать тому, что гидрогелевые композиции эффективно заполняют полости/отверстия в теле и остаются там. Например, композицию можно наносить шпателем, рукой, устройством для инъекции, приспособлением для инфузии, например, при помощи пластмассовых шприцев, при помощи плунжеров или аппликаторов. Предпочтительно наносить гидрогелевые композиции при помощи пластмассовых шприцов. Шприцы имеют круглые отверстия, приспособленные к размеру места нанесения. Гидрогелевые композиции можно наносить один раз и заменять их, если это необходимо или желательно.
При осуществлении способов по изобретению, таких как инъекция, гидрогели разрушаются при введении в полости. Неожиданно было обнаружено, что после нанесения гидрогели "сплавляются" в месте их нанесения. Не ограничиваясь какой-либо теорией, полагают, что водородные связи гидрогелей при введении гидрогелей через маленькие отверстия аппликаторов временно разрушаются. Через несколько часов эти связи неожиданно восстанавливаются.
Гидрогелевые композиции по изобретению особенно полезны как герметики для каналов молочных желез у молочного скота. В частности, гидрогелевые композиции пригодны для закрытия каналов молочных желез в период отсутствия молока. Этот период отсутствия молока длится примерно от 4 до 10 недель перед рождением теленка. Гидрогелевые композиции действуют как герметик путем временного закупоривания железы, предотвращая проникновение микроорганизмов, вызывающих мастит.
Гидрогелевые композиции предпочтительно вводят в канал железы, то есть канал с прожилками, при помощи устройства для инфузии. Для этого можно применять любое устройство для инфузии, пригодное для введения млекопитающим или же такое устройство может быть адаптировано для этой цели. Примером подходящего устройства является шприц, известный как "аппликатор при мастите". Шприцы имеют или пластмассовую канюлю, или широкую иглу.
Согласно некоторым вариантам терапевтический агент, способствующий повышению эффективности, может быть введен путем инъекции отдельно от гидрогелевой композиции. Например, в том случае, когда гидрогелевая композиция используется вместе с антимикробным агентом, композиция и антимикробный агент могут вводиться путем инфузии одновременно с применением одного обычного цилиндрического шприца, снабженного таким концом, что антимикробный раствор попадет первым в полость тела, например, в молочную железу, и затем вводится композиция. Или же антимикробный раствор и гидрогелевая композиция могут быть введены путем инфузии при помощи раздельных шприцев.
3
Гидрогелевая композиция может быть помещена в канал железы путем инфузии примерно 1 см в каждый канал. После того как гидрогелевую композицию помещают в канал железы и она желирует, гидрогель сохраняет свою форму. Благодаря некоторой липкости пробки из гидрогеля могут оставаться в канале железы в течение длительного промежутка времени, даже тогда, когда коровы перемещаются или ложатся. Например, гидрогели остаются в канале железы в период отсутствия молока от примерно 1 до 10 дней. Гидрогели могут быть удалены путем сдавливания, если это необходимо или желательно.
Лечение коров в отсутствие молока путем инфузии является потенциально опасной процедурой. Опасность состоит в антисанитарной методике инфузии, которая может привести к попаданию дополнительных организмов из окружающей среды в вымя, что повышает риск возникновения мастита. Поэтому рекомендуется стерилизация гидрогелевых композиций и устройств для инфузии.
Например, для предотвращения кросс-загрязнения во время нанесения гидрогелевых композиций кончики приспособлений для инфузии покрывают смазывающими антимикробными покрытиями, известными из уровня техники. Например, антимикробные смазывающие покрытия для медицинских инструментов описаны в патентах США №№4642267 и 4769013. Предпочтительно, чтобы антимикробными агентами являлись композиции на основе серебра. Предпочтительно также внутреннюю поверхность инструмента снабжать смазывающим покрытием для того, чтобы облегчить продавливание гидрогелевых композиций через отверстия приспособлений для инфузии.
