WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
POLYMERS IN BIOACTIVE ПОЛИМЕРЫ В БИОЛОГИЧЕСКИ SYSTEMS АКТИВНЫХ СИСТЕМАХ M. I. SHTILMAN..

The possibility of the -„ ‚ usage of polymers in the... ‰‚‡, ‚‡ bioactive systems is reviewed. In particularly, the usage of polymers Понятие “биологическая активность” охватываwith own bioactivity, macет широкий круг явлений. С точки зрения химичесromolecular systems with кого воздействия под биологически активными веществами (БАВ) принято понимать вещества, immobilized bioactive subкоторые могут действовать на биологические систеstances and with conмы (в том числе на организм человека), регулируя trolled release of bioactive их жизнедеятельность. Способность к такому воздействию трактуют как способность к проявлению materials are observed.

биологической активности. Это утверждение требует пояснений. Так, термин “регулирование” относится к широкому кругу явлений и может прояв‡ ‚ляться в стимулировании, угнетении, развитии тех ‚‡fl или иных признаков и т.п. Крайним проявлением ‚ ‚ ·„биологической активности является биоцидное действие, когда в результате воздействия вещества ‡‚ ‡, ‚ (биоцида) на организм последний погибает. Хоро шо известны такие биоциды, как гербициды фунги·‚ ·„циды, инсектициды, акарициды, бактерициды, убивающие соответственно растения, грибы, насе ‡‚, ‡комых, клещей, бактерии. Биоциды следует рассмаfl тривать в ряду биологически активных веществ, так ·‚‡как во многих случаях при меньших дозах и концентрациях они оказывают на живые организмы не ле ·„ ‡‚тальное, а стимулирующее действие.

‚‚‡, ‚‰ ·„В настоящее время известно большое число та ‡‚„ ‚‚‡.

ких веществ. Их широкое использование могло бы привести к созданию высокоэффективных лекарств, биоцидов, стимуляторов роста и развития ценных признаков у растений и полезных микроорганизмов. Как хорошо известно, в этом направлении имеются большие достижения.

Тем не менее во многих случаях возможности применения известных БАВ используют недостаточно, нередко с эффективностью, далекой от максимальной.

Так, для некоторых лекарственных веществ и биорегуляторов характерны узкие области положительно действующих доз и концентраций, превышение которых приводит к побочным эффектам.

При этом лекарственные вещества помимо попадания в пораженные органы могут распространяться по другим частям организма, оказывая острое токсическое, аллергическое, канцерогенное действие. Все это затрудняет точное дозирование используемого, ‹5, © ‡.., БАВ. Кроме того, такое побочное действие не поз- ваться строением полимера или конструкцией биоволяет ввести в организм количества БАВ, обеспе- логически активной системы, что позволяет назвать чивающие необходимое во многих случаях длитель- это явление контролируемым выделением (conное действие препарата. trolled release), а сами биологически активные объекты – соответственно полимерами или системами с При применении БАВ, подвергающихся вымыконтролируемым выделением БАВ (VI).

ванию, улетучиванию, биодеградации (что часто Другую группу биологически активных полименаблюдается при использовании пестицидов), а ров составляют высокомолекулярные соединения, также изменению структуры (например, для лекарне содержащие специально введенных БАВ, активственных белковых соединений), для достижения ность которых определяется их макромолекулярположительного эффекта требуется использование ной природой. Такие вещества принято называть завышенных доз препарата или его многократное полимерами с собственной биологической активвведение, что значительно удорожает применение.

ностью (II).

Помимо биологически активных полимеров распространены полимерные формы с нехимичес ки введенными БАВ (VII), для создания которых используются полимеры, сформированные в виде Как установлено многими исследованиями, эти различных форм (таблетки, микрокапсулы, пленнедостатки могут быть устранены или их роль моки) и включающие БАВ, химически не связанный с жет быть значительно снижена при использовании полимерным носителем и постепенно выделяюБАВ в виде химических соединений с некими носищийся при функционировании системы (VIII).

