Національний фармацевтичний університет

ЗАЙЦЕВ Олександр Іванович

УДК: 661.183.12.82:577.15/17:615.326.

ТЕОРЕТИЧНЕ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ

ОБГРУНТУВАННЯ ВИРОБНИЦТВА СИНТЕТИЧНОГО

ЦЕОЛІТУ ТА РОЗРОБКА ЛІКАРСЬКИХ ПРЕПАРАТІВ

НА ЙОГО ОСНОВІ

15.00.01 – технологія ліків та організація

фармацевтичної справи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фармацевтичних наук

Харків 2003.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі заводської технології ліків Національного фармацевтичного університету (м. Харків), Міністерство охорони здоров'я України.

Науковий консультант: доктор фармацевтичних наук, професор

ЧУЄШОВ ВЛАДИСЛАВ ІВАНОВИЧ

Національний фармацевтичний університет,

завідувач кафедри заводської технології ліків.

Офіційні опоненти: доктор фармацевтичних наук, професор

КАЗАРІНОВ МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Державне підприємство “Державний науковий центр

лікарських засобів”, завідуючий лабораторією таблеткових лікарських засобів

доктор фармацевтичних наук, професор

КОРИТНЮК РАЇСА СЕРГІЇВНА

Київська медична академія післядипломної освіти

ім.П.Л.Шупика, завідувачка кафедри технології ліків

та клінічної фармації

доктор фармацевтичних наук, професор

ГЛАДИШЕВ ВІТАЛІЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

Запорізький Державний медичний університет,

професор кафедри технології ліків.

Провідна установа: Львівський державний медичний університет,

кафедра аптечної технології ліків.

Захист відбудеться “ 14” листопада 2003 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.605.01. при Національному фармацевтичному університеті за адресою 61002. м. Харків, вул. Пушкінська, 53.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного фармацевтичного університету (61168, м. Харків, вул. Блюхера, 4).

Автореферат розісланий “10” жовтня 2003 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор біологічних наук, професор Л.М.Малоштан

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В останні роки в Україні спостерігається тенденція до зростання хвороб органів шлунково-кишкового тракту, етіологічно обумовлених стафілококом, стрептококом, неферментаційними грамнегативними бактеріями.

Пошук та дослідження нових антисептичних лікарських препаратів для їх лікування включає, насамперед, створення оригінальних засобів комплексної дії, які мають високі антимікробні властивості, не виявляють несприятливої дії на імунну, ендокринну, нервову, видільну, кровотворну системи та нормальну мікрофлору людини і проявлять низьку токсичність є актуальним.

Серед різних методів лікування різноманітних захворювань важливе місце займають сорбційні методи. Ці методи засновані на процесах адсорбції, які характеризуються поглинанням одного або кількох компонентів з газової та рідинної фази твердим тілом (адсорбентом). Вони широко застосовуються в хімічній, нафтохімічній, харчовій та фармацевтичній промисловості. Особливого значення адсорбенти набувають при використанні їх для захисту навколишнього середовища, одержання особливо чистих речовин, аналізу сумішей та інше.

У медицині та фармації за допомогою адсорбентів проводять очищення біологічних рідин організму (гемосорбцію), а також застосовують як лікарські засоби при диспепсії, метеоризмі, шлункових інтоксикаціях, отруєнні алкалоїдами, солями важких металів, барбітуратами, токсинами та іншими речовинами .

До таких адсорбентів відносяться: активоване вугілля, глини та неорганічні гелі – силікагелі. Крім вказаних адсорбентів високі адсорбційні властивості мають кристалічні алюмосилікати – цеоліти. Вони зустрічаються в природі (природні), а також можуть бути одержані синтетичним способом (синтетичні).

Крім адсорбційної здатності, цеоліти проявляють іонообмінні властивості, що дає можливість розміщувати на їх поверхні біологічно-активні речовини (БАР) з метою подальшого поступового звільнення і забезпечення пролонгованої дії.

Тому для сучасних антимікробних лікарських засобів важливе значення має не тільки антимікробна дія але і антитоксичний ефект. Для створення таких засобів можуть бути використані цеоліти.

Лікарські засоби на основі цеоліту дозволяють раціонально (комплексно) лікувати шлунково-кишкові інфекції. А саме в поєднанні антимікробної та антитоксичної фармакотеропії: антимікробний засіб при своїй дії викликає

збільшення мікробних токсинів, а синтетичні цеоліти, як адсорбенти їх поглинають.

Особливе зацікавлення викликає поєднання цих речовин не фізичним, а хімічним шляхом.

Це можливо завдяки іонообмінній здатності цеоліту з БАР при вирішенні таких питань: 1) зменшенні токсичності БАР на організм людини; 2) кінетичного, тобто довготривалого звільнення БАР в середовищі шлунково – кишкового тракту (ШКТ); 3) поглинанні мікробних токсинів цеолітом, що дозволяє звільненій БАР мати більшу біодоступність і тим самим синергувати антимікробну дію.

Такий підхід дає змогу об’єднати традиційні методи лікування в один, що зменшує токсикологічне навантаження на організм людини.

На кафедрі заводської технології ліків НФаУ під керівництвом проф. Чуєшова В.І. розробляється науковий напрямок по використанню цеолітів у фармації та медицині. Проведено цикл досліджень по визначенню їх фізико – хімічних та мікробіологічних властивостей. Але зовсім відсутній повний аналіз технологічних умов одержання синтетичного цеоліту та лікарських препаратів на його основі, методів стандартизації та розробки лікарських форм.

