Способ получения диальдегидпроизводной гель-пленки бактериальной целлюлозы

Изобретение относится к области косметики и медицины, конкретно к получению реакционно-способных биоразлагаемых и биосовместимых целлюлозных матриц для привития (иммобилизации) ферментов и других биологически активных соединений (БАС) с целью изготовления косметических масок, раневых покрытий и перевязочных материалов, а также для получения аэрогелей с высокой связывающей способностью.

Известно, что для изготовления медицинских перевязочных средств во всем мире используются материалы из природной целлюлозы (Ц). Изделия из Ц обладают прекрасными санитарно-гигиеническими свойствами, не взаимодействуя химически при этом с биологическими жидкостями и тканями. Таким образом, медицинские перевязочные материалы из природной Ц пассивно участвуют в процессе очищения раны, сорбируя продукты распада тканей, защищает рану от аэрогенной контаминации и сохраняет термальный режим в раневой среде. Иммобилизация БАС путем образования новых химических связей является в настоящее время доминирующим способом получения перевязочных медицинских препаратов пролонгированного действия. Важнейшим условием получения высокоактивных препаратов иммобилизованных БАС, является участие в образовании ковалентных связей с носителем тех функциональных групп БАС, которые не являются ответственными за его биологические свойства (в случае иммобилизованных ферментов - каталитические свойства), то есть не входят в состав активного центра БАС и не располагаются в непосредственной близости от него. Преимущество данного метода заключается в том, что БАС, как правило, не переходят в раствор даже при очень длительном использовании. Для ковалентного связывания БАС с такими носителями (матрицами) как Ц требуется; чтобы носитель был предварительно активирован, благодаря чему стало бы возможным его химическое связывание с молекулами БАС. Для химического связывания белков с носителями используется большой арсенал различных методов. Выбор в качестве носителей Ц связан с широким использованием в медицине, биосовместимостью и биоразлагаемостью. Целлюлозные волокна пока доминируют на текстильном рынке (52%), весомое место занимают и синтетические полиамидные волокна (9%). Известны способ получения диальдегидцеллюлозы (ДАЦ) методом селективного окисления периодат ионами марли, ткани, ваты Образующаяся ДАЦ является прекрасным носителем БАС, за счет образования азометиновых связей между альдегидными группами ДАЦ и БАС (ферментов) (RU 2323748, МПК A61L 15/16, A61L 15/32, A61L 15/38, опубл. 10.05.2008; RU 2380117, МПК A61L 15/28, A61L 38/36, A61L 15/32, опубл. 27.01.2010; RU 2426558, МПК A61L 15/18, A61L 15/38, A61L 15/28, опубл. 20.08.2011; RU 2448738, МПК A61L 15/28, A61L 15/32, A61L 31/717, опубл. 27.04.2012; RU 2203684, МПК A61L 15/48, A61L 15/20, опубл. 10.05.2003).

Недостатком известных носителей является высокая адгезия к ране, невозможность визуального наблюдения за процессом заживления. В качестве альтернативы можно использовать гель-пленку бактериальной целлюлозы, которая прозрачна и к тому же практически исключается адгезия к ране.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения бактериальной целлюлозы, который предусматривает культивирование штамма бактерий Gluconacetobacter sucrofermentans H-110 (ВКПМ В-11267) в жидкой фазе послеспиртовой зерновой барды, полученной после механического отделения твердой фазы, в течение 3-5 сут при температуре 28±2°C и рН 3,9-4,4, а также отделение полученной бактериальной целлюлозы от культуральной среды и высушивание при температуре 80°С до постоянной массы (RU 2536973, МПК C12N 1/20, C12P 19/04, C12R 1/01, опубл. 27.12.2014). Известен способ получения бактериальной целлюлозы, который предусматривает культивирование штамма бактерий Gluconacetobacter sucrofermentans Н-110 на нативной молочной сыворотке в течение 3-5 сут при температуре 28-30°C. Отделение полученной бактериальной целлюлозы от культуральной среды и высушивание при температуре 80°C до постоянной массы (RU 2536257, МПК C12N 1/20, C12R 1/01, опубл. 20.12.2014).

