Разработка технологии получения нанодисперсных микрокатализаторов и сорбентов медицинского назначения на основе эмульсий перфторугеродов.
1. Цель проекта.
Разработка методов и технологии получения стабильных нанодисперсных эмульсий перфторуглеродов, предназначенных для контролируемой коррекции кровотока и артериального давления, лечения облитерирующих заболеваний сосудов, при одновременном уменьшении токсичности фармапрепаратов и ксенобиотиков.
Обоснование цели
Одной из проблем эффективного лечения сердечно сосудистых заболеваний - основной причины смертности – является поиск и создание средств, которые могли бы контролировать величину просвета сосудов и регионарного кровотока на фоне патолггически измененных, облитерированных сосудов, при минимальном повреждающем действии, не вызывающих дополнительного нарушения детоксикационных систем организма. Специфические блокаторы рецепторов и кальциевой проводимости, источники оксида азота и регуляторы активности аденилатциклазной и гуанилатциклазной систем, широко представленные в фармакологическом ассортименте средств лечения сердечно-сосудистой патологии, к сожалению, имеют множество побочных эффектов, влияют на регуляцию большинства метаболических и физиологических процессов и, будучи ксенобиотиками, обусловливают дополнителью нагрузку на системы печеночной детоксикации, как правило, и без того страдающие в условиях сердечно-сосудистой патологии. Наряду с этим в последнее десятилетие выяснилось, что нанодисперсные эмульсии перфторуглеродов при размере частиц 20-100 нм, благодаря огромной поверхности и количеству частиц (при внутрисосудистом введении в дозе 1 мл на кг массы тела число частиц достигает миллиарда на мкл) эффективно связывают и растворяют во фторуглеродной фазе не только кислород и углекислый газ, но и важнейший регулятор тонуса сосудов оксид азота – NO. Тем самым обеспечивается образование микрозон, в десятки раз обогащенных кислородом и NO, что способствует течению микрокатализа, сопровождающегося образованием нитрозотиолов, обладающих мощным и более длительным, чем собственно короткоживущий радикал NO, вазодилятационным действием. В наночастицах эмульсии NO и O2 растворяется в 100 и 20 раз больше соответственно, чем в плазме крови, обеспечивая более чем на 3 порядка ускорение образования S-нитрозотиолов, ответственных за увеличение регионарного и системного кровотока. В эксперименте показано, что посредством изменения дозы нанодисперсии перфторгулеродов в кровотоке в диапазоне от 0,15 мл до 1,5 мл на кг массы тела возможно не только регулирование степени вазодилятации и снижение артериального давления, но и обеспечение подъема сниженного давления за счет связывания излишков NO. Последнее явление играет ключевую роль в контроле течения всех видов воспалительных реакций. В частности, связывание NO в воспалительном очаге уменьшает вторичную альтерацию – повреждение тканей и значимо ускоряет течение процесса регенерации. Одновременно обширные липофильный объем и активная сорбционная поверхность нанодисперсных перфторуглеродных эмульсий способны растворять и сорбировать липофильные ксенобиотики (барбитураты, фосфорорганические соединения) и природные токсические и биологически активные вещества (метиловый и этиловый спирты, билирубин и др.), что способствует уменьшению интенсивности интоксикации выживанию даже при летальном уровне токсинов в кровотоке. Кроме того, липофильные перфторуглероды способствуют индукции синтеза цитохрома Р450 и активации соответствующих ферментов детоксикации в монооксигеназных реакциях, протекающих в печени.
2. Основные медико-технические требования.
Основным ограничением в использовании эмульсий перфторуглеродов является относительно высокая реактогенность от 4 до 37% в зависимости от химического состава перфторуглродов, адсорбционного слоя, степени дисперсности и калиброванности дисперсии частиц. При размере частиц более 150-250 нм, граница раздела фаз – адсорбционный слой поверхностно-активных веществ эмульсии воспринимаются иммунной системой организма как чужеродная поверхность и сопровождается активацией комплемента (по неспецифическому 3С и 5С- зависимому пути), что приводит к острому развитию аллергических и даже анафилактоидных реакций (вплоть до остановки дыхания). Снятие этого ограничения может быть достигнуто изменением рецептуры и технологии получения эмульсий, обеспечивающих уменьшение среднего размера частиц эмульсии с сотен до десятков нанометров, повышения калиброванности, повышение стабильности адсорбционного слоя и предотвращения ускоренного Освальдового «созревания» эмульсий, приводящего к увеличению фракции крупнодисперсных частиц. Возможный путь уменьшения реактогенности по мнению специалистов заключается в замене искусственных поверхностно-активных веществ в эмульсии перфторуглеродов на природные фосфолипидные, и использование адьювантов, уменьшающих молекулярную диффузию как перфторуглеродов через адсорбционный слой, так и собственно молекул поверхностно-активных веществ.
