СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БОРСОДЕРЖАЩЕЙ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к синтетической полимерной химии, а именно к способам модифицирования гиалуроновой кислоты - природного полимера из класса полисахаридов. Модифицирование направлено на введение в молекулу натриевой соли гиалуроновой кислоты изотопов бора с атомной массой 10. Таким образом модифицированная натриевая соль гиалуроновой кислоты может быть использована в различных областях медицины, например, в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), фотодинамической терапии, бор-нейтронозахватной синовектомии, радиоиммуно-диагностике и радиоиммуно-терапии. Метод БНЗТ является перспективным в лечении раковых образований, особенно, злокачественных опухолей головного мозга [И.Б.Сиваев, В.И.Брегадзе. Бор-нейтронозахватная терапия рака. Химический аспект. Рос. хим. ж., 2004, т.XLVIII, №4, с.109].

Неизвестны способы получения натриевой соли гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора. Здесь и далее в качестве соединений бора рассматриваются только соединения изотопа бора с атомной массой 10.

Современной стратегией поиска соединений, пригодных для БНЗТ, является синтез борсодержащих биологически-активных соединений, совместимых с пораженными клетками организма (в частности, с раковыми клетками, с клетками, пораженными ревматоидным артритом, и др.).

Известны способы получения некоторых борсодержащих биологически-активных соединений: борсодержащих нуклеотидов и нуклеозидов [пат. США №7338669 (2008 г.), пат. США №6583122 (2003 г.)], борсодержащих порфиринов [пат. США №6995260 (2006 г.), пат. США №6566517 (2003 г.)], борсодержащих аминокислот [пат. США №6037490 (2000 г.)]. Недостатками этих способов являются многостадийность химических процессов, высокая токсичность органических реагентов и растворителей, трудоемкая очистка конечных продуктов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения полисахарида декстрана, модифицированного соединениями бора [L.Gedda, P.Olsson, J.Carlsson. Bioconjugate Chem., 1996, v.7, p.584]. Этот способ имеет следующие недостатки: большие материало- и трудозатраты, многостадийность синтеза, высокая токсичность органических реагентов и растворителей, трудоемкая очистка и невысокий выход конечного продукта.

Задачей данного изобретения является создание универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать натриевую соль гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора, в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, без больших энерго- трудо- и водозатрат, при этом получать целевые продукты с количественным выходом.

Поставленная задача решается тем, что создан универсальный экологически безопасный способ получения в отсутствие жидкой среды. Способ заключается в том, что порошкообразную натриевую соль гиалуроновой кислоты вместе с модификатором или смесью двух либо более модификаторов предварительно гомогенизируют в смесителе при температуре от 20° до 50°C, затем полученную однородную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига в механохимическом реакторе при температуре от 20° до 50°C, при этом давление находится в пределах от 5 до 1000 МПа. В качестве бора используют изотоп бора с атомной массой 10. В качестве модификатора используют соединения бора из ряда: борный ангидрид, декагидрат тетрабората натрия (бура), кислоты: борная, метаборная, тетраборная. Мольное соотношение: натриевая соль гиалуроновой кислоты к модификатору или к сумме модификаторов составляет от 500:1 до 1:6.

Продолжительность воздействия давления и деформации сдвига составляет от 0,1 до 10 минут. Смесителем является мельница или смеситель шнекового типа, например, двухшнековый экструдер. В качестве механохимического реактора можно использовать аппарат шнекового типа: двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с противоположно направленным вращением шнеков, двухшнековый экструдер с набором кулачков различного типа, например, транспортные, запирающие, перетирающие. В качестве механохимического реактора также можно использовать наковальни Бриджмена, при этом деформацию сдвига осуществляют путем изменения угла поворота нижней наковальни в пределах от 50 до 350 градусов.

Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что процесс взаимодействия исходных реагентов осуществляют в отличие от известного способа не в растворе, а путем взаимодействия исходных реагентов в твердом порошкообразном состоянии при одновременном воздействии давления и деформации сдвига. Это позволило достигнуть нового технического результата, заключающегося в создании универсального экологически безопасного способа, позволяющего получать натриевую соль гиалуроновой кислоты, модифицированной соединениями бора, в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат.

