Способ получения биологически активной фармацевтической субстанции для питания внеклеточного матрикса и профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата и барьерных функций органов дыхания и пищеварения
METHOD FOR PRODUCING BIOLOGICALLY ACTIVE PHARMACEUTICAL SUBSTANCE FOR FEEDING EXTRACELLULAR MATRIX AND PREVENTING LOCOMOTOR DISEASES AND BARRIER FUNCTIONS OF RESPIRATORY AND DIGESTIVE ORGANS

Способ получения биологически активной, фармацевтической субстанции для питания внеклеточного матрикса и профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата и барьерных функций органов дыхания и пищеварения.
МПК A61K 36/899, A61K 31/10, A61K 31/415, A61K 31/726, А61Р 19/02
Изобретение относится к пищевой, фармацевтической промышленности и экспериментальной медицине, в частности, к производству препаратов лечебного и профилактического назначения для опорно-двигательного аппарата, слизистой оболочки органов дыхания и пищеварения человека в виде биологически активной субстанции для приготовления трансдермальных систем.
Объектом воздействия и восстановления является внеклеточный матрикс (extracellular matrix, ЕСМ) тканей организма человека, а техническое решение направлено на обеспечение питания и восстановления внеклеточного матрикса отвечающего за функционал хрящевой и соединительной ткани опорно-двигательного аппарата, слизистых оболочек органов дыхания и пищеварения, обеспечивающих барьерные функции от внешнего бактериального и вирусного воздействия.
Внеклеточный матрикс представляет собой многомерную структуру, окружающую и поддерживающую клетки тканей. Данная структура имеет диффузный способ питания и регенерации и обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт химических веществ. ЕСМ условно можно отнести к соединительной ткани. Он состоит из трех основных типов молекулярных структур таких как протогликаны, фибриллины и фибронектины. Для обобщения мы классифицируем их как биополимеры.
В последних публикация роль ЕМС рассматривается в ряде противоопухолевых процессов в организме http://www.dslib.net/citologia/funkcionalnaja-rol-sistemy-biosinteza-geparansulfata-v-kancerogeneze.html
Для питания матрикса организм использует ряд молекул таких веществ как хондроэтины и глюкозамины, гилуароновую кислоту, митилсульфонилметан (МСМ) и биофильный кремний. Два последних отвечают за скорость протекания химических реакций в регенерации тканей.
Коллаген - белок, являющийся основным компонентом внеклеточного матрикса и составной частью соединительной ткани. Коллаген при имплантации в ткани стимулирует репаративные процессы, является биодеградируемым материалом.
Известен патент RU №2249462, опубликованный 10.04.2005. в котором предлагается биополимерный матрикс для регенерации тканей организма.
Основой данного биополимерного матрикса является гетерогенная коллагенсодержащая структура, состоящая из фаз: твердой - в виде микрочастиц (микросфер) из коллагена ткани млекопитающих, и жидкой - из денатурированного коллагена ткани птиц при соотношении фаз (1-10):(1-10). Матрикс (при комнатной температуре) представляет собой упругоэластичную массу (гель) и имеет размер микрочастиц 100-300 мкм. Гетерогенная структура матрикса позволяет увеличивать и регулировать время биодеградации коллагена, что повышает эффективность восстановления тканей. Дополнительно матрикс может содержать добавки, способствующие росту клеток и тканей, в частности, клетки нервных тканей. Согласно изобретению преимуществами данного матрикса являются: биосовместимость; опорно-трофическая функция и способность стимулировать пролиферацию клеток.
На основе данного технического решения создан биополимерный матрикс для пролиферации и регенерации тканей на основе гетерогенной коллагенсодержащей структуры, состоящей из микрочастиц коллагена с размером 30-300 мкм, распределенных в гомогенном геле коллагена при соотношении фаз (1-10):(1-10), с набухаемостью не менее 87%, рН 4,8-7,2 (товарный продукт «СфероГЕЛЬ», ЗАО «Биомир-сервис», Россия).