Будучи нанесенными, гидрогелевые композиции образуют барьерный слой или герметизирующий слой для предотвращения и/или ингибирования проникновения микроорганизмов в молочную железу. Гидрогелевые композиции предотвращают загрязнение канала железы коровы в отсутствие молока микроорганизмами, вызывающими инфекционный мастит. Одновременно "пробка" на основе композиции дезинфицирует, оздоровляет и предотвращает воспаление внутренних стенок полости или отверстия в теле. Оздоровление и дезинфекция проявляются в отсутствие добавления антибиотиков/антимикробных веществ.
Гидрогелевые композиции могут быть применены в сочетании с гидрофильным продуктом, образующим пленку снаружи для дополнительной защиты молочной железы. Например, в канал молочной железы методом инфузии может быть введена гидрогелевая композиция, одновременно на наружную поверхность железы наносится покрытие для желез коров в отсутствие молока, такое как описанное в патенте США №6440442.
Согласно одному из вариантов изобретение относится к контрацептивному гидрогелю, содержащему поли-(N-виниллактам), полисахарид, воду и спермицид, причем весовое отношение поли-(N-виниллактама) к полисахариду составляет примерно от 75:1 до 1:5, примерно от 50:1 до 1:1, или примерно от 30:1 до 5:1, и композиция включает примерно 25-55 вес.% воды. Согласно этому варианту гидрогель содержит эффективную концентрацию спермицида для выполнения функции контрацептива.
Гидрогелевые композиции по изобретению могут быть получены различными способами. Предпочтительно предварительно получать отдельные растворы поли-(N-виниллактама) и полисахарида. Согласно предпочтительному варианту объемы двух растворов примерно равны. Растворы могут быть водными или вводно-спиртовыми.
Любые необязательно добавляемые ингредиенты, например, сополимеры, модифицирующие консистенцию и/или свойства, сшивающие агенты, терапевтические, усиливающие эффект агенты, красители и/или непрозрачные добавки, предпочтительно добавлять в равных количествах к предварительно полученному раствору поли-(N-виниллактама) и предварительно полученному раствору полисахарида до соединения этих двух растворов. Или же все необязательно добавляемые ингредиенты можно вводить или в предварительно полученный раствор поли-(N-виниллактама) или предварительно полученный раствор полисахарида до соединения этих двух растворов. Также любая часть необязательно добавляемых ингредиентов может быть введена в любой предварительно полученный раствор до соединения двух растворов.
Например, в предварительно полученный раствор поли-(N-виниллактама) может быть добавлено вдвое большее количество сшивающего агента, чем в предварительно полученный раствор полисахарида перед соединением двух частей для получения композиции.
Предварительно полученные растворы смешивают любым способом, который обеспечивает гомогенное смешение двух растворов до момента начала гелеобразования. Например, смешение можно осуществлять, используя шнековый смеситель, или путем простого смешения двух частей в сосуде.
Начальное гелеобразование композиции может происходить через промежуток времени от нескольких секунд до нескольких минут после смешения двух растворов. Для возникновения гелеобразования не требуются никакие другие стадии, отверждение или дополнительные добавки. Например, для образования этих гидрогелей не требуется, например, облучение, нагрев или катализаторы.
Гидрогелевым композициям предпочтительно дают полностью образовать гель при комнатной температуре в течение примерно 2-10 ч. Затем композицию можно поместить в подходящие приспособления для удобного введения в полости или отверстия в теле млекопитающего.
