ЛЕКАРСТВЕННЫЙ КОНТЕЙНЕР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
DRUG CONTAINER AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к области медицины и биотехнологий, а также к области нанобиотехнологий, связанных с направленной доставкой лекарств в живых организмах.
Направленная доставка лекарств в организме человека (животных) в последние годы приобретает все большую актуальность. Действительно, при доставке лекарств непосредственно к пораженному болезнью органу достигается сразу ряд преимуществ.
Лекарственное средство действует непосредственно на нужный орган, при этом требуется значительно меньшие количества лекарств, чем при введении его через кровь. Кроме того, вводимое таким образом лекарство не воздействует на другие органы пациента, т.к. оно сконцентрировано только в необходимой области, поэтому устраняется необходимость приема дополнительных лекарственных препаратов, снижающих воздействие основного лекарства на здоровые органы (прежде всего на печень и почки).
Однако задача направленной доставки лекарств технически довольно сложная. Она требует создания контейнеров, которые могли бы содержать относительно большие количества лекарств, обеспечивать их постепенное выделение в организм человека для пролонгированного действия лекарств. Сам контейнер должен быть биосовместим с живыми тканями, а хранящееся в нем лекарство не должно терять своей активности.
2
Известен контейнер для хранения и выделения лекарств, описанный в патенте США №7172770 (класс А61К 9/10, А61К 47/02) [опубл. 06.02.2007]. Описанный контейнер представляет собой мезопористый оксид алюминия, содержащий витамин Е. Оксид алюминия содержит в своей структуре поры размером от 7-8,5 нм и имеет удельную поверхность около 300 м/г. Такая структура обеспечивает хорошее удержание лекарственных препаратов, например таких как витамин Е, и возможность выделения лекарства в требуемом месте. Например, в условиях среды, соответствующей среде желудка человека (рН 1,2), происходит быстрое выделение витамина Е из контейнера.
Контейнер получают в ходе многостадийной технологии, включающей растворение в соответствующем растворителе витамина Е вместе с солями алюминия, длительное (несколько дней) перемешивание и выдерживание раствора при строго заданных температурных условиях, отгонку растворителя и высушивание продукта.
Недостатками известного технического решения являются: сложность и многостадийность технологии получения контейнера, использование оксида алюминия, имеющего ограниченную биосовместимость, а также возможность использования контейнера только с ограниченным классом лекарств, преимущественно с витамином Е.
Известен лекарственный контейнер, описанный в заявке US №2007/0275068 А1, которое является, по нашему мнению, наиболее близким аналогом. Контейнер состоит из пористой неорганической основы и лекарственного средства, сконцентрированного в порах основы. В качестве неорганической основы использованы оксиды титана и кремния. Неорганическая основа имеет поры размером 0,4-2 нм. Пористость основы 0,01-0,52 мл/г (или 0,01-0,54 об.%). Лекарственный контейнер в соответствии с известным техническим решением может быть носителем различных лекарственных средств. Известный лекарственный контейнер предназначен для перорального и трансдермального применения - т.е. для доставки лекарственных препаратов в желудочно-кишечный тракт или доставки в кровь через кожу пациента.
Недостатками известного технического решения являются: недостаточная биосовместимость лекарственного контейнера, ограничивающая способы его использования, а также недостаточно высокая пористость неорганической основы, ограничивающая объем содержащегося в контейнере лекарственного средства.
Предлагаемое техническое решение направлено на преодоление недостатков, присущих известному решению.
Задачей изобретения является расширение области применения лекарственного контейнера и повышение эффективности лекарственного контейнера.
Поставленная задача решается за счет того, что лекарственный контейнер содержит неорганическую основу, выполненную из биосовместимого углеродного композиционного материала, представляющего собой частицы наноалмаза, связанные графитоподобным углеродом, содержание пор в котором составляет 40-75% от объема контейнера, при этом большее количество пор имеет размер менее 20 нм.
Способ изготовления лекарственного контейнера, состоящего из пористой неорганической основы, и лекарственного средства, размещенного в порах основы, заключается в том, что неорганическую основу изготавливают из порошка наноалмаза с размером частиц менее 10 нм формованием при давлении 50-300 МПа и последующей обработкой в среде газообразных углеводородов при температуре, превышающей температуру их термического разложения, в течение времени, обеспечивающего получение основы с пористостью 40-75 об.%. Затем поры неорганической основы заполняют лекарственным средством пропиткой раствором лекарственного средства или адсорбцией лекарственного средства из его раствора.
