Взаимодействие жидких кристаллов в системе фосфолипиды – вазелиновое масло – вода с жидкими средами различной полярности

УДК 544.77

Л.А. Прокопова, Н.М. Мурашова, Е.В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ ФОСФОЛИПИДЫ - ВАЗЕЛИНОВОЕ МАСЛО - ВОДА С ЖИДКИМИ СРЕДАМИ РАЗЛИЧНОЙ ПОЛЯРНОСТИ

В работе изучено взаимодействие жидких кристаллов в системе фосфолипиды -вазелиновое масло - вода с физиологическим раствором, водным раствором H2SO4 (рН=1) и NaOH (рН=13), а также с органическим растворителем - гексаном. Показано, что образец жидких кристаллов распадается в водных средах медленно (в течение часов), с образованием липосом, а в гексане - быстро (в течение минут), с образованием обратных мицелл.

In this work the interaction of liquid crystals in the phospholipids - vaseline oil - water system with a saline solution, aqueous solution of H2SO4 (pH = 1) and NaOH (pH = 13), as well as the organic solvent, hexane, was studied. It is shown that the sample of liquid crystal dissolves slowly (within hours) in aqueous media with the formation of liposomes and quickly (within minutes) in the hexane with the formation of reverse micelles.

Наноматериалы для медицины на основе лецитина и других фосфолипидов обладают такими достоинствами, как биосовместимость, возможность солюбилизации биологически активных веществ, способность ускорять транспорт через кожу. Это делает их привлекательными для широкого применения.

Лиотропные жидкие кристаллы являются термодинамически устойчивыми структурами фосфолипидов, которые могут существовать в бинарных системах фосфолипид - полярный растворитель и в тройных системах фосфолипид - вода - масло в области высоких концентраций ПАВ и средних концентраций воды и масла. Высокая вязкость жидких кристаллов способствует медленному высвобождению лекарственных веществ, что дает возможность создания средств пролонгированного действия.

Цель работы - разработать методику получения жидких кристаллов в системе фосфолипидный концентрат (ФЛК) - вазелиновое масло - вода и изучить взаимодействие полученных жидких кристаллов с жидкими средами различной полярности.

Для получения жидких кристаллов был использован ФЛК «Мослецитин» (ГУ НИИ Биомедицинской химии РАМН, Россия), содержащий фосфолипидный комплекс - 97 % (масс.), в том числе фосфатидилхолин (лецитин) - 22% (масс.).

Были разработаны различные способы получения жидких кристаллов в системе ФЛК - вазелиновое масло - вода (рис. 1), которые отличаются порядком смешения компонентов, температурой и временем проведения процесса. Наиболее быстрым оказался способ № 1 - растворение ФЛК в вазелиновом масле и последующее введение воды.

После охлаждения образца наличие жидкокристаллической фазы контролировали с помощью поляризационного микроскопа «Axiostar plus»

(Zeiss, Германия). Использованные образцы жидких кристаллов содержали 51,7% масс. ФЛК, 23,4% масс. воды и 24,9% масс. вазелинового масла. 1 3

Рис. 1. Способы получения ЖК

Жидкие кристаллы в системе в системе фосфолипиды - вазелиновое масло - вода предлагаются в качестве средства для трансдермальной доставки лекарственных веществ [1]. Чтобы понять, как жидкокристаллическая композиция будет себя вести при попадании в организм, необходимо изучить ее взаимодействие с водной средой, имитирующей межклеточную жидкость, например, с физиологическим раствором.

Методом поляризационной микроскопии были исследованы изменения, происходящие с жидкокристаллическим образцом, содержащим ФЛК, вазелиновое масло и воду, при контакте с физиологическим раствором (0,9 % раствор №С1), и с водной средой с различными значениями рН: водным раствором И2804 (рН=1) и №0И (рН=13). Для сравнения было изучено взаимодействие образца жидкого кристалла с органическим растворителем - гексаном.

На рис. 2 представлены микрофотографии, показывающие взаимодействие образца жидкого кристалла в системе ФЛК - вазелиновое масло - вода с физиологическим раствором на протяжении 3 часов контакта фаз. Были сделаны микрофотографии одного и того же участка области контакта жидкокристаллической и водной фаз через определенные промежутки времени. Постепенное разрушение жидкокристаллической структуры и переход компонентов образца в объем водной фазы начинают фиксироваться примерно через 15 минут наблюдений. Жидкий кристалл довольно устойчив при контакте с водной фазой, даже через 3 часа наблюдается наличие жидкокристаллической фазы. Скорость распада жидкого кристалла от рИ среды зависит незначительно, при контакте образца с водной средой с рН=1 (рис. 3) и с рН=13 (рис.4) существенных отличий при поляризационной микроскопии выявлено не было.

