Результат интеллектуальной деятельности: Пневматический генератор жидких аэрозольных частиц и средство на основе водного раствора гидрофобных соединений растительного происхождения в виде аэрозольных субмикронных частиц, полученных с использованием указанного генератора

Изобретение относится к пневматическим генераторам жидких аэрозольных субмикронных частиц лекарственного средства и составу указанного средства, обеспечивающих его глубокое проникновение в респираторный тракт организма человека, и может быть использовано в медицине для лечения заболеваний носоглотки, бронхов и легких.

Известен пневматический распылитель лекарственного средства, включающий корпус, имеющий камеру для содержания аэрозоля; воздушный выход, сообщающийся с упомянутой камерой для обеспечения выхода аэрозоля из камеры; жидкостный выход, расположенный в упомянутой камере; выход сжатого газа, расположенный в упомянутой камере смежно с упомянутым жидкостным выходом; отклоняющий элемент, расположенный в упомянутой камере в фиксированном положении относительно упомянутого выхода сжатого газа и упомянутого жидкостного выхода с возможностью отклонения сжатого газа от упомянутого выхода газа через жидкостный выход для образования аэрозоля, и защитное средство, расположенное в упомянутой камере, с возможностью движения в соответствии с дыханием пациента (патент РФ №2188041, МПК А61М 11/06, опубл. 27.08.2002 г.). В данном устройстве отсутствует возможность регулирования температуры диспергируемого раствора лекарственного средства.

Известен аэрозольный ингалятор (см. авт. свид. СССР №1321422, МПК А61М 11/00, опубл. 07.07.1987 г.), содержащий источник сжатого газа, систему управления подачей аэрозоля и распылитель с форсункой и нагревателем. Настоящий ингалятор предназначен для проведения ингаляционной терапии.

Недостатками вышеуказанных изобретений являются низкая дисперсность получаемого аэрозоля и отсутствие возможности регулирования указанной дисперсности.

Наиболее близким аналогом (прототипом аэрозольного генератора) является пневматический генератор жидких аэрозольных частиц, включающий осесимметричный корпус распылительной камеры с загубником, штуцер с выходным отверстием в торце в виде сопла для подачи воздуха от компрессора, расположенный в корпусе распылительной камеры соосно последней, колпачок с выходным отверстием в торце в виде сопла, имеющий на поверхности внутреннего канала продольные выступы-перегородки и расположенный на штуцере с образованием диспергирующей форсунки и радиально расположенных вертикальных каналов, сообщающихся с одной стороны с выходным отверстием колпачка, а с другой стороны - с внутренним объемом распылительной камеры у ее днища, блок поддержания заданной температуры распыляемого вещества с термореле и отбойный элемент для удаления крупных частиц аэрозоля (патент РФ №2355432, МПК А61М 15/00, опубл. 20.05.2009 г.).

Недостатками вышеуказанного прототипа являются недостаточно стабильное поддержание заданной температуры диспергируемого раствора лекарственного средства и низкая дисперсность получаемого аэрозоля, а также отсутствие возможности регулирования указанной дисперсности.

Эффективность биологического действия веществ во многом зависит от их растворимости в водных растворах. Этот параметр определяется «гидрофильностью» молекул. Физический смысл этого понятия заключается в том, что гидрофильная молекула имеет возможность образования водородных связей с молекулами воды, образуя сольватную оболочку, и тем самым обеспечивается термодинамическая стабилизация растворов. Если молекула липофильна, водородные связи не образуются и растворение в воде термодинамически не выгодно.

Как известно, многие из биологически активных веществ, в т.ч. лекарственных, синтетического и природного происхождения, обладают низкой водорастворимостью и таким образом являются липофильными.

Широкое распространение получили способы повышения растворимости в воде малорастворимых лекарственных субстанций, основанные на образовании межмолекулярных комплексов с циклодекстринами, чаще всего с β-циклодекстрином. Молекулы циклодекстринов имеют тороидальную форму, причем ее внутренняя полость гидрофобна. Водорастворимые межмолекулярные комплексы липофильных органических соединений образуются в растворе за счет интеркаляции их молекул в эту полость. Известны комплексы β-циклодекстрина с нестероидными противовоспалительными средствами (парацетамол, ибупрофен, кетопрофен, флуфенамовая и мефенамовая кислоты и др.), стероидами, простагландинами и простациклинами, барбитуратами, сульфонамидами, сердечными гликозидами и другими препаратами [J. Szejtli, Industrial Applications of cyclod extrins. - in Inclusion Compounds, V. 3. ed. Atwood J.L., Davies J.E., Mcnicob D.D., Academic Press, N-Y., 1984, P 331-390].