Содержание пор в углеродной основе более 75% значительно снижает прочность основы, что недопустимо. Применение углеродной основы с пористостью менее 40% нецелесообразно, т.к. объем содержащегося в контейнере лекарственного средства оказывается низким.
Особенности состава фаз и структуры неорганической основы контейнера определяют наличие в ней пор, большее количество которых имеет размер менее 20 нм. Использование композитов, в которых большее количество пор имеет размер более 20 нм. нецелесообразно, т.к. лекарственное средство быстро выделяется из таких пор и не обеспечивается пролонгированное действие контейнера.
Использование наноалмаза с размером частиц более 10 нм нецелесообразно, т.к. получаемая неорганическая основа имеет поры с довольно значительными размерами, что ускоряет выход лекарственных веществ из таких пор и уменьшает время действия лекарств.
Формование порошка наноалмаза при давлении ниже 50 МПа не обеспечивает нужной прочности заготовки и формирования в ней необходимой пористой структуры, а при формовании с давлением более 300 МПа заготовка имеет дефекты (формовочные расслоения).
Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. Контейнер включает в себя пористую углеродную основу и лекарственное средство, размещенное в порах углеродной основы. Особенностью углеродной основы является большое количество очень мелких пор (предпочтительно - менее 20 нм). Поры составляют 40-75% объема углеродной основы и в них размещается лекарственное средство. Поэтому объем лекарственного средства в контейнере составляет 40-75% от объема контейнера. Для обеспечения требуемых свойств, а главное структуры углеродной основы она изготовлена из композита наноалмаз/углерод, в котором наночастицы алмаза связаны в единый композит углеродной графитоподобной связкой. Использование наноалмазов, размер частиц которых соответствует 4-6 нм, позволяет сформировать в углеродной основе необходимую по размеру пористую структуру. Графитоподобная связка связывает отдельные частицы наноалмаза тонким слоем, сохраняя при этом высокую пористость основы с требуемой структурой и размером пор. Все поры такой основы являются открытыми, т.е. сообщаются с поверхностью контейнера. Важным обстоятельством является то, что контейнер имеет именно углеродную основу и обладает отличной биосовместимостью с живыми тканями.
Лекарственное средство размещается в порах основы. Введение лекарства в поры может быть осуществлено различными способами, наиболее предпочтительным из которых является пропитка основы растворами лекарственных средств или адсорбция лекарственных средств из растворов путем длительного выдерживания неорганической основы в растворе лекарственных средств. Как было установлено экспериментально, в последнем случае лекарственные средства концентрируются в порах неорганической основы за счет воздействия на молекулы лекарственного средства силового поля нанопор. Этот способ введения лекарств в контейнер весьма эффективен.
Изобретение поясняется графическим изображением (графиком), на котором показана динамика изменения содержания левофлоксацина в контейнере при его заполнении лекарственным средством адсорбцией из водного раствора и последующего выделения в воду.
На чертеже приведены результаты исследования in vitro адсорбции и десорбции из водных растворов антибиотиков. Они показали, что предложенная неорганическая основа может быть насыщена лекарственным средством (левофлоксацином). Левофлоксацин может быть извлечен (десорбирован) из структуры контейнера при его помещении в воду. Процесс десорбции протекает медленно, что является важным для пролонгированного применения контейнера.
При помещении такого контейнера в биологическую среду (биологические растворы, кровь, живой организм) происходит медленное выделение лекарственного средства из контейнера. Малая скорость выделения лекарства определяется малым размером пор в углеродной основе, которые существенно тормозят массообмен между лекарством, размещенным в порах, и внешней средой. Поэтому такой контейнер способен в течение длительного времени выделять лекарство.