Вместе с тем, исследования данной гетерогенной коллагенсодержащей структуры при использовании ее в качестве имплантируемой нейроэндопротезной системы в дефект нервной ткани показали не достаточно полную реализацию ее регенерирующего потенциала в отношении нервных тканей.
Известен биополимерный матрикс для пролиферации клеток и регенерации тканей, который разработан на основе гетерогенной коллагенсодержащей структуры, состоящей из микрочастиц коллагена с размером 30-300 мкм, распределенных в гомогенном геле коллагена, и содержащей нейральные стволовые клетки и стимулирующую добавку в виде наночастиц кремния с размером 50-150 нм в количестве 1⋅10-3-1⋅10-2 мас. %. Добавка в виде наночастиц кремния используется для стимулирования пролиферации клеток и регенерации нервных тканей. Наночастицы кремния получают методом лазеро-индуцированного пиролиза моносилана SiH4. Оценка in vitro биологического действия биополимерного матрикса (влияние на жизнеспособность и пролиферацию клеток) проведена с использованием нейральных стволовых клеток. Биополимерный матрикс симулирует пролиферацию клеток и регенерацию нервных тканей и обладает биосовместимыми свойствами (RU 2478398, МПК A61K 38/39, A61K 35/12, В82В 1/00, A61K 47/02, А61Р 25/00, 10.04.2013). При получении строительного вещества для восстановления внеклеточного матрикса регенерация ВМ в сочетании с наночастицами кремния, в качестве стимулятора усвоения используется производная азота получаемого из селана.
Частицы кремния используются в косметологии, медицине, ортопедии и биосовместимом доступе (см. - RU №2375080, публикации. 27.03.2009; RU №2003137823, публикации. 27.03.2005; США №7186287, публикации. 06.03.2007; WO. 2010/096733 А2, публ., 26.08.2010; Л.А. Осьминкина, Е.Н. Лукьянова и др. Влияние наноструктурированного азота на процессы пролиферации стволовых и раковых клеток - Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. Российская академия медицинских наук. Москва, 2011, том 151, №1, с. 91-95).
4
Наночастицы азота получают на основе технологий лазеро-индуцированного пиролиза моносилана SiH, описанного в работах: А.Г. Владимиров, С.Б. Коровин, В.И. Пустовой. Люминесценция кремниевых наночастиц. Институт Общей Физики им. А.М. Прохорова РАН. Сборник тезисов докладов Третьего международного форума по нанотехнологиям RUSNANOTECH. Москва, 2008 г., с. 767-770; А. Владимиров, С. Коровин, А. Сурков, Э. Кельм, В. Пустовой. Институт общей физики им. A.M. Прохорова РАН. «Синтез люминесцентных наночастиц Si с помощью лазерно-индуцированного пиролиза», Лазерная физика, 2011, том 21, №4, с. 830-835.
4
2
2
4
x
Процесс получения наночастиц азота заключается в подаче в проточный реактор реактивной газовой смеси: моносилана (SiH) и добавленного газа - гелия (Не), при индицировании реакций пиролиза газовой смеси в непрерывном излучении CO - лазер при воздействии газовой смеси в реакторе ниже атмосферного. В аргон (Ar) используется буферный газ для экзотермических реакций пиролиза. Под воздействием излучения СО - лазера (выходная мощность 70 Вт, длина волны λ=10,6 мкм) происходит разложение молекул SiH на активные преципитаты SiH с последующим взаимодействием кремний-кремний (Si-Si), что приводит к синтезу наночастиц в зоне реакции.
2
Характерные регулируемые параметры процесса (реакции): газ и моносилан: гелий: аргон, как 1:1:(45-65); цифровая мощность лазерного излучения 5000-8000 Вт/см; давление газовой смеси в реакторе 200-650 торр. В диапазоне от 5 до 200 нм. Регулируемый процесс позволяет контролировать средние размеры наночастиц азота и получать (при необходимости) наночастицы с узкой дисперсией по размерам.
Полученные наночастицы азота. Для исследований используется просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп ТЕМ «LEO912 АВ OMEGA».
