Гидрогелевая водорастворимая композиция на основе гиалуроновой кислоты и ионов поливалентных металлов и способ ее получения
HYDROGEL WATER-SOLUBLE COMPOSITION BASED ON HYALURONIC ACID AND POLYVALENT METAL IONS AND A METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к составам гидрогелевых систем - комплексов (ассоциатов) гиалуроновой кислоты с щелочноземельными и переходными металлами, выбранных из группы: Ca, Mg, Zn и способу их получения. Подобные гидрогелевые системы могут быть использованы в фармакологии, например, в качестве носителя лекарственного средства в таргет-терапии артрозов, а также в антивозрастной терапии, мезотерапии для устранения кожных дисфункций.
Известно, что биополимер природного происхождения - гиалуроновая кислота (далее ГК) является природным анионным несульфатированным гликозаминогликаном, который широко распространен в соединительных, эпителиальных и нервных тканях, с точки зрения эффективности, биологической активности, экологичности, возобновляемости источников их получения является уникальным сырьем для создания целого ряда медицинских изделий. Она обладает высокой биосовместимостью с тканями человеческого организма и нетоксична по отношению к нему. Полисахарид не проявляет свойств антигена, т.е. является нейтральным веществом, которое не узнается иммунной системой, что не приводит к появлению в нем специфических антител и воспалительных процессов. Гиалуроновая кислота, при введении и использовании в качестве терапевтического средства в ее природной форме, обычно быстро выводится из организма (в частности период ее полураспада в коже человека составляет чуть более суток), что делает необходимым ее частые инъекции. (Tammi R., Agren U.M., Tuhkanen A.L., Tammi M. Hyaluronan metabolism in skin. Progress in Histochemistry & Cytochemistry 29(2):1-81, 1994).
Известно, что гелевые растворы ГК обладают уникальными реологическими свойствами, представляя собой вязкоупругий гидрогель даже при низких концентрациях. Особенно ценным свойством гидрогелей на основе солей ГК является адгезия к тканям, подвергаемым риску повреждения при хирургических вмешательствах и диагностике (например, диагностике мочевого пузыря). Присутствие вязкого слоя гидрогеля экзогенной ГК на тканях и слизистых оболочках, наиболее сильно подвергаемых травматическим воздействиям, оказывает защитное действие, которое в значительной мере способствует успешному осуществлению диагностики и хирургической операции. Гидрогели ГК используются в качестве биосовместимых «барьерных веществ» для предотвращения постхирургической адгезии и образования рубцов, а также для заживления ран (см. A. Fakhari, C. Berkland «Applications and Emerging Trends of Hyaluronic Acid in Tissue Engineering, as a Dermal Filler and in Osteoarthritis Treatment» - Acta Biomater. 2013 July; 9(7): 7081-7092).
Известен ряд материалов на базе гидрогелей ГК для адресной (векторной) доставки лекарственных средств и биологически активных соединений к конкретным типам клеток организма с помощью «наноконтейнеров» к пораженному органу или ткани. Структура и материалы таких носителей очень разнообразны, а размеры обычно находятся в диапазоне 15-300 нм. Использование гидрогелей ГК в качестве макромолекулярного носителя может представлять альтернативный подход (см. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., 2015). Комплексы гиалуроновой кислоты с низкомолекулярными биорегуляторами - новая страница в лечении суставных патологий. Эстетическая медицина. XIV(2):5-13).
В последнее время разработаны материалы на основе гиалуроновой кислоты с ионами двухвалентных металлов II групп, на базе которых производят инъекционные препараты для косметологии, инициирующие ресинтез коллагена и включающие в себя биоревитализанты, препараты для мезотерапии, а также лифтеры (жидкие мезонити).
Известен препарат, на основе ГК высокой степени очистки с молекулярной массой 1,8 млн. Да и молекулярно-массовым распределением Mw/Mn = 1,389, способной образовывать с двухвалентными металлами ограниченно растворимые соли для пролонгированного действия - «Контургель-ХПМ», содержащий в своем составе 1% (10мг\мл) смеси натриевой и цинковой соли гиалуроновой кислоты в соотношении 5:1,
Способ получения данного препарата состоит в проведении реакции ионного обмена в водном растворе гиалауроната натрия и хлористого цинка при воздействии слабого переменного магнитного поля с напряженностью 0,05 мкТл в диапазоне частот 3,58-4,88 Гц.
