СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТНОГО КОМПЛЕКСА БИСНАФТАЗАРИНОВ
METHOD FOR PRODUCING PIGMENT COMPLEX OF BISNAPHTHAZARIN

Изобретение относится к технологии переработки природных объектов и касается способа получения пигментного комплекса биснафтазаринов, обогащенных этилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарином) из отходов переработки промысловых морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis.
Известно более 1500 хинонов, встречающихся в природе, их которых 45 обнаружены в семействе Echinodermata, включая морских ежей.
Панцирь и иглы морского ежа являются побочным продуктом при получении съедобных гонад и представляют собой известковое образование. Основными ценными минорными компонентами панцирей и игл морских ежей являются придающие окраску пигменты полигидроксинафтохинонового ряда - эхинохром А и спинохромы, проявляющие антиоксидантные свойства [Lebedev AV, Ivanova MV, Levitsky DO. Iron chelators and free radical scavengers in naturally occurring polyhy-droxylated 1,4-naphthoquinones // Hemoglobin, 2008. - 32(1-2). - P.165-179; Kuwahara R, Hatate H, Yuki Т et al. Antioxidant property of polyhydroxylated naphthoquinone pigments from shells of purple sea urchin Anthocidaris crassispina // LWT. - Food Science and Technology, 2009. - 42. - P.1296-1300].
Установлено, что полигидроксинафтохиноновые пигменты панцирей и игл морских ежей (нафтазарины, син. нафтохиноны, спинохромы) в отличие от эндогенных антиоксидантов, таких как витамин Е и убихинон, способны нейтрализовать действие основных инициаторов неферментативного процесса окисления мембранных липидов - катионов железа, накапливающихся в зоне ишемического повреждения ткани [Kuwahara R., Hatate H., Yuki Т. et al. Antioxidant property of polyhydroxylated naphthoquinone pigments from shells of purple sea urchin Anthocidaris crassispina // LWT. - Food Science and Technology, 2009, Vol.42, P.1296-1300]. Такие особенности механизма действия выделяют нафтазарины из ряда известных биоантиоксидантов и открывают перспективу для создания на их основе лекарственных препаратов нового поколения.
Известен природный полигидроксинафтохинон - эхинохром А, обладающий противоишемической и противоинфарктной активностью [Кардиопротективный эффект антиоксиданта гистохрома в кардиологической и кардиохирургической клинике / С.А. Афанасьев и др. - Томск: STT, 2012. - 150 с.].
Известен препарат Гистохром, применяемый для лечения воспалительных заболеваний сетчатки и роговицы глаз, представляющий собой 0,02% изотонический раствор ди- и тринатриевых солей пигмента из группы спинохромов - эхинохрома A [Pat. RU 2134107 С1, опубл. 10.08.1999].
Среди полигидроксинафтохиноновых пигментов бихиноны и высшие олигомеры хинонов являются уникальной группой природных соединений, которые обладают разнообразной биологической активностью.
Известен способ получения мономера хинона - 2,3,6,7-тетрагидроксинафтазарина (спинохрома Е), где в качестве сырья используют отходы переработки промысловых черных морских ежей S. nudus, которые промывают водой, обезжиривают 96% этиловым спиртом, затем экстрагируют трехкратно 96% этиловым спиртом с добавлением фосфорной кислоты (pH 3,0-3,5) при соотношении сырье:экстрагент 1,0:(1,0-1,2) в течение 12-24 час. Полученный экстракт пропускают через колонку с хитозаном, промывают колонку 96% этиловым спиртом, затем элюируют пигменты 96% этиловым спиртом с добавлением соляной кислоты (pH 2-4). Далее элюат пропускают через колонку с полихромом-1, промывают колонку дистиллированной водой, затем элюируют целевой продукт 40-50% водным раствором этилового спирта, отгоняют растворитель в вакууме, водный остаток лиофилизуют. Затем спинохром Е сублимируют при 195-200°C или перекристаллизовывают из этилового спирта [Pat. RU 2411939 С1, опубл. 20.02.2011].
Недостатком данного способа является многостадийность, большой расход этилового спирта, использование неорганических кислот, требующих специальной обработки отходов.