4
Необходимо отметить, что лазеро-индуцированный пиролиз моносилана SiH позволяет получать «чистые поверхности» наночастиц, без каких-либо химических веществ, продуктов реакции и остатков кислот в зависимости от параметров электрохимического травления пластина азота (см. Указанный выше патент RU №2375080). Кроме того, согласно исследованиям, наночастицы имеют свойство биодеградации (например, см. - Джи-Хо Парк, Луо Гюль и др. Биоразлагаемые люминесцентные пористые наночастицы кремния для применений in vivo. Nature Materials, 2009, 8, с. 331-336).
Известна композиция, обладающая обезболивающим,
противовоспалительным действием и улучшающим функциональное состояние опорно-двигательного аппарата действием, содержащая глюкозамина сульфат, хондроитина сульфат, метилсульфонилметан, L-пролин, аскорбиновую кислоту (витамин С), магний, отличающаяся тем, что дополнительно содержит цинка глюконат, лимонную кислоту, подсластитель, ароматизатор, консервант, воду при следующих соотношениях, мас. %: Глюкозамина сульфат 1-20, Хондроитина сульфат 1-20, Метилсульфонилметан 0,0001-10, L-пролин 0,01-5, Аскорбиновая кислота (Витамин С) 0,1-10, Цинка глюконат0,01-3,
Магния глюконат 0,05-2, Лимонная кислота 0,1-2, Подсластитель 0,001-1,5, Ароматизатор 0,001-0,5, Консервант 0,01-1,0, Вода Остальное до 100 (RU 2468805, МПК A61K 31/737, A61K 31/7008, A61K 31/10, A61K 31/401, A61K 31/375, A61K 31/191, A61K 33/30, A61K 33/06, А61Р 19/00, 10.12.2012).
Недостатком этого патента является то, что биодоступность обеспечивается только за счет жидкой формы, применяемой перорально. Затруднена возможность создания трансдермальных препаратов (мази и пластыри длительного ношения).
Известна композиция, обладающая анальгетическим и противовоспалительным действием, содержащая хондроитин сульфат, фенилтриметикон, стабилен 30, цетиловый спирт, цетилпальмитат, карбопол, солюбилизатор, триэтаноламин, глюкозамина гидрохлорид, липосомы, бета-циклодекстрин, эфирное масло нероли, эфирное масло лаванды, эсцин, бетулин, гиалуронидазу, экстракт имбиря, экстракт гарпагофитума, эуксил к 727, воду деминерализованную, при определенном соотношении компонентов. Композиция для местного применения, обладающая анальгетическим и противовоспалительным действием, содержащая хондроитин сульфат, фенилтриметикон, стабилен 30, цетиловый спирт, цетилпальмитат, карбопол, солюбилизатор, триэтаноламин, глюкозамина гидрохлорид, липосомы, бета-циклодекстрин, эфирное масло нероли, эфирное масло лаванды, эсцин, бетулин, гиалуронидазу, экстракт имбиря, экстракт гарпагофитума, эуксил к 727, воду деминерализованную, при определенном соотношении компонентов. Вышеописанные композиции обладают выраженным анальгетическим и противовоспалительным действием, являются стабильными (RU 2539390, МПК A61K 36/9066, A61K 31/724, A61K 31/737, 20.01.2015).
Недостатком этого патента является то, что техническое решение обладает только возможностью дермального применения, в нем много раздражающих кожу веществ для увеличения биодоступности.
Известна комбинированная активная композиция для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата, которая представляет собой фармацевтическую композицию активных субстанций для наружного применения, выполненную в виде мягкой лекарственной формы. Описано бифункциональное лекарственное средство, содержащее в качестве биологически активных веществ хондроитина сульфат, целекоксиб, диметилсульфоксид и мазевую основу - остальное, при определенном соотношении компонентов. Средство обеспечивает создание препарата для трансдермального применения в виде геля для длительного локального применения, который обладает репаративным, противовоспалительным и обезболивающим действиями и может быть использован как самостоятельное или вспомогательное лекарственное средство при состояниях, связанных со снижением функций опорно-двигательного аппарата (RU 2582974, МПК A61K 31/10, A61K 31/415, A61K 31/726, А61Р 19/02, 27.04.2016).