В отличие от классического биоревитализанта, на основе только гиалуроната натрия, «Контургель-ХПМ» обеспечивает не только ревитализирующее и увлажняющее действие, но и значительно повышает плотность дермы, активно формируя в местах введения каркас, состоящий из коллагеновых волокон, хотя и ограниченный в объеме и во времени по эффективности, а также оказывает выраженный антиоксидантный эффект. (См. http://la-beaute-medicale.ru/, 2018, свид-во о товарном знаке №579086 от 25.06.2014). Водонерастворимость цинка способствует формированию в дерме однородного эластичного фиброза, т.е. утолщения соединительной ткани. Будучи естественным компонентом кожи, цинк встраивается в клетку, проявляя там свои антиоксидантные свойства, и участвует далее в процессах ее жизнедеятельности. Вместе с тем полученный продукт имеет ограниченную растворимость в воде, что снижает проникающую способность в ткани.
Недостатком известного препарата является использование высокомолекулярной ГК с молекулярной массой до 1800 кДа, в результате чего смесь ГК с солями металлов не может равномерно распределяться в кожном матриксе и таким образом выполнять биоревитализирующее действие.
Известен ряд технических решений - составов и способов получения металлокомплексов ГК (в основном с двухвалентными металлами), применяемых в лечебных или косметических препаратах. Так, например, известны способы получения кобальтового комплекса ГК смешением при перемешивании в течение 30 минут раствора гиалуроната натрия с раствором соли кобальта, с последующим осаждением 3 объемными частями этанола (патент США 5472950, опублик. 05.12.1995 г.) и цинкового комплекса ГК смешением осадка комплекса гиалуроната натрия с катионом четвертичного аммония с водным раствором цинковой соли, разделением фаз и осаждением ассоциата этанолом (патент США 5554598, опублик.09.10.1996 г.). В обоих случаях осадок промывают на фильтре, но получают всегда избыток солей, осаждающихся вместе с металлокомплексом ГК, при этом полные соли гиалуроната не получают, а концентрация примесей достигает десятка процентов, что ухудшает качество комплекса. Конечные продукты ограниченно растворимы в воде.
+2
+2
1%
1%
257
280
Известна также биологически активная композиция, содержащая ассоциаты ГК с ионами кобальта Со или цинка Zn, (патент RU 2021304 - Способ получения биологически активной композиции - МКИ C08L 5/08, опублик. 15.10.1994), которая содержит кобальтовый или цинковый ассоциат гиалуроновой кислоты в виде композиции водного раствора соли металла-хлорида цинка или хлорида кобальта в эквивалентном соотношении к количеству карбоксильных групп натриевой соли ГК в пределах от 0,95% до 1,10% от эквивалентного, а также функциональные целевые добавки, которые могут использоваться в качестве фармацевтических (терапевтических) или косметических средств. Характеристики гиалуроната натрия, используемого для получения раствора: Мол. м. 1850кДа. Содержание протеина 0,07-0,18 мас. %. УФ-адсорбция A 0,133 A 0,075 Вязкость []  0% 13,7-16,5 дл/г. содержание гилаурата натрия 98,12 масс. %.
Благодаря взаимодействию эквивалентных количеств гиалуроната натрия и ионов цинка (хлорида цинка) в водном растворе, образуется ассоциат гиалуроната цинка стехиометрического состава. После соответствующей изотонизации путем добавления моносахарида или сахарного спирта полученный раствор может непосредственно использоваться в терапевтических целях, и соединение цинка в твердом состоянии не нужно получать отдельным способом. Осуществление способа с применением ионов кобальта и других ионов 3d металлов приводит к аналогичным результатам.
Способ получения этой известной композиции реализуется двумя методами:
2+
2+
- по первому методу ассоциат, образованный из гиалуроната кислоты и соли четвертичного аммония в водной суспензии растворяют в смеси растворителей, содержащих водные растворы иона Со или Zn с н-бутанолом при рН=5-5,4, после чего ассоциат осаждают с применением алканола или алканона, выделяют осадок из раствора и высушивают конечный продукт. Данная схема отличается сложностью и требует использования большого количества химических ингредиентов, кроме этого, она не позволяет получать полные соли ГК.
