Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОГЕЛЕВЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СОЛИ ХИТОЗАНСОДЕРЖАЩЕГО ВЕЩЕСТВА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Группа изобретений относится к области медицины, биотехнологии, косметологии и фармацевтической промышленности, а именно к получению лечебно-профилактического гидрогелевого материала на основе соли гидрохлорида хитозана и/или хитозана, обладающего антибактериальным, противовоспалительным и ранозаживляющим действием, который может быть использован для ухода и лечения различных видов ран, язв, пролежней и ожогов, возрастных и мимических морщин, питания и увлажнения эпидермиса, для доставки лекарств и других биологически активных соединений (местно, трансдермально, через слизистую оболочку), а также в области биотехнологии для получения матриц для выращивания клеточных культур.

Наличие антимикробной, противовоспалительной и иммуномодулирующей активности у аминополисахарида хитозана связывают с наличием в его макромолекулах аминогрупп, протонирование которых (-NH³⁺, pKa=6.3) придает полимеру растворимость в воде (Schnell C.N., , Peresin M.S., et al. Cellulose. 2017. Vol. 24. No. 10. P. 4393-4403). Благодаря положительному заряду макроцепи при физиологическом значении рН хитозан проявляет высокие биоадгезивные свойства, обеспечивая целесообразность трансбуккального и интраназального путей введения для системной доставки активных фармацевтических ингредиентов (Киржанова Е.А., Хуторянский В.В., Балабушевич Н.Г. и др. Фармацевтич. технология и нанотехнологии. 2014. Т. 8. №3. С. 66-80). При этом хитозан метаболизируется некоторыми ферментами человека, особенно лизоцимом, что позволяет рассматривать его как биорезорбируемый полимер (Muzzarelli R.A.A. Cell. Mol. Life Sci. 1997. Vol. 53. No. 2. P. 131-140).

Для создания препаратов медицинского, косметологического и фармакологического назначения перспективно использование хитозана в качестве компонента гидрогелей, стабилизированных сеткой ковалентных связей или физико-химических взаимодействий (ионных, водородных, гидрофобных). Ковалентное сшивание структурных единиц макроцепей хитозана бифункциональными реагентами (глиоксаль, глутаровый альдегид и т.п.) сопровождается образованием токсичных продуктов альдольно-кротоновой конденсации, что ограничивает использование данных систем в биомедицинских целях (см. патент РФ №2099352, МПК С08В 37/08, опубл. 20.21.1997). Для устранения этого недостатка в качестве сшивающих реагентов предложены диальдегидные производные нуклеотидов и нуклеозидов (см. патент РФ №2408618, МПК C08L 5/08, А23Р 1/08, C12N 11/04, A61K 9/50, A61L 15/28, A61L 27/50, опубл. 10.01.2011). Однако биосовместимость таких гидрогелей еще не доказана. Наилучшей биосовместимостью обладают ионносшитые гидрогели хитозана, получаемые посредством электростатических взаимодействий протонированных аминогрупп с низкомолекулярными анионами, с противоположно заряженными полиэлектролитами и поверхностно-активными веществами (Mocchiutti P., Schnell C.N., Rossi G.D. Carbohydr. Polym. 2016. Vol. 150. P. 89-98).Однако ионносшитые гидрогели хитозана кинетически не стабильны.

Сравнительно новым направлением в создании гибридных гелей хитозана с уникальной структурой и комплексом новых полезных свойств является биомиметический золь-гель синтез, моделирующий процесс биоминерализации в живой природе. При этом перспективными биологически активными прекурсорами являются полиолаты кремния (Шадрина Е.В., Малинкина О.Н., Хонина Т.Г., Шиповская А.Б. и др. Изв. АН. Сер. химич. 2015. №7. С. 1633-1639).

Известно средство на основе кремнийхитозансодержащего гидрогеля, предназначенное для лечения красного плоского лишая слизистой оболочки полости рта и способ лечения красного плоского лишая (см. патент РФ №2583945, МПК А61K 31/216, опубл. 10.05.2016), содержащее раствор глицеролата кремния в глицерине и водный раствор хитозана со степенью дезацетилирования 82 мольн. % и молекулярной массой 50-100 кДа, при этом в качестве лекарственных добавок используют фурагин и анестезин.