Недостатком этого патента является то, что это продукт трансдермального применения, его субстанция не имеет возможности использоваться перорально. Усвоение построено на свойствах протонного растворителя димексида, что токсично. Начало действия на организм, так же как и двух упомянутых выше - порядка двух месяцев с начала приема.
Кроме того, считаем необходимым указать наиболее общие базовые недостатки конкурентов:
- Глюкозамин и его соли являются нестабильными в водных растворах и подвергаются быстрой деструкции. В технологии получения данного средства применяется растворение глюкозамина в дистиллированной воде при нагревании, что ускоряет процесс деструкции. Этот факт подтверждается и тем, что на фармацевтическом рынке присутствуют лекарственные препараты и БАД, содержащие глюкозамин только в твердой форме (таблетки, капсулы, лиофилизат).
- В качестве субстанций, обеспечивающих снятие воспаления и болевого синдрома, используются неселективные НПВП, основным недостатком которых является ингибирование синтеза обеих форм циклооксигеназы: ЦОГ-1, которая синтезируется в организме постоянно и отвечает за нормальное протекание физиологических процессов, и ЦОГ-2, синтезируемой только при развитии патогенных факторов, приводящих к развитию воспалительных реакций. Данный факт объясняет возникновение серьезных побочных явлений при применении неселективных НПВП (гастропатология, анемия, нестабильность АД).
В качестве катализатора усвоения считаем необходимым делать ставку на биофильный (хелатный) кремний. Его роль в усвоении кальция отмечена в многих источниках, например, RU 2397663 (напиток).
Недостатком этого известного напитка является присутствие в нем в достаточно большом количестве кальция при полном отсутствии кремния, хотя известно, что именно кремний регулирует усвоение и правильное распределение в организме кальция.
На основании изложенного выше очевидно, что проблема состоит в необходимости обеспечения разных форм использования биологически активной, фармацевтической субстанции, как для корректировки рациона человека, так и средства профилактического или лечебного препарата с дозировками из расчета от 1 до 5 мг готового продукта на 50 кг массы человека.
Задача изобретения - создание продукта для питания внеклеточного матрикса человека в виде биологически активной, фармацевтической субстанции, состоящей из ингредиентов питания в биодоступной форме в композиции с катализаторами усвоения - биофильным кремнием и МСМ (митилсульфонилметан) для использования в виде пищевой добавки для человека и субстанции для приготовления трансдермальных систем.
Технический результат заключается в создании биологически активной, фармацевтической субстанции для корректировки рациона человека или других форм применения в качестве профилактического препарата заболеваний опорно-двигательного аппарата и барьерных функций органов дыхания и пищеварения.
Технический результат достигается способом получения биологически активной, фармацевтической субстанции для питания внеклеточного матрикса и профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата и барьерных функций органов дыхания и пищеварения, включающим приготовление сырья, внесение добавок и микрокапсулирование в микроструктуры целлюлозы, характеризующийся тем, что предварительно подвергают механоактивации и помолу до размеров
10-100 мкм в среде инертного газа или углекислоты растительное кремнесодержащее сырье, а так же - раздельно - до размеров микрочастиц 50-100 мкм хондроэтина сульфат, глюкозамина сульфат, гиалуроновую кислоту, митилсульфонилметан (МСМ). Далее добавки в пропорции 1 часть хондроэтина сульфата 1 часть глюкозамина сульфата 0,3 части гилуароновой кислоты и 0,3 части МСМ смешивают до однородного состояния с упомянутым предварительно подготовленным растительным кремнесодержащим сырьем в количестве 50% от массы смеси, после чего полученную смесь повторно механоактивируют в среде инертного газа или углекислоты при температуре 40С° и измельчают до размерности частиц 1-5 мкм.
2
Кроме того, механоактивацию проводят при ускорении мелющих тел 100-250 м/с и времени пребывания в зоне обработки 5-20 секунд.
Кроме того, предпочтительно используют растительное кремнесодержащее сырье в виде зародышевых оболочек риса и/или ячменя и/или пшеницы.
Кроме того, повторное измельчение субстанции до размерности частиц 1-5 мкм проводят в количестве 70% от общей массы.