Бихиноны из серых морских ежей S.intermedius впервые были выделены Н.К. Уткиной с соавт. [Utkina NK, Shchedrin АР, Maksimov OB. A new binaphthoquinone from Strongylocentrotus intermedius // Khimiya Prirodnykh Soedinenii, 1976, No. 4, pp.439-441]. В 1978 г. подобные соединения были также обнаружены в зеленых морских ежах S. droebachiensis [Kol′tsova EA, Denisenko VA, Maksimov OB. Quinoid pigments of Echinodermata V. Pigments of the sea urchin Strongylocentrotus droebachiensis // Khimiya Prirodnykh Soedinenii, 1978, No. 4, pp.438-441].
В экспериментальных доклинических исследованиях, проведенных на мышах, установлено, что комплекс полигидроксинафтохиноновых пигментов и минералов из панциря морских ежей способствует снижению концентрации глюкозы в крови, стимулирует синтез фосфолипидов печени и проявляет антиоксидантные свойства [Ковалева МА, Иванова СА, Макарова МН и др. Влияние комплексного препарата из панциря морских ежей на концентрацию глюкозы и параметры окислительного стресса на модели сахарного диабета II типа // Экспериментальная и клиническая фармакология, 2013, Т.76, №8, С.27-30].
Известно средство, содержащее в качестве активного компонента биологически активный комплекс, получаемый из панцирей и игл зеленых морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis, содержащий в своем составе от 0,02% до 10% пигментного комплекса, содержащего спинохромы В и D, а также димерные полигидроксинафтохиноны и от 7,5% до 20% минеральной составляющей панциря морских ежей (кальций, магний, фосфор, натрий, калий) в виде водорастворимых солей, для местного применения в форме глазных капель, интраназальных капель и спрея, оказывающего противовоспалительное и противоаллергическое действие (Pat. RU. 2488402 С1, опубл. 27.07.2013). При этом установлено, что бинафтохиноновые пигменты из панцирей зеленых морских ежей обладают антирадикальной активностью в отношении DPPH-радикала, которая превышает таковую мономерного эхинохрома A [Pozharitskaya ON, Ivanova SA, Shikov AN, Makarov VG. Evaluation of free radical-scavenging activity of sea urchin pigments using HPTLC with post-chromatographic derivatization // Chromatographia, 2013. Vol.76. P.1353-1358].
Применение бихинонов в медицине сдерживается низким содержанием в природных источниках, сложностью и низкими выходами при использовании синтеза [Ануфриев В.Ф. Гидроксилированные нафтазарины и их [2,3-В]пиранопроизводные. Синтез и реакционная способность. - Автореф. Дис.… д.х.н. - Владивосток, 2000. - 51 с.].
Известен способ лабораторно-аналитического получения спинохромов из морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis путем растворения игл в концентрированной соляной кислоте, фильтрации, экстракции диэтиловым эфиром, промывкой раствором NaCl и высушиванием. Далее полученный остаток растворяют в этиловом спирте и разделяют на две фракции методом тонкослойной хроматографии на пластинах Kieselgel 60 F 254, импрегнированных щавелевой кислотой, в системе хлороформ-метанол-уксусная кислота-вода (5/1.1/0.5/0.2), элюируют метанолом и далее анализируют методом ВЭЖХ [Shikov AN, Ossipov VI, Martiskainen O. et al. The offline combination of thin-layer chromatography and high-performance liquid chromatography with diode array detection and micrOTOF-Q mass spectrometry for the separation and indentification of spinochromes from sea urchin (Strongylocentrotus droebachiensis) shells // J Chromatogr A, 2011, Vol.1218, P.9111-9114].
Однако известный способ является лабораторно-аналитическим. Бинафтохиноны были выделены в виде двух фракций только методом тонкослойной хроматографии с целью их идентификации. Получить данным способом пигментный комплекс в количестве, достаточном для подтверждения его активности, не предоставляется возможным.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки панциря морских ежей [Pat. RU 2441661 C1, опубл. 10.02.2012], заключающийся в том, что панцири с иглами морских ежей промывают, высушивают, измельчают, деминерализуют слабой органической кислотой, центрифугируют, соль органической кислоты осаждают добавлением органического растворителя, смешивающегося с водой, отфильтровывают, фильтрат концентрируют, нейтрализуют, концентрируют под вакуумом, лиофильно высушивают, антиоксидантный пигментный комплекс перерастворяют из органического растворителя.