1
3
3
4
Другой метод включает приготовление водного раствора соли металла (хлорида цинка или хлорида кобальта) с добавлением 2,0-3,0 объемов С-Салканола или С-Салканона, к соответствующему неизотонизированному раствору, содержащему хлорид цинка, его смешивание с натриевой солью ГК с вышеуказанными характеристиками, в количестве эквивалентном гиалуронату, выдерживание смеси при рН=5, ее механическое перемешивание, разбавление водой и последующую фильтрацию для выделения конечного продукта. Полученный при использовании данной схемы конечный продукт отличается недостаточно стабильным качеством. В отфильтрованном продукте будут встречаться низкомолекулярные фрагменты ГК, не вступившие в реакцию хлорид цинка или хлорид кобальта, хлорид натрия, натриевая соль ГК, что вызывает потребность в дополнительной очистке. Продукт ограниченно растворим в воде (патент RU 2021304 - Способ получения биологически активной композиции - МКИ C08L 5/08, опублик. 15.10.1994).
+2
).
Для повышения эффективности и пролонгации эффекта ГК необходимо сохранить в структуре металл, но снизить молекулярную массу ГК, не нарушив при этом стехиометрический комплекс ГК с Zn (О.В. Сибикина, А.А. Йозеп, А.В.Москвин. Комплексы полисахаридов с ионами металлов: применение и строение - Химико-фармацевтический журнал, том 43, №6, 2009, с. 35-39
Известен ряд способов снижения молекулярной массы ГК, для чего её подвергают воздействию деструктирующих факторов различной природы, приводящему к снижению молекулярной массы и повышению растворимости полисахарида при взаимодействии с клетками кожи и подкожного слоя. Наиболее распространенными являются методы подобной модификации ГК облучением УФ-светом, гамма-, или электронным излучением, термообработкой. При этом, в зависимости от состава и характеристик исходной ГК получают олигосахаридные фрагменты с низкой до 100 кДа молекулярной массой.
Известен способ получения функционализованных производных гиалуроновой кислоты с регулируемой молекулярной массой (патент RU 2523182 C2 - Способ получения функционализованных производных гиалуроновой кислоты и образования их гидрогелей - МКИ С08В 37/00, опублик. 20.07.2014 г.) и активацией по меньшей мере одной гидроксильной группы ГК карбонилирующим агентом и с использованием УФ-облучения светом с длиной волны 250-370нм при максимуме 310 нм с мощностью 125 Вт при 12°С. Недостатком метода является получение промежуточных для гидрогелей ГК структур, по сути - полуфабриката, без развития их технологической переработки в лечебные или косметические средства.
Известно комплексное косметическое средство с омолаживающим и лифтинг-эффектом (патент RU 2438648 -Комплексное косметическое средство, опубл. 02.08.2010), которое включает гиалуроновую кислоту, воск эмульсионный, воду и матричный пептид, выделенный из гидрогеля гиалуроновой кислоты в процессе фотохимического наноструктурирования, при длине волны, равной 280 нм, а гиалуроновая кислота наноструктурирована с диаметром отдельных цепей до 5 нм при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Наноструктурированная гиалуроновая кислота с диаметром отдельных цепей
до 5 нм
1
Матричный пептид, выделенный из гидрогеля гиалуроновой кислоты в процессе
фотохимического наноструктурирования при длине волны 280 нм
0,1
Воск эмульсионный
10,0
Вода дистиллированная
Остальное
Способ получения, включающий процесс фотохимического структурирования приводит к формированию комплексов матричного пептида и гиалуроновой кислоты с образованием ячеек размером до 100 нм. Данная технология формирует надмолекулярный комплекс гиалуроновая кислота - матричный пептид с ячеистой структурой размерностью в пределах 100 нм, но недостатком является то, что только отдельные ее элементы имеют размер (5 нм), а размер основной структуры уже нивелирует способность проникать в слои кожи и оказывать физиологический эффект. По сути, в данном способе фотохимическое наноструктурирование приводит к образованию высокомолекулярной гиалуроновой кислоты, которая способна оказывать свой эффект (гидратации) только на поверхностном слое кожи, образуя гидрофильную пленку на наружной поверхности. Кроме того, данный комплекс не позволяет матричному пептиду проникнуть в глубокие слои кожи, т.к. он изначально химически связан с ГК.