Однако данное средство может быть использовано только в виде геля и не подразумевает использование в виде пластин для наложения на наружную поверхность кожи или слизистых оболочек.

Известно средство для лечения повреждений наружных тканей организма (варианты) и способ его получения (см. патент РФ №2578969, МПК A61L 15/28, опубл. 27.03.2016). Средство выполнено в виде многослойной пленки, в которой один из слоев содержит комплекс хитозана с хотя бы одной карбоновой кислотой с длиной цепи С₂-С₇, а слой, прилегающий к ране, содержит гиалуроновую кислоту или ее производные, причем физиологически активные вещества содержатся в виде мицелл и размещаются исходно в слое, содержащем комплекс хитозана при травматических повреждениях, либо в обоих слоях. Средство получают введением мицелл с включенными физиологически активными или вспомогательными веществами в раствор выбранного полисахарида, последовательным формированием каждого отдельного слоя из растворов полисахаридов, содержащих мицеллы, и подсушиванием слоя до влажности 10-35%, после чего пленки снимают с подложки.

Недостатком является многостадийность и трудоемкость получения предложенной в способе многослойной пленки, необходимость дополнительного введения физиологически активных веществ для придания требуемой биологической активности, а также большое количество вспомогательных ингредиентов (пластификаторы, эмульгаторы, регуляторы вкуса, красители, консерванты, влагоудерживающие агенты). При этом перед введением физиологически активные вещества дополнительно переводятся в мицеллярную фазу. Заявленный в изобретении способ предусматривает получение материала только в воздушно-сухой пленочной форме.

Известно также биополимерное волокно, состав формовочного раствора для его получения, способ приготовления формовочного раствора, полотно биомедицинского назначения, способ его модификации, биологическая повязка и способ лечения ран (см. патент РФ №2468129, МПК D01F 4/00, опубл. 27.11.2012). Состав содержит хитозан, полиэтиленоксид, органическую кислоту и воду, при этом хитозан используют с молекулярной массой 30-500 кДа, степенью деацетилирования 80-95 мольн. %, полиэтиленоксид используют с молекулярной массой 2000-8000 кДа.

Способ приготовления формовочного раствора включает растворение хитозана и соответствующего полимера: полиэтиленоксида или поливинилового спирта или поливинилпирролидона или полиэтиленоксида и диацетата целлюлозы, при этом перед приготовлением раствора указанные компоненты смешивают в порошкообразном состоянии с последующим их растворением в соответствующем растворителе на магнитной мешалке до гомогенного состояния в течение 2-8 часов.

Биополимерное волокно содержит хитозан в виде соли органической кислоты и полиэтиленоксид. Полотно биомедицинского назначения представляет собой нетканый волокнисто-пористый материал, сформированный из биополимерных волокон, характеризующееся средним диаметром волокон из диапазона 50-600 нм, поверхностной плотностью из диапазона 5-25 г/м², разрывной нагрузкой при одноосном растяжении 0.61-33.6 Н, относительным удлинением при разрыве 6.0-16.4%, степенью сорбции паров воды 55-110 мас. % и паров 0.5 Н соляной кислоты 450-1500 мас. %, степенью сорбции физиологического раствора 600-800 мас. % и дистиллированной воды 450-650 мас. %.

Способ модификации полотна биомедицинского назначения заключается в набухании его в физиологическом растворе и дистиллированной воде.

Биологическая повязка представляет собой нетканое волокнисто-пористое полотно, сформированное из биополимерных волокон хитозана или соли хитозана и органической кислоты.

Однако, данный способ предусматривает получение воздушно-сухого биополимерного волокна методом электроформования, требующего наличия дорогостоящего оборудования. Получение полотна биомедицинского назначения и биологической повязки на его основе в гидрогелевой форме по заявленному в изобретении способу невозможно.