Однако данный способ не обеспечивает получение комплекса индивидуальных пигментов.
Препаративная хроматография привлекает особое внимание как метод выделения и очистки индивидуальных соединений в фармацевтической промышленности и биотехнологии, а также в других отраслях промышленности. Теоретические основы метода изложены в статье [Зайдель-Моргенштерн А. Препаративная градиентная хроматография // Рос. Хим. Ж., 2003, т. XLVII, №1, С.80-89].
Однако конкретные способы реализации разделения биснафтазаринов в данной статье не описаны.
Способов получения пигментов биснафтазаринов, обогащенных этилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарином), из отходов переработки промысловых морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis в доступной патентной и другой научно-технической литературе не обнаружено.
Морские ежи вида Strongylocentrotus droebachiensis являются промысловым видом. После извлечения икры панцири с иглами попадают в отход. Вместе с тем они могут служить источником биологически активных веществ - биснафтазаринов.
Задача изобретения - разработка способа получения пигментов биснафтазаринов, обогащенных этилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарином) из отходов промышленной переработки морских ежей (панцирей и игл морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis) и получение из него очищенной суммы биснафтазаринов.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в расширении спектра биологически активных веществ, получаемых из отходов промышленной переработки морских ежей.
В результате осуществления изобретения получают очищенный комплекс биснафтазаринов, который может служить основой для разработки новых лекарственных препаратов или БАД, снижающих риск возникновения воспалительных и сопутствующих заболеваний.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.
Панцири с иглами промысловых зеленых морских ежей, оставшиеся после извлечения икры, свежие или дефростированные, промывают водой для удаления механических примесей и остатков внутренностей. Измельченный панцирь морских ежей подвергают деминерализации раствором органической кислоты при температуре 40-90°C до полного разложения карбонатного остова ежей.
Полученную водно-кислотную экстракционную смесь фильтруют для удаления нерастворенных остатков сырья и, при необходимости, центрифугируют для удаления микрочастиц. К полученному супернатанту (водно-кислотный экстракт пигментов морского ежа) добавляют избыток органического растворителя, смешивающегося с водой, например: этиловый спирт, ацетон, ацетонитрил. Выпавший осадок солей органической кислоты и белка отделяют. Полученный раствор окрашенных соединений наносят на хроматографическую колонку с катионитом, адсорбированные компоненты отмывают от посторонних примесей слабым раствором минеральной кислоты и дистиллированной водой. Элюирование пигментных комплексов с катионита осуществляют ступенчатым градиентом этилового спирта. Фракции, содержащие пигменты, объединяют, этиловый спирт удаляют концентрированном в вакууме. Концентрат лиофилизуют. Получают темно-красный лиофильный порошок, представляющий собой комплекс пигментов биснафтазаринов панциря и игл морских ежей, очищенных от белков, солей и минералов. Выход продукта составляет 0,1-0,2% от веса исходного сырья.
Общими признаками в способе-прототипе и заявляемом способе являются:
- сырье - морской еж;
- деминерализация панциря раствором органической кислоты;
- осаждение соли органической кислоты.
Отличительными признаками в способе-прототипе и заявляемом способе являются:
- отделение белка избытком органического растворителя, смешивающегося с водой;
- нанесение раствора пигментов на хроматографическую колонку с катионитом, последовательная промывка колонки слабым раствором минеральной кислоты и дистиллированной водой;
- элюирование пигментного комплекса с катионита ступенчатым градиентом этилового спирта, концентрирование в вакууме и лиофилизирование.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
ПРИМЕР 1. 100 г промытых и измельченных панцирей с иглами морских ежей деминерализуют 500 мл 50% водного раствора молочной кислоты при температуре 80°C. Полученный раствор центрифугируют для удаления нерастворенных мелких частиц. К супернатанту приливают 1200 мл 95% этилового спирта, перемешивают, раствор, оставляют на холоде (2-8°C) для выпадения осадка лактата кальция и белка. Выпавший осадок отфильтровывают. Полученный фильтрат пропускают через хроматографическую колонку, заполненную катионитом типа КУ-2-8, адсорбированные компоненты отмывают от посторонних примесей слабым раствором минеральной кислоты и дистиллированной водой. Элюирование пигментного комплекса с катионита осуществляют ступенчатым градиентом этилового спирта. Фракции, содержащие пигменты, объединяют, этиловый спирт удаляют концентрированием в вакууме при температуре не выше 40°C. Концентрат лиофилизуют. Получают темно-красный лиофильный порошок, представляющий собой комплекс пигментов биснафтазаринов панциря и игл морских ежей, очищенных от белков, солей и минералов. Выход продукта составляет 0,18 г.
