Модифицированные углеродные сорбенты комплексного действия для аппликационной медицины

6. Reduction in the incidence of chronic lung disease in very low birth weight infants: results of a quality improvement process in a tertiary level neonatal intensive care unit / H. J. Birenbaum [et al.] // Pediatrics. - 2009. - Vol. 123, № 1. - Р. 44-50.

7. SNAP-II and SNAPPE-II as predictors of death among infants born before the 28th week of gestation. Inter-institutional variations / O. Dammann [et al.] // Pediatrics. - 2009. - Vol. 124, № 5. -Р. 1001- 1006.

8. Реброва, О. Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA /

О. Ю. Реброва. - М. : МедиаСфера, 2002. - 312 с.

9. Correlation of simultaneously obtained capillary, venous, and arterial blood gases of patients in a pediatric intensive care unit / D. Yildizdas [et al.] // Archives of disease in childhood. - 2004. -Vol. 89, № 2. - Р. 176- 180.

10. Гриппи, М. А. Патофизиология легких / М. А. Гриппи. -М. : Бином, 2005. - 304 с.

11. Chen, J. Y. Patent ductus arteriosus in preterm infants / J. Y. Chen // Pediatrics and Neonatology. - 2012. - Vol. 53, № 5. - Р. 275.

12. Фомичев, М. В. Респираторный дистресс у новорожденных / М. В. Фомичев. - Екатеринбург : Информационнорекламное агентство Уральской торговой компании, 2007. -

256 с.

ПЕРЕСТОРОНИНА Мария Вячеславовна, аспирантка кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии Омской государственной медицинской академии (ОмГМА), врач-неонатолог отделения новорожденных № 4 Клинического родильного дома № 1.

КОРПАЧЕВА Ольга Валентиновна, доктор медицинских наук, профессор кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии ОмГМА. ПАЛЬЯНОВ Сергей Владимирович, кандидат медицинских наук, доцент кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии ОмГМА. ЗАМИРАЛОВ Кирилл Александрович, врач-реаниматолог, заведующий отделением реанимации и интенсивной терапии новорожденных Клинического родильного дома № 1.

Адрес для переписки: 644043, г. Омск, ул. Ленина, 12.

Статья поступила в редакцию 11.04.2013 г.

© М. В. Пересторонина, О. В. Корпачева, С. В. Пальянов, К. А. Замиралов

УДК 546.26+547.745+543.544-414.7 Л. Г. ПЬЯНОВА

В. А. ЛИХОЛОБОВ Т. И. ДОЛГИХ А. В. СЕДАНОВА

Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения РАН, г. Омск

Омская государственная медицинская академия

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ КОМПЛЕКСНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ АППЛИКАЦИОННОЙ МЕДИЦИНЫ

Представлены результаты стендовых медицинских испытаний образцов углеродного сорбента, модифицированных полимером аргинина. Стендовые медицинские испытания показали, что модифицированные образцы углеродного сорбента значительно снижают уровень провоспалительных цитокинов в плазме крови больных острым панкреатитом, осложнившимся панкреонекрозом.

Ключевые слова: углеродный гемосорбент, модифицирование, аргинин, панкреатит, панкреонекроз.

В настоящее время в медицине активно развиваются эфферентные методы лечения, применяемые для удаления из биологических жидкостей патогенных субстратов, в основном белковой природы. Для этих целей используют гемосорбенты, действие которых направлено на сорбцию ядовитых, балластных или потенциально опасных веществ экзогенного и эндогенного характера [1—4]. Весьма перспективно использование углеродных гемосорбентов. Однако из-за невысоких адсорбционных свойств углеродных сорбентов по отношению к соединени-

ям белковой природы для регуляции белкового статуса их применение ограниченно.

Повысить адсорбционные свойства сорбентов по отношению к белкам возможно с помощью их модификации лигандами определенной природы, ферментами, аминокислотами, химическими веществами, в результате чего получают биоспецифические иммуносорбенты [5 — 8].