Известен Pharmaceutical preparations containing cyclodextrin derivatives (Патент США №4727064). В нем описано получение и использование водорастворимых комплексов включения малорастворимых липофильных лекарственных веществ - половых гормонов с производными циклодекстрина. Комплексы получают в растворе с последующим высушиванием до твердого сухого материала. В патенте приведены примеры повышения растворимости ряда биологически активных субстанций за счет комплексообразования с циклодекстринами.

Другим аналогом изобретения является исследование [Shan-Yang Lin, Chun-Sen Lee, J. Inclus. Phenom. Mol. Recogn. Chem., 7, 477-485 (1989)], посвященное изучению комплексов включения ацетаминофена (парацетамола) и альфа- и бета- циклодестринов, а также микрокристаллической целлюлозы, получаемых путем обработки смесей компонентов в керамической шаровой мельнице. Авторы отмечают падение степени кристалличности веществ по мере увеличения длительности обработки, что связывают с образованием межмолекулярных комплексов.

Наиболее близким аналогом (прототипом лекарственного средства) является композиция на основе порошкообразной смеси флавоноидов дигидрокверцетина и арабиногалактана из лиственницы сибирской или лиственницы Гмелина в соотношении от 1:5 до 1:20, полученная путем ударно-истирающего воздействия с механической энергией не менее 20-40 Дж/г в течение 4 ч (патент РФ №2421215, МПК А61К 31/15, опубл. 20.06.2011 г.).

Однако указанные аналоги и прототип имеют недостаточную фармакологическую активность лекарственных субстанций растительного происхождения - флавоноидов и каротиноидов и высокую дозу лекарственного вещества, необходимого для достижения базового фармакологического действия, усиливающую побочные эффекты лекарственных препаратов.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений является повышение дисперсности получаемого жидкого аэрозоля лекарственного средства до субмикронного размера частиц за счет усовершенствованной конструкции генератора аэрозоля и повышение фармакологической активности лекарственных субстанций растительного происхождения - смеси флавоноидов дигидрокверцетина и арабиногалактана, полученных в виде субмикронных частиц аэрозоля, которые обеспечивают снижение дозы лекарственного вещества, необходимого для достижения базового фармакологического действия и уменьшения его побочного эффекта на организм.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневматическом генераторе жидких аэрозольных субмикронных частиц, включающем осесимметричный корпус распылительной камеры с загубником, штуцер с выходным отверстием в торце в виде сопла для подачи воздуха от компрессора, расположенный в корпусе распылительной камеры соосно последней, колпачок с выходным отверстием в торце в виде сопла, имеющий на поверхности внутреннего канала продольные выступы-перегородки и расположенный на штуцере с образованием диспергирующей форсунки и радиально расположенных вертикальных каналов, сообщающихся с одной стороны с выходным отверстием колпачка, а с другой стороны - с внутренним объемом распылительной камеры у ее днища, блок поддержания заданной температуры распыляемого вещества с термореле и отбойник для удаления крупных частиц аэрозоля, согласно изобретению, отбойник для удаления крупных частиц аэрозоля установлен в корпусе распылительной камеры и выполнен в виде горизонтально расположенной трубки, в полость которой через отверстие в боковой стенке пропущен конец колпачка, кинематически связаный разъемными элементами с краями отверстия указанной трубки для регулирования зазора между колпачком и внутренней боковой поверхностью трубки отбойника. Разъемные элементы для регулирования зазора между колпачком и внутренней боковой поверхностью трубки отбойника выполнены в виде резьбового соединения. Блок поддержания заданной температуры распыляемого вещества выполнен в виде термостатируемой камеры с жидким носителем, корпус которой расположен вокруг корпуса распылительной камеры.

