Назначение и методы микрокапсулирования

В литературе проблемам иммобилизации биологически активных веществ путем коацервации в оболочки из природных полиэлектролитов уделяется повышенное внимание. Отмечается, что ионная сшивка мультивалентных катион- и анионсодержащих полиэлектролитов, в частности, полисахаридов морского происхождения, таких как хитозан, альгинаты и каррагинаны в процессе микрокапсулирования приводит к образованию гелевых структур, внутри которых могут быть помещены лекарственные субстанции, бактерии, факторы роста, ткани животных, зародыши растений, косметические, парфюмерные и пищевые материалы. Подчеркивается перспективность проводимых исследований для создания новых форм медикаментов, космоцевтиков, биологически активных добавок к пище, сохраняющих свою активность на длительный срок, и обладающих пролонгированным действием и низкой токсичностью.

  Рассмотрим одностадийный капельный метод образования микрокапсул из водных растворов альгината и хитозана в присутствии ионов кальция.

Рис.8. Схема микрокапсулирования СО2-сверхкритических экстрактов в хитозан-альгинатные гелевые оболочки капельным методом (технология "dewtech)

 

Сначала готовят эмульсию масляной формы экстракта в водном растворе альгината. Затем, после введения модифицирующей добавки, эмульсию через стальные иглы диаметром 0,3 мм прикапывают к раствору хитозана, содержащему соли кальция. Образуется суспензия капель коацервата, в которую вводят рассчитанное количество второго модификатора. Суспензию выдерживают при заданной температуре в течение времени, необходимого для завершения реакции образования полиэлектролитного комплекса и оптимального уплотнения гелевой оболочки. Затем смесь фильтруют, капсулы промывают и помещают в водный раствор консерванта. В результате получают водную суспензию микрокапсул экстрактов, которая и является готовым коммерческим продуктом. Разработанному методу дали название "капельная технология" "dew technology" (или, сокращенно, "dewtech").

По представленной схеме получают сферические гелевые частицы с альгинатной сердцевиной и хитозан-альгинатной оболочкой. Если же по данной схеме сначала приготовить эмульсию масляной формы экстракта в растворе хитозана, содержащем соли кальция, и ввести ее по каплям в раствор альгината, то образуются микросферы с хитозановым ядром и альгинат-хитозановой оболочкой.

Таблица 1. Основные характеристики гелевых хитозан-альгинатных микрокапсул СО2-сверхкритических растительных экстрактов, полученных методом "dewtech".

№№	Характеристики	Размерность	Значение
1.	Средний размер	мм	2,5
2.	Плотность микрокапсулы	г/см3	0,885
3.	Концентрация водной суспенции	% объемные	60
4.	Содержание масляной формы  экстракта	грамм на 100 г микрокапсулы	25
5.	Содержание суммы биополимеров	грамм сухой массы на 100 г микрокапсул	0,7
6.	Содержание хитозана	% масс. от сухой массы  биополимеров	5
7.	Прочность при одноосном  сжатии (скорость нагружения 1 см/мин)	ньютон	30 ÷ 60

 
   Из данных таблицы следует, что метод позволяет получать гелевые микрокапсулы флюидных экстрактов со средним диаметром 2,5 мм. Капсулы монодисперсны по размерам, имеют достаточно высокую прочность. В ядре каждой микрокапсулы содержится примерно 4,5 мг масляной формы экстракта.

На примере ретинол – пальмитата, инкапсулированного методом "dewtech", проведена предварительная оценка сохраняемости свойств водной суспензии микрокапсул в условиях форсированного старения. Контроль качества ретинол – пальмитата в эксперименте осуществляли методом ВЭЖХ. Установлено, что стабильность ретинол – пальмитата, заключенного в гелевые хитозан-альгинатные оболочки заметно выше стабильности не инкапсулированного препарата. Через 4 недели термостатирования образцов при температуре 45 °С структурная изомеризация инкапсулированного продукта прошла лишь на 35%, в то время как изомеризация контрольного не инкапсулированного продукта составила 95%.

Таким образом, микроинкапсулированные экстракты сохраняют свою активность в течение продолжительного времени и обладают уникальной способностью управляемого пролонгированного действия.

Микрокапсулирование ферментов.