Известно также комплексное косметическое средство, включающее воду, гиалуроновую кислоту и пептидный комплекс, (Патент RU 2524663 Комплексное косметическое средство, опублик 27.07.2014), причем гиалуроновая кислота деструктурирована гамма-излучением с дозой облучения 16-50 кГр и пептидный комплекс состоит из пептидов с массой 244-459 Да и десмозина, причем компоненты в средстве находятся в определенном соотношении в масс. %.
Гиалуроновая кислота, деструктурированная гамма-излучением
с дозой облучения 40-50 кГр
1,5
Пептидный комплекс
5
Вода дистиллированная
Остальное
w
Способ для получения низкомолекулярной ГК состоит в воздействии на нее гамма-излучения в диапазоне от 16 до 50 кГр, что позволяет получить ГК с молекулярной массой (M) 40-80 кДа. При этом воздействие на водный раствор ГК гамма-излучения до 16 кГр не позволяет получить низкомолекулярную ГК, а воздействие выше 50 кГр вызывает полное разрушение ГК, что и в том, и в другом случае ведет к отсутствию косметического эффекта.
Способ обеспечивает повышение проникающей способности гиалуроновой кислоты в глубокие кожные слои и увеличение увлажнения кожи, но при этом достигаемый эффект создания каркасной структуры кратковременный, поскольку в указанных технических решениях не используются структурирующие и стабилизирующие добавки - соли металлов II группы.
В результате патентного поиска не выявлено известных технических решений, позволяющих получить составы гидрогелей ГК на базе её металлокомплексов, полностью растворимых в воде, с совмещенным положительным эффектом, в т.ч. по эффективности в части терапевтического и профилактического действия при отсутствии в гидрогеле посторонних примесей, способности создать в тканях трехмерную структуру каркасного типа, стабильности структуры со связанными металлами во времени, пролонгированного эффекта в тканях организма, что обусловлено, в основном, параметрами используемой ГК и применяемыми технологиями простого солевого обмена для их получения, как показано выше.
-
Условно к прототипу данного изобретения можно отнести известное техническое решение (патент RU 2280041Способ получения водорастворимых солевых комплексов гиалуроновой кислоты (варианты) - опублик. 20.07.2006 г) - препарат водорастворимого солевого комплекса в виде сухого субстрата на основе натриевой соли ГК со средней молекулярной массой 1500 кДа (содержание гиалуроната натрия 98,53%; содержание протеина не более 0,05 мас. % от сухого вещества), и соли d-металла IV, V и VI периодов Периодической системы, причем процент замещения натрия на карбоксильных группах ГК может составлять соотношение соли d-металла ГК к натриевой соли ГК (с поправкой на процессы гидролиза) от 90%:8% до 8%:90% в зависимости от требуемого фармакологического и (или) косметологического эффекта.
Способ получения известного препарата состоит в последовательности операций:
- смешения 1,1%-2% раствора гиалуроната натрия в деионизированной воде с вязкостью до 1450 мПа·с с 1,0-1,9% водным раствором соли d-металла при рН = 6, 5, причем для смешивания используют количество водного раствора соли вышеуказанного d-металла, эквивалентное количеству карбоксильных групп натриевой соли ГК или лежащее в пределах от 0,95% до 1,10% от эквивалентного, или меньшее эквивалентного количества карбоксильных групп натриевой соли ГК (далее Na-ГК), а смешение ведут при комнатной температуре в течение суток;
- разбавления полученного раствора деионизированной водой до объема 10 л;
- ультрафильтрации разбавленного водного раствора на разделительных мембранах с порами 0,03 мкм;
- одновременной промывки фильтрата вначале водным раствором соли вышеуказанного d-металла, а потом деионизированной водой;
- концентрирования полученного раствора до 1/3 полученного объема;
- спиртоосаждения 3 объемами высокочистого 95%этанола или лиофильной сушке после концентрирования;
- последующей стерильной фильтрации;
- после стерильной фильтрации продукт подвергают спиртоосаждению или лиофилизации и сушке при 60°С и пониженном давлении.