Химическая сущность реакций натриевой соли гиалуроновой кислоты с соединениями бора заключается во взаимодействии спиртовых (-OH) групп гиалуроновой кислоты с борными кислотами (их ангидридами или солями) с образованием эфиров борных кислот, при этом образуются бор-кислород-углеродные (B-O-C) связи. Образование эфиров борных кислот доказано с помощью ИК-Фурье спектрального анализа исходных реагентов и продуктов реакции. Установлено, что в спектрах целевых продуктов присутствуют характеристические полосы бор-кислород-углеродной связи в интервале 1420-1470 см^-1. Кроме того, методом дробного осаждения показано, что в целевых продуктах отсутствуют исходные вещества; а целевые продукты сильно отличаются по растворимости от исходных веществ.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами:

Пример 1. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли гиалуроновой кислоты (ГК) и 474,0 г (6 моль) борной кислоты (БК) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 50°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 50°C и давлении 15 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 766,0 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1420 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 2. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него БК берут в количестве 0,16 г (0,002 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 398 г (99,6%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1422 см^-1 и 1463 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 3. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК и 378 г (1 моля) декагидрата тетрабората натрия (Бура) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 40°C и давлении 10 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 595 г (99,5%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1426 см^-1 и 1461 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 4. Выполнен аналогично примеру 3, однако в отличие от него буру берут в количестве 0,76 г (0,002 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 399 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1425 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 5. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК и 0,14 г (0,002 моля) борного ангидрида (БА) гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 20°C и давлении 5 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 399 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1424 см^-1 и 1463 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 6. Выполнен аналогично примеру 5, однако в отличие от него БА берут в количестве 68 г (1 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 367 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1427 см^-1 и 1465 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 7. Выполнен аналогично примеру 1, однако в отличие от него БК берут в количестве 3,95 г (0,05 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 402 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1428 см^-1 и 1466 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 8. Выполнен аналогично примеру 3, однако в отличие от него буру берут в количестве 3,78 г (0,01 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 401 г (99,6%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1425 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 9. Выполнен аналогично примеру 5, однако в отличие от него БА берут в количестве 13,6 г (0,2 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 412,7 г (99,8%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1429 см^-1 с и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 10. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК, 1,7 г (0,025 моля) БА и 9,45 г (0,025 моля) буры гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 30°C и давлении 10 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 405 г (99,6%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1424 см^-1 и 1459 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 11. Выполнен аналогично примеру 10, однако в отличие от него вместо БА берут БК в количестве 1,975 г (0,025 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 406 г (99,4%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1423 см^-1 и 1458 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 12. Выполнен аналогично примеру 10, однако в отличие от него вместо буры берут БК в количестве 1,975 г (0,025 моля). Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 402 г (99,7%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1422 см^-1 и 1463 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Пример 13. 400,0 г (1 моль) порошкообразной натриевой соли ГК, 1,13 г (0,0167 моля) БА, 6,30 г (0,0167 моля) буры и 1,32 г (0,0167 моля) БК гомогенизируют в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков при 20°C в течение 10 мин. Далее полученную порошкообразную смесь подвергают одновременному воздействию давления и деформации сдвига при 30°C и давлении 30 МПа в двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков в течение 10 мин. Из экструдера получаем белый порошок, выход которого составляет 404 г. (99,7%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1420 см^-1 и 1464 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 14. 27,9 мг (6,8·10^-5 моля) порошкообразной натриевой соли ГК, и 26,0 мг (6,8·10^-5 моля) буры гомогенизируют в мельнице при 20°C в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности=3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 1000 MПa при 20°C, при угле поворота нижней наковальни 50° в течение 0,1 мин. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Получаем белый порошок, масса которого составляет 40,7 мг (99,5%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1425 см^-1 и 1460 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борных кислот.

Пример 15. 29,5 мг (7,2·10^-5 моля) порошкообразной натриевой соли ГК, и 5,8 мг (7,2·10^-5 моля) БК гомогенизируют в мельнице при 20°C в течение 10-15 мин. Затем порошкообразную смесь помещают на нижнюю наковальню Бриджмена (диаметр рабочей поверхности = 3 см), накрывают верхней наковальней, наковальни ставят под пресс и подвергают давлению 500 МПа при 20°C, при угле поворота нижней наковальни 350° в течение 1 мин. Далее снимают давление, вынимают наковальни из-под пресса. Получаем белый порошок, масса которого составляет 34,1 мг (99,5%). В ИК-спектре продукта присутствуют полосы поглощения в области 1423 см^-1 и 1464 см^-1, которые являются характеристическими для эфиров борной кислоты.

Как показывают примеры, создан простой универсальный экологически безопасный способ, позволяющий получать натриевую соль гиалуроновой кислоты, модифицированную соединениями бора, в одностадийном технологическом режиме в отсутствии жидкой среды, с получением целевых продуктов с количественным выходом. Способ не требует больших энерго-, трудо- и водозатрат. Целевые продукты реакции представляют собой белые порошки, хорошо растворимые в воде, и могут найти применение в БНЗТ.