Наличие разъемных элементов, обеспечивающих соединение колпачка с трубкой отбойника, позволяет регулировать зазор между колпачком и внутренней боковой поверхностью трубки отбойника, что позволяет регулировать дисперсность частиц аэрозоля лекарственного средства. Трубка отбойника, расположенная горизонтально в распылительной камере, обеспечивает получение субмикронных частиц (менее 0,5 мкм), осаждение и удаление части частиц среднего размера от 0,67 до 1 мкм и удаление всех крупных частиц более 1 мкм.

Указанный технический результат достигается также тем, что в средстве на основе водного раствора гидрофобных соединений растительного происхождения, в качестве которых оно содержит порошкообразную смесь флавоноидов дигидрокверцетина и арабиногалактана из лиственницы сибирской или лиственницы Гмелина в соотношении от 1:5 до 1:20, согласно изобретению, средство приготовлено в виде субмикронных частиц, имеющих медианный диаметр от 358 до 670 нм, в аэрозольной жидкой форме с использованием пневматического генератора жидких аэрозольных частиц по п. 1 формулы, при следующем количественном содержании компонентов (мас. %):

На фиг. 1 приведена схема (вид с разрезом) пневматического генератора жидких аэрозольных субмикронных частиц. На фиг. 2 изображены распылительная и термостатируемая камеры с продольным разрезом трубки отбойника. На фиг. 3 изображены распылительная и термостатируемая камеры с поперечным разрезом трубки отбойника. На фиг. 4 представлен разрез А-А колпачка со штуцером на фиг. 2.

Пневматический генератор жидких аэрозольных субмикронных частиц включает осесимметричный корпус 1 распылительной камеры 2 с загубником 3, штуцер 4 с выходным отверстием 5 в торце в виде сопла для подачи воздуха от компрессора 6. В корпусе 1 распылительной камеры 2 соосно последней расположен колпачок 7 с выходным отверстием 8 в торце в виде сопла, имеющий на поверхности внутреннего канала продольные выступы-перегородки 9. Колпачок 7 установлен на штуцере 4 с образованием диспергирующей форсунки и радиально расположенных вертикальных каналов 10, сообщающихся с верхней стороны с выходным отверстием 8 колпачка 7, а с нижней стороны - с внутренним объемом распылительной камеры 2 у ее днища.

В корпусе 1 распылительной камеры 2 установлен отбойник для удаления крупных частиц аэрозоля, выполненный в виде горизонтально расположенной трубки 11, в полость которой через отверстие в боковой стенке пропущен конец колпачка 7, кинематически связаный разъемными элементами 12 с краями отверстия указанной трубки 11 для регулирования зазора между колпачком 7 и внутренней боковой поверхностью трубки 11 отбойника. Разъемные элементы 12 для регулирования зазора между колпачком 7 и внутренней боковой поверхностью трубки 11 отбойника выполнены в виде резьбового соединения.

Устройство снабжено блоком поддержания заданной температуры распыляемого вещества, включающим термостатируемую камеру 13 с жидким носителем, корпус 14 которой расположен вокруг корпуса 1 распылительной камеры 2, термореле 15, связанное с блоком питания 16, нагревательным элементом 17 и датчиком температуры 18.

Заявляемый генератор работает следующим образом. В распылительную камеру 2 заливается диспергируемая суспензия лекарственного средства. Посредством термореле 15 устанавливается заданная температура жидкого носителя в термостатируемой камере 13. Устанавливается необходимый зазор между внутренней поверхностью трубки 11 отбойника и выходным отверстием 8 колпачка 7. Далее включают компрессор 6 и под действием воздушного потока в форсунке эжектируется по каналам 10 лекарственное средство и происходит его распыл. Полученный аэрозоль выводится из генератора через загубник 3 в корпусе 1. Диспергирующая форсунка представляет собой каналы 10, через которые происходит подсос распыляемой суспензии лекарственного средства из камеры 2 за счет создаваемого разряжения потоком чистого воздуха, подаваемого из выходного отверстия 5 штуцера 4 в выходное осевое отверстие 8 колпачка 7. На срезе отверстия 8 (сопла) колпачка 7 происходит диспергирование суспензии лекарственного средства, и поток образовавшегося аэрозоля ударяется во внутреннюю стенку трубки 11 отбойника. За счет малого расстояния между срезом отверстия 8 (сопла) и внутренней поверхностью трубки 11 отбойника удается вывести из потока аэрозоля часть частиц крупнее 0,67 мкм в диаметре и практически все частице крупнее 1 мкм. Частицы, превышающие необходимый размер, возвращаются в распылительную камеру с раствором лекарственного средства.