Однако при изучении изменения макроструктуры (по показателю вязкоэластичности) ГК после процедур лиофилизации трёх образцов Na-ГК с концентрациями 5, 7.5 и 10 мг/мл воды было обнаружено снижение вязкоэластичности и необратимое изменение макроструктуры ГК, причем оптимальная композиция гидрогелей на основе натриевой соли ГК для интра-артикулярного введения не достигалась. [Krugger-Szabo et al, Microstructural analysis of the fast gelling freeze-dried sodium hyaluronate. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 104 (2015) 12-16].
Недостатком известного технического решения также является ограниченная растворимость солевых комплексов в воде, что дает водные дисперсии - золи, из-за чего снижена функциональность, связанная с невозможностью использования препарата для каркасного протезирования тканей, недостаточно стабильное качество, связанное с значительной неопределенностью в реакции солевого обмена пропорций гиалуроната натрия и соли d-металла, приводящей к снижению пролонгированного действия, длительный и сложный процесс получения препарата, а также необходимость дополнительных операций приготовления инъекционных смесей перед применением, особенно в варианте использования его в качестве медикаментозного носителя.
Вышеприведенные известные технические решения не имеют универсальной функциональности в использовании: известно, что соли поливалентных металлов с ГК являются водонерастворимыми. Подобные композиции с ионами металлов II группы применяются для поверхностного применения. Они нестабильны во времени и быстро распадаются, не достигая заявленного косметического эффекта. Кроме того, они имеют неконтролируемые количества примеси добавляемых солей металлов и выделившейся в процессе реакции соли натрия, что часто приводит к нежелательным осложнениям.
Задачей заявленного изобретения является разработка гидрогелевых систем ГК на основе высокочистых полностью водорастворимых металлосодержащих агломератов, содержащих в качестве матрицы высокомолекулярную ГК (1500-1800 кДа), с включениями совместимых с ней жидкокристаллических включений комплексных соединений низкомолекулярной ГК (20-60 кДа), содержащих катионы металла, выбранных из группы Ca, Mg, Zn и деионизированную воду, для медицинских и косметологических целей, химически стабильного и сохраняющего устойчивость эффекта во времени, с минимальным количеством неконтролируемых примесей, проникающего в ткани организма, а также оригинального способа его получения, включающего механохимическое совмещение двух компонентов агломерата.
Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости гидрогелевой композиции и снижение количества неконтролируемых примесей, проникающего в ткани организма.
Гидрогелевая водорастворимая композиция, согласно заявленному изобретению, на основе натриевой соли гиалуроновой кислоты и ионов поливалентных металлов, представляющая стабильную систему гелевых глобул в деионизированной воде, содержит гелеобразователь из матрицы высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1500-1800 кДа с равномерно распределенными и связанными химически с матрицей частицами комплексного соединения Me(II)-ГК (20-60 кДа) с катионами металлов, выбранных из группы Ca, Mg, Zn, при этом соотношение высокомолекулярной гиалуроновой кислоты к указанному комплексному соединению составляет 10:1, содержание указанных металлов в комплексном соединении - 0,001-0,01% масс., а концентрация гелеобразователя в деионизированной воде - 1,5-2,5% масс.
Полученный гелеобразователь содержит матрицу из натриевой соли высокомолекулярной ГК с комплексным соединением очищенной низкомолекулярной Me(II)-ГК в соотношении 10:1, при содержании металла Ме(II) 0,001-0,04% масс. в комплексном соединении, для получения водорастворимой гидрогелевой композиции гелеобразователь смешивают с деоннизировванной водой, при содержании в водорастворимой гидрогелевой композиции гелеобразователя в количестве 1,5-2,5% масс и деионизированной воды - остальное (97,5-98,5% масс).