Наиболее близким к заявляемой группе изобретений является гидрогель на основе комплексной соли хитозана и способ его получения (см. патент РФ №2617501, МПК C08J 3/075, опубл. 25.04.2017). Способ заключается в растворении хитозансодержащего вещества в водном растворе органической кислоты и последующем введении в раствор гелеобразователя, при этом в качестве хитозансодержащего вещества используют гидрохлорид хитозана, в качестве органической кислоты - аскорбиновую или молочную кислоту, в качестве гелеобразователя - растворы глицеролата кремния в глицерине при мольном соотношении глицеролат кремния : глицерин 1:2-1:6, причем исходные компоненты взяты в количестве, мас. %:

Гидрогель содержит гидрохлорид-аскорбат или гидрохлорид-лактат хитозана, в котором 3.2-35 мас. % глицерина и 0.3-2.9 мас. % кремния.

Однако данный материал может быть использован только в виде геля. Формирование по заявленному в изобретении способу получения гидрогелевых пластин для наложения на наружную поверхность кожи или слизистых оболочек не представляется возможным.

Технической проблемой заявляемой группы изобретений является создание эффективного, качественного лечебно-профилактического гидрогелевого материала, выполненного с возможностью применения в виде монолитной, эластичной и высококонгруэнтной (к поверхности со сложным рельефом) глицерогидрогелевой пластины, и обладающего собственной биологической активностью, антибактериальным, противовоспалительным и ранозаживляющим действием.

Техническим результатом является получение монолитной, формоустойчивой и эластичной глицерогидрогелевой пластины на основе соли гидрохлорида хитозана и/или хитозана за счет сочетания ионного гелеобразования с биомиметическим золь-гель синтезом, т.е. без использования катализаторов, сшивающих реагентов ковалентного типа и образования побочных продуктов, отрицательно влияющих на компоненты исходной гелеобразующей смеси и готового гидрогелевого материала в виде глицерогидрогелевой пластины, при сохранении высокой биологической активности готового материала, его биосовместимости с тканями человека, упрощении процесса и снижении времени гелеобразования.

Техническая проблема группы изобретений достигается тем, что лечебно-профилактический гидрогелевый материал, обладающий антибактериальным, противовоспалительным и ранозаживляющим действием, содержит соль гидрохлорида хитозана и/или хитозана, гликолевую и/или аскорбиновую и/или салициловую и/или азелаиновую и/или аминокапроновую органические кислоты, полиолат кремния, поливиниловый спирт и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Способ получения лечебно-профилактического гидрогелевого материала заключается в растворении гидрохлорида хитозана и/или хитозана в водном растворе органической кислоты, введении в эту смесь раствора глицеролата кремния в глицерине, согласно изобретению, перед введением раствора глицеролата кремния в глицерине в смесь гидрохлорида хитозана и/или хитозана с органической кислотой вводят водный раствор поливинилового спирта, а после введения глицеролата кремния в глицерине полученную смесь заливают в форму и выдерживают до получения пленкоподобной структуры, причем исходные компоненты берут в соотношении, мас. %:

В способе предпочтительно использовать раствор глицеролата кремния в глицерине при мольном соотношении 1:2-1:3.

В качестве органической кислоты предпочтительно использовать гликолевую и/или аскорбиновую и/или салициловую и/или азелаиновую и/или аминокапроновую.

Смесь выдерживают в форме при температуре 50-80°С в течение 0.5-3 часов, либо при температуре 20±2°С в течение 1-7 суток. При использовании в качестве органической кислоты аминокапроновой кислоты смесь выдерживают в форме при температуре 20±2°С в течение 9-23 минут.

Предпочтительно использовать гидрохлорид хитозана и/или хитозан с молекулярной массой 30-700 кДа и степенью деацетилирования ≥75-80 мольн. % при мольном соотношении гидрохлорид хитозана: хитозан 1:0.15-1:0.82. Предпочтительно использовать гидрохлорид хитозана в количестве 0.6-3.6 мас. %, либо хитозан в количестве 1.3-5.3 мас. %.