 Практически единственным средством борьбы с летальными исходами в случаях острых отравлений экзогенными ядами до недавнего времени оставался гемодиализ с помощью аппаратов типа «искусственная почка». Применение для этих целей ферментов в свободном виде, например уреазы, неосуществимо из-за быстрой дезактивации ферментов в организме и их удаления из кровотока. Использование в этих целях активных сорбентов (активного угля или ионообменных смол), связано с серьезной опасностью травмирования форменных элементов крови. Применение сорбционных методов стало возможным благодаря микрокапсулированию как ферментов, так и адсорбентов в оболочки, проницаемые для ннзкомолекулярных токсических веществ, препятствующие прямому контакту форменных элементов крови с поверхностью сорбента, предотвращающие потери ферментов и снижающие их дезактивацию при помещении микрокапсул в кровоток. Микрокапсулирование ферментов осуществляют различными способами. В настоящее время получены в микрокапсулированном виде ферменты и гемоглобин: гемолизата эритроцитов, уреаза, карболовая ангидраза, уриказа, трипсин, каталаза, аспарагиназа, альбумин, липаза, дрожжевой комплекс зимазы, мышечный экстракт, фенолаза, нитроредуктаза, фруктофуранозидаза и галактозидаза. Широко используется полуфабрикат – микрокапсулы «Панкелипаза».

Микрокапсулы могут быть получены любого размера — от 5 мкм до 0,5 мм. Коллодиевые и полиамидные оболочки микрокапсул толщиной около 0,02 мкм содержат большое количество пор с эквивалентным радиусом 12—16 А, через которые свободно проникают низкомолекулярные вещества, такие, как мочевина, креатинин, мочевая кислота, глюкоза, сахароза и салициловая кислота, и задерживаются макромолекулы типа альбумина (молекулярный радиус 25,5 А), гемоглобина (32,5 А) и большинство ферментов.

Исследования активности полученных микрокапсулированных ферментов показали, что большинство ферментов сохраняет свои функциональные свойства. По устойчивости к внешним воздействиям микрокапсулированные ферменты значительно превосходят исходные препараты. Так, при 4°С активность микрокапсулированной аспарагиназы не снижается в течение 100 суток.

Микрокапсулирование бактерий.

В настоящее время разработана и освоена технология микрокапсулирования пробиотиков (бифидо– и лактобактерий). Микрокапсулирование бактерий – это заключение их в тонкую оболочку из полимерных веществ природного происхождения.

Оболочка позволяет защитить бактерии от влияния факторов внешней среды, а также локализовать их действие в кишечнике, там где терапевтическое действие проявляются максимально полно, т.е.  данная технология повышает биодоступность и сохранность бактерий в препаратах. Кроме того, ядром микрокапсулы служит каркас из полисахаридов, природных волокон, которые являются питательной средой для бактерий. Это сохраняет биологические свойства бактерий более продолжительный период, включая время транспорта к месту их активной жизнедеятельности. Например, гуммиарабик способствует получению стабильной суспензии бактерий и создает устойчивую к кислой среде оболочку микрокапсулы. Технология микрокапсулирования обеспечивает максимальную сохранность эубиотиков в сухой массе продукта, которая составляет около 100% .

Рис.9. Строение микрокапсулы.

Для повышению выживаемости микроорганизмов в состав включают комплекс витаминов, пребиотиков в дозировке оптимизированной под потребности микроорганизмов.

 

Рис. 10. Дополнительные компоненты микрокапсул с бактериями.

Естественно, такие известные, но уже «устаревшие» препараты как Бифидумбактерин и Лактобактерин не отвечают современным требованиям к препаратам эубиотикам.  Бифиформ имеет кислотоустойчивую капсулу, содержит пребиотики, но представляет собой лишь высушенные бактерии, биодоступность которых средняя.  Линекс похож на Бифиформ, но содержит еще и лактобактерии. Казалось бы хорошо, если бы не одно «но» - бактерии при одновременном их поступлении в кишечник конкурируют за среду обитания.  Ацидобак и Бифидобак – препараты – эубиотики, отвечающие всем перечисленным требованиям, а именно, кислотоустойчивая капсула, наличие пребиотиков в составе, микрокапсулирование, раздельное содержание бактерий.

Микрокапсулирование вирусов.

Методом микрокапсулирования получают микрокапсулированные вакцины. Для получения таких вакцин используются биодеградирующие микросферы, которые с одной стороны предохраняют антиген от вредного влияния окружающей среды, а с другой стороны распадаются и освобождают антиген в заданное время.

Микрокапсулы состоят из нетоксичных  полимеров лактида или гликолида или их сополимеров. Микросферы могут быть разной величины, максимальный диаметр обычно не превышает 10 микрон. Вакцины можно вводить любым способом (парентерально, орально, интраназально и пр.).

В экспериментальных условиях испытано несколько десятков таких вакцин. С помощью микросфер можно  проводить комплексную вакцинацию против нескольких инфекций одновременно: каждая капсула может содержать  несколько антигенов, а для иммунизации  можно брать смесь различных  микрокапсул. Таким образом, микрокапсулирование позволяет значительно сократить количество инъекций при вакцинации.

Применение микрокапсулированных продуктов.

