|
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:
- мікроскопічне визначення форми і поверхні кристалів порошку;
- ситовий аналіз для оцінки фракційного складу порошків;
- термогравіметричний метод для визначення вологовмісту порошків;
- методи визначення густини після усадки, плинності, кута природного відкосу, пресованості порошків і гранул, сили виштовхування запресованої таблетки для оцінки технологічних властивостей порошку і гранул;
- методи визначення стійкості до роздавлення, міцності на розлам, стиранності, розпадання, розчинення, середньої маси таблеток для контролю їх якості;
- сидементаційний метод визначення розміру часток порошків;
- спектрофотометричні методи визначення адсорбційної активності цеоліту;
- спектрофотометричні методи визначення кількісного вмісту БАР у розчині;
- хроматографічні методи аналізу для визначення кількісного вмісту декаметоксину у субстанції та таблетках;
- ІЧ-спектрометрія та дифрактрометрія для встановлення структури досліджених сполук.
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⋅ Al2O3⋅2SiO2⋅4H2O
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 3÷6 мкм і частіш визначається температурою кристалізації. Встановлено, що в інтервалі 60÷75°С діаметр часток, які одержали, незначно збільшується, але потім значно падає. Але разом з тим отримання цеолітів з максимальною КОЗ явно виражено при 75°С, 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
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
| 
