СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБОЛОЧЕК НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И СОЛЕЙ АЛЬГИНОВОЙ КИСЛОТЫ ДЛЯ МИКРОКАПСУЛ, СОДЕРЖАЩИХ ФОСФОЛИПИДНЫЕ МИЦЕЛЛЫ
METHOD FOR PRODUCING CHITOSAN AND ALGINIC ACID COATS FOR MICROCAPSULES CONTAINING PHOSPHOLIPID MICELLES

Данное изобретение относится к производству лекарственных форм в виде микрокапсул, содержащих фосфолипидные мицеллы (липосомы), в частности к технологии создания оболочек на основе хитозана и солей альгиновой кислоты.
Для лекарственных форм перорального применения важнейшими свойствами являются способность защитить заключенное в них лекарственное вещество от деструктивного воздействия среды желудка, доставить лекарственное вещество в нижние отделы желудочно-кишечного тракта, где оно наиболее эффективно всасывается клетками слизистой, и обеспечить пролонгированное, стабильное высвобождение лекарственного вещества. Важность этих свойств будет также справедлива и в отношении фосфолипидных мицелл (липосом), «загруженных» лекарственной субстанцией.
Одними из наиболее перспективных основ для подобного рода лекарственных форм являются природные полисахариды. В частности, соли альгиновой кислоты и хитозан.
Известно изобретение (RU №2287983, кл. A61K 9/58, A61K 47/36, B01J 2/00, 2006.11.27) «Способ получения оболочки для кишечнорастворимых полимерных капсул». В решении предлагается способ получения модифицированной Ca-альгинатной матрицы и использования ее в качестве оболочки капсул, способной растворяться в среде кишечника и обеспечивающей защиту инкапсулированного вещества в условиях желудка. Решение не предполагает использование модифицирующих добавок (полисахаридов) к матрице, а также липосом в качестве инкапсулянта.
Известно изобретение (RU №2231531, кл. C08G 77/24, A61K 9/58, A61K 9/52, 2004.06.27) «Новая мембрана или матрица для регулирования проницаемости лекарственных средств». Техническим результатом является создание эластомера, через который лекарственное вещество проникает с желаемой скоростью. Основой упомянутого эластомера является силоксан, и в его состав не входят хитозан и альгинаты.
2+
Известно изобретение (WO 03018186, кл. A23L 1/00, A23L 1/0532, A23L 1/30, A61K 9/20, A61K 9/50, A61K 47/04, 2003.03.06) "Stable coated microcapsules". Изобретение представляет собой способ получения микрокапсул с Ca-альгинатным покрытием, содержащих липофильные компоненты. Способ является достаточно близким прототипом, но имеет ряд существенных отличий. Катион металла представлен только Ca, в состав оболочки входит только альгинат кальция без каких-либо модифицирующих добавок, речь не идет о контролированном высвобождении инкапсулированного липофильного вещества в условиях ЖКТ.
Известно изобретение (US 4933185, кл. A61K 9/16, A61K 9/50, A61K 9/62, A61K 9/16, A61K 9/50, A61K 9/52, 1990.06.12) "System for controlled release of biologically compounds". Изобретение представляет собой капсулы с ядром из альгината кальция, покрытые оболочкой из поли-L-лизина, которая служит для контроля диффузии биологически активных веществ (из капсулы во внешнюю среду) и фермента, разрушающего ядро (из внешней среды в капсулу). В этом прототипе отличия очевидны и заключаются в материале оболочки.
Известно изобретение (US 5738876, кл. C12N 11/04 (20060101), C12N 11/00 (20060101), A61K 9/16 (20060101), A61K 9/50 (20060101), C12N 5/06 (20060101), C12N 5/00 (20060101), A61K 35/12 (20060101), А61К 009/14, 1998.04.14) "Method of solution overcoating with gelling polymer". Данный патент в части способа получения оболочки (последовательное выдерживание ядер капсул в растворе сшивающего агента, растворе гелеобразующего полисахарида), является наиболее близким прототипом. В качестве сшивающего катиона металла авторы используют не только кальций, но и барий, стронций, железо. Вместе с тем, в состав оболочек не входит хитозан. Главное отличие заключается в предназначении разработанной системы. Авторы предлагают использовать ее для иммобилизации клеток поджелудочной железы. Следовательно, такого рода капсулы изначально не предназначены для введения в ЖКТ, о чем также свидетельствует использование токсичного стронция.