Способ получения гидрогелевой композиции согласно изобретению состоит в последовательности следующих операций:
- приготовление 1-2% водного раствора натриевой соли высокомолекулярной ГК в деионизированной воде;
- деструкция высокомолекулярной ГК на фракции с молекулярной массой до 100 кДа (оптимально 20-60 кДа) облучением водного раствора гиалуроната натрия УФ-излучением, генерируемого специальной ртутной лампой низкого давления, излучающей при 184,9 нм, 194,2 нм, и 253,7 нм, при непрерывном контроле вязкости раствора, с уменьшением до 30 % от первоначальной за 120 мин. облучения;
2
2
2
+
+2
+2
+2
- введение в облученный УФ-светом раствор ионов Ме(II) в виде растворов солей хлоридов: ZnCl, или MgCl, или CaCl; проведение ионного обмена в растворе ионов Na в полученных фрагментах гиалуроната натрия на ионы Zn, или Mg, или Ca перемешиванием раствора в течение нескольких часов при комнатной температуре; образование низкомолекулярных фрагментов комплексного соединения Ме(II)-ГК;
0
- лиофильная сушка полученного раствора при 40-60С при пониженном давлении;
- выделение отделением от фильтра сухого субстрата фрагментов Ме(II)-ГК с молекулярной массой 20-60 кДа;
- предварительное смешение порошка высокомолекулярной ГК с молекулярной массой до 1800 кДа с полученными сухими субстратами Ме(II)-ГК с молекулярной массой 20-60 кДа в соотношении 10:1 по массе;
- механохимическая обработка полученной однородной порошкообразной смеси путем одновременного воздействия давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе типа наковальни Бриджмена или экструдере при температуре 20-50°С и при давлении от 5 до 1000 МПа в течение 0,1-10 мин. позволяет получить порошковый гелеобразователь - комплекс ГК(1800кДа) + Ме(II)-ГК(20-60 кДа);
- получение водорастворимой гидрогелевой композиции растворением 1,5-2,5% масс. порошкового комплекса в деионизированной воде до 100% масс., полностью растворимый субстрат комплекса.
Авторы настоящего изобретения ранее уже использовали механохимический способ получения сшитых солей ГК (см. RU 2366665 С1, опубл. 10.09.2009 г.). Использование этого метода позволило получить полностью водорастворимый комплекс ГК (1800 кДа) + Ме(II)-ГК(20-60 кДа) для получения заявленного гидрогеля.
Структура гидрогеля на основе комплекса ГК(1800кДа) + Ме(II)-ГК(20-60 кДа) представляет собой систему гелевых глобул ГК с вкраплениями низкомолекулярных фрагментов комплексных соединений Ме(II)-ГК. Очень короткие олигосахаридные фрагменты ГК в водном растворе самоорганизовываются в определенные жидкокристаллические фазы, самостоятельно ориентируясь в пространстве параллельно друг другу. Эти короткие молекулярные фракции ГК, в силу определенной геометрии и химических свойств, могут собираться в капли жидкокристаллических фаз. Предлагаемый способ позволяет получать гидрогелевый материал, в котором активные компоненты Ме(II)-ГК(20-60 кДа) в виде «гиасом» (микроскопические жидкокристаллические сферические, каплеобразные частицы) равномерно распределены в объеме гиалуронанового гидрогеля.
Фиг. 1-5 показывают внутреннюю структуру препарата гидрогеля. Изображения, полученые на растровом сканирующем электронном микроскопе SEM «ZEIS» EVO10MA.
Фиг. 1. Структура полученного препарата гидрогеля с цинком (жидкое состояние, водный раствор), фото на электронном микроскопе
Фиг. 1а - разрешение 20 мкм/см
Фиг. 1б - разрешение 10 мкм/см
Фиг. 1в - разрешение 5 мкм/см
Фиг. 2. Поверхность высушенной плёнки из гидрогеля с цинком
Фиг. 3. Мэппинг, распределение цинка в высушенной плёнке гидрогеля
Фиг. 4. Поверхность высушенной плёнки из гидрогеля с кальцием
Фиг. 5. Мэппинг, распределение кальция в высушенной плёнке гидрогеля
Фиг. 6. Поверхность высушенной плёнки из гидрогеля с магнием
Фиг. 7. Мэппинг, распределение магния в высушенной плёнке гидрогеля.
Фиг. 8 - изображена структурная формула комплексного соединения Me(II)-ГК (20-60 кДа) с катионами Me(II), выбранных из группы Ca, Mg, Zn.
Изобретение иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1.