В связи с этим несомненна актуальность исследований, направленных на увеличение адсорбционной активности сорбента по отношению к белковым сое-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ

МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013

Таблица 1

Текстурные характеристики исследуемых образцов углеродного гемосорбента

Углеродный сорбент Удельная площадь поверхности, SE3T, м2/г Удельный объем пор, см3/г

Общий Микро Мезо Макро

Исходный 394 0,630 0,013 0,604 0,013

Модифици- рованный 225 0,440 - 0,422 0,018

Углеродный сорбент Модификатор Модифицированный сорбент

Рис. 1. Схема модификации поверхности углеродного сорбента продуктами поликонденсации аргинина

динениям путем модифицирования его поверхности различными группами, способными к химическому взаимодействию с поверхностью белковых молекул.

Аминокислоты (аминокарбоновые кислоты) являются наиболее интересными органическими соединениями в качестве модификаторов углеродной поверхности: они способны к поликонденсации и образованию физиологически активных полимеров. Наличие гидрофильных концевых групп (-СООН, ^И2) и гидрофобных (СН2)п-цепей в структуре образованных аминокислотами полимеров позволяет поддерживать определенный баланс между функциональными группами поверхности сорбента при контакте с белками.

Исследования, связанные с изучением особенностей сорбции кислород- и азотсодержащих мономеров (аминокислоты и др.) и способов их закрепления на поверхности углеродных материалов, актуальны как в теоретическом отношении (выявление и объяснение закономерностей сорбции белков на углеродной поверхности, «локально» модифицированной полимерами), так и в практическом (создание углеродных сорбентов медицинского назначения).

Цель исследования — изучение особенностей взаимодействия модифицированных углеродных гемосорбентов с белками плазмы крови в модельных экспериментах и реальных системах.

Материал и методы исследования. Исследования были проведены на образцах углеродного мезопористого сорбента, полученных в Институте проблем переработки углеводородов Сибирского отделения РАН, до и после модифицирования полимером аргинина. Модифицирование аргинином проводили на поверхности образца углеродного сорбента, полученного из пористого углеродного материала, подвергнутого гидромеханической обработке и окислению [9, 10]. Исходный образец углеродного сорбента (образец 1) представлял собой мезопористый сорбент со следующим размером гранул: >1,25 мм (2 %), 1,00 мм (54 %), 0,63 мм (43 %) и <0,50 мм (1 %) (табл. 1).

Для модифицирования поверхности углеродного сорбента использовали аргинин производ-

ства фирмы Merck (Германия). Аргинин (1-амино-4-гуанидинвалериановая кислота, 2-амино-5-пентановая кислота) — алифатическая основная а-аминокислота. Она оптически активна, имеет формулу (C6Hj4N4O2), молекулярную массу (174,2 г/моль); pI (изоэлектрическая точка) — 11,2, диаметр молекулы — 0,8 нм. Аргинин — это бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Схема модифицирования представлена на рис. 1.

Удельную поверхность и пористую структуру изучали адсорбционным методом по адсорбции-десорбции азота на объемной вакуумной автоматизированной статической установке Gemini 2380 (Micromeritics, Англия) [11]. Рельеф и морфологию поверхности определяли растровой электронной микроскопией на электронном микроскопе JSM-6460 LV (JEOL, Япония). Состав и содержание функциональных групп (кислород- и азотсодержащие группы) исследовали химическими титриметриче-скими методами, а массы нанесенного полимера -гравиметрическим методом.

Адсорбционные свойства образцов углеродного сорбента изучали спектрофотометрически на приборе CECIL 1021. Адсорбционные свойства полученных образцов углеродного сорбента оценивали по отношению к белкам-маркерам из модельных растворов (лактальбумин, лизоцим) производства Sigma-Aldrich (США). Величину сорбции лизоци-ма определяли по разности оптической плотности раствора белка до и после адсорбции спектрофотометрическим методом при длине волны 280 нм и толщине поглощающего слоя 10 мм. Адсорбционные свойства образцов углеродного сорбента изучали в области рН 7,4, близкой к величине рН крови.