Таким образом, проведенный анализ патентных документов выявил наличие лишь косвенных аналогов предлагаемого способа получения оболочек для микрокапсул с мицеллами, «загруженными» лекарственной субстанцией. Контроль скорости необходим в случае использования липосомальных лекарственных препаратов пролонгированного действия или обладающих возможностью адресной доставки действующего вещества на различные участки желудочно-кишечного тракта.
В основу настоящего изобретения положена задача создания технологического процесса, реализация которого позволяет получить оболочку для микрокапсул на основе альгината кальция или альгината бария и хитозана с различной вязкостью, оказывающей влияние на относительный процент выхода фосфолипидных мицелл из ядра капсул в средах, имитирующих условия желудочно-кишечного тракта человека.
Техническим результатом является создание оболочки для микрокапсул на основе хитозана и солей альгиновой кислоты, через которую фосфолипидные мицеллы проникают с определенной скоростью за счет использования хитозана различной вязкости и разной природы катиона, образующего соль с альгиновой кислотой.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения оболочек на основе хитозана и солей альгиновой кислоты для микрокапсул, содержащих фосфолипидные мицеллы, согласно изобретению последовательно выдерживают ядра микрокапсул в 0,5÷1,0% (вес/объем) растворе хитозана средней или низкой вязкости в 1,0% уксусной кислоте, в 2,5÷3,0% растворе хлорида щелочноземельного металла, в 0,5÷1,0% (вес/объем) растворе альгината натрия и повторно в 2,5÷3,0% растворе хлорида щелочноземельного металла.
Микрокапсулы выдерживают в растворе хитозана 25÷30 минут, в растворе хлорида щелочноземельного металла - не менее 25÷30 минут, в растворе альгината натрия - не менее 5÷10 минут, повторно в растворе хлорида щелочноземельного металла - не менее 10÷15 минут. Используют хитозан средней вязкости (вязкость 1,0% (вес/объем) раствора в 1,0% уксусной кислоте при 20°C 200÷400 мПа·с) или низкой вязкости (вязкость 1,0% (вес/объем) раствора в 1,0% уксусной кислоте при 20°C≤200 мПа·с). В качестве хлорида щелочноземельного металла используют хлорид кальция или хлорид бария.
В результате последовательности проведения способа на поверхности ядер микрокапсул образуется двухслойная оболочка. Наружный слой альгината кальция или бария устойчив к растворению в условиях желудка и уменьшает потери фосфолипидных мицелл вследствие их выхода в желудке. В слабощелочной среде кишечника наружный слой растворяется (альгинат кальция) или становится рыхлым (альгинат бария), обнажая второй слой оболочки из хитозан-альгината. Хитозан устойчив к растворению в средах с pH>7,0, поэтому быстрого растворения альгинатных ядер микрокапсул не происходит, а фосфолипидные мицеллы выходят из ядер микрокапсул во внешнюю среду с определенной скоростью, зависящей от вида используемого хитозана.
Оптимальным значением концентрации раствора хитозана (низкой и средней вязкости) было признано значение в пределах 0,5÷1,0% (вес/объем). Уменьшение концентрации хитозана увеличивает необходимое время выдержки формирующихся микрокапсул в его растворе, что приводит к дополнительным потерям фосфолипидных мицелл вследствие их выхода из ядра микрокапсул во внешнюю жидкую фазу. Увеличение концентрации хитозана приводит к возрастанию вязкости раствора, из-за чего капли подаваемого в раствор альгината, содержащего фосфолипидные мицеллы, остаются на поверхности раствора и не принимают необходимой сферической формы.
Оптимальное время выдержки микрокапсул в растворе хитозана составило 25÷30 минут, за это время на поверхности микрокапсул образуется однородный, без разрывов слой хитозан-альгината. Меньшее время не обеспечит однородность слоя хитозан-альгината на поверхности микрокапсул. Увеличение времени выдержки не приводит к образованию слоя хитозан-альгината с лучшими характеристиками (по толщине и прочности).
2+
2+
Оптимальным значением концентрации раствора хлорида щелочноземельного металла (хлорида кальция или хлорида бария) было признано значение 2,5÷3,0%. Меньшие концентрации делают необходимым увеличение времени выдержки микрокапсул в растворе сшивающего агента, что приводит к увеличению потерь фосфолипидных мицелл. Большие концентрации не оказывают заметного влияния на скорость гелеобразования внутри микрокапсул. За оптимальное время выдержки микрокапсул в растворе хлорида щелочноземельного металла (25÷30 минут) происходит полное затвердевание ядер микрокапсул в результате реакции ионотропного гелеобразования и их насыщение избыточным количеством катионов Ca или Ba. При выдерживании микрокапсул в растворе хлорида щелочноземельного металла менее 25 минут процесс гелеобразования не протекает до конца, и не происходит достаточного насыщения ядер микрокапсул металла. Увеличение времени выдержки не дает лучших результатов.