Гидрогелевые композиции согласно данному изобретению имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными известными видами гидрогелей. Эти гидрогелевые композиции, обладают желательными свойствами и консистенцией, образуются простым физическим смешением основных компонентов в определенных соотношениях. Добавление агентов, улучшающих эксплуатационные свойства и/или консистенцию, обычно не является необходимым. Гидрогелевые композиции образуются в течение промежутка времени, составляющего от нескольких секунд до нескольких минут. Не нужны ни другие стадии процесса, ни другие добавки. Их можно формовать с получением желательных форм. Они могут быть использованы как гидрофильные составы, образующие пробки с уникальными защитными барьерными свойствами. Такие гели обладают увлажняющими и абсорбирующими свойствами и совместимы с целым рядом косметических или лекарственных ингредиентов. Они абсорбируют воду, физиологический раствор, дерматологическую и другие жидкости в организме, обеспечивая охлаждающие и успокаивающие влажные барьерные покрытия, и облегчают заживление повреждений кожи. Сами по себе или в сочетании с различными антимикробными агентами, антибиотиками, противовоспалительными средствами, агентами против кандидоза или родственными фармацевтическими или ветеринарными препаратами они способствуют оздоровлению отверстий/полостей в теле млекопитающего и одновременно предотвращают последующее попадание микробов, например, бактерий, грибков, спор, микроорганизмов, вирусов и т.д.
Гидрогелевые композиции согласно данному изобретению проявляют инертность в довольно широком интервале рН около нейтрального рН. Они стабильны по меньшей мере в течение одного года при хранении в упаковке, предохраняющей от испарения. Результаты испытаний активных ингредиентов в этих гидрогелевых композициях в течение длительного времени не обнаруживают какого-либо взаимодействия или несовместимости с витаминами и их производными, растительными экстрактами или экстрактами семян, фосфолипидами, вяжущими средствами, антимикробными веществами, антибиотиками, средствами от кандидоза или другими родственными фармацевтиками, трансдермальными ингредиентами, отбеливателями для кожи, зеленым чаем, добавками для борьбы с морщинами, альфа-гидроксикислотами или охлаждающими агентами.
ПРИМЕРЫ
Испытание антимикробных свойств
Гидрогели по данному изобретению были испытаны на их антимикробную/биостатическую активность лабораторным методом, который обеспечивает качественную и полуколичественную оценку антимикробных свойств путем диффузии антимикробного агента через агар. Этот метод относится к "Parallel Streak Method" (посев штрихом), который основан на "Оценке антибактериальной активности текстильных материалов", ААТСС Test Method 147-1998.
7
Культуры готовили в течение ночи. Испытуемые организмы представляли собой Escherichia coli, АТСС # 25922 и Staphylococcus aureus, ATCC # 29213. Эти организмы культивировали в бульоне Tryptone Soy Broth (TSB) при 37°C за день до испытаний. Суспензия бактериальных клеток в TSB содержала >10 клеток/мл. В день испытаний образцы нагретого агара охлаждали в стерильных трубках и затем к расплавленному агару добавляли 0,1 мл отдельной культуры. Образцы агара выливали в чашки Петри после смешения, давали желировать и затем сверху на агар помещали испытуемые образцы гидрогелей по изобретению. Затем продолжали инкубацию в течение 1 и 5 дней и определяли зону ингибирования бактериального роста вокруг каждого образца.
В примерах указаны весовые проценты, если иное не оговорено.
Пример 1
Способ получения гидрогеля
1,4 г пропиленгликоля и 3,0 г 20%-ного водного раствора блок-сополимера окиси этилена и окиси пропилена (Pluronic F88, BASF Corporation) добавляли к 8,6 25%-ного водного раствора поливинилпирролидона (PVP) (Kollidon K90, BASF Corporation). К этому раствору добавляли 5 г 3%-ного водного раствора хитозана, нейтрализованного пирролидонкарбоновой кислотой (Kytamer PCA, Amerchol Corporation). Смесь перемешивали в течение нескольких минут и помещали в шприцы из пластмассы для введения в полости.
Пример 2
Способ получения гидрогеля
5,0 г 20%-ного раствора PVP в воде смешивали с 5,0 г 2%-ного раствора N,О-карбоксиметилхитозана (NOCC, Nova Chem. Ltd). Смесь выливали в полусферическую форму. Через 10 с при комнатной температуре образовался довольно липкий нетекучий гель. Гель был довольно гибким и не прилипал сильно к ране.
Пример 3
Способ получения гидрогеля
Раствор 5,0 г 20%-ного PVP, 5 г деионизированной воды, 5,0 г 2,0%-ного нейтрализованного хитозана, 0,25 г блок-сополимера этиленгликоля и пропиленгликоля (Pluronic F88, BASF Corporation) аккуратно перемешивали до начала гелеобразования.