18
-1
18
-1
21
-1
+
+2
2
Готовят 200 мл 1,5% масс. водного раствора натриевой соли высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1800 кДа, растворяя 3,0 г сухой натриевой соли ГК в 200 мл деионизированной воды в кварцевой колбе при перемешивании в течение 60 мин. при комнатной температуре. Вязкость полученного раствора 350-320 мПа*с. Проверку динамической вязкости геля проводят с помощью вибровискозиметра (модель SV-10A, фирма “A&D COMPANY Ltd.”, Япония) в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Далее полученный раствор подвергают УФ-облучению светом ртутной лампы низкого давления типа ДБ-30-01, имеющим максимумы и интенсивность в спектре при 184,9 нм (3.25×10 квантов*с), 194,2 нм (8×10 квантов*с), и 253,7 нм (4.5×10 квантов*с) с мощностью потока 30 Вт. Длительность облучения 120 мин. Вязкость раствора после облучения 120 мПа*с, что соответствует молекулярной массе гиалуроновой кислоты ~20-30 кДа. В раствор с пониженной вязкостью вводят 22 мл 1,5% водного раствора хлорида цинка ZnCl при перемешивании в течение 2 часов при комнатной температуре. При этом происходит частичный ионный обмен ионов Na на ионы Zn с образованием раствора комплексного соединения Zn(II)-ГК(20-30 кДа).
Полученный водный раствор указанного комплексного соединения подвергают фильтрации на разделительных мембранах и лиофильной сушке при 50°С при пониженном давлении 0,1Па, отделяют фильтрат в виде порошка комплекса низкомолекулярной гиалуроновой кислоты с Zn(II). Далее 3,033 г полученного порошка этого комплекса смешивают с 30 г сухого порошка высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1800 кДа в соотношении 1:10 по массе. Полученную смесь помещают в камеру механохимического реактора наковальни Бриджмена, и подвергают одновременному воздействию давления с нарастающей амплитудой и деформации сдвига с усилием от 5 до 500 МПа в течение 2 мин. Полученная порошковая масса представляет собой комплекс гиалуроновая кислота(1800кДа) + Zn(II)-гиалуроновая кислота(20-30 кДа) в соотношении 10:1. Содержание Zn (II) - 0,033% масс.
Затем 1,5 г полученного порошка комплекса растворяют в 100 мл деионизированной воды, при этом порошок полностью растворился в воде, получают водную гидрогелевую композицию состава: 1,5% масс. комплекса гиалуроновая кислота(1800 кДа) + Zn(II)-гиалуроновая кислота(20-30 кДа) и 98,5 % масс. деионизированной воды.
На фиг. 1 (а, б, в) в разной степени увеличения на электронном микроскопе показана структура полученной гидрогелевой композиции, где ясно видны совместимые с высокомолекулярной матрицей включения низкомолекулярных «гиасом» - микроскопических жидкокристаллических сферических каплеобразных частиц, содержащих комплекс цинка, равномерно распределеных в объеме гиалуроновой кислоты геля.
На фиг. 2 показана структура сухой пленки высушенной полученной гидрогелевой композиции. Это однородная прозрачная пленка без видимых нерастворимых включений.
На фиг. 3 при большом увеличении в поляризованном свете показана микрофотография пленки с распределением частиц Zn в матрице высокомолекулярной гиалуроновой кислоты; виден равномерный характер распределения гиасом с частицами металла (красные зоны).
Пример 2.
2
+
+2
Готовят 200 мл 1,0 % масс. водного раствора натриевой соли высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1600 кДа, растворяя 2,0 г сухой соли ГК в 200 мл деионизированной воды в кварцевой колбе при перемешивании в течение 60 мин. при комнатной температуре. Вязкость полученного раствора ~300 мПа*с. Далее аналогично примеру 1 проводят облучение УФ-светом в течение 100 мин. Вязкость раствора после облучения 100 мПа*с, что соответствует для этой концентрации раствора молекулярной массе гиалуроновой кислоты ~30-40 кДа. В раствор с пониженной вязкостью вводят 22 мл 1,5% водного раствора хлорида кальция CaCl при перемешивании в течение 2,5 часов при комнатной температуре. При этом происходит частичный ионный обмен ионов Na на ионы Са с образованием раствора комплексного соединения Са(II)-ГК(20-30 кДа).
Аналогично примеру 1 проводят операцию лиофильной сушки раствора вышеуказанного раствора комплексного соединения. Далее 2,033 г полученного порошка комплекса низкомолекулярной гиалуроновой кислоты с Са(II) смешивают с 22 г сухого порошка высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1600 кДа в соотношении 1:10 по массе. Аналогично примеру 1 смесь подвергают механохимической обработке на наковальне Бриджмена. Полученная порошковая масса представляет собой комплекс гиалуроновая кислота(1600 кДа) + Са(II)-гиалуроновая кислота(30-40 кДа) в соотношении 10:1. Содержание Са(II) - 0,040% масс.