Вищенаведене обумовлює необхідність комплексного дослідження, визначає його актуальність, мету та завдання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідної роботи Національного фармацевтичного університету (НФаУ) (реєстраційний номер 0198 U 007011 “Хімічний синтез, виділення та аналіз нових фармакологічно активних речовин, встановлення зв’язку “структура – дія”, створення нових лікарських препаратів”) і проблемної комісії "Фармація" МОЗ України .

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є теоретичне та експериментальне обґрунтування технології синтетичних цеолітів та біологічно активних субстанцій на їх основі і створення технології твердих лікарських препаратів з високою біодоступністю та комплексною (антимікробною та антитоксичною) дією.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- провести дослідження та оптимізувати технологію одержання синтетичних цеолітів з високим ступенем катіонообмінної здатності (КОЗ) з залученням методів математичного моделювання;

- розробити технологічну схему виробництва цеоліту та удосконалити технологічні прийоми його одержання;

- встановити адсорбційну активність цеоліту та розробити технологічні умови (ТУ) на синтетичний цеоліт типу NaA;

- розробити склад та технологію таблеток “Цеоліт”;

- розробити технологічний промисловий регламент та АНД на таблетки “Цеоліт” та подати її до Державного Фармакологічного центру МОЗ України;

- вивчити вплив технологічних умов на іонообмінні процеси цеоліту з різноманітними біологічно – активними речовинами;

- теоретично обґрунтувати кількісний вміст декаметоксину на цеоліті, з’єднаних іонним способом;

- дослідити кінетику вивільнення декаметоксину з комплексного препарату в умовах шлунково-кишкового тракту;

- розробити методику кількісного визначення декаметоксину в лікарському засобі на основі цеоліту;

- розробити склад та технологію таблеток “Декацеол”;

- розробити технологічний промисловий регламент і АНД на таблетки “Декацеол” і обґрунтувати шляхи впровадження в медичну практику.

Об’єкт дослідження: синтетичні цеоліти та лікарські препарати на їх основі з комплексною (антимікробною та адсорбційною) дією.

Предмет досліджень. Технологія виробництва і стандартизація синтетичного цеоліту та лікарських препаратів комплексної дії на його основі.

Методи досліджень. При вирішенні поставлених у роботі завдань використовували наступні фізичні, фізико-хімічні, технологічні, біологічні та математичні методи:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Для вивчення антимікробної активності препарату застосовували мікробіологічний метод двократних серійних розведень препарату у поживному середовищі. Дослідження токсичності таблеток проводили в гострих дослідах з постановкою орієнтованого експерименту визначення середньолетальних доз за методом Т.В.Пастушенка зі співавторами. ЛД50 препарату розраховували за методом найменших квадратів за В.Б.Прозоровським.

Для оптимізації технологічних умов використовували один із найпоширеніших методів планування експерименту при наявності джерел однорідностей якісного типу – метод статистичної графічної системи statgraphics Plus for Windows.

Наукова новизна роботи. Вперше запропоновано новий підхід до створення антимікробних та антитоксичних лікарських засобів для лікування шлунково - кишкових захворювань на основі синтетичного адсорбційного цеоліту.

Проведено комплекс теоретичних та експериментальних робіт по вивченню механізму і умов одержання та дослідження властивостей синтетичного цеоліту та лікарських субстанцій, отриманих шляхом іонного зв’язку між синтетичним цеолітом та біологічно-активними речовинами, на що одержано патент України від 15.02.2001р. № 32687 А.

Встановлена адсорбційна активність синтетичних цеолітів.

Вперше розроблено математичні моделі виробництва синтетичного цеоліту NaA, визначення кількісного вмісту біологічно-активних речовин, пов’язаних з цеолітом іонообмінним способом, а також пролонгованого вивільнення декаметоксину з комплексного препарату “Декацеол” в умовах ШКТ.

Для підвищення надійної роботи прес інструмента таблеткового обладнання знайшов практичне застосування склад для дифузійного насичення металевих поверхонь (а.с. № 1545649, а.с. № 1638203).

Вперше створена технологія комплексного лікарського препарату таблеток “Декацеол”.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі комплексних фізико-хімічних, біофармацевтичних та фармакокінетичних досліджень із залученням методів математичного моделювання розроблено оптимальні технології створення цеоліту, комплексної субстанції на основі цеоліту та таблеткової форми антимікробного препарату “Декацеол”.

Розроблено технічні умови (ТУ 25.1-02010936-001-2003) на виробництво синтетичного цеоліту NaA для застосування в медичній та фармацевтичній галузях.

Обґрунтовано склади, розроблена технологія та методи стандартизації препаратів “Цеоліт” та “Декацеол”.

Запропоновано заходи для збільшення продуктивності та надійності роботи технологічного обладнання, які втілені в роботу діючих виробництв (акти впровадження від 23.01.03 та 29.01.03.).

Розроблено і представлено до Державного Фармакологічного центру МОЗ України аналітично-нормативну документацію та технологічний регламент виробництва таблеток “Цеоліт”(прот.№5.12-5259/А від 20.08.2003.).

Результати наукових досліджень впроваджено у навчальний процес ряду фармацевтичних та медичних вузів України ІІІ –ІV рівнів акредитації(акти впровадження від 4.12.02, 10.12.02, 16.01.03,17.04.03).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота являє собою самостійно завершену наукову працю. Дисертанту належить вирішальна роль у визначенні мети дослідження, шляхів її реалізації, плануванні та виконанні експерименту, його обробці, інтерпретації та узагальненні одержаних результатів, формуванні основних положень та висновків, що захищаються.