ПРИМЕР 2. Для подтверждения состава продукта проведен анализ образцов комплекса пигментов биснафтазаринов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). ВЭЖХ проводили на хроматографе Shimadzu LC-20 (Kyoto, Япония), снабженном DAD-детектором SPD M20, двумя насосами LC20AD, автосамплером SIL-20 А, дегазатором DGU-20 A3 и колонкой Luna C18 5 µm (250 мм×4.6 мм) с защитной колонкой 5 µm (4.0 мм×30 мм). Разделение примесей проводили смесью растворителей - А (0.1% муравьиная кислота) и В (ацетонитрил - метанол 5:9) в следующем режиме: 0-25 мин градиентный, 30-80 B в A. Скорость подачи растворителей - 1 мл/мин.
На Рис.1 представлена хроматограмма комплекса пигментов биснафтазаринов, обогащенного этилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарином), полученного из панциря и игл морских ежей. 1 - бихинон; 2 - ангидроэтилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарин); 3 - этилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарин); 4 - изомер ангидроэтилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидрокси нафтазарина).
На Рис.2 представлен спектр поглощения этилиден-6,6′-бис(2,3,7-три-гидроксинафтазарина), полученного из панциря и игл морских ежей. Спектральные максимумы λmax: 265, 334, 485, 540 пл.
ПРИМЕР 3. Противовоспалительное действие на модели «каррагениновый воздушный мешочек у крыс».
2
Для изучения антиэкссудативных свойств использовали классическую модель острого воспаления «каррагениновый воздушный мешочек у крыс» [Current protocols in pharmacology…, 2003]. Воздушный мешочек формировали подкожной инъекцией 20 мл воздуха в области спины крысы. Индукцию острого воспаления вызывали введением через 6 дней внутрь мешочка 3 мл 0,5% раствора λ-каррагенина (Sigma-Aldirch, США). Комплекс пигментов биснафтазаринов по примеру 1 вводили в дозе 2 мг/кг, 0,2 мг/кг и 0,02 мг/кг внутрь мешочка сразу после инъекции раствора каррагенина. Растворителем служила вода для инъекций. Препарат сравнения диклофенак (раствор для инъекций 25 мг/мл, Hemopharm, Сербия) вводили внутрь мешочка сразу после инъекции раствора каррагенина в дозе 2 мг/кг. Через 6 часов осуществляли забор экссудата для анализа общего количества лейкоцитов с помощью ветеринарного гематологического анализатора (Abacus Unior Vet, Австрия), а также концентрации провоспалительных медиаторов простагландина PGE и TNFα с помощью коммерчески доступных наборов иммуноферментного анализа (Cayman Chemicals, США).
6
2
Острое воспаление через 6 часов характеризовалось инфильтрацией лейкоцитов до 14,1×10 кл/мл, продукцией провоспалительных медиаторов TNFα и до 4,3 нг/мл и до 2654 пг/мл простагландина PGE (Таблица 1).