В основу заявляемого средства положено обнаруженное авторами явление повышения растворимости малорастворимых лекарственных субстанций за счет образования их водорастворимых комплексов с природным растительным полисахаридом арабиногалактаном и способ их получения в твердой фазе путем механической обработки их порошкообразных смесей интенсивными механическими воздействиями.

Использование для комплексообразования лекарственных препаратов полисахарида арабиногалактана. Арабиногалактан является полисахаридным метаболитом эндемиков сибирской лесной флоры лиственницы сибирской (Larix sibirica) и лиственницы Гмелина (Larix Gmelinii) и легко выделяется из древесины указанных деревьев. Содержание арабиногалактана составляет до 15% от веса сухой древесины. Необходимо подчеркнуть, что оба вида лиственницы являются главными составляющими лесных массивов Восточной Сибири. Выделение и очистка арабиногалактана производится по простой технологии. Для выделения арабиногалактана могут быть использованы отходы лесосеки, лесопиления, целлюлозно-бумажной промышленности. Таким образом, арабиногалактан по своей доступности не имеет конкурентов среди природных и биосинтетических полисахаридов [Патент РФ, Способ получения высокочистого арабиногалактана, РФ 2143437., Е.Н. Медведева, В.А. Бабкин, Л.А. Остроухова, Арабиногалактан лиственницы - свойства и перспективы развития (обзор), Химия растительного сырья, 1 (2003), с. 27-37. С.А. Кузнецова].

Химически арабиногалактан представляет собой полисахарид гребенчатого строения с м.м. 9-18 кД. Главная цепь состоит из звеньев галактозы, боковые цепи - из звеньев арабинозы и галактозы. Эта особенность строения, по нашему мнению, может способствовать образованию прочных межмолекулярных комплексов лекарственных препаратов, молекулы которых вероятнее всего связываются межмолекулярными водородными связями в пространстве, образованном боковыми цепями. Учитывая конформационную подвижность макромолекул арабиногалактана, это пространство может варьироваться, способствуя образованию межмолекулярных комплексов с широким кругом веществ. Кроме того, возможно образование комплексов различного стехиометрического состава, когда одна молекула арабиногалактана может связываться с несколькими молекулами других органических соединений - лекарственных веществ, позволяя изменять соотношения этих компонентов в широких пределах. В этом состоят преимущества арабиногалактана как комплексообразователя, по сравнению с обычно используемыми для этих целей циклодекстринами. Предусматривается использование комплексов, преимущественно содержащих 5-20% весовых субстанций лекарственных препаратов и 80-95% весовых очищенного арабиногалактана.

Способ получения водорастворимой лекарственной композиции (заявляемого средства) включает смешение комплексообразователя арабиногалактана с исходной порошкообразной лекарственной субстанцией флавоноидов дигидрокверцетина, которую подвергают механической обработке.

Предпочтительно, механическую обработку проводят путем ударно-истирающих воздействий.

Предпочтительно, малорастворимую в воде лекарственную субстанцию и арабиногалактан берут в соотношении от 1:5 до 1:20 по весу, соответственно.

Предпочтительно, смесь малорастворимой в воде лекарственной субстанции дигидрокверцетина и арабиногалактана подвергают обработке путем ударно-истирающих механических воздействий до исчезновения кристаллической фазы лекарственной субстанции.

В нашем изобретении для получения комплексов использован механохимический подход, заключающийся в обработке смеси твердых компонентов интенсивными механическими воздействиями - давлением и сдвиговыми деформациями, реализуемыми в экструдерах, а также преимущественно в различного типа мельницах, осуществляющих ударно-истирающие воздействия на вещества [Душкин А.В. Возможности механохимической технологии органического синтеза и получения новых материалов, Химия в интересах устойчивого развития, 12 (2004), с. 251-274].