У комплексному дослідженні, над яким працював творчий колектив співавторів публікацій, особисто дисертантом проведено наукове обґрунтування та експериментальну роботу за темою дисертації: досліджено вплив технологічних умов на іонообмінну здатність отриманих цеолітів; вивчено технологічні властивості цеоліту, технологічні умови виготовлення лікарської форми з цеоліту; вплив технологічних умов на проведення іонообмінних процесів різноманітних біологічно–активних речовин з цеолітом; технологічні властивості порошку отриманого комплексного лікарського засобу, технологічні умови виготовлення лікарської форми; вивчено стійкість цеоліту в травних соках шлунково – кишкового тракту; досліджено стабільність при зберіганні лікарської форми з цеоліту та кінетику вивільнення декаметоксину з цеоліту в умовах ШКТ; пролонговану та синергійну дії комплексного лікарського засобу; стабільність при зберіганні лікарської форми комплексного засобу; розроблено технологічні та апаратурні схеми виробництва, технологічні регламенти та аналітично – нормативну документацію.

Особисто здобувачем встановлено оптимальні умови виробництва цеоліту, адсорбційну активність цеоліту, кількісний вміст декаметоксину в комплексному лікарському засобі на основі цеоліту, побудовані математичні моделі розрахунку матеріальних потоків при виробництві цеолітів, механізм вивільнення декаметоксину з цеоліту в умовах ШКТ, теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено кількісний вміст біологічно-активних речовин, з’єднаних з цеолітом іонообмінним шляхом.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи викладені та обговорені на: республіканській науково-практичній конференції “Современные проблемы фармации” (Харків, 1993), І Конгресі Світової Федерації Українських фармацевтичних товариств (Львів, 1994), науковій конференції до 75-річчя УкрФА (Харків, 1996), науково-практичній конференції по створенню та апробації нових лікарських засобів “Лекарства – человеку” (Каунас, 1997), ІІІ та V Українсько-польських симпозіумах “Теоретичне й експериментальне вивчення міжповерхневих явищ та їх технологічне застосування” (Львів, 1998; Одеса, 2000), ІІ семінарі Російської академії наук “Синтез, модифицирование и адсорбционные свойства цеолитов и цеолитообразных материалов” (Санкт-Петербург, 1998), науково-практичній конференції “Застосування в медичній практиці лікарських препаратів на основі високодисперсного кремнезему” (Вінниця, 1999), V Національному з’їзді фармацевтів України “Досягнення сучасної фармації та перспективи її розвитку у новому тисячолітті” (Харків, 1999), науковій конференції НФАУ (Харків, 2000), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Фармація ХХІ століття”( Харків, 2002).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 40 робіт, у тому числі 24 статті у наукових журналах та у збірниках наукових праць, 1 патент, 2 авторських свідоцтва, 13 тез.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 286 сторінках машинопису, складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, який містить 331 джерело, серед яких 66 іноземних. Робота ілюстрована 54 таблицями, 60 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Проведений аналіз літературних джерел по використанню синтетичних цеолітів у фармації та медицині показав необхідність більш широкого застосування цеолітів в якості лікарського засобу. Обумовлені властивості цеоліту: адсорбційна та іонообмінна здатності, які мають перспективність при створенні лікарських засобів. Виявлено необхідність вивчення способів одержання та технологічних умов виробництва синтетичних цеолітів, визначено перспективні БАР для застосування в іонообмінних процесах з цеолітом з метою створення лікарських препаратів з комплексною фармакологічною дією.

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА СУБСТАНЦІЇ ЦЕОЛІТУ NaA.

Нами були проведені дослідження на лабораторних тваринах на наявність адсорбційних властивостей до стафілококового токсину різних типів існуючих цеолітів. Особливо добрі результати дав експеримент який проводився з синтетичним цеолітом типу NaA. Це дозволило зробити вибір саме цього типу цеоліту для проведення подальших досліджень з метою виявлення можливостей його використання у медичних цілях. Відомо, що загальний хімічній склад синтетичного цеоліту NaA має такий вигляд:

Na2O Al2O32SiO24H2O

Переміжні (Si,O)- та (Al,O)- тетраедри з’єднуються у трьохмірні каркасні структури цеолітів таким чином, що всі їх атоми кисню розподіляються між двома сусідніми тетраедрами. Тому у всіх цеолітів відношення (Si+Al) до О складає 1:2. Особливість будови цеолітів полягає в тому, що скелет тетраедрів утворює щілиноподібні структури, які мають відносно великі внутрішні порожнини, що з’єднуються між собою вхідними вікнами, невеликих розмірів у порівнянні з розмірами молекул.

Іншим фізико-хімічним виявом тетраедричного Al3+ в каркасних структурах цеолітів є обов’язкова для таких структур присутність катіонів лужних або лужноземельних металів в кількостях еквівалентних вмісту Al3+.

Залучення лужних або лужноземельних катіонів обумовлює іонообмінну здатність цеолітів до катіонів різноманітних речовин .

Високої чистоти та найбільш стабільної структури цеоліти отримують з реакційно здатних алюмосилікатних гелів або гідрогелів. Na-цеоліти отримують шляхом кристалізації з алюмосилікатного гелю складу Na2O · Al2O3 · nSiO2 · mH2O в присутності надлишкового натрію гідроксиду при температурі 60-95°С.

Результати кристалізації цеолітів з алюмосилікагелей добре відтворюються по відношенню природи, геометрії, хімічного складу та кількості виходу кристалів. Але у той же час чутливість результатів кристалізації до зміни складу гелів при заданій температурі, а також можливість контролю хімічних порушень в рідинній фазі гелю в процесі попередньої обробки роблять технологію синтезу цеолітів жорсткою до отримання відповідних властивостей.

Для визначення чітких технологічних умов отримання цеоліту з високою КОЗ (КОЗ вивчали до катіонів Са2+) нами була розроблена лабораторна установка по вивченню впливу таких технологічних умов: температури та тривалості кристалізації, мольних співвідношень початкового алюмосилікатного гелю.