телями или модификаторами, в качестве которых Наконец, полимеры содержатся в ряде форм в чаще всего используют различные полимеры. Такое качестве вспомогательных составляющих – наполхимическое соединение фактически является нонителей, компонентов, облегчающих формование и вым биологически активным полимером (I), отлит.п. (IX).

чающимся химическим строением от исходного полимера-носителя (рис. 1).

При этом химическая связь БАВ с полимерным носителем может быть устойчивой во время функциСпособность водорастворимых полимеров разонирования биологически активного полимера (таличного строения, не содержащих специально свякие полимеры часто называют системами с иммобизанного БАВ, влиять на жизнедеятельность организлизованным (IV), то есть “обездвиженным” БАВ), ма человека и других живых организмов показана во но может и разрушаться с определенной скоростью многих работах. На основе таких полимеров полу(V). В последнем случае скорость такого постепенночены практически полезные лекарственные и биого (пролонгированного) выделения может регулироцидные препараты. Можно выделить две основные группы таких полимеров: неионогенные водорасПолимеры в биологически творимые полимеры и ионогенные водораствориактивных системах мые полимеры (полиэлектролиты).

Неионогенные водорастворимые полимеры. НаиБиологически Формы с нехимически более известная область использования неионогенактивные полимеры введенным БАВ, содержащие ных водорастворимых полимеров – применение их (I) полимерные компоненты (VII) для восполнения дефицита компонентов крови, возникающего при шоковой кровопотере. Эти полимеры являются основой одного из важнейших тиПолимеры c Полимеры c Формы, содержащие Формы, содержащие собственной химически полимерные компо- полимерные компо- пов лекарственных препаратов – кровезаменителей.



биологической связанным ненты, влияющие на ненты, не влияющие на активностью БАВ скорость выделения скорость выделения Восстановление содержания белков в плазме (II) (III) БАВ (VIII) БАВ (IX) после кровопотери за счет биосинтеза – достаточно длительный процесс (несколько суток). ИспользоПолимеры, не Полимеры, вание кровезаменителей позволяет в значительной выделяющие выделяющие мере восстановить потерянные функции немедленхимически химически связанное БАВ связанное БАВ но после их введения в организм.

(IV) (V) В частности, водорастворимые полимеры составляют основу двух групп кровезаменителей: геСистемы с контролируемым модинамического и дезинтоксикационного действыделением БАВ (VI) вия. Кровезаменители гемодинамического действия восполняют функцию белков плазмы, в первую очередь сывороточного альбумина, обеспечиваюРис. 1. Типы биологически активных систем, в которых используют полимеры щую осмотическое давление крови. Поскольку для.. выполнения этой функции полимер должен иметь CH2 CH2 NH CH2 CH n достаточно высокий молекулярный вес (не менее NH2 n 50–60 кДа), в качестве основы препаратов этого типа используют полимеры природного происхожде(2.1) (2.2) ния (после определенной химической модификации), способные к последующей биодеструкции в CH2 CH организме и выведению из него. Таковы декстран, чаCH3 CHстично гидроксиэтилированный крахмал и получае(CH2)m N+ (CH2)n N+ + мый из коллагена денатурированный белок желатин.

N CH3 CHХотя кровезаменители гемодинамического дейX2X- n R n ствия способны комплексоваться с попадающими в организм токсическими веществами с последую(2.3) (2.4) щим их медленным выведением, для ускорения Водорастворимые поликатиониты обладают и этого процесса применяется специальная группа другими видами биологической активности. В частдезинтоксикационных кровезаменителей, в качестности, у поликатионов отмечена способность обраве основных компонентов которых используются зовывать комплексы с гепарином – природным поболее низкомолекулярные полимеры с молекулярлисахаридом, регулирующим процесс свертывания ной массой около 10 кДа. Полимеры с такой молекрови. Гепарин, содержащий сульфо- и сульфамидкулярной массой легко выводятся из организма с ные группы, вводят в кровеносное русло для того, мочой через почки. Поэтому в этих препаратах мочтобы снизить свертываемость крови перед провегут быть использованы и карбоцепные полимеры:

дением различных операций на сердечно-сосудисполи-N-винилпирролидон (1.1), поливиниловый той системе, особенно с использованием аппарата спирт (1.2), поли-N-(2-гидроксипропил)метакриискусственного кровообращения. После операции ламид (1.3):

для прекращения антикоагулирующего действия гепарина и приведения механизма свертывания CH… … крови в норму необходимо его удаление или нейтCH2 CH …… CH2 C рализация. Для нейтрализации избытка гепарина N могут быть использованы поликатионы.

C O C O Биологической активностью обладают и водораNH створимые полимерные анионы (полианиониты).

(1.1) Полианионы, содержащие сульфогруппы, могут CHиспользоваться в качестве антикоагулирующих …… CH2 CH CH OH аналогов гепарина. Значительный интерес вызвали поликарбоксильные полимеры, в частности гидроOH CHлизованные сополимеры дивинилового эфира и ма(1.2) (1.3) леинового ангидрида (2 : 1) (так называемый пирановый сополимер), содержащий звенья замещенных Водорастворимые полиэлектролиты. У водораспирана и тетрагидрофурана (3.1) и менее токсичтворимых полиэлектролитов проявляются различный сополимер фурана, малеинового ангидрида и ные типы биологической активности. В частности, акриловой кислоты (3.2):

они могут оказывать биоцидное действие на микроорганизмы, моделируя действие некоторых природCOOH COOH … ных полимеров. Различной биоцидной активностью O O … … … обладают и многие синтетические полиэлектролиты.

COOH COOH В частности, микробицидная активность отмечена у HOOC HOOC COOH катионных полиэлектролитов. Главным образом это COOH азотсодержащие полимеры, преимущественно со(3.1) держащие боковые или включенные в основную цепь первичные, вторичные и третичные аминные HOOC COOH или четвертичные аммонийные группы. Эти вещестO ва могут взаимодействовать с клеточными мембранами, вызывая распад и агглютинацию клеток или COOH стимулируя поглощение микроорганизмов макро… … фагами. Среди них полиэтиленимин (2.1), гомопо(3.2) лимеры и сополимеры со звеньями виниламина (2.2) и поливинилпиридиновых солей (2.3), ионены – по- Полианионы могут влиять на деятельность полимеры, содержащие четвертичные аммонийные глощающих клеток организма, с чем вероятно свягруппы в основной цепи (2.4): зана их антивирусная активность, которая позволяет, ‹5, рассматривать полианионы как перспективные минанты антигенов и при создании искусственных компоненты противовирусных вакцин. Важной сто- вакцин, в которых полимерный модификатор обесроной активности полианионов является актива- печивает взаимодействие системы с поверхностью ция при их введении образования интерферонов – иммунокомпетентных клеток. При создании искусгруппы защитных белков, вырабатываемых клетка- ственных вакцин большую роль могут играть полими позвоночных. Повышенная концентрация ин- мерные, чаще полиэлектролитные модификаторы терферонов способствует способствует устойчивости антигенов (адъюванты), которые усиливают дейсторганизма, в частности к онкологическим заболева- вие последних.





ниям, что вводит полианионы в число препаратов, обладающих противоопухолевой активностью.