В настоящее время неизвестен лечебно-профилактический гидрогелевый материал в виде биосовместимой кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины, содержащий предложенную совокупность компонентов в определенных заявляемых пределах их содержания, характеризующийся удовлетворительной прочностью, хорошей эластичностью и высокой конгруэнтностью к поверхности со сложным рельефом, а также собственной биологической активностью, антибактериальным, противовоспалительным и ранозаживляющим действием.

Экспериментально установлено, что в результате взаимодействия гидрохлорид хитозана и/или хитозана, гликолевой и/или аскорбиновой и/или салициловой и/или азелаиновой и/или аминокапроновой органических кислот, глицеролата кремния, поливинилового спирта образуется гидрогелевый материал в виде монолитной глицерогидрогелевой пластины. Продукт стабилен во времени, фазовое разделение отсутствует.

Использование биоактивных глицеролатов кремния позволяет проводить безкаталитический золь-гель синтез полиолатов кремния в мягких условиях без образования при гидролизе и конденсации побочных продуктов, отрицательно влияющих на компоненты гелеобразующей смеси, свойства глицерогидрогелевой пластины и на ткани человека.

Биологически инертный поливиниловый спирт выполняет роль темплата для конденсации ≡Si-OH групп в дисилоксановые группировки ≡Si-О-Si≡.

Глицерин в составе глицерогидрогелевой пластины выполняет роль пластификатора и влагоудерживающего компонента, препятствует синерезису.

Группа изобретений иллюстрируется фотографиями и таблицами, на которых представлены:

на фиг. 1 - фото гидрогелевого материала в виде пластины на основе гликолята хитозана;

на фиг. 2 - фото гидрогелевого материала в виде пластины на основе D-аскорбата хитозана;

на фиг. 3 - фотография монослоя дермальных фибробластов, культивированных в питательной среде, дополненной исходными компонентами гидрогелевого материала;

в таблице 1 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе гидрохлорида хитозана или хитозана и гликолевой кислоты (примеры №1-10);

в таблице 2 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе хитозана и L-(D-) аскорбиновой кислоты (примеры №11-15);

в таблице 3 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе гидрохлорида хитозана и аминокапроновой кислоты (примеры №16-21);

в таблице 4 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе гидрохлорида хитозана и/или хитозана и/или салициловой и/или азелаиновой кислоты и/или их смесей с аминокапроновой и/или гликолевой кислотой (примеры №22-30).

Способ получения гидрогелевого материала осуществляется следующим образом.

Готовят водный раствор хитозансодержащего вещества концентрации 3.0-9.0 мас. % в водном растворе органической кислоты концентрации 1.5-6.0 мас. %. При этом, в качестве хитозансодержащего вещества используют гидрохлорид хитозана и/или хитозан с молекулярной массой 30-700 кДа и степенью деацетилирования ≥75-80 мольн. %, в качестве органической кислоты используют гликолевую и/или L-(D-)аскорбиновую, и/или аминокапроновую, и/или салициловую, и/или азелаиновую кислоту. В полученный раствор вводят водный раствор высокомолекулярного темплата - поливинилового спирта концентрации 8.0-10.0 мас. %, затем гелеобразователь - раствор глицеролата кремния в глицерине (Si(C₃H₇O₃)₄⋅(2-3)C₃H₈O₃) концентраций 55-70 мас. % для протекания золь-гель синтеза и, при втором варианте выполнения, ионный сшиватель - глицериновый раствор тетрабората натрия (Na₂B₄O₇) концентрации 10-20 мас. %. Смешение исходных компонентов проводят в смесителе, снабженном механическим гомогенизатором, согласно рецептуре.