Стендовые медицинские испытания гемосорбентов проводили по разработанным методикам на базе Центральной научно-исследовательской лаборатории Омской государственной медицинской академии. Исследовали плазму больных острым панкреатитом, осложненным панкреонекрозом, различной этиологии. Уровень провоспалительных интерлейкинов (ИЛ) регистрировали до и после проведения

а б

Рис. 2. Электронно-микроскопические снимки гранул исходного углеродного сорбента

Таблица 2

Адсорбционные свойства образцов по отношению к белкам

Углеродный сорбент Величина адсорбции белков-маркеров,% Величина адсорбции цитокинов, %

Лизоцим a-лактальбумин ИЛ-6 ИЛ-8

М.М. 14300; pi 10,2 М.М. 14200; pi 4,4 М.М. 21000; pi 6,2 М.М. 8500; pi 9,9

Исходный 59 57 37 59

Модифици- рованный 70 63 41 85

Примечание. М.М. — молекулярная масса молекулы белка.

сорбции методом твердофазного иммунофермент-ного анализа с использованием наборов реагентов Pro Con (Санкт-Петербург) на планшеточном фотометре Multiscan. Количество иммуноглобулинов A, M и G исследовали нефелометрическим методом. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы R-med.

Результаты и их обсуждение. При модификации углеродной поверхности сорбентов изменялись их текстурные характеристики, состав и содержание функциональных групп, что подтверждено физикохимическими методами анализа. Методом растровой электронной микроскопии было изучено влияние модифицирования на морфологию углеродного сорбента. Анализ электронных микрофотографий показал, что в результате модификации углеродной поверхности форма и размеры гранул сорбента практически не изменяются: их средний размер составляет около 0,60 мм (рис. 2).

Пропитка углеродного сорбента раствором аргинина с последующей поликонденсацией модификатора на его поверхности при выбранных параметрах модифицирования привела к локальному («островковому») распределению полимерной пленки (рис. 2б).

Поликонденсация аргинина на углеродном материале снижала удельную площадь поверхности и общий объем пор прежде всего за счет уменьшения объема мезопор, на поверхности которых, вероятно, и протекает реакция поликонденсации (табл. 1). При

этом наблюдали полное исчезновение микропор и некоторое увеличение объема макропор. Удельная поверхность модифицированного образца уменьшалась, по сравнению с исходным материалом, практически в 2 раза. Определение массы нанесенного полимера гравиметрическим методом показало, что количество модификатора на углеродном сорбенте составляет 12—15 % от общей массы сорбента.

Таким образом, модификация выбранной аминокислотой при последующей его поликонденсации на поверхности исходного углеродного сорбента приводит к изменению его текстурных характеристик и морфологии. Для модифицированного образца сохраняется мезопористая структура, что должно благоприятно повлиять на адсорбцию среднемолекулярных белков.

Определение общего азота позволило установить, что в структуре модифицированного образца появляется азот (~ 4 %). Таким образом, в результате химического модифицирования выбранной аминокислотой происходят изменения в составе и содержании функциональных групп на поверхности углеродного сорбента.

Повышение содержания на поверхности модифицированного сорбента азот- и кислородсодержащих функциональных групп влияло и на его адсорбционные свойства по отношению к соединениям белковой природы. Модифицированный образец обладал значительно большей адсорбционной способностью по отношению к исследуемым белкам по

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ

МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (118) 2013

сравнению с исходным углеродным сорбентом, особенно к лизоциму (табл. 2).

Стендовые медицинские испытания показали, что модифицированные образцы углеродного сорбента значительно снижают уровень провоспали-тельных цитокинов (ИЛ-6 и ИЛ-8) в плазме крови при остром панкреатите, осложненном панкреоне-крозом. Кроме того, углеродные сорбенты не влияют на концентрацию иммуноглобулинов, играющих важную роль в защите организма, что является положительным моментом. Скорее всего, более высокие адсорбционные свойства модифицированного образца к ИЛ-8 объясняются его структурой и природой молекулы, а также свойствами нанесенного модификатора. Можно предположить, что сорбция ИЛ-8 протекает при взаимодействии функциональных групп модифицированного сорбента с поверхностными группами белка. При этом данные взаимодействия близки по своей природе тем процессам, которые происходят при сорбции лизоцима на модифицированном образце сорбента: оба белка имеют среднюю молекулярную массу, а их pI располагаются в области рН > 7.

