ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ГЛИЦИНА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
PHARMACEUTICAL COMPOSITION OF GLYCIN AND METHOD FOR PREPARING IT

Область техники
Изобретение относится к фармацевтической и пищевой промышленности, в частности к производству композиций биологически активных веществ, которые могут быть использованы как биологически активные добавки. Более конкретно, композициям аминокислот и карбоновых кислот, получаемым с помощью метода механохимической активации.
Уровень техники
Аминокислота глицин в настоящее время находит широкое применение в медицине. Препараты глицина способны уменьшать психоэмоциональное напряжение и агрессивность, повышать социальную адаптацию, нормализовать сон и повышать умственную работоспособность, уменьшать выраженность общемозговых расстройств при ишемическом инсульте и снижать токсическое действие алкоголя (Gannon M.C., Nuttall J.A., Nuttall F.Q. // Am. J. Clin. Nutr. 2002. 76. P.1302-1307) [1]. В США препараты глицина одобрены для лечения негативной симптоматики у больных шизофренией (Javitt D.C., Zylberman I., Zukin S.R. et al. // Am. J. Psychiatry. 1994. 151. №8. P.1234-1236) [2]. Обычно рекомендуют сублингвальный прием таблетки глицина, при этом отмечено, что употребление раствора глицина менее эффективно, чем сухого препарата (Гусев Е.И., Комиссарова И.А., Алферова В.В. и др. // Terra Medica. 2001. №4. С.37-38) [3]. Отсюда можно предположить, что биологическая активность глицина связана не только с его химической формулой, но и с характеристиками твердого вещества, такими, в частности, как его кристаллическая структура (полиморфная модификация). При использовании глицина в составе лекарственных форм его активность может зависеть также от строения и свойств супрамолекулярных комплексов со вспомогательными компонентами (excipients). Глицин имеет несколько кристаллических модификаций, из которых стабильными при нормальных условиях являются альфа- и гамма-формы глицина. Кристаллическая структура α-формы глицина, приведенная на рис.1а, представляет собой димеры, образующие двойные центросимметричные слои, связанные между собой посредством Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий (Jonsson P.G., Kvick A. // Acta Cryst, 1972, 28, P.1827-1833.) [4]. Структура гамма-модификации глицина, приведенная на рис.1б, имеет особенности, отличающие ее от структур двух других модификаций глицина (α-глицина и β-глицина), (пространственная группа симметрии Р31 или Р32, структура полярна и нецентросимметрична, построена из тройных спиралей, связанных водородными связями молекул глицина (Y.Iitaka // Acta Cryst, 1958, 11, Р.225-226)) [5], которые обеспечивают нелинейные оптические и пьезоэлектрические свойства структуры и позволяют предположить наличие свойств, делающих гамма-глицин более эффективным лекарственным препаратом благодаря тому, что димеры глицина, определяющие структуру альфа-глицина и трудно разрушаемые даже в растворе, в гамма-глицине отсутствуют.
Растворимость обеих форм глицина практически одинакова (Xia Yang, Xiujuan Wang, and Chi Bun Ching // J. Chem. Eng. Data 2008, 53, P.1133-1137) [6], поэтому объяснение подобного различия в биологической активности различных кристаллических форм глицина, по-видимому, стоит искать в области механизма растворения его различных кристаллических форм. В этой связи интересно отметить, что, по данным атомно-силовой микроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния (Chattopadhyay S., Erdemir D., Evans J.M.B. et al. // Cryst. Growth Design. 2005. V.5. №2. P.523-527) [7], при растворении полиморфных модификаций глицина в воде, в раствор переходят не отдельные изолированные молекулы, но фрагменты исходных кристаллических структур - центросимметричные димеры при растворении α-формы и полярные цепочки при растворении γ-формы.
Влияние альфа- и гамма-глицина на некоторые характеристики поведения крыс линии, имеющей генетическую каталепсию (ГК), представлены в таблице 1 (Маркель А.Л., Ачкасов А.Ф., Прокудина О.И. и др. // ДАН, 2010, т.434, №2, с.510-514) [8].