Оптимальным значением концентрации раствора альгината натрия было признано значение 0,5÷1,0% (вес/объем). При концентрациях более 1,0% (вес/объем) вязкость раствора увеличивается, что затрудняет процесс внесения микрокапсул в объем раствора. При концентрациях менее 0,5% (вес/объем) необходимо увеличивать время выдержки микрокапсул в растворе. Оптимальное время выдержки микрокапсул в 0,5 ÷1,0% растворе альгината натрия составило 5÷10 минут. За этот промежуток времени на поверхности микрокапсул формируется однородный слой альгината кальция или бария толщиной от 0,3 до 1 мм. Уменьшение времени выдержки нежелательно из-за возможности образования неоднородного слоя, увеличение нецелесообразно, так как не приводит к образованию слоя с лучшими характеристиками.
Время повторной выдержки микрокапсул в 2,5÷3,0% растворе хлорида щелочноземельного металла (хлорида кальция или бария), равное 5÷10 минутам, было признано оптимальным. 5 минут - минимум, полученный экспериментально и необходимый для окончательной фиксации кальций- или барий-альгинатного слоя на поверхности микрокапсул. Увеличение времени выдержки до значений более 10 минут нецелесообразно, так как не приводит к улучшению результата.
Экспериментально было получено, что наилучшими характеристиками обладают образцы хитозана средней и низкой вязкости. Использование хитозана высокой вязкости (вязкость 1,0% (вес/объем) раствора в 1,0% уксусной кислоте при 20°C более 400 мПа·с) затрудняет процесс внесения микрокапсул в объем раствора хитозана.
Изобретение поясняется схемой процесса получения оболочки на основе хитозана и солей альгиновой кислоты для микрокапсул, содержащих фосфолипидные мицеллы, представленной на чертеже.
2
2
2+
2+
Для получения оболочек на основе хитозана и солей альгиновой кислоты для микрокапсул, содержащих фосфолипидные мицеллы, 2,0% (вес/объем) раствор альгината натрия, содержащий фосфолипидные мицеллы, по каплям (с помощью шприца) подают в 0,5÷1,0% (вес/объем) раствор хитозана в 1,0% уксусной кислоте. При этом следует избегать контакта капель друг с другом в растворе альгината во избежание слипания формирующихся микрокапсул. Время нахождения формирующихся микрокапсул в растворе хитозана составляет 25÷30 минут. За это время происходит взаимодействие ионного характера между полисахаридами, в результате чего образуются сферические структуры с ядром из вязкого раствора альгината натрия и наружного слоя хитозан-альгинатного гидрогеля. По истечении 25÷30 минут в раствор хитозана, содержащий микрокапсулы, вносят навеску порошка хлорида кальция или бария в количестве, необходимом для получения 2,5÷3,0% раствора при полном растворении реагента. После растворения CaCl или BaCl микрокапсулы выдерживают в полученном растворе еще в течение 25÷30 минут. При этом в результате диффузии катионов кальция или бария и реакции ионотропного гелеобразования происходит образование кальций- или барий-альгинатного гидрогеля в ядре микрокапсулы с одновременным насыщением материала микрокапсул избыточным количеством катионов Ca или Ba.
Далее микрокапсулы извлекаются из раствора и переносятся в 0,5÷1,0% (вес/объем) раствор альгината натрия, в котором выдерживаются в течение 5÷10 минут. В течение этого времени избыточные катионы кальция или бария выходят из микрокапсул и реагируют с макромолекулами альгината, образуя на поверхности микрокапсул слой кальций- или барий-альгинатного гидрогеля. Для закрепления этого слоя по прошествии 5÷10 минут микрокапсулы повторно выдерживают в 2,5÷3,0% растворе хлорида кальция или бария в течение 10÷15 минут.
Далее микрокапсулы извлекают из раствора, трижды промывают дистиллированной водой и сушат в сушильном шкафу при температуре 30÷40°С до сохранения постоянной массы. Высушенные капсулы хранят в герметичных стеклянных или пластиковых бюксах.
В таблице схематично представлены стадии процесса получения микрокапсул с оболочкой различного состава.
Пример 1.