Заключение. Стендовые медицинские испытания подтвердили избирательные свойства модифицированных углеродных сорбентов по отношению к белкам средней молекулярной массы, в частности провоспалительным цитокинам. К иммуноглобулинам модифицированные сорбенты не проявляют активности. Основное влияние на взаимодействие молекул цитокинов с модифицированной поверхностью сорбентов оказывает локальное нанесение полимерной пленки аминокислот на поверхность углеродного носителя с соответствующими изменениями его текстурных и кислотно-основных свойств.

Библиографический список

1. Bansal, С. R. Activated Carbon Adsorbtion / С. R. Bansal, M. Goyal. - New York : Taylor & Francis Group, 2005. — 498 p.

2. Molecular simulation of protein adsorption and desorption on hydroxyapatite surfaces / J. W. Shen [et al.] // Biomaterials. — 2008. - Vol. 29. - P. 513-532.

3. Симбирцев, А. С. Цитокины: классификация и биологические функции / А. С. Симбирцев // Цитокины и воспаление. — 2004. - № 2. - С. 28.

4. Сорбционные технологии в лечении сердечно-сосудистых заболеваний / С. Н. Покровский [и др.] // Кардиологический вестник. - 2006. - Т. 13, № 1. - С. 47-52.

5. Горчаков, В. Д. Селективные гемосорбенты / В. Д. Горчаков, В. И. Сергиенко, В. Г. Владимирова. - М. : Медицина, 1989. - 224 с.

6. Алексейчук, В. С. Перспективы использования экстракорпоральной иммунокоррекции в комплексном лечении СПИД / В. С. Алексейчук, Д. Р. Петрунин, Ю. М. Лопухин // Иммунология. - 1991. - № 3. - С. 17-21.

7. Получение и свойства комбинированных сорбентов на основе модифицированного угля и глубоководных пелоидных систем / С. С. Ставицкая [и др.] // Эфферентная терапия. -2007. - Т. 13, № 4. - С. 13-20.

8. Mechanism of reductive oxygen adsorption on active carbons with various surface chemistry / V. V. Strelko [et al.] // Surface Science. - 2004. - Vol. 548. - P. 281-290.

9. Суровикин, В. Ф. Новые гемо- и энтеросорбенты на основе нанодисперсных углерод-углеродных материалов / В. Ф. Суровикин, Л. Г. Пьянова, Л. С. Лузянина // Российский химический журнал. - 2007. - № 5. - С. 159-165.

10. Пьянова, Л. Г. Углеродные сорбенты в медицине и про-теомике / Л. Г. Пьянова // Химия в интересах устойчивого развития. - 2011. - № 2. - С. 1-10.

11. Грег, С. Адсорбция. Удельная поверхность. Пористость / С. Грег, К. Синг. - М. : Мир, 1984. - 310 с.

ПЬЯНОВА Лидия Георгиевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения РАН.

ЛИХОЛОБОВ Владимир Александрович, доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН, директор Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения РАН. ДОЛГИХ Татьяна Ивановна, доктор медицинских наук, профессор, заведующая Центральной научноисследовательской лабораторией Омской государственной медицинской академии.

СЕДАНОВА Анна Викторовна, кандидат химических наук, инженер Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения РАН.

Адрес для переписки: 644040, г. Омск, ул. Нефтезаводская, 54.

Статья поступила в редакцию 11.04.2013 г.

© Л. Г. Пьянова, В. А. Лихолобов, Т. И. Долгих,

А. В. Седанова

Книжная полка

Практическое руководство по анестезиологии : практ. рук. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : МИА, 2011. -552 с. - ISBN 978-5-8948-1866-5.

Приведены современные данные о тактике, технике и возможных осложнениях различных вариантов анестезии. Представлены фармакокинетика и фармакодинамика лекарственных препаратов, применяемых в современной анестезиологии. В отдельные главы вынесены проблемные вопросы боли и качества оценки глубины анестезии. Представляет интерес как для начинающих, так и для опытных анестезиологов, а также для врачей всех специальностей, связанных с хирургией.