Таблица 1
Влияние глицина на поведение крыс в тесте «Темно-светлая камера»
контроль
альфа-форма
гамма-форма
Высовывание головы из темного отсека, шт.
0,6±0,3
1,4±0,5
2,5±0,7*
Высовывание головы из темного отсека, сек
1,0±0,5
3,3±1,0
5,8±1,8*
Латентный период высовывания головы, сек
226,7±32,5
213,5±23,3
128,1±39,4
Выход наполовину (передние лапы в светлом отсеке), шт.
0±0
0,3±0,2
1,2±0,7*
Выход наполовину (передние лапы в светлом отсеке), сек
0±0
0,7±0,5
3,8±1,9*
Латентный период выхода наполовину, сек
300±0
289±8,6
214,8±40,9*
% крыс, выходивших наполовину
0%
20%
40%<sup>#</sup>
* - р<0.05, ** - р<0.01 - γ-глицин по сравнению с плацебо (Mann-Whitney U-критерий);
# - р<0.03 - γ-глицин по сравнению с плацебо (χ<sup>2</sup> критерий).
Подробные методики проведения поведенческих тестов описаны в (Whishaw I.Q., Kolb В. (Eds). The behavior of the laboratory rat. A Handbook with Tests. Oxford: Oxford Univ. Press. 2005. 504 p.) [9]. Статистическую обработку результатов проводили с применением непараметрического критерия Mann-Whitney (Statistica 6.0) (http:/www.statsoft.ru/home) [10]. Статистически значимыми считали различия при Р<0.05.
Известны способы получения гамма-модификации глицина.
Патентная заявка US 2005256300 от 2005.11.17 (WO 2006124152 2006-11-23) [11]. Способ использования постоянного электрического поля в индукционной кристаллизации и контроле формирования кристаллов. Применение мощного постоянного электрического поля для пересыщенных растворов глицина с целью образования зародышей гамма-полиморфа глицина благодаря создаваемой ориентации сильно полярных молекул глицина в ранее существовавших кластерах, тем самым помогая им организоваться в кристаллическую структуру. Процесс проводили в специальной высоковольтной камере. Диапазон напряжений 400-800 тыс. В/м. Пересыщение до 1,85-2 исходных водных растворов глицина получали при нагревании до 62-64°С и выдерживании при данной температуре в течение ночи, после чего растворы глицина медленно охлаждали до комнатной температуры.
При напряженности 600 тыс. В/м происходила кристаллизация гамма-глицина в течение 30-90 мин. Начало зарождения кристаллов можно было наблюдать визуально по образованию игольчатых кристаллов.
3
Публикация международной заявки WO 0102075, 2001-01-11 [12], касается метода использования лазерного излучения для получения полиморфных модификаций, в частности, гамма-глицина из пересыщенных водных растворов глицина (3.7-3.9 моль/л) при температуре 50°С. Воздействуют мощным пучком лазера с длиной волны 1.06 мкм в импульсном режиме с частотой 10 импульсов в секунду. Через несколько часов возникают несколько кристаллов, которые через 1-2 дня достигают размеров 10 мм.
Патентная заявка Японии JP 9067322, 1997-03-11 [13]. Получение гамма-глицина достигается быстрым охлаждением насыщенного раствора глицина (0.1-2.0 г глицина на 100 г воды). Насыщенный при 60-95°С водный раствор глицина подают в резервуар для кристаллизации, где поддерживается постоянная температура 20-45°С, достаточная для быстрого охлаждения раствора. После извлекают смесь кристаллического гамма-глицина и раствора и производят разделение твердой и жидкой составляющих.
Патентная заявка Японии JP 9003015, 1997-01-07 [14], на способ получения гамма-глицина путем перекристаллизации альфа-глицина. Перекристаллизацию проводят при нагревании в щелочных водных растворах (pH 10-14) в присутствии гидроксидов, карбонатов или окислов щелочных и щелочно-земельных металлов.