Таблица 1
Противовоспалительное действие комплекса пигментов биснафтазаринов на модели каррагенинового воздушного мешочка у крыс (M±m, N=7)
Группа
Доза, мг/кг
Общее количество лейкоцитов, ×10<sup>6</sup> кл/мл
TNFα, нг/мл
PGE<sub>2</sub>, пг/мл
Интактная (без индукции воспаления)
-
0,3±0,1
0±0
0±0
Контрольная (растворитель)
80,0
14,1±0,8<sup>*</sup>
4,3±0,5<sup>*</sup>
2654±309<sup>*</sup>
Диклофенак
2,00
3,3±0,9<sup>*#</sup>
0,8±0,1<sup>*#</sup>
61±25<sup>*#</sup>
Комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1
2,00
5,4±1,5<sup>*#</sup>
2,3±0,3<sup>*#</sup>
1343±281<sup>*#</sup>
Комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1
0,20
7,8±2,0<sup>*#</sup>
2,9±0,4<sup>*#</sup>
1976±273<sup>*</sup>
Комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1
0,02
12,2±1,4<sup>*</sup>
4,1±0,4<sup>*</sup>
2877±422<sup>*</sup>
Примечание: <sup>*</sup> - статистически значимые отличия с интактной группой по t-критерию Стьюдента при p<0,05; * - статистически значимые отличия с контрольной группой по t-критерию Стьюдента при p<0,05.
2
2
Препарат сравнения диклофенак статистически значимо подавлял инфильтрацию клеток на 75%, уровень TNFα на 81% и снижал концентрацию PGE практически до 0. Комплекс пигментов биснафтазаринов по примеру 1 показал дозозависимый противовоспалительный эффект. В дозе 2 мг/кг наблюдали снижение инфильтрации лейкоцитов в зону воспаления на 62%, концентрацию TNFα на 47% и PGE на 50% в сравнении с контролем.
ПРИМЕР 4. Противовоспалительное действие на модели аллергического конъюнктивита у кроликов
Аллергический конъюнктивит моделировали нанесением полимера Compound 48/80 на конъюнктиву глаза кролика. Комплекс пигментов биснафтазаринов по примеру 1 и препарат сравнения Гистохром вводили по 1 капле в дозе 2 мг/кг в каждую конъюнктивальную полость в течение 3 дней до индукции патологии. В день индукции препараты вводили за 60 минут до нанесения «Compound 48/80» и после - через 10, 30, 45 и 100 минут. Оценку аллергического повреждения конъюнктивы проводили через 5, 15, 60, 120 минут и 24 часа после нанесения индуктора. Эффективность применения оценивали по отеку конъюнктивы, отеку века, слезотечению и покраснению конъюнктивы в баллах от 0 до 4. Кумулятивный клинический показатель был рассчитан как сумма баллов каждого из четырех параметров с диапазоном от 0 до 16. Перед проведением эксперимента все глаза кроликов имели клинический показатель, равный нулю. В роговице глаза определяли содержание гистамина методом ВЭЖХ. Данные представлены в таблице 2.
Таблица 2
Противоаллергическое действие комплекса пигментов биснафтазаринов на модели аллергического конъюнктивита у кроликов (N=6)
Группа
Клинические показатели, балл
Кумулятивный клинический показатель, балл
Содержание гистамина в роговице глаза, мкг/г (M±m)
Отек конъюнктивы
Отек век
Слезотечение
Покраснение конъюнктивы
Интактная
0
0
0
0
0
4,5±0,9
Контрольная
13,2
6,0
11,5
7,5
38,2
14,4±1,6
Комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1
2,7
2,2
7,5
1
13,4
22,1±2,9
Гистохром
3,2
2,0
8,5
2,5
16,2
14,2±0,9
При применении комплекса пигментов биснафтазаринов по пр.1 наблюдали выраженное снижение отека конъюнктивы и век, уменьшение слезотечения и покраснения конъюнктивы по сравнению с контрольными животными (табл.2). Уровень гистамина в роговице глаз кроликов, получавших препарат сравнения Гистохром, не отличался от такового в контрольной группе (табл.2). Уровень гистамина в группе, получавшей комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1, был существенно выше, чем в контрольной группе, что связано с возможным механизмом действия - связывание с H1-рецепторами и конкурентное блокирование их для гистамина. Таким образом, комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1 блокирует запуск аллергической реакции вновь, истощая запасы медиаторов аллергии и блокируя связывание со специфическими рецепторами. При гистологической оценке установлено, что в группе, получавшей комплекс пигментов биснафтазаринов по пр.1, выраженность патологических изменений структур глаза была ниже, чем в контрольной группе и группе, получавшей препарат сравнения Гистохром. Применение исследуемых препаратов способствовало ограничению распространения воспалительно-аллергического процесса вглубь глаза, снижая количество поврежденных бокаловидных клеток сетчатки.