5 мл 2,0% (вес/объем) раствора альгината натрия, содержащего диспергированные фосфолипидные мицеллы в количестве 500 мг, по каплям с помощью шприца с иглой подавали в 100 мл 1,0% (вес/объем) раствора хитозана низкой вязкости в 1,0% уксусной кислоте. По истечении 30 мин с момента окончания подачи раствора альгината в раствор хитозана небольшими порциями добавляли 3 г порошка хлорида кальция. После полного растворения соли сформированные микрокапсулы выдерживали в полученном растворе в течение 30 мин. Далее микрокапсулы отделяли от раствора и помещали в 50 мл 1,0% (вес/объем) раствора альгината натрия, в котором выдерживали в течение 5 минут. Затем микрокапсулы отделяли и помещали в 100 мл 3,0% раствора хлорида кальция и выдерживали в нем в течение 15 мин.
Далее микрокапсулы извлекали из раствора, трижды промывали дистиллированной водой и высушивали в сушильном шкафу при температуре 35°C до сохранения постоянной массы.
Качество полученной оболочки оценивали по процентному выходу фосфолипидных мицелл из микрокапсул в средах, имитирующих условия ЖКТ человека за определенное время: «желудок» - 90 мин в 0,1 н. растворе соляной кислоты (pH 1,0) при температуре 37°C, «двенадцатиперстная кишка» - 30 мин в фосфатном буфере (pH 6,0) при температуре 37°C, «тонкий кишечник» - 90 мин (или до полного растворения микрокапсул) в фосфатном буфере (pH 7,4) при температуре 37°C.
Выход фосфолипидных мицелл из микрокапсул в «желудке» составил 14,6% от начального количества за 90 мин, в «двенадцатиперстной кишке» - 29,5% от начального количества за 30 мин, в «тонком кишечнике» - 89,5% от начального количества за 90 мин.
Пример 2.
Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что вместо хлорида кальция использовали хлорид бария.
Выход фосфолипидных мицелл из микрокапсул в «желудке» составил 18,0% от начального количества за 90 мин, в «двенадцатиперстной кишке» - 64,8% от начального количества за 30 мин, в «тонком кишечнике» - 93,2% от начального количества за 90 мин.
Пример 3.
Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что вместо хитозана низкой вязкости использовали хитозан средней вязкости.
Выход фосфолипидных мицелл из микрокапсул в «желудке» составил 12,1% от начального количества за 90 мин, в «двенадцатиперстной кишке» - 22,3% от начального количества за 30 мин, в «тонком кишечнике» - 100% от начального количества за 40 мин (микрокапсулы растворились полностью).
Пример 4.
Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что вместо хитозана низкой вязкости использовали хитозан средней вязкости, а вместо хлорида кальция использовали хлорид бария.
Выход фосфолипидных мицелл из микрокапсул в «желудке» составил 13,5% от начального количества за 90 мин, в «двенадцатиперстной кишке» - 28,3% от начального количества за 30 мин, в «тонком кишечнике» - 52,0% от начального количества за 90 мин.
Пример 5.
Для получения ядер микрокапсул на основе кальций-альгината без оболочки 5 мл 2,0% (вес/объем) раствора альгината натрия, содержащего диспергированные фосфолипидные мицеллы в количестве 500 мг, по каплям с помощью шприца с иглой подавали в 3,0% раствор хлорида кальция и выдерживали сформированные ядра в этом растворе в течение 30 мин.
Полученные ядра микрокапсул без оболочки помещали в среды, имитирующие условия ЖКТ человека за определенное время: «желудок» - 90 мин в 0,1 н. растворе соляной кислоты (pH 1,0) при температуре 37°C, «двенадцатиперстная кишка» - 30 мин в фосфатном буфере (pH 6,0) при температуре 37°C, «тонкий кишечник» - 90 мин (или до полного растворения микрокапсул) в фосфатном буфере (pH 7,4) при температуре 37°C.
Выход фосфолипидных мицелл из ядер микрокапсул в «желудке» составил 68,0% от начального количества за 90 мин, в «двенадцатиперстной кишке» - 91,3% от начального количества за 30 мин, в «тонком кишечнике» - 100,0% от начального количества за 25 мин (ядра микрокапсул растворились полностью).
Пример 6.
Опыт проводили аналогично примеру 5 за исключением того, что вместо хлорида кальция использовали хлорид бария.
Выход фосфолипидных мицелл из ядер микрокапсул в «желудке» составил 57,2% от начального количества за 90 мин, в «двенадцатиперстной кишке» - 86,2% от начального количества за 30 мин, в «тонком кишечнике» - 98,8% от начального количества за 90 мин.
Данный способ получения оболочки микрокапсул пригоден для реализации в лабораторных и полупромышленных условиях. В настоящее время способ находится на стадии лабораторный экспериментов.