В литературе отсутствуют данные по получению композиций гамма-глицина с добавками.
Известна композиция глицина с добавками, защищенная патентом РФ №2171673 [15], включающая глицин, метилцеллюлозу, смазывающее, рыхлитель и воду. В патенте нет данных о фазовом состоянии глицина в получаемой композиции. Наши исследования продажного препарата, защищенного данным патентом и выпускаемого МНПК «Биотики», показали, что в образце присутствует только альфа-форма глицина, о чем свидетельствуют дифрактограммы образцов препарата, которые представлены на рисунке 2а, где кривая 1 соответствует дифрактограмме, снятой с поверхности таблетки, кривая 2 - измельченного препарата. Для сравнения на рисунке 2б представлены расчетные дифрактограммы кристаллических модификаций глицина. Кривая 1 соответствует альфа-модификации глицина, кривая 2 - гамма-модификации глицина.
Таким образом, в исследованном образце гамма-формы глицина не обнаружено.
К недостаткам данной композиции можно отнести отсутствие в ней гамма-модификации глицина, обладающей большей нейрофизиологической активностью (таблица 1).
Задача изобретения состоит в создании новой стабильной в твердом состоянии композиции, содержащей большее количество (до 95%) гамма-глицина от общего количества глицина.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решена созданием фармацевтической композиции глицина, обогащенной гамма-кристаллической модификацией глицина, с добавкой нетоксичной органической кислоты, выбранной из группы, включающей яблочную кислоту, малоновую кислоту, лимонную кислоту, гидрат лимонной кислоты или их смесь, при следующем соотношении компонентов (вес.%): глицин - 90-98%, указанная добавка - 2-10%, причем доля гамма-модификации глицина составляет до 8-95% от общего количества глицина, и способа получения композиции путем совместной механической обработки в вибрационной мельнице компонентов композиции в течение 6-60 минут.
Механохимия - область химии твердого тела, которая изучает влияние упругих и пластических деформаций на реакционную способность твердых тел.
Фазовые превращения молекулярных кристаллов, к которым относится глицин, при действии импульсов высоких температур и давлений, возникающих на контактах мелющее тело - обрабатываемое вещество, известны довольно давно, однако для альфа- и гамма-кристаллических модификаций глицина протекания фазовых переходов при их механической активации не выявлено.
Наличие различного рода добавок может существенно влиять на фазовые переходы, в том числе и в молекулярных кристаллах (Reactivity of Solids: Past, Present and Future / Ed. V.V.Boldyrev Oxford; Cambridge: Blackwell Science, 1996. 291 p.) [16]. Соединения (добавки) для экспериментов по совместной механической активации с глицином были выбраны по следующим принципам:
1. Возможность применения в фармацевтических препаратах или в биологически активных добавках, т.е. не обладающие высокой токсичностью;
2. Химическая стабильность при механохимической активации, плавлении и хранении в твердом виде.
Таблица 2
Свойства добавок
Название
Структурная формула
Температура плавления
К<sub>а</sub>*
Малоновая кислота
<img file="00000001.tif" he="12" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
+135,6°С
1.4·10<sup>-3</sup>
Яблочная кислота
<img file="00000002.tif" he="18" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
DL- +130-131°С
3.9·10<sup>-4</sup>
L, D- +98-100°С
Лимонная кислота
<img file="00000003.tif" he="18" wi="35" img-content="undefined" img-format="tif" />
+153°С
8.7·10<sup>-4</sup>
Моногидрат
+70-75°С
Янтарная кислота
<img file="00000004.tif" he="18" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
+185-190°С
6.2·10<sup>-5</sup>
Глутаровая кислота
<img file="00000005.tif" he="13" wi="35" img-content="undefined" img-format="tif" />
+95-96°С
4.6·10<sup>-5</sup>
*К<sub>а</sub> - константа кислотности, K<sub>b</sub> - константа основности, даны для водных растворов при температуре +20-25°С, для глицина К<sub>а</sub> - 1.3×10<sup>-10</sup>, K<sub>b</sub> - 2.3×10<sup>-12</sup> (Справочник химика под ред. Никольского, издание второе, т.4, М., 1967. 920 с.) [17].