В усіх проведених дослідженнях розмір кристалів цеоліту складає 36 мкм і частіш визначається температурою кристалізації. Встановлено, що в інтервалі 6075С діаметр часток, які одержали, незначно збільшується, але потім значно падає. Але разом з тим отримання цеолітів з максимальною КОЗ явно виражено при 75С, тому віддали перевагу при проведенні синтезів цеоліту цій температурі (рис. 1, рис.2).

Вивчення впливу різних факторів на кінетику кристалізації і КОЗ цеоліту показує, що їх вплив неоднозначний. Для виявлення найбільш суттєвих факторів, які діють разом необхідно отримати математичну модель процесу синтезу цеоліту.

На математичній мові задача пошуку максимальних значень КОЗ, формулюється таким чином, що можна отримати деяке представлення функції відгуку Y (КОЗ) у вигляді:

(1)

де , , … - незалежні фактори, які можуть впливати на відгук Y (КОЗ).

Опис функції відгуку від незалежних факторів ведеться аналітичним виразом у вигляді:

(2)

де -- теоретичні коефіцієнти регресії.

З метою встановлення оптимальних умов синтезу цеоліту з найбільшими значеннями КОЗ було обрано п’ять незалежних факторів. В таблиці 1 наведені ці незалежні фактори та інтервали їх варіювання.

Таблиця 1

Незалежні фактори та інтервали їх варіювання

Позначка фактора | Фактор | Інтервал варіювання

фактора

min | max

Х1 | Тривалість процесу кристалізації, год. | 1,5 | 4,5

Х2 | Температура кристалізації, оС | 60 | 90

Х3 | Мольне співвідношення | 2,5 | 3,5

Х4 | Мольне співвідношення | 1,3 | 2,3

Х5 | Мольне співвідношення | 55 | 95

В результаті математичної обробки в системі STAGRAPHICS запланованого експерименту одержано регресивне рівняння у вигляді:

(3)

Графічні інтерпретації залежності Y (КОЗ) від комбінації двох факторів показані на рис.3,4.

Із графіків видно, що статистична математична модель має виразний максимум і який при переборі відповідних факторів в заданому діапазоні відповідає таким оптимальним умовам проведення синтезу цеоліту: тривалість кристалізації – 3,52 год.; температура кристалізації – 74,5оС; співвідношення – 2,78; співвідношення – 1,7; співвідношення – 77.

Технологія виробництва синтетичного цеоліту вимагає проведення процесу кристалізації з утворенням великої кількості (до 77,7% від початкового розчину) маточного розчину. З метою зменшення собівартості та поліпшення екологічних вимог виробництва було досліджено застосування маточного розчину для проведення повторного синтезу.

У проведених циклічних дослідах за розробленою програмою розрахунку кількості початкових сировинних потоків для виготовлення заданої кількості цеоліту, аналіз виготовлених цеолітів на катіонообмінну здатність встановив досить високі і постійні показники, що дає змогу використовувати в технології підхід застосування маточних розчинів замість води очищеної для приготування робочих розчинів алюмінату та рідкого скла. При цьому ступінь застосування алюмінату збільшилась з 85% до 96,7%, а їдкого натру з 33,7% до 72,8%.

В процесі кристалізації цеоліту з початкового алюмосилікатного гідрогелю важливою умовою є його однорідність вмісту. Це буде в подальшому забезпечувати отримання кристалів цеоліту постійного вмісту без різних домішок кристалів інших типів цеоліту.

Для промислових умов однорідність необхідно досягати в великих об’ємах, і тому для цього необхідно залучати інтенсивні методи змішування, до яких належить змішування із залученням роторно – пульсаційних апаратів (РПА).

З метою підвищення розвиваючого змішувачем напору була розроблена, виготовлена і випробувана удосконалена конструкція крильчаток, які установлюються на диску ротора, з лопатями загнутими назад, замість крильчаток з радіально спрямованими лопатями. Кут захоплення 34° для удосконаленої конструкції крильчатки прийнятий з конструктивних міркувань, у цьому випадку не перекриваються отвори несучого диску, через які забезпечується живлення другої камери.

Дане удосконалення дозволило досягти достатню якість гомогенізації при зменшенні тривалості процесу на 40%. Використовуючи отримані дані ми розробили технологічну схему (рис. 5) та технологічний регламент на виробництво синтетичного цеоліту типу NaA.

Вивчення адсорбційної спроможності синтетичних цеолітів типу NaA до токсичних речовин (стафілококового токсину, ендотоксину та грамнегативних бактерій) проводили на базі кафедри мікробіології НФаУ під керівництвом професора І.Л.Дикого.

Антитоксичну спроможність синтезованого цеоліту типу NaA досліджено на прикладі стафілококового екзотоксину і ендотоксину кишкової палички. Перший з них одержано шляхом 7-добового культивування токсиноутворюючого штаму S.aureus на м’ясопептонному бульйоні (МПБ), другий – шляхом екстракційного виділення ендотоксину з мікробної маси E.coli за методом Буавена. Вибір для дослідження стафілококового токсину та ешеріхіального ендотоксину обґрунтований тим, що за своєю хімічною природою вони мають принципові відмінності. Стафілококовий екзотоксин характеризується білковою природою і відповідає всім ознакам, що відповідні властивостям екзотоксинів. У свою чергу, ендотоксин кишкової палички за хімічним

Рис.5 Блок-схема технологічного процесу

виробництва синтетичного цеоліту NaA.