Совершенно иная картина наблюдается при взаимодействии образца жидкого кристалла с гексаном. При контакте с н-гексаном образец очень быстро (от 5 сек до 5 минут в зависимости от размера образца и количества гексана) распадается на отдельные фрагменты (рис.5) и упорядоченная структура жидкого кристалла исчезает.

Рис. 2. Взаимодействие ЖК с физраствором (0,9%-ный раствор №С1 в воде); снимки делались каждые 15 минут в течение 3 часов

ш

Рис. 3. Взаимодействие ЖК с 0,1 М раствором Н2804 (рН=1,03 при 1=22°С): после помещения под микроскоп и через 2,5 часа

О

Рис. 4. Взаимодействие ЖК с 0,1 М раствором №0Н (рН=12,94 при 1=23°С): после помещения под микроскоп и через 2,5 часа

Рис. 5. Взаимодействие ЖК с н-гексаном (фото сделаны в поляризационном микроскопе через 10 сек после помещения образца ЖК в гексан) Чтобы понять, какие наноструктуры фосфолипидов образуются при взаимодействии жидкого кристалла в системе ФЛК - вазелиновое масло -вода с различными жидкими средами, было проанализировано фазовое состояние образцов и размер частиц в жидкой фазе через сутки после начала взаимодействия. Для этого образец жидкого кристалла погружали в десятикратный избыток жидкой среды (соответствующего водного раствора или гексана). Перемешивания не производилось. Через сутки определяли наличие и размер частиц в объеме жидкости методом динамического светорассеяния на приборе Zetasizer NanoZS (Malvern, Великобритания).

Рис. 6. Размер частиц, образующихся при взаимодействии ЖК с физраствором

При взаимодействии образца жидкого кристалла с водными средами (физиологический раствор, растворы Н2Б04 (рН=1) и №0Н (рН=13)) через сутки наблюдалось полное исчезновение жидкого кристалла. Небольшое количество вазелинового масла выделялось в виде отдельной фазы в равновесии с водной фазой. В водной фазе были обнаружены частицы с широким распределением по размеру - от десятков до нескольких сотен нм. Примеры распределения частиц по размеру по результатам нескольких изменений одного образца водной фазы (физиологического раствора) после взаимодействия в жидкокристаллическим образцом, показаны на рис. 6. Поскольку лецитин способен к самопроизвольному образованию в водной среде везикул, мы предполагаем, что образующиеся частицы являются везикулами фосфолипидов - липосомами.Через сутки после взаимодействия образца жидкого кристалла с гексаном в системе присутствуют

органическая фаза (раствор вазелинового масла в гексане) и небольшое количество водной фазы. По данным динамического светорассеяния органическая фаза содержит частицы с гидродинамическим диаметром 10 нм и с узким распределением по размеру (рис. 7). Предположительно, это обратные мицеллы фосфолипидов с солюбилизированной в них водой.

Рис. 7. Размер частиц, образующихся при взаимодействии ЖК с н-гексаном

Таким образом, в ходе работы выявлена принципиально различная картина взаимодействия жидких кристаллов в системе ФЛК - вазелиновое масло - вода с жидкими средами различной полярности - водными растворами и гексаном. Разрушение жидкокристаллической структуры в водных средах происходит довольно медленно, в течение часов, не зависимо от рН среды. При этом в объеме водной среды образуются липосомы. При помещении образца в гексан происходит быстрое, за минуты, разрушение структуры жидкого кристалла, и в объеме органической среды образуются обратные мицеллы.

Высвобождение лекарственного вещества из жидких кристаллов в системе ФЛК - вазелиновое масло - вода может происходить как путем его диффузии из жидкокристаллической основы, так и путем распада жидких кристаллов и образования липосом. Скорость распада жидкокристаллической основы в водной среде организма будет существенно влиять на скорость высвобождения лекарственного вещества. Поэтому необходимы дальнейшие исследования кинетики взаимодействия жидких кристаллов в системе ФЛК - вазелиновое масло - вода с водной средой.

Библиографические ссылки:

1. Юртов Е.В., Мурашова Н.М., Кузнецова Е.А. Фосфолипидная композиция. Патент ЯИ № 2448731 (Россия) от 08.07.2010. Опубликовано 27.04.2012, Бюл. № 12.