Чрезвычайно многочисленны области применения микрокапсулированных продуктов. Сегодня трудно назвать отрасль хозяйства, где микрокапсулы не нашли бы должного применения. В виде микрокапсул производят клеи, фотоматериалы для цветной фотографии, фотобумаги с высокой разрешающей способностью, герметики, лаки, красители, в том числе красители для самокопирующей бумаги, растворители, щелочи, углеводородные топлива и масла,  ароматические добавки к пищевым продуктам и косметическим средствам, кремы для обуви и др.

Микрокапсулирование позволяет длительно хранить реакционноспособные, неустойчивые или быстро портящиеся вещества, осуществлять регулируемое введение реагентов в химические реакции, безопасно работать с токсичными веществами и придавать жидким веществам вид сыпучих продуктов и т.д.

Для временной изоляции от внешней среды микрокапсулированию могут быть также подвергнуты катализаторы и инициаторы полимеризации, синтетические олигомеры и полимеры, высокореакционноспособные компоненты твердых топлив, вирусные препараты, используемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и др.

Заключение.

  Области применения микрокапсулированных продуктов чрезвычайно многочисленны. Сегодня трудно назвать отрасль хозяйства, где микрокапсулы не нашли бы применения или эффективность их использования не была бы очевидна или принципиально показана. Это определяет высокие темпы развития новых технологий. Однако существуют и препятствия к дальнейшему внедрению этой технологии в промышленность. Это — высокая стоимость исходных полимерных материалов, не всегда удовлетворительное их качество, недостаточный ассортимент, периодичность некоторых процессов микрокапсулирования и связанное с этим увеличение стоимости продуктов.

  В настоящее время в литературе насчитывается несколько тысяч патентов, рекламных описаний продуктов и процессов, научных сообщений и другой информации о получении и использовании микрокапсулированных веществ. Однако научные сообщения в этом потоке информации занимают заметно меньше места, что обусловливает определенные трудности в объективной оценке некоторых результатов, отраженных главным образом в патентной литературе.

Введение.

В настоящее время можно наблюдать  значительный прогресс в разработке новых лекарственных препаратов, содержащих новые субстанции, а также с использованием новых систем введения и доставки в организм человека с их программированным распределением.

Таким образом, не только широкий ассортимент  лекарственных веществ, но и многообразие их лекарственных форм позволяет проводить эффективную фармакотерапию с учетом характера заболевания.

     Совершенно очевидно, что решение этих и других вопросов, стоящих перед фармацией, потребует разработки новых технологий производства и методов анализа лекарственных препаратов, используя новые критерии оценки их эффективности, а также изучения возможностей внедрения в практическую фармацию и медицину. Один из таких методов – микрокапсулирование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

1. Аметистов Е.В., Дмитриев А.С. Монодисперсные системы и технологии — М.: Издательство МЭИ, 2002, 392 с.

2. Бобылев Р.В., Грядунова Г.П., Иванова Л.А. и др. Технология лекарственных форм в 2-х томах.  – М.: Медицина, 1991. 544 с.

3. Гаврилов А.С., Ивакин А.Ф. Масляно-поливитаминные препараты // Химико-фармацевтический журнал, 2002. №9, с.52-54.

4. Глинов В.А. Микрокапсулирование и микрогранулирование. – М., 1979.-160 с.

5. Гузев К.С., Поляченко JI.H. Исследование устойчивости масляного раствора, ретинола пальмитата при высокой температуре // Фармация, 2000. №5-6, с.21-23.

6. Демина Н.Б. Разработка научных и экспериментальных основ получения лекарственных препаратов с использованием ВМС. Автореф. дис. на соиск. уч. степ, д.ф.н. М., 2003. 42 с.

7.Лившиц В.Ц., Зайков Г.Е. Лекарственные формы на основе биоструктурирующихся полимеров: // Химико-фармацевтический журнал, 1999. №1, с.15-25.

8. Марченко О.Н. Микроэмульсионное инкапсулирование биологически-активных веществ. Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. Белгород, 2004. 

– 16 с.

9. Машковский М.Д. Лекарственные средства // В 2-х томах 14 изд., перераб., испр. и доп. - М., ООО «Издательство «Новая волна»», 2000,  608 с.

10. Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. – М., 1980, 120 с. 
11. Тенцова А.И. Современные аспекты использования вспомогательных веществ в фармацевтической технологии. – М.: Медицина, 1999. - 72 с.

12. Aisina R.B. Effect of microencapsulated enzymes. In: "Microencapsulation of drugs", Ed. T.L. Whateley, V.I. Harwood Academic Pubs., Great Britain, 1992, P. 215-232.

12. Conwey Barbara R. and Alpar Oya H. Double emulsion microencapsulation of proteins as model antigens using polylactide polymers: effect of emulsifier on the microsphere characteristics and release kinetics / EJPB V. 1. - P. 42-48.