Затем 2,0 г полученного порошка комплекса растворяют в 100 мл деионизированной воды, при этом порошок полностью растворился в воде, получают водную гидрогелевую композицию состава 2,0% масс. комплекса гиалуроновая кислота(1600 кДа) + Са(II)-гиалуроновая кислота(30-40 кДа) и 98% масс. деионизированной воды.
На фиг. 4 на электронном микроскопе показана структура полученной из гидрогелевой композиции пленки; пленка прозрачна без нерастворимых включений. Общая структура пленки с Са(II) несколько отлична от структуры в примере 1, поскольку введение Са(II) частично сшивает структуру матрицы, увеличивает размер гиасом и создает механические напряжения.
На фиг. 5 при большом увеличении в поляризованном свете показана микрофотография пленки с распределением частиц Са(II) в матрице высокомолекулярной гиалуроновой кислоты; виден равномерный характер распределения гиасом с частицами металла (красные зоны) и сшитые зоны геля.
Пример 3.
2
+
+2
Аналогично примеру 1 готовят 200 мл 2,0% масс. водного раствора натриевой соли высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1500 кДа, растворяя 4,0 г сухой соли в 200 мл деионизированной воды в кварцевой колбе при перемешивании в течение 60 мин. при комнатной температуре. Вязкость полученного раствора ~450 мПа*с. Далее аналогично примеру 1 проводят облучение раствора УФ-светом в течение 100 мин. Вязкость раствора после облучения 150 мПа*с, что соответствует для этой концентрации раствора молекулярной массе ~50-60 кДа. В раствор с пониженной вязкостью вводят 22 мл 0,5% водного раствора хлорида магния MgCl при перемешивании в течение 2,5 часов при комнатной температуре. При этом происходит частичный ионный обмен ионов Na на ионы Mg с образованием раствора комплексного соединения Mg(II)-ГК(20-30 кДа).
Аналогично примеру 1 проводят операцию лиофильной сушки вышеуказанного раствора комплексного соединения. Далее 4,011 г полученного порошка комплекса низкомолекулярной гиалуроновой кислоты с Mg(II) смешивают с 40,0 г сухого порошка высокомолекулярной гиалуроновой кислоты с молекулярной массой 1500 кДа в соотношении 1:10 по массе. Аналогично примеру 1 смесь подвергают механохимической обработке на наковальне Бриджмена. Полученная порошковая масса представляет собой комплекс гиалуроновая кислота(1600 кДа) + Mg(II)-гиалуроновая кислота(50-60 кДа) в соотношении 10:1. Содержание Mg (II) - 0,001% масс.
Затем 2,5 г полученного порошка растворяют в 100 мл деионизированной воды при этом порошок полностью растворился в воде, получают водную гидрогелевую композицию состава 2,5% масс. комплекса гиалуроновая кислота(1600 кДа) + Mg(II)-гиалуроновая кислота(50-60 кДа) и 97,5% масс. деионизированной воды.
На фиг. 6 на электронном микроскопе показана структура полученной из гидрогелевой композиции пленки; пленка прозрачна без нерастворимых включений, но видны структурированные области, образованные при высыхании гидрогеля, увеличенный размер гиасом.
На фиг. 7 при большом увеличении в поляризованном свете показана микрофотография пленки с распределением частиц Mg(II) в матрице высокомолекулярной гиалуроновой кислоты; несмотря на структурирование пленки виден равномерный характер распределения гиасом с частицами металла (красные зоны), в том числе и в сшитых зонах геля.
2+
2+
На Фиг. 8 изображена структурная формула комплексного соединения Me(II)-ГК (20-60 кДа) с катионами Me(II), выбранных из группы Ca, Mg, Zn, при связывании катиона Ме с двумя дисахаридными звеньями гиалуроновой кислоты. Гиалуронан может образовывать хелатоподобные комплексы с двухвалентными катионами, в которых, в среднем, два дисахаридных звена цепи связывает один Me. Ион металла взаимодействует с шестью атомами кислорода, которые относятся к двум N-ацетильным группам и двум карбоксильным группам противоположных участков цепи. Влияние двухвалентных катионов на гиалуронан приводит к снижению вязкости раствора вследствие уменьшения гидродинамического радиуса молекул.