походженням уявляє собою складний комплекс ліпополісахаридопротеідів. У вихідній позиції плануємого експерименту досліджена DLM порівнювальних токсинів шляхом титраційного визначення летально спроможних доз, що забезпечують 100% загибель білих мишей при внутрішньочеревному уведенні. Для стафілококового токсину ця доза об’ємно становила 0,8 мл, а для ешеріхіального ендотоксину – відповідно 1,2мл.Для оцінки адсорбційно залежної спроможності синтезованого цеоліту in vitro проводилось насичення одержаних речовин синтезованим сорбентом. Після 24-годинної інкубації в термостаті рідина частка суміші відокремлювалась у центрифузі від сорбенту, випробувалась на летальну токсичну здатність порівняно з нативними зразками. За результатами проведених досліджень встановлено, що внаслідок добового контакту з цеолітом випробувані токсини закономірно зменшували, порівняно з нативними зразками, дозовизначаючі об’ємні показники DLM. Так, для сорбційно обробленого цеолітом зразку стафілококового токсину встановлений об’ємний показник залишкової DLM становив 1,3 мл (дефіцит летальної активності 37,5%), а для ешеріхіального ендотоксину – відповідно 1,8 мл (дефіцит летальної активності 50%). Таким чином, принципово доведено, що розроблена рецептура синтетичного цеоліту марки NaA відрізняється фізико-хімічною сорбційною спроможністю бактерійних екзо- і ендотоксинів грампозитивного та грамнегетивного походження

Аналізуючи рівноцінну здатність цеоліту NaA до сорбції не тільки екзо-, але й ендотоксинів, які за хімічним складом мають суттєві відмінності, прийшли до висновку про те, що поєднуючим фактором при цьому виступає наявність у гліколіпопротеїдній структурі ендотоксину протеїдної групи. Ми також припускаємо, що встановлений сорбційний ефект цеоліту NaA відносно ендотоксинів грамнегативних бактерій досягається шляхом фіксації протеїдної групи гліколіпопротеїду.

Таким чином, проведені дослідження показали, що відносно екзотоксину білкового походження обраний синтетичний цеоліт NaA виявляє достатню сорбційну активність, яка пролонговано реалізується в термін до доби. Останнє має фармакологічне значення при використанні субстанції як сорбційного засобу при шлунково-кишкових захворюваннях, викликаних грампозитивними мікроорганізмами з вираженою токсичною здатністю і тому стало доцільно розробити таблетовану форму препарату на основі синтетичного цеоліту.

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ТАБЛЕТОК “ЦЕОЛІТ”

Попередньо до вибору способу таблетування та залученню допоміжних речовин, нами були вивчені технологічні характеристики синтетичного цеоліту NaA як субстанції.

Результати досліджень технологічних характеристик (табл.2) показують його низьку плинність та відносно низьку пресуємість.

Таблиця 2

Технологічні характеристики цеоліту NaA

Насипна густина,

г/мл | Густина після усадки,

г/мл | Плинність,

г/с | Пресує-мість,

Н | Сила виштовху-вання, Н | Волого-вміст,

%

0.6580.026 | 1.0890.041 | 0.7580.071 | 30.2 1.2 | 127.15.1 | 2.970.12

З урахуванням фізико-хімічних та технологічних властивостей цеоліту проводили вибір допоміжних речовин, що поліпшують технологічні якості таблеткової маси та зберігають адсорбційну активність .

При розробці технології таблеток з адсорбційною субстанцією "Цеоліт" нами було проведено дослідження з вибору способу таблетування. Встановлено, що відхилення в масі (8,30,6 %) та великий відсоток плинності (150,3%) окремих таблеток, одержаних методом прямого пресування, перевищували гранично припустимі (7,5% та 1% відповідно), внаслідок чого отримання таблеток прямим пресуванням неможливе.

У зв'язку з цим проведено дослідження по отриманню таблеток методом вологого гранулювання. Як гранулюючий компонент використовували 5% розчин крохмалю в кількості 35% від маси суміші.

Оптимальні технологічні характеристики з 8-ми досліджуваних складів мала таблеткова маса, що містить 0,4 г ''Цеоліту'', 0,015 г аеросилу , 0,08 г крохмалю, 0,005г кальцію стеарату (в розрахунку на одну таблетку середньою масою 0,50 г ), яка була обрана як найбільш раціональна.

На підставі проведених досліджень нами була розроблена технологічна схема виробництва таблеток "Цеоліт" .

Технологічний процес одержання таблеток складається з таких основних процесів, як просіювання, змішування, грануляція, сушіння, таблетування. Якість виготовленої продукції, як правило, залежить від оптимального проведення кожного процесу, який обумовлюється використовуванням прогресивного устаткування, тому нами була проведена додаткова робота по удосконаленню використовуваного обладнання.

У багатьох випадках процес просіювання проходить на ситі з зворотно –поступальним рухом. При такій організації процесу, частки на ситі рухаються в одній зоні, стираючись та перешкоджаючи одна одній. Запропоноване нами сито має круговий рух із залученням відцентрових сил. Рух часток йде від центру до периферії по збільшеній поверхні просіювання, що приводить до зменшення взаємодії часток між собою. Проведене удосконалення дозволило зменшити тривалість просіювання (на 30%), зменшити стирання часток та витрати при проведенні процесу.

Для отримання таблеток з якісними показниками необхідно мати гранули з відповідним діаметром. Це досягається, як і у кожній системі, двома взаємоспрямованими обмеженнями: подрібненням крупного грануляту з однієї сторони та збільшенням дрібного грануляту з другої сторони. Сумісно з фахівцями Харківського інженерно-будівельного інституту була адаптована конструкція млина-гранулятора, що дозволяє об’єднати ці процеси в одному агрегаті. Нахил обертаючого барабана при внутрішній сепарації повітряним потоком виключає кондиційні гранули від повторної обробки і тому наступне подрібнення-грануляція проводиться тільки для некондиційних гранул. Це суттєво зменшує енерговитрати на проведення процесу і тим часом збільшує продуктивність у 2-3 рази.