Смесь дигидрокверцетина и арабиногалактана, взятых преимущественно в соотношениях от 1:5 до 1:20 по весу, подвергается механической обработке предпочтительно в шаровых мельницах, в частности планетарных. Однако для механической обработки также возможно использование аппаратов, реализующих длительное (не импульсное) воздействие высокого давления и сдвиговой деформации - экструдеров. В процессе механической обработки происходит диспергирование молекул лекарственных веществ из его «начального» кристаллического состояния в избыток твердой матрицы арабиногалактана, тем самым образуя твердый раствор, представляющий собой разупорядоченную твердую фазу, в которой молекулы дигидрокверцетина и арабиногалактана испытывают нековалентные неионные взаимодействия - аналогичные вышеуказанным взаимодействиям при комплексообразовании в растворе. Во время растворения этой твердой дисперсии высвобождение лекарственного вещества происходит в виде его комплексов.

В качестве аппаратов для механической обработки могут использоваться экструдеры, в которых механическое действие носит протяженный во времени характер, а также преимущественно шаровые валковые, планетарные, вибрационные, виброцентробежные и т.д. мельницы, обладающие ударно-истирающим воздействием. Возможно использование мелющих тел, отличных от шаров, например стрежней. Процесс масштабируется от шаровых лабораторных мельниц с загрузкой в несколько грамм до проточных виброцентробежных мельниц с производительностью до 100 кг/час и более [Интернет сайт ЗАО «Новиц» http://www.novic-mill.ru]. Отсутствуют специальные требования к контролю влажности помещений, так как вещества обрабатываются в герметичном внутреннем объеме мельниц. Во всех случаях процесс проводится фактически в одну стадию, не требует дорогостоящего оборудования и прост в реализации. Конкретные параметры технологических процессов зависят от физико-химических и физико-механических свойств используемых компонентов.

Ниже приведены примеры составов заявляемого средства, которое приготавливают в виде субмикронных частиц, имеющих медианный диаметр от 358 до 670 нм, в аэрозольной жидкой форме с использованием заявляемого пневматического генератора субмикронных частиц, мас. %:

Пример 1.

Пример 2.

Пример 3.

Эффективность способа демонстрируется образованием водорастворимых комплексов арабиногалактана с малорастворимой в воде субстанцией дигидроквекрцетина (см. пример 4).

Фармакологические испытания полученных комплексов на лабораторных животных (мышах) показали, что для получения одинакового по сравнению с исходным средством специфического фармакологического действия (седативный, противовоспалительный эффект и т.д.) требовалась в несколько раз меньшая доза средства.

Пример 4. Технология получения заявляемого средства в виде водного раствора комплекса дигидрокверцетина и арабиногалактана.

Берут 0,25 г дигидрокверцетина (ДГК) и 2,5 г арабиногалактана (весовое соотношение 1:10) обрабатывают в планетарной центробежной мельнице АГО-2 в течение 10 минут при ускорении мелющих тел 60 g. Порошок выгружают и анализируют. В необработанной смеси наблюдаются характерные для кристаллической фазы дигидрокверцетина рефлексы рентгенограмм и фазовый переход плавления, исчезающие после механической обработки. В результате механической обработки смеси исчезают характерные следы кристаллической фазы дигидрокверцетина - происходит его молекулярное диспергирование в избыток твердой фазы арабиногалактана. Аналогичные изменения происходят в смеси 0,125 г дигидрокверцетина с 2,5 г арабиногалактана (весовое соотношение 1:20). Увеличение водорастворимости/липофильности дигидрокверцетина (ДГК) за счет образования его липофильных комплексов с арабиногалактаном приведено в таблице 1.

Пример 5. Технология получения заявляемого средства в аэрозольной форме.

Диспергирующее устройство представлено заявляемым пневматическим генератором субмикронного аэрозоля с термостатируемой небулайзерной насадкой (фиг. 1-5). Пневматические параметры: расход воздуха - 4±0,5 л/мин, рабочее давление - 1,2±0,1 кГс/см². Емкость небулайзера термостатируется при 30°C для обеспечения лучшей растворимости нанокомпозита и улучшения качественных и количественных характеристик получаемого аэрозоля.