Пример 4
Изменения концентрации PVP в гидрогеле
Раствор 20 г PVP и 5%-ного поливинилпирролидон/диметиконилакрилат/поликарбамил/полигликолевого эфира в деионизированной воде смешивали с 20 г 2%-ного раствора хитозана в деионизированной воде. Через несколько минут образовался гидрогель с твердой липкой консистенцией.
Раствор 20 г PVP заменяли на 25%-ный раствор PVP и 10%-ный раствор поливинилпирролидон/диметиконилакрилат/поликарбамил/полигликолевого эфира. Через несколько минут снова получался прочный гидрогель.
Вместо раствора 20 г PVP применяли 17,5% PVP и 17,5% поливинилпирролидон/диметиконилакрилат/поликарбамил/полигликолевого эфира. Через несколько минут образовался прочный липкий гель.
Полная замена PVP поливинилпирролидон/диметиконилакрилат/поликарбамил/полигликолевым эфиром не привела к получению геля с 2%-ным раствором хитозана.
Пример 5
Антимикробная активность
Раствор 10 г 35% PVP в деионизированной воде смешивали с 10 г 2% раствора хитозана в деионизированной воде, при этом оба раствора содержали 1% антимикробной композиции на основе серебра, доступной в продаже под названием AlphaSan, Milliken.
3
Композиция желирует вскоре после соединения обеих частей в отношении 1:1. Гель помещали в градуированный пластмассовый шприц объемом 5 см. Для определения антимикробной активности гель помещали в стандартный контейнер в чашку Петри с агаром. Через 1 день и через 5 дней не наблюдалось роста ни Escherichia coli, ни Staphylococcus aureus.
S.aureus имела зону ингибирования около 2 мм. Для E.coli зона ингибирования не была обнаружена.
Пример 6
Способ получения гидрогеля
44 г раствора 35% PVP и 6 г 40% водного раствора полиуретана смешивали с 0,25% хитозана с получением 50,25 г гидрогелевой композиции, которая желирует через несколько минут до липкой консистенции, которая позволяет осуществить инфузию в полости тела, в отверстия в теле, например в гланды.
Пример 7
Антимикробная активность
3
20 г 35%-ного водного раствора PVP, содержащего 0,1% триклозана, смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, также содержащего 0,1% триклозана. Гель помещали в пластиковый шприц и использовали для антимикробного испытания в виде стандартного образца размером 1×1×0,5 см. Через 1 день и через 5 дней не наблюдалось роста ни E.coli, ни S.aureus. Были отмечены зоны ингибирования около 6 -9 мм для E.coli и 9-10 мм для S.aureus.
Пример 8
Действие сшивающего агента
К 44 г 35% раствора PVP и 6 г 40%-ного водного раствора полиуретана, как в примере 6, добавляли 0,2% коммерчески доступного генипина. Был приготовлен 0,25% хитозан, как в примере 6. До смешения обе части окрашивали несколькими каплями раствора 0,1 Crystal Violet для лучшей видимости. Для определения адзегии сшитого или несшитого геля в стимулированном канале железы гидрогели по этому примеру и по примеру 6 вводили в медицинскую трубку длиной 20 см с внутренним диаметром около 3 мм. Гель длиной 3 см в каждом конце трубки вводили инъекцией.
Зажатый в центре трубки и вращающийся с возрастающей до 600 об/мин скоростью несшитый гидрогель по примеру 6 оставался на месте до скорости 600 об/мин; в то время как сшитый генипином гидрогель выбрасывался при скорости 450-500 об/мин.
Гидрогель по примеру 5 оставался на месте до достижения скорости, равной примерно 700-800 об/мин.