Углеродная основа придает контейнеру прочность, поэтому применение таких контейнеров возможно также в составе (или взамен) имплантатов для замещения крупных дефектов костей при восстановительной хирургии. Биосовместимость предлагаемой неорганической основы была дополнительно подтверждена экспериментами. Именно поэтому основной, принципиально новой задачей, решаемой с помощью предлагаемого контейнера, является доставка лекарственных средств непосредственно в костные ткани при его применении в восстановительной костной хирургии. Обладая достаточной прочностью и биосовместимостью в сочетании с возможностью хранить и пролонгировано выделять лекарственное средство, предлагаемый контейнер может быть использован для введения в костные дефекты и лечения прежде всего костных воспалительных заболеваний (например, костно-суставного туберкулеза). Заметим, что предлагаемый контейнер также может быть применен трансдермально и перорально.
Применение предлагаемого лекарственного контейнера для лечения костных болезней расширяет и класс возможных для применения лекарственных средств. В частности тех, которые не могут быть использованы перорально или в виде инъекций для лечения костных болезней из-за сильного побочного воздействия на другие органы пациента.
Предлагаемый лекарственный контейнер электропроводен, поэтому может быть использован с наложением на него электрического потенциала. Тем самым, кроме механизма диффузионного выделения лекарственных средств из контейнера может быть реализован механизм электрофореза, ускоряющего или замедляющего выделение лекарств в зависимости от величины и знака приложенного потенциала.
Изготовление контейнера осуществляют следующим образом. В качестве исходного материала используют порошки наноалмаза - алмаза детонационного синтеза, имеющего размеры частиц менее 10 нм (предпочтительно 4-6 нм). Порошок формуют в требуемую форму контейнера прессованием в металлических формах. В ходе прессования частицы наноалмаза уплотняются и получаемая заготовка, как правило, имеет пористость 60-80 об.%. Затем полученная заготовка помещается в проточный реактор и термообрабатывается в среде газообразных углеводородов при температуре, превышающей температуру их термического разложения. При такой термообработке происходит разложение углеводородов с образованием графитоподобного углерода. Образование графитоподобного углерода происходит на поверхности всех частиц наноалмаза, т.е. на всю глубину пор заготовки. В результате процесса образования графитоподобного углерода происходит связывание частиц наноалмаза в единый композит. При этом уменьшается и пористость материала. Термообработку ведут до получения композита с пористостью 40-75 об.%. Этот композит и представляет собой неорганическую основу контейнера. Затем пористость в неорганической основе заполняется лекарственным средством. Заполнение осуществляют пропиткой лекарственными веществами из растворов или адсорбцией лекарственных средств из растворов путем длительного выдерживания неорганической основы в растворе лекарственного средства.
Примеры реализации предлагаемого технического решения.
2
Пример 1. В качестве исходного материала для изготовления контейнера используют порошок наноалмаза с размером частиц 4-6 нм. Порошок наноалмаза помещают в стальную пресс-форму и формуют (давление формования 100 МПа) диск диаметром 5 мм и толщиной 1 мм. Сформованная заготовка имеет пористость 82% об. Диск помещают в цилиндрический реактор и термообрабатывают в среде метана при температуре 700°С в течение 5-ти часов. В ходе такой термообработки форма и размеры заготовки не изменяются, а пористость уменьшается до 71 об.%. Анализ пористой структуры, выполненный по сорбции азота на приборе ASAP 2020, показал, что неорганическая основа имеет удельную поверхность 304 м/г. Средний диаметр пор составляет 9,3 нм. В основе отсутствуют поры размером более 60 нм. Полученную таким образом неорганическую основу контейнера помещают в раствор лекарственного препарата: водного раствора левофлоксацина гемигидрата (концентрация - 5 г/л) и выдерживают 1 час для пропитки неорганической основы лекарством. После этого контейнер с введенным лекарственным препаратом извлекают из раствора. Активность действия изготовленного лекарственного контейнера определяли по задержке роста колоний золотистого стафилококка. В эксперименте установлено, что зона задержки роста стафилококка составляет в диаметре 40-42 мм, что в 1,5 раз больше (по площади) зоны задержки, обеспечиваемой стандартными тест-пробами левофлоксацина (с содержанием 5 мг).