Полученный гидрогелевый материал заливают в специальную пластиковую или силиконовую форму (стерильная, одноразовая форма из инертного материала с размерами сторон 50×50×5.0 мм, 50×70×5.0 мм, 70×70×5.0 мм, 70×100×5.0 мм или др.), помещают в термошкаф с температурой 50-80°С и оставляют в статических условиях при 20±2°С для гелеобразования в течение 0.5-3 ч до получения гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины размером 50-70×50-100 мм или др. и толщиной 2-7 мм, которую помещают в герметичную упаковку и хранят при 25±5°С согласно инструкции. При необходимости, получение пластины можно проводить при комнатной температуре (20±2°С) в течение 1-7 суток, а в случае использования аминокапроновой кислоты - в течение 9-23 минут. Выбор температурного диапазона 50-80°С при получении гидрогелевого материала обусловлен наиболее оптимальным временем гелеобразования. При температуре ниже 50°С гелеобразование замедляется и время формирования гидрогелевого материала становится соизмеримым с временем его формирования при температуре 20±2°С. При температуре выше 80°С, наряду с ускорением процесса гелеобразования возможна термодеструкция компонентов и снижение биологической активности гидрогелевого материала.

Группу изобретений иллюстрируют примеры №1-30.

Примеры №1-10 иллюстрируют получение гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины с использованием гликолевой кислоты.

Пример №1. Для приготовления 100 г гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины в смеситель помещают 1.3 мл 70% гликолевой кислоты, 54.8 г дистиллированной воды, 2.3 г порошка гидрохлорида хитозана и непрерывно перемешивают в течение 1-1.5 часов при 20±2°С (обычная температура в помещении, нет необходимости ни нагревать, ни охлаждать) до получения гомогенного раствора. Параллельно готовят раствор поливинилового спирта. Для этого в специальную емкость помещают 22.5 г дистиллированной воды, вносят при перемешивании 2.5 г порошка поливинилового спирта, помещают в печь СВЧ (при мощности ~850 Вт) на 1-2 минуты до полного растворения полимера, переливают в смеситель с раствором хитозана и гомогенизируют в течение 5-10 минут. Полученную систему фильтруют через тканевый фильтр, вводят 16.6 г раствора глицеролата кремния в двухмольном избытке глицерина и гомогенизируют механическим перемешиванием в течение 5 минут. Состав и содержание исходных реагентов гидрогелевого материала, мас. %:

гликолевая кислота - 0.90;

гидрохлорид хитозана - 2.30;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.6;

вода - остальное.

Полученную композицию заливают в специальную пластиковую или силиконовую форму (стерильная, одноразовая форма из инертного материала с размерами сторон 50×50×5.0 мм, 50×70×5.0 мм, 70×70×5.0 мм, 70×100×5.0 мм или др.), помещают в термошкаф с температурой 50±0.1°С, оставляют в статических условиях для гелеобразования в течение 3 часов до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины в виде гелеобразной пленкоподобной структуры размером 50-70×50-100 мм или др. и толщиной 2-7 мм, которую помещают в герметичную упаковку и хранят при 25±5°С согласно инструкции.

Состав и содержание конечных компонентов в готовой пластине, мас. %:

гидрохлорид-гликолят хитозана - 2.41;

гликолевая кислота - 0.79;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 11.3;

глицерин - 5.30;

вода - остальное.

Пример №2. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 1, отличие заключается в содержании компонентов, проведении гелеобразования при температуре 80±0.1°С, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 0.5 часа. Состав и содержание исходных реагентов для получения гидрогелевого материала, мас. %:

гликолевая кислота - 1.00;

гидрохлорид хитозана - 2.70;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины, мас. %:

гидрохлорид-гликолят хитозана - 2.83;

гликолевая кислота - 0.87;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 5.70;

глицерин - 2.60;

вода - остальное.

Пример №3. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 1, однако используют хитозан и раствор глицеролата кремния в трехмольном избытке глицерине. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных реагентов для получения гидрогелевого материала, мас. %:

гликолевая кислота - 0.40;

хитозан - 1.30;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 50.0;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины, мас. %:

Гликолят хитозана - 1.61;

гликолевая кислота - 0.09;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 29.5;

глицерин - 20.5;

вода - остальное.