Известную гель-пленку можно использовать как носитель для иммобилизованных биологически активных соединений, без предварительной модификации, для иммобилизации методом адсорбции. Адсорбция - слабый метод иммобилизации, который, как правило, слабо влияет на активность иммобилизованного БАС. Главный недостаток этого метода состоит в том, что БАС может связываться с носителем недостаточно прочно. Во взаимодействии БАС с носителем, кроме солевых (ионных) связей, могут участвовать и другие слабые взаимодействия, например водородные или Ван-дер-Ваальсовые связи. Десорбцию БАС может вызвать даже незначительное изменение экспериментальных условий: рН, ионной силы, температуры и природы растворителя, а также сам субстрат. Как известно, сорбционные способности тел определяются не только, а в ряде случаев не столько химической природой, сколько их физической структурой.

Эти недостатки можно исключить, если гель-пленку бактериальной целлюлозы активировать методом периодатного окисления. При этом в гель-пленке образуются альдегидные группы, способные образовывать прочные азометиновые связи с аминогруппами многих БАС, например с трипсином, пепсином, антибиотиками и т.д.

Технический результат заключается в увеличении связывающей способности диальдегидпроизводной гель-пленки бактериальной целлюлозы без нарушения пленочной структуры и максимальным сохранением прочностных показателей.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения диальдегидпроизводной гель-пленки бактериальной целлюлозы осуществляют культивирование штамма бактерии Gluconacetobacter sucrofermentans в жидкой фазе послеспиртовой зерновой барды или на нативной молочной сыворотке в течение 3-5 сут при температуре 28±2°C, отделении полученной бактериальной целлюлозы от культуральной среды и высушивании при температуре 80°С до постоянной массы. Полученную при статическом культивировании в количестве 0,10-0,15 г гель-пленку обрабатывают 20 мл 0,2-0,5 Н раствором периодата натрия в течение 6 ч.

В табл. 1 показаны физико-механические характеристики гель-пленок; на фигуре представлено влияние модификатора на структуру (внешний вид) гель-пленки: a - контроль без обработки; b - время выдержки 6 ч при концентрации модификатора 0,2 Н; c - время выдержки 6 ч при концентрации модификатора 0,5Н; d - время выдержки 24 ч при концентрации модификатора 0,5 Н.

Пример. Гель-пленку бактериальной целлюлозы, полученную по одному из известных способов (RU 2536973, МПК C12N 1/20, C12P 19/04, C12R 1/01, опубл. 27.12.2014; RU 2536257, МПК C12N 1/20, C12R 1/01, опубл. 20.12.2014), в количестве 0,1-0,15 г обрабатывают 20 мл 0,2-0,5 Н раствором периодата натрия в течение 6 ч.

Штамм бактерии Gluconacetobacter sucrofermentans H-110 депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером ВКПМ: В-11267 (RU 2523606, МПК C12N 1/20, С12Р 19/04, C12R 1/01, опубл. 20.07.2014).

Наличие образовавшихся альдегидных групп определяют по появлению полосы поглощения в области 870-900 см^-1, количество образовавшихся альдегидных групп определяют иодометрическим методом. Прочность и растяжение белково-полисахаридных биоразлагаемых пленок в МПа (Н/мм²) определяют в соответствии с ГОСТ 17035-86 и ASTM с использованием универсальной испытательной машины с электромеханическим приводом XLW (PC) Auto (ГОСТ 7855-84; ASTM). Толщину пленок определяют на автоматическом толщиномере высокого разрешения CHY-C2. Пленка сохраняет свою структуру и с минимальными потерями прочности при содержании альдегидных групп, 18-22%, степени замещения, 120,8-185,4 отн. ед.). Прочность гель-пленок на разрыв составляет 50-25 (5-6) МПа, а растяжение, 8-6 (1,5-3,0)%. При более длительной обработке модификатором пленки не сохраняли свою структуру и наблюдалось значительное снижение прочности и растяжения (табл. 1, фиг.).

По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет повысить реакционно-способность гель-пленки, за счет образующихся альдегидных групп, с сохранением структуры, и минимальным снижением прочности и растяжения.