2
Пример 2. В качестве исходного материала для изготовления контейнера используют порошок наноалмаза с размером частиц 4-6 нм. Порошок наноалмаза помещают в стальную пресс-форму и формуют (давление формования 300 МПа) параллелепипед размером 5×3×2 мм. Сформованная заготовка имеет пористость 77 об.%. Заготовку помещают в цилиндрический реактор и термообрабатывают в среде метана при температуре 700°С в течение 5-ти часов. В ходе такой термообработки форма и размеры заготовки не изменяются, а пористость уменьшается до 66 об.%. Анализ пористой структуры, выполненный по сорбции азота на приборе ASAP 2020, показал, что неорганическая основа имеет удельную поверхность 290 м/г. Средний диаметр пор составляет 7,7 нм. В основе отсутствуют поры размером более 45 нм. Полученную таким образом неорганическую основу контейнера помещают в раствор лекарственного препарата: водного раствора левофлоксацина гемигидрата (концентрация - 5 г/л) и выдерживают 48 час для адсорбции лекарства неорганической основой. После этого контейнер с введенным лекарственным препаратом извлекают из раствора.
Контейнер использован для подавления очагов костного туберкулеза у животных. Экспериментальные исследования выполнены на половозрелом кролике породы шиншилла массой 3 кг, у которого воспроизводился туберкулезный очаг в крыле подвздошной кости. Для этого в асептических условиях под обезболиванием Sol. Rometari 2%-0,5 кролика фиксировали в станке в положении на левом или правом боку соответственно при операции на крыле правой или левой подвздошной кости. Разрез кожи производили над гребнем крыла подвздошной кости. Последовательно рассекали кожу, подкожную клетчатку, поверхностную фасцию, от гребня крыла подвздошной кости отсекали на протяжении 2,5 см мышцы брюшной стенки. Поднадкостнично распатором обнажали дорзальный край гребня и часть тела подвздошной кости площадью 1,0×1,5 см. В гребне подвздошной кости формировали стандартный дефект размером 5×3×2 мм, в который после тщательного гемостаза внедряли штамм микробактерии туберкулеза (МВТ) №3922, дозированный на носителе. Наружное отверстие костного дефекта пломбировали цементом "Унифас". Рану послойно ушивали наглухо. Проводили регулярные осмотры животного, состояния операционной раны, при необходимости выполнялись перевязки.
Через 3-4 недели у кролика развивался туберкулезный деструктивный очаг в зоне введения МВТ.
Через 2 месяца после заражения в асептических условиях также под обезболиванием выполнялась санирующая операция, заключающаяся в удалении гноя, грануляций, некрэктомии костного очага. Рана ушивалась наглухо.
Еще через 1 месяц проводилась операция замещения образовавшегося дефекта кости лекарственным контейнером, который одновременно выполнял функцию имплантата, компенсирующего костный дефект. Рана ушивалась наглухо.
В срок 1 месяц кролик забит для оценки степени активности воспалительного процесса, его возможного подавления выделяющимся из контейнера лефофлоксацином. При вскрытии не обнаружено обострения процесса, зона имплантации была покрыта достаточно нежным рубцом, экссудации и образования гноя не выявлено. При анализе ближайших результатов имплантации контейнера выявлено подавление туберкулезного процесса в очаге.
Пример 3. Пример выполнен аналогично примеру 1. В качестве лекарственного средства использовали канамицин сульфат. Полученную неорганическую основу контейнера помещали в раствор лекарственного препарата: спиртового раствора канамицин сульфата (концентрация - 5 г/л) и выдерживали 24 час для пропитки неорганической основы лекарством. После этого контейнер с введенным лекарственным препаратом извлекали из раствора. Активность действия изготовленного контейнера лекарств определяли по задержке роста колоний золотистого стафилококка. В эксперименте установлено, что зона задержки роста стафилококка составляет в диаметре 36-38 мм, что в 1,2 раз больше (по площади) зоны задержки, обеспечиваемой стандартными тест-пробами канамицин сульфата.
Таким образом, применение контейнера для хранения и выделения лекарств, предложенного в данном техническом решении, обеспечивает высокую активность лекарств, введенных в него, а изготовление контейнера технологически несложно. Важно, что биосовместимость неорганической основы и ее пористая структура, которая может быть заполнена различными лекарствами, расширяет области применения контейнера. Предложенные лекарственные контейнеры обладают конструкционной прочностью. Поэтому они могут быть использованы для компенсации костных дефектов, выполняя одновременно функции имплантата и лекарственного депо, обеспечивающего доставку лекарства в костную ткань. Заметим, что лекарственные контейнеры, обеспечивающие пролонгированную направленную доставку лекарств в костную ткань, являются важными для медицинской практики.