Осуществление изобретения
Исходный для экспериментов глицин был получен методом перекристаллизации из воды коммерческого препарата «Союзхимреактив». Дифрактометрические исследования показали, что он представлял собой чистую альфа-кристаллическую модификацию глицина.
Гамма-глицин, используемый для калибровки дифрактометра, был получен из коммерческого препарата «Союзхимреактив» путем его перекристаллизации из раствора уксусной кислоты.
Были проведены предварительные исследования на устойчивость альфа-глицина без добавок к механической активации, для чего альфа-глицин, массой 2 г помещали в стальной реактор и проводили механическую обработку в течение 30 минут в мельнице дискретного типа. Извлеченный из реактора образец глицина представлял собой порошок белого цвета.
Образец был растворен в воде и проанализирован методом жидкостной хроматографии. Хроматографическое исследование проводили с помощью прибора высокоэффективной жидкостной хроматографии Милихром (Эконова, Россия), колонка ПронтоСил С18, подвижная фаза А - буфер рН 6.86, В - метанол. Определение проводили в градиентном режиме 15-23-100% В. В качестве стандарта были использованы водные растворы глицина и глицилглицина. Результаты хроматографического исследования показали идентичность глицина после механической активации и исходного альфа-глицина, а также отсутствие в смесях после механохимической активации глицилглицина.
Образец характеризовали также при помощи метода рентгенофазового анализа (Bruker D8-GADDS diffractometer, CuKα-излучение, λ=1.54184 Å, Hi-STAR двухкоординатный детектор). Показано, что образования гамма-модификации глицина при механической активации чистого альфа-глицина, без добавок других веществ, не наблюдается.
Эффективность использования совместной механической активации альфа-глицина с добавками для получения композиций с повышенным содержанием гамма-модификации глицина иллюстрируется нижеприведенными примерами.
Механическую активацию осуществляли с помощью вибрационной мельницы SPEX-8000 (CetiPrep.Corp. USA).
Пример 1. Смесь, состоящую из 3.80 г глицина и 0.20 г яблочной кислоты (95-5% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Образцы характеризовали при помощи метода рентгенофазового анализа (Bruker D8-GADDS diffractometer, CuKα-излучение, λ=1.54184 Å, Hi-STAR двухкоординатный детектор). Долю гамма-глицина в образце определяли по предварительно построенной зависимости соотношения интенсивностей рефлексов форм глицина от массового соотношения фаз глицина в приготовленных смесях кристаллических форм, где содержалось от 1 до 90% гамма-формы глицина.
Содержание гамма-глицина достигало 8-95% от общего содержания глицина (для 6-60 минут соответственно). Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.3, кривая 1.
Пример 2. Смесь, состоящую из 1.90 г глицина и 0.10 г яблочной кислоты (95-5% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Аналитические определения проводили по примеру 1.
Содержание глицина достигало 95% после 30 мин механической обработки.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.3, кривая 2, и рис.4, кривая 2.
Пример 3. Смесь, состоящую из 0.95 г глицина и 0.05 г яблочной кислоты (95-5% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Аналитические определения проводили по примеру 1.
Содержание гамма-глицина достигало 95% после 30 мин механической обработки.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.3, кривая 3.
Пример 4. Смесь, состоящую из 1.96 г глицина и 0.04 г яблочной кислоты (98-2% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Содержание гамма-глицина достигало 85% после 60 мин механической обработки.
Аналитические определения проводили по примеру 1.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены рис.4, кривая 1.