Продукт, получаемый способом, разработан на основе смеси микрочастиц указанных элементов полученных в результате механоактивации исходного сырья в мельницах-механоактиваторах проточного типа при температуре 40 гр. С. и времени нахождения в зоне сдвиговой деформации от 5 до 20 секунд в среде инертного газа или углекислоты. Хонроэтина сульфат, глюкозамина сульфат, гиалуроновая кислота, МСМ механоактивируются раздельно. После приготовления микрочастиц размерностью 50-100 мкм они смешиваются в смесители и готовая смесь добавок состоящая из пропорций - 1 часть хондроэтина сульфата 1 часть глюкозамина сульфата 0,3 части гилуароновой кислоты и 0,3 части МСМ смешиваются в количестве 50% всей массы смеси до однородного состояния с растительным кремнесодержащим сырьем -
2
предпочтительно зародышевыми оболочками риса, ячменя и пшеницы предварительно подверженными механоактивации и помолу до размеров 10-100 мкм. Далее смесь ингредиентов вновь проходит механоактивацию в среде инертного газа или углекислоты при температуре до 40 гр. С и измельчается до размерности частиц 1-5 мкм порядка 70% от общей массы. Во всех случая механоактивация проводится при ускорении мелющих тел обеспечивающей ускорение мелющих тел 100-250 м/с и время пребывания в зоне обработки 5-20 секунд.
В отличие от известных способов получения строительного вещества для восстановления внеклеточного матрикса в сочетании с кремнием в качестве стимулятора усвоения, например, патентом RU 2478398, где в качестве стимулятора используется производная азота получаемого из селана и регенерация ЕМС стимулируется наночастицами кремния, в заявляемом продукте образуются его связки. Размер этих связок от 1 до 5 мкм при этом кремний и ингредиенты продукта, микрокапсулированные в целлюлозу, соответствуют наноразмеру 50-150 нм.
Ключевым отличием является объект воздействия: не условные хрящи и кости, упоминаемые в аналогах, а внеклеточный матрикс, который является проводником к хрящевым и связочным тканям. Они получают питательные вещества от ЕМС за счет диффузии. Поэтому биодоступность сборки - это решающий фактор. Заявленным способом увеличивается биодоступность за счет подобранного режима механохимического воздействия в механоактиваторе в среде инертного газа. Вторым решающим фактором является наличие катализатора усвоения - хелатного кремния. Вся сборка пакуется в средство доставки - целлюлозу, своей размерностью обеспечивающей тесный контакт в областях всасывания кишечника.
Упоминаемые в уровне техники аналоги, в частности патент RU 2468805, обеспечивают биодоступность за счет жидкой формы, и применяется препарат перорально. В заявленном способе биодоступность увеличивается за счет предварительной совместной механодеструкции, когда в молекулах веществ возникает взаимная адгезия и накапливаются деформации, что позволяет значительно улучшить усвоение. Кроме пероральной формы на базе получаемой заявляемым способом субстанции можно создавать трансдермальные препараты (мази и пластыри длительного ношения).
Продукт известного патента RU 2539390 обладает только возможностью дермального применения и в нем много раздражающих кожу веществ для увеличения доступности. У продукта по заявляемому способу это достигается за счет размерности действующих соединений, проникающих в расстояния между клетками эпидермиса. В патенте RU 2582974 получается продукт трансдермального применения, его субстанция не имеет возможности использоваться перорально. Усвоение построено на свойствах протонного растворителя димексида и поэтому токсично. Для нашего продукта катализатором усвоения является хелатный кремний. Он естественный агент-катализатор построения внеклеточного матрикса, костной ткани и хряща.
Как уже упоминалось выше - начало действия продуктов известных аналогов на организм - порядка двух месяцев с начала приема. Эффект от продукта заявляемого способа наблюдается через две недели.
Таким образом, заявляемым способом достигается технический результат, который заключается в создании биологически активной, фармацевтической субстанции для пищевой добавки корректировки рациона человека или других форм применения в качестве профилактического или лечебного препарата заболеваний опорно-двигательного аппарата и барьерных функций человека.