Сорбционная и участвующая в массообмене поверхность жидкой дисперсии перфторорганической эмульсии при концентрации гидрофобной фазы порядка 8-10 объемных процентов должна иметь удельную поверхность не менее 3÷4·104 см2 на мл. Это свойство может быть обеспечено измельчением частиц до размера 20 - 150 нм. Стабильность жидкой дисперсии в незамороженном виде должна составлять несколько месяцев, превышать стабильность известных образцов (1 неделя). В новом препарате через год хранения в незамороженном состоянии удельная поверхность не должна уменьшаться более, чем в 1,5 раза, и средний размер частиц не должен возрастать более, чем на 15-20% от исходного. При этом жидкие дисперсии за счет изменения структуры гидрофобной фазы и вида ПАВ должны обеспечивать сорбцию олигопептидов и белковых молекул в широком диапазоне молекулярных масс, низкомолекулярных биологически активных соединений типа фосфолипидов, сфингомиэлинов, холестерина, эфиров холестерина, триглицеридов, жирных кислот С18-С20 и токсических соединений таких, как карбофос, ацетальдегид, метанол и этанол.
В результате осуществления проекта должна быть решена проблемы создания стабильных низкореактогенных нанодисперсных эмульсий перфторуглеродов, пригодных для использования в качестве средств контроля и регуляции кровотока при облитерирующих заболеваниях сосудов различной этиологии - облитерирующем атеросклерозе, эндартериите, сахарном диабете, гипертонической болезни, а также обладающих выраженными сорбционными и детоксикационными свойствами.
Наряду с разработкой технологии получения нового препарата или серии препаратов нанодисперсных эмульсий перфторуглеродов, должны быть разработаны методы объективного контроля дисперсности и стабильности эмульсий (рентгендифракционные и рентгеноспектральные методы, автокорреляционный анализ по данным многоуглового лазерного рассеяния, электронно-микроскопическое исследование) проведены комплексные испытания, свидетельствующие об эффективности и безопасности новых рецептур в соответствии с международными требования GLP.
Научно-техническая и методическая сторона проекта должна быть патентноспособной - обеспечивать защиту прав интеллектуальной и промышленной собственности на территории России и за рубежом и обладать конкурентоспособностью на внутреннем и мировом рынках высокотехнологической наукоемкой продукции.
Результаты разработки должны быть подготовлены в соответствии с требованиями МинздравСоцразвития РФ для переданы изготовителю продукции.
- Потребность в стабильных нанодисперсных перфторуглеродных эмульсиях в медицине и биотехнологии достигает десятков тонн в год только в России.
- Российские разработки пока имеют мировой приоритет. В планируемом проекте сочетаются прикладные и фундаментальные аспекты исследований. Решаемая задача относится к общемировым приоритетам и интенсивно разрабатывается в университетских лабораториях Германии, США, Японии, Франции, Китая. Отсутствие государственной финансовой поддержки может привести к потере имеющегося приоритета.
- Необходимая производственная база и инфраструктура в России имеются.
- В результате выполненных НИР через два года должны быть созданы новые стабильные нанодисперсные перфторуглеродные эмульсии и наработаны в количествах, достаточных для проведения полномасштабных физико-химических испытаний по дисперсности, стабильности и сорбционным характеристиками, по их биосовместимости, безопасности и терапевтической эффективнности. Исследования по эффективности должны быыть завершены через 3 года от начала проекта.
Следует определить этапы выполнения проекта .
Обосновать стоимость каждого этапа и проекта в целом.
Головной институт - Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН
Соисполнители: Институ элементо-органических соединений РАН, Государственный институт прикладной химии (СПБ), Кирово-Чепецкий химкомбинат, Российский НИИ гематологии и трансфузиологии РАМН, Институт кристаллографии РАН, Филиал института биоорганической химии РАН, Военно-медицинская академия, предприятия металлургии и химической промышленности – изготовители сорбентов и устройства для магнитной наносорбции.
Потребителями создаваемых нанодисперсных перфторуглеродных эмульсий – лечебно-профилактические клинические учреждения, специализированные сердечно-сосудистые отделения, трансфузиологические отделения больниц, центры по лечению диабетических ангиопатий, токсикологические центры, ожоговые и трансплантационные центры. Главный выход проекта социальный – сохранение здоровья населения, уменьшение смертности при облитерирующих заболеваниях сосудов и отравлениях липофильными ксенобиотиками, сокращение сроков лечения воспалительных заболеваний, повышение эффективности различных видов трансплантаций.
Зам. директора ИТЭБ РАН
Д.м.е., профессор Е.И.Маевский