Пример 5. Смесь, состоящую из 1.80 г глицина и 0.20 г яблочной кислоты (90-10% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Содержание гамма-глицина достигало 90% после 18 мин механической обработки.
Аналитические определения проводили по примеру 1.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.4, кривая 3.
Пример 6. Смесь, состоящую из 1.90 г глицина и 0.10 г малоновой кислоты (95-5% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Содержание гамма-глицина достигало 90% после 30 мин механической обработки, а затем происходил спад.
Аналитические определения проводили по примеру 1.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.5, кривая 1.
Пример 7. Смесь, состоящую из 1.90 г глицина и 0.10 г гидрата лимонной кислоты (95-5% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Содержание гамма-глицина стабилизировалось на 15-20% после 6 мин механической обработки.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.6, кривая 1.
Пример 8. Смесь, состоящую из 1.90 г глицина и 0.10 г лимонной кислоты (95-5% соответственно), помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Содержание гамма-глицина достигало 60% после 60 мин механической обработки.
Аналитические определения проводили по примеру 1.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.6, кривая 2.
Пример 9. Смесь, состоящую из 1.90 г глицина и 0.10 г смеси 3:1 (по массе) лимонной кислоты и гидрата лимонной кислоты, помещали в стальной реактор с мелющими телами диаметром 0.5-0.6 мм и производили механическую обработку в течение 6-60 минут.
Содержание гамма-глицина стабилизировалось на 95% после 18 мин механической обработки, затем после 42 мин происходил спад.
Результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.6, кривая 3.
Таким образом, в случае малоновой, яблочной и лимонной кислот в смесях происходит существенное накопление гамма-модификации глицина (до 95% от общего количества глицина). Малоновая и лимонная кислоты после определенного этапа начинают катализировать обратное превращение, что проявляется в падении содержания гамма-модификации глицина
В случае янтарной (результаты по исследованию содержания гамма-формы глицина в образце представлены на рис.5, кривая 2) и глутаровой кислот существенного накопления гамма-модификации глицина (свыше 10%) не наблюдается.
Источники информации
1. Gannon М.С., Nuttall J.A., Nuttall F.Q. // Am. J. Clin. Nutr. 2002. 76. P.1302-1307.
2. Javitt D.C., Zylberman I., Zukin S.R. et al. // Am. J. Psychiatry. 1994. 151. №8. P.1234-1236.
3. Гусев Е.И., Комиссарова И.А., Алферова В.В. и др. // Terra Medica. 2001. №4. С.37-38.
4. Jonsson P.O., Kvick A. // Acta Cryst, 1972. 28, P.1827-1833.
5. Iitaka Y. // Acta Cryst., 1958. 11, P.225-226.
6. Xia Yang, Xiujuan Wang, and Chi Bun Ching // J. Chem. Eng. Data 2008. 53. P.1133-1137.
7. Chattopadhyay S., Erdemir D., Evans J.M.B. et al. // Cryst. Growth Design. 2005. V.5. №2. P.523-527.
8. А.Л.Маркель, А.Ф.Ачкасов, О.И.Прокудина, и др. // ДАН, 2010, т.434, №2, с.510-514.
9. Whishaw I.Q., Kolb В. (Eds). The behavior of the laboratory rat. A Handbook with Tests. Oxford: Oxford Univ. Press. 2005. 504 p.
10. http://www.statsoft.ru/home.
11. Патентная заявка US 2005256300 от 2005.11.17 (WO 2006124152, 2006-11-23).
12. Публикация международной заявки WO 0102075 - 2001-01-11.
13. Патентная заявка Японии JP 9067322 - 1997-03-11.
14. Патентная заявка Японии JP 9003015 - 1997-01-07.
15. Патент РФ №2171673.
16. Reactivity of Solids: Past, Present and Future / Ed. V.V.Boldyrev Oxford; Cambridge: Blackwell Science, 1996. 291 p.
17. Справочник химика под ред. Никольского, издание второе, т.4, М., 1965. 675 с.