Одним з багатьох вузлів устаткування хіміко-фармацевтичних виробництв, що працюють при великих питомих навантаженнях і мають швидке зношування, є прес-інструмент таблеткових машин. У найважчих умовах працює матриця і знос її, як правило, у 3-4 рази перевищує знос пуансонів. В міру зносу матриці погіршується якість пресування і різко зростає брак по розшаруванні і відколах таблеток. Підвищення мікроміцності, зменшення зносу та корозії прес-інструмента досягається дифузійним хромуванням – хіміко-термічним процесом, заснованим на дифузійному насиченні (легуванні) поверхневих шарів сплавом хрому.

Нами було вивчено технологічні параметри (міцність, зносостійкість і корозійна стійкість) дифузійно-хромованих (легованих) поверхневих шарів з можливим скороченням використання коштовної і важкооброблюваної нержавіючої сталі, шляхом заміни її дешевою вуглецевою або малолегованою. Проведеними дослідженнями вдалося збільшити мікротвердість в 4-5 рази. Розроблено два склади шихти для дифузійного насичення металевих виробів, які підтверджені авторськими свідоцтвами (а.с.№1545649, а.с.№1638203). В результаті дифузійного насичення поверхневого шару пресінструменту зносостійкість збільшилась в 1,5 рази.

З’єднуючи технологічні та технічні особливості виробництва, був розроблений технологічний промисловий регламент отримання таблеток “Цеоліт”.

Оцінку адсорбційної активності таблеток ”Цеоліт” проводили за відомими методиками, які основані на адсорбції з розчину таких речовин як желатин, метиленовий синій або конго-червоний. На рис.6 наведені результати спектрофотометричного способу визначення адсорбційної активності таблеток “Цеоліт” до метиленового синього, яка становила 7.4 мг/г. Із урахуванням комплексу фізико-хімічних досліджень розроблено проект АНД та таблетки ”Цеоліт”, згідно якого вони мають середню масу 0.5г.5%, стираність не більше 1%, стійкість до роздавлювання – не менш 50 Н., адсорбційну активність по метиленовому синьому не менше ніж 5 мг/г. Доведена стабільність препарату у двох видах упаковки протягом 2 років зберігання при температурі не вище + 12 +150С

Доклінічне вивчення таблеток “Цеоліт”, яке проводилось на базі ЦНДЛ НФаУ під керівництвом професора Л.В.Яковлєвої, показало, що препарат має високі сорбційні властивості при різних патологіях ШКТ, що дозволяє рекомендувати його у якості нового энтеросорбента для застосовування в комплексній терапії виразкової хвороби шлунка і дванадцятипалої кишки, запальних захворювань печінки, підшлункової залози і прямої кишки.

На таблетки “Цеоліт” оформлений відповідний комплект документації, який представлений на розгляд Державного Фармакологічного центру МОЗ України з метою отримання дозволу на проведення клінічних випробувань за адсорбційним і антитоксичним призначенням.

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ СУБСТАНЦІЇ “ДЕКАЦЕОЛ”

Іонообмінна здатність синтетичного цеоліту дозволяє включати в свою структуру різні катіони біологічно–активних речовин (БАР). При такому іонообміну з’єднаний з цеолітом катіон БАР по-перше, не потрапляє до організму людини у вільному стані і не проявляє активність, поки не пройде зворотний іонообмін, а, по-друге, зворотний іонообмін проходить тривалий час і тому можна очікувати пролонговане звільнення і, як наслідок, дію.

Іонообмінні реакції повністю підкоряються закону діючих мас і тому розгляд термодинамічних властивостей іонообміну має великий інтерес для розуміння загальних закономірностей, які визначають характер розподілу компонентів між існуючими фазами. На проведення іонообмінних реакцій

впливають зовнішні умови (температура та опір зовнішнього середовища) і властивості реагуючих фаз (співвідношення фаз, концентрації речовин).

В процесі іонообміну технологічні умови змінювали в таких межах: температура термостатування від 20 до 40?С; час термостатування від 0.5 до 3 год.; початкова концентрація БАР у водному розчині від 0.5 до 1.5 % мас.

Як біологічно активні речовини нами були взяті: ерітроміцину фосфат, тетрацикліну гідрохлорид, стрептоміцину сульфат та доксицикліну гідрохлорид.

Проведені дослідження показали досить значний вплив технологічних факторів на кількість БАР, введених іонообмінним методом у кристалічну структуру цеоліту (Рис. 7).

Разом з цим видно, що кількість БАР в цеоліті не збільшується безмежно, а, навпаки має насичене значення, і подальша сорбція БАР цеолітом не відбувається. Це обумовлено тим, що іони БАР мають великі розміри (коливання молекулярної маси біля 480 ? 760 кг/кмоль), і тому структура цеоліту не дозволяє проникати у вікна та порожнини, розмір яких не перевищує 4A .

Результати досліджень підтверджують наявність у вибраних модифікаціях (цеоліт - БАР) антимікробної активності, що свідчить про іонообмінні властивості цеоліту до різних за будовою органічних іонів (катіонів) антибіотиків.

На підставі огляду літератури найбільш схильні до іонного обміну із синтетичним цеолітом NaA є сполуки, що утримують іон амонію. Іони натрію цеоліту легко обмінюються з амонійними, навіть при нормальних умовах, що перспективно для втілення у структуру цеоліту амонійних сполучень. Тому для введення до структури цеоліту підбиралися БАР на основі органічних амонійних основ. Одним із представників лікарських препаратів, який належить до бісчетвертинних амонієвих сполук є декаметоксин: 1, 10 – декаметилен – біс (N, N – диметилметоксікарбонілметил) амонію дихлорид .