Пример 9
Антимикробная активность
20 г 35%-ного водного раствора PVP, содержащего 1% аспирина, смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, также содержащего 1% аспирина. Гель помещали в пластмассовый шприц и готовили стандартный образец для определения антимикробной активности. Неожиданно оказалось, что через 1 день и через 5 дней не наблюдался рост ни одного микроорганизма. Для E.coli зона ингибирования составляла около 3-4 мм, для S.aureus зона ингибирования составляла около 4-6 мм.
Пример 10
Антимикробная активность
20 г водного 35%-ного раствора PVP, содержащего 0,5% AlphaSan Silver и 0,5% аспирина, смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, содержащего 0,5% AlphaSan Silver и 0,5% аспирина. Гель помещали в пластмассовый шприц и готовили стандартный образец для определения антимикробной активности. Неожиданно оказалось, что через 1 день и через 5 дней не наблюдался рост ни одного микроорганизма. Для E.coli зона ингибирования составляла около 3-4 мм, для S.aureus зона ингибирования составляла около 1 мм и для S.aureus зона ингибирования составляла около 3 мм.
Пример 11
Антимикробная активность
20 г 35%-ного водного раствора PVP, содержащего 1% 48%-ного коммерчески доступного раствора пиритиона цинка (Zinc Omadine) смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, также содержащего 1% 48%-ного коммерчески доступного раствора пиритиона цинка. Гель помещали в пластмассовый шприц и наносили на стандартный образец для антимикробного испытания. Через 1 день и через 5 дней рост микроорганизмов не наблюдался, зона ингибирования для E.coli составляла 8-9 мм, для S.aureus - 4-5 мм.
Пример 12
Антимикробная активность
20 г 35%-ного водного раствора PVP, содержащего 0,05% триклозана и 0,5% 40%-ного коммерчески доступного раствора пиритиона цинка (Zinc Omadine) смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, также содержащего 0,05% триклозана и 0,5% 40%-ного коммерчески доступного раствора пиритиона цинка. Гель помещали в пластмассовый шприц и наносили на стандартный образец для антимикробного испытания. Через 1 день и через 5 дней рост микроорганизмов не наблюдался, зона ингибирования для E.coli составляла 8-9 мм, для S.aureus - 10-12 мм.
Пример 13
Антимикробная активность
20 г 35%-ного водного раствора PVP, содержащего 0,05% триклозана и 0,5% антнмикробного агента AlphaSan на основе серебра, смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, также содержащего 0,05% триклозана и 0,5% антимикробного агента AlphaSan на основе серебра. Гель помещали в пластмассовый шприц и наносили на стандартный образец для определения антимикробной активности. Через 1 день и 5 дней рост организмов не наблюдался, зона ингибирования для E.coli составляла 4-6 мм, для S.aureus - примерно 1 мм.
Пример 14.
Антимикробная активность
20 г 35%-ного водного раствора PVP, содержащего 0,5% пиритиона цинка и 0,5% антимикробного агента AlphaSan на основе серебра, смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора химозана, также содержащего 0,5% пиритиона цинка и 0,5% антимикробного агента AlphaSan на основе серебра. Гель помещали в пластмассовый шприц и наносили на стандартный образец для определения антимикробной активности. Через 1 день и 5 дней рост организмов не наблюдался, зона ингибирования для E.coli составляла 3-4 мм, для S.aureus - около 6 мм.
Пример 15
Антимикробная активность
20 г 35%-ного водного раствора PVP, не содержащего дополнительного антимикробного агента или лекарства, смешивали с 20 г 2%-ного водного раствора хитозана, также не содержащего дополнительного антимикробного агента или лекарства. Гель помещали в пластмассовый шприц и наносили на стандартный образец для определения антимикробной активности. Неожиданно чрез 1 день и через 5 дней не наблюдалось роста ни одного из организмов. Роста не было непосредственно на поверхности геля и на обеих сторонах испытуемого образца. Зоны ингибирования не определялись.
Хотя выше были описаны предпочтительные варианты данного изобретения, специалистам известны другие варианты, модификации и усовершенствования, данное изобретение включает все такие другие варианты, модификации и усовершенствования, которые входят в объем изобретения, определяемый формулой изобретения.