Диспергирование средства в виде водных растворов нанокомпозита дигидрокверцитина и арабиногалактана (0,05%; 0,1%; 0,5%; 1%-ные растворы) обеспечивает объемный расход жидкости от 5 до 10 мл/час, в зависимости от концентрации препарата. Медианный размер частиц в зависимости от концентрации нанокомпозита находится в пределах от 358 до 670 нм. Заявляемое средство не теряет своих свойств при диспергировании и обратном процессе перевода аэрозольной фазы в жидкость. Растворы препарата могут храниться в течение 24 часов при низкоположительных и отрицательных температурах без потери своих физико-химических свойств.

Пример 6. Оценка влияния ингаляционного введения заявляемого средства на гематологические показатели крови и морфологичекую структуру тканей легкого у экспериментальных животных при синдроме «шокового легкого».

Эксперименты проведены на 31 мыши JCR массой 23-25 г. Животных содержали на стандартном пищевом рационе вивария, при свободном доступе к воде и пище, в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей.

Для определения влияния ингаляционного введения препарата на гематологические показатели у экспериментальных животных при синдроме «шокового легкого» индуцировали патологический процесс аэрозольным введением эндотоксина Е. Coli 0127:В8 (полученная доза - 5 мг/кг) в сочетании с предварительной внутримышечной инъекцией липополисахарида (полученная доза - 10 мг/кг) для обеспечения премирующего эффекта.

Мыши были разделены на три основные группы: первая - интактные животные; вторая - животные с индуцированным синдромом «шокового легкого»; третья - животные с индуцированным синдромом «шокового легкого» и ингаляционным введением заявляемого препарата в течение шести часов (полученная доза 17,3 мг/кг). По окончании эксперимента у животных забирали кровь из ретроорбитального синуса в предварительно гепаринизированные пробирки. Анализ крови проводился на приборе MicroCC-20Plus. Животные забивались методом цервикальной дислокации для последующего извлечения органов дыхательной системы. Легкие фиксировали в 10% нейтральном формалине с последующей стандартной гистологической обработкой на комплексе «MICROM» "Karl Zeiss" Германия, включая заливку в парафиновые блоки, получение срезов 3-5 мкм и окраску гематоксилином и эозином. Оценку морфологических изменений проводили полуколичественным методом по Smiths. При увеличении микроскопа 1000 с иммерсией на 1000 клеток (10-12 полей зрения) в межальвеолярных перегородках подсчитывали нейтрофилы.

Оставшиеся части легких взвешивались и помещались в термостат при 40°С. Через 24 часа высушенные образцы взвешивались повторно. По отношению масс влажного и сухого препаратов определяли влажность легочной ткани.

Результаты исследования. Летальность среди животных, получавших ингаляцию заявляемого средства, была в 2 раза ниже по сравнению с контрольной группой (табл. 2). Влажность тканей легкого (табл. 3) в группе с индуцированным синдромом «шокового легкого» и ингаляционным введением лекарственного средства достоверно ниже относительно группы, не получавшей лекарственного средства. Обнаружены различия в степени интерстициального воспаления, числа геморрагий и концентрации нейтрофилов (табл. 4). Концентрация гемоглобина и показатель гематокрита у третьей группы животных достоверно выше относительно животных из второй группы.

*р<0,05 - относительно второй группы.

Таким образом, технический результат заявляемой группы изобретений достигается повышением дисперсности получаемого жидкого аэрозоля лекарственного средства до частиц субмикронного размера за счет усовершенствованной конструкции генератора аэрозоля и повышением фармакологической активности лекарственных субстанций растительного происхождения - смеси флавоноидов дигидрокверцетина и арабиногалактана, полученных в виде субмикронных частиц аэрозоля, которые обеспечивают снижение дозы лекарственного средства, необходимого для достижения базового фармакологического действия, и уменьшение его побочного эффекта на организм.

Фармакологические испытания полученных комплексов на лабораторных животных (мышах) показали, что для получения одинакового по сравнению с исходным средством специфического фармакологического действия (седативный, противовоспалительный эффект и т.д.) требовалась в несколько раз меньшая доза средства.