Технологічні параметри здійснювали у такому інтервалі: температура процесу 30 - 95 ?С ; початкова концентрація декаметоксину в розчині 0,2% - 2% мас; тривалість проведення процесу 0,5 – 3 години; співвідношення кількості розчину (в мл) до кількості цеоліту (в гр.): 5-20; інтенсивність змішування: число обертів мішалки 0,5 –10 об/с.

Проведені дослідження показали різний вплив технологічних параметрів на повноту іонного обміну. На рис. 8 показана залежність концентрації декаметоксину в цеоліті від часу процесу при різних температурах термостатування. Як видно з рис.8, цеоліт насичується до максимальної концентрації 0,1 % маси декаметоксину.

Це максимальне значення кількісного вмісту декаметоксину на цеоліті свідчить про наявність обмеження проходження процесу іонообміну, яке на наш погляд, полягає в тому, що молекули декаметоксину, маючи великі розміри, не можуть проникати у “вікна“ цеолітових структур і тому обмінюються тільки з іонами поверхневих елементарних комірок цеолітових часток.

Для перевірки такого висновку нами було проведена теоретична оцінка поверхневих елементарних комірок цеолітових часток. Для цього нами був застосований седиментаційний метод розподілу, а потім мікроскопічно визначено діаметр часток цеоліту (він становив 11,3 мкм.). Ідеалізуючи форму частки цеоліту як кульову, можна розрахувати масу частки, а через мольну масу елементарних комірок – загальну (Neз) кількість елементарних комірок у частці цеоліту.

Розташовуючи елементарні комірки по концентричних окружностям, як

це наведено на рис. 9, кількість елементарних комірок в і –ому шарі знаходиться:

Nei=(4(ide)2)/de2=4i2 (4)

При переході на i+1 шар накопичується кількість елементарних комірок:

Nep= Nei (5)

Розрахунки проводять до тих пір, доки діаметр шару не стане дорівнювати діаметру часток цеоліту. Якщо розрахункова кількість елементарних комірок більше загальної, то треба збільшити діаметр комірки, а в іншому випадку - зменшити.

Підбираючи діаметр елементарної комірки методом послідовного наближення (метод “золотого перетину”) розрахунок проводиться до рівності загальної та розрахункової кількості елементарних комірок частки заданого діаметру.

В результаті розрахунку визначилась кількість елементарних комірок, розташованих на поверхні частки цеоліту. При заміщенні катіонів Na поверхневих елементарних комірок на катіони декаметоксину виникає можливість оцінки максимальної кількості вмісту декаметоксину, яка становила 0,110,02 мас.

Для остаточного визначення технологічних умов проведення процесу іонообміну декаметоксину з цеолітом нами була проведена оптимізація процесу.

Після статистичного аналізу біля тридцяти розглянутих моделей була вибрана найнадійніша з них:

де Х1 - температура процесу, 0С; Х2 - масова частка вихідного компонента, %; Х3 - час взаємодії ,год.; Y - ступінь іонного обміну Na поверхневих елементарних комірок часток цеоліту, %

Коефіцієнт регресії рівняння складає 0,9854, а середньоквадратичне відхилення дорівнює 0,567. Всі коефіцієнти при незалежних перемінних значущі (розрахований модуль критерію Стьюдента більше табличного), що вказує на адекватність виведеної залежності .

Дані розрахунку (температура процесу -85С масова частка початкового розчину декаметоксину –0,01 тривалість процесу –1 год.) були покладені до технологічних умов проведення іонообміну декаметоксину з цеолітом і одержання комплексної субстанції “Декацеол”.

На підставі проведених досліджень нами розроблено технологічний регламент на виробництво субстанції Декацеол.

Наступні дослідження отриманої комплексної субстанції Декацеол були спрямовані на вивчення кінетики зворотнього іонообміну в розчинах хлористоводневої кислоти або натрію гідроксиду різного значення pH, яким відповідають умови шлунково-кишкового тракту ШКТ людини. На рис. 10 наведені кінетичні дані вивільнення декаметоксину з цеоліту при різних значеннях pH розчину, що дозволило одержати рівноважні концентрації іонного обміну рис. 11.

Математична модель вивільнення декаметоксину в умовах ШКТ вимагає на кожному кроці розрахунку сумісно розглядати залежності рівноважних концентрацій, кінетики іонообміну та матеріального балансу речовин. Графічна інтерпретація і-ого кроку розрахунку процесу вивільнення декаметоксину наведена на рис. 12.

Точка А фігуративно визначає концентрації декаметоксину в розчині (YiП) та в субстанції “Декацеол”(Xi) на початку розрахунку і-ого кроку точка В – визначає рівноважні концентрації (YiR;XiR) між фазами розчин-Декацеол при досягненні рівноваги точка Д – визначає кінцеві фазові концентрації при проведенні процесу за термін і та відповідної pH розчину і-ого кроку розрахунку.

В математичному вигляді кінцеву концентрацію декаметоксину на і-ому кроку розрахунку можна визначити таким чином

YiП=Vi-1Yi-1K/Vi (6)

XiR=(MDXi/ViYiП)/(K+MD/Vi) (7)

YiR=KXiR (8)

YiK=0,7(ln(0,7YiП/YiR)/0,481+i)0,481YiR (9)

де Vi-1, Vi-середні значення кількості розчину на і-1 та і кроці розрахунку, мл. YiП- початкова концентрація декаметоксину на і кроці розрахунку, мкг/мл. Yi-1K-кінцева концентрація декаметоксину на і-1 кроці розрахунку, мкг/мл MD-кількість субстанції “Декацеол” на і-ому кроці розрахунку, мкг/г К-коефіцієнт рівноважного розподілу.