Системы с постепенным или контролируемым Среди биологически активных полимеров мож- выделением активного вещества составляют важно отметить несколько групп высокомолекулярных нейшую группу биологически активных полимерсоединений, в которых БАВ или группировка, оп- ных систем. Постепенное попадание БАВ в живой ределяющие наличие активности, связаны с по- организм в малых дозах, скорость которого которолимерным носителем химической связью, разру- го можно регулировать изменяя строение системы, шение которой не предусматривается во время позволяет устранить многие недостатки свободных функционирования системы. БАВ. В частности, использование таких систем снижает роль побочного действия, например поВ частности, это относится к так называемым бочной токсичности, и позволяет ввести в организм иммобилизованным ферментам, применяемым в повышенную дозу препарата, что важно для лекарсоставе водорастворимых лекарственных препараственных систем. Этот принцип действия систем с тов. Связывание фермента с полимерным носителем контролируемым выделением активного вещества или модификатором позволяет повысить его устойпродемонстрирован на рис. 2. Как видно, обеспечечивость к денатурации, приводящей к потере активние длительного действия препарата при однократности. Другим важным качеством модифицированном введении невозможно из-за его быстрого расного полимером белка является его большее время ходования. В то же время увеличить его вводимую циркуляции в кровеносном русле, что позволяет дозу нельзя из-за побочной активности. С другой значительно повысить эффективность препарата.

стороны, этого вполне можно достигнуть используя Наиболее исследованными в этом отношении форму лекарственного препарата с контролируеоказались препараты модифицированного декстрамым выделением активного вещества. Кроме того, ном фермента стрептокиназы (препарат “стрептоодним из важнейших направлений разработки нодеказа”), используемого для растворения липидных вых систем с контролируемым выделением активобразований внутри кровеносных сосудов, и препаного вещества является создание систем, целенараты модифицированного гемоглобина – переносправленно доставляющих лекарственное вещество чика кислорода, рассматриваемого в качестве кров пораженный орган.

везаменителя. Принцип создания водорастворимых Механизм постепенного дозирования лекарстиммобилизованных ферментов основан на том, что венного вещества из системы может быть реализочасть функциональных групп белка не участвует в ван за счет различных факторов. Чаще всего это:

формировании его активного центра и может вступать в различные взаимодействия, в том числе и хи- 1) распад химической связи между полимерным мические реакции, с функциональными группами носителем и лекарственным веществом (биологиполимерного модификатора. Следует отметить, что чески активные полимеры);

проблема иммобилизованных биокатализаторов имеет большое значение для биотехнологических Концентрация БАВ процессов, где широко используются их нераство- б римые формы. Другим примером таких систем с постоянным а связыванием (иммобилизацией) являются иммуноактивные полимеры, представляющие собой конъв югат полимерного носителя и активной, обычно Время низкомолекулярной группировки (так называемого гаптена), вызывающей раздражение рецепторов Рис. 2. Характер изменения концентрации БАВ в иммунокомпетентных клеток. Гаптеновой активносбиологическом объекте во времени. При периодическом введении БАВ в традиционной форме тью обладают различные вещества, как аналогичные (1) и при введении в виде системы с контролируедетерминантной группе антингенов, так и отличные мым выделением БАВ (2): а – нижняя граница эфот нее, например: витамины, пептиды, коферменты, фективной концентрации; б – нижняя граница ароматические нитросоединения и др. Гаптены исконцентраций, приводящих к побочному действию; в – желательное время действия БАВ пользуют для выявления строения активной детер.. 2) диффузионное проникновение через слой полимера (например, трансдермальные средства);

3) выход активного вещества за счет деградации БАВ Л В (эрозии) полимерной системы (наночастицы, покрытия таблеток);

Рис. 3. Модель лекарственного полимера Ринг4) выход активного вещества при набухании сисдорфа–Копечека. БАВ – остаток биологически акстемы (гидрогелевые системы).

тивного вещества, Л – лиофилизующая группа, В – Отдельную группу систем с контролируемым выгруппа-вектор, – группы, способные к гидролизу делением БАВ составляют осмотические устройства.

Полимерные системы, содержащие БАВ, связанДиффузионные и эродируемые формы. Системы, ное с полимерной цепью гидролитически лабильной содержащие БАВ, постепенно выделяющееся за связью, постепенно разрушающейся в условиях счет диффузии через слой полимера или в результафункционирования системы, находят применение в те распада полимерной матрицы, находят применеразличных областях. По такому принципу, в частноние в различных областях, в частности наиболее сти, построены полимерные формы регуляторов широко в медицине.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.