Кроковий розрахунок дозволив одержати розрахункові концентрації декаметоксину в травних соках ТС рис. 13,що доказує пролонговане вивільнення декаметоксину з комплексної лікарської субстанції “Декацеол”.

Загальновідомо, що основною технологічною вимогою при створенні лікарських засобів є необхідність збереження або посилення вихідної біологічної активності діючої речовини у складі препарату. Враховуючи те, що декаметоксин за фармакологічною дією належить до ефективних антисептиків, при обґрунтуванні складу препарату "Декацеол" необхідно було вивчити вплив цеоліту на вихідні антимікробні характеристики декаметоксину.

Проведеними мікробіологічними дослідженнями встановлено, що декаметоксин і цеоліт у механічній суміші та іонообмінній сполуці виявляють синергійну антимікробну біосумісність (табл. 3). Так, у механічній суміші з цеолітом декаметоксин посилював вихідну антимікробну активність антисептика відносно золотавого стафілококу, кишкової палички та дріжджеподібного грибка у 4 рази; відносно синьогнійної палички – у 3 рази та відносно

Час, год.

Рис. 13. Залежність концентрації декаметоксину в травних

соках при проходженні різних відділів ШКТ при різних

дозах субстанції “Декацеол”,г -0,4;п-0,5;-0,6).

сінної палички – у 2 рази. Разом з цим встановлено, що в іонообмінній сполуці з цеолітом декаметоксин посилював вихідну антимікробну активність

відносно золотавого стафілококу, кишкової палички та дріжджеподібного грибка у 14 разів; відносно синьогнійної палички – у 7 разів та сінної палички –у 6 разів .

Оцінюючи потенціальний вплив цеоліту на вихідну характеристику мікробоцидних властивостей декаметоксину, можна припустити, що як у сумісному, так і в іонозв’язаному стані він полягає у здатності допоміжної речовини виявляти адсорбційні властивості. У разі сумісного використання синергідність антимікробного ефекту, вірогідно, досягається за рахунок посиленої адсорбційної концентрації мікробних клітин на поверхні цеоліту.

Останнє сприяє підвищенню вихідної активності декаметоксину у 2-4 рази. В іонозв’язаній формі декаметоксину з цеолітом відмічений ефект 14-кратного підвищення вихідної антимікробної активності антисептика можна пояснити тим, що на фіксованій поверхні цеоліту декаметоксин додатково адсорбує мікробні клітини і імовірно внаслідок часткового руйнування їхньої клітинної стінки забезпечує підвищений ефект пенетрації, що призводить до збільшеного за кількістю проникнення декаметоксину у цитоплазму бактеріальної клітки.

Таблиця 3.

Вплив цеоліту NaA на вихідну активність декаметоксину

Препарат | Штами організмів

S.aureus | E.coli | Ps.

aeruginos. | B.

subtilis | C.

albicans

Мінімальна інгібуюча концентрація, (з перерахуванням на декаметоксин) мкг/мл

Препарат №1 (декаметоксин) | 0,97

0,042 | 3,9

0,46 | 62,5

7,12 | 1,90,26 | 1,9

0,16

Препарат №2 (суміш NaA+0,1 декаметоксину) | 0,24

0,01 | 0,98

0,11 | 20,82,4 | 0,95

0,13 | 0,48

0,04

Препарат №3 ("Декацеол") | 0,07

0,03 | 0,28

0,003 | 8,91,02 | 0,317

0,043 | 0,14

0,011

Кратність підвищення активності препарату №2 у порівнянні з препаратом №1 | 4 | 4 | 3 | 2 | 4

Кратність підвищення активності препарату №3 у порівнянні з препаратом №1 | 14 | 14 | 7 | 6 | 14

На основі проведеного комплексу фізико-хімічних досліджень розроблено проект АНД на субстанцію “Декацеол”, яка зберігає стабільність в упаковці по 50г. у банках жовтогарячого скла протягом 2 років зберігання при температурі +12С+15С.

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ТА ФІЗИКО-ХІМІЧНІ

ДОСЛІДЖЕННЯ ТАБЛЕТОК “ДЕКАЦЕОЛ”.

Для визначення виду та кількості допоміжних речовин при отриманні таблеток ”Декацеол”, які відповідають всім вимогам ДФУ, нами були вивчені фізико-хімічні і технологічні характеристики субстанції.

Встановлено, що субстанція має незначні вологосорбційні властивості (2,650,5), низьку плинність (1,570,3 г/с) та пресованість (270,5 Н), насипна густина становила 0,5820,03 г/мл. Кристалографічні дослідження показали, що субстанція “Декацеол” є дрібнодисперсним порошком кульової форми з частками 110 мкм.

Враховуючи це, підбір допоміжних речовин ми здійснювали таким чином, щоб їх суміш із субстанцією не утворювали вологих мас, мали добру плинність, низькі значення пресуємості та забезпечували розпадання таблеток в ШКТ.

Приготування таблеткових препаратів прямим пресуванням має великий практичний інтерес, перш за все, із-за своєї економічності. Тому нами була вивчена можливість отримання таблеток “Декацеол” методом прямого пресування. Для експериментальних досліджень готували таблеткові маси з використанням різних серій субстанції “Декацеол”.

Аналізуючи параметри технологічних характеристик таблеткової суміші, слід зазначити, що нам вдалося поліпшити об’ємні характеристики порівняно з їх значеннями субстанції. Так плинність з 1,54 г/с збільшилась до 2,6