Пример №4. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 3, отличие заключается в содержании компонентов, проведении гелеобразования при температуре 20±2°С, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 1 сутки. Состав и содержание исходных компонентов для получения гидрогелевого материала, мас. %:

гликолевая кислота - 0.80;

хитозан - 2.50;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 25.0;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале, мас. %:

Гликолят хитозана - 3.09;

гликолевая кислота - 0.21;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 14.8;

глицерин - 10.3;

вода - остальное.

Пример №5. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 3, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов для получения гидрогелевого материала, мас. %:

гликолевая кислота - 0.80;

хитозан - 2.80;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 18.8;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале, мас. %:

Гликолят хитозана - 3.46;

гликолевая кислота - 0.14;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 11.1;

глицерин - 7.70;

вода - остальное.

Пример №6. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 3, однако используют раствор глицеролата кремния в двухмольном избытке глицерина. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов для получения гидрогелевого материала, мас. %:

гликолевая кислота - 0.90;

хитозан - 2.90;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.6;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале, мас. %:

Гликолят хитозана - 3.58;

гликолевая кислота - 0.22;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 11.3;

глицерин - 5.30;

вода - остальное.

Пример №7. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 4, отличие заключается в содержании компонентов, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 3 суток. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

гликолевая кислота - 0.90;

хитозан - 3.10;

поливиниловый спирт - 1.90;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 18.8;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовой пластине, мас. %:

Гликолят хитозана - 3.83;

гликолевая кислота - 0.17;

поливиниловый спирт - 1.90;

полиолаты кремния - 11.1;

глицерин - 7.70;

вода - остальное.

Пример №8. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 3, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

гликолевая кислота - 0.90;

хитозан - 3.10;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 12.5;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовой пластине, мас. %:

Гликолят хитозана - 3.83;

гликолевая кислота - 0.17;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 7.40;

глицерин - 5.10;

вода - остальное.

Пример №9. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 6, отличие заключается в содержании компонентов и проведении гелеобразования при температуре 70±0.1°С, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 1 час. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

гликолевая кислота - 1.00;

хитозан - 3.30;

поливиниловый спирт - 2.50;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в гидрогелевой пластине, мас. %:

Гликолят хитозана - 4.08;

гликолевая кислота - 0.22;

поливиниловый спирт - 2.50;

полиолаты кремния - 5.70;

глицерин - 2.60;

вода - остальное.

Пример №10. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 6, отличие заключается в содержании компонентов, проведении гелеобразования при температуре 20±2°С, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 7 суток. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

гликолевая кислота - 1.10;

хитозан - 3.80;

поливиниловый спирт - 1.70;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

Гликолят хитозана - 4.70;

гликолевая кислота - 0.20;

поливиниловый спирт - 1.70;

полиолаты кремния - 5.70;

глицерин - 2.60;

вода - остальное.

Из примеров №1-10 следует, что общее время получения гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины при температуре 50-80°С составляет 0.5-3 ч. При проведении процесса гелеобразования при комнатной температуре (20±2°С) общее время получения гидрогелевого материала увеличивается до 1-7 суток.

Гидрогелевый материал в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины на основе гликолята хитозана приведен на Фиг. 1.

В таблице 1 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе гидрохлорида хитозана или хитозана и гликолевой кислоты (примеры №1-10).

Примеры №11-15 иллюстрируют получение гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины с использованием L-(D-) аскорбиновой кислоты.

Пример №11. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 3, однако используют порошок D-аскорбиновой кислоты. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

D-аскорбиновая кислота - 2.30;

хитозан - 2.30;

поливиниловый спирт - 1.70;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины, мас. %:

D-аскорбатхитозана - 3.56;

D-аскорбиновая кислота - 1.04;

поливиниловый спирт - 1.70;

полиолаты кремния - 4.90;

глицерин - 3.40;

вода - остальное.

Физико-механические свойства составили: относительное удлинение при разрыве ε_p=15.7%, разрывное напряжение σ_p=0.9 МПа, модуль Юнга G=0.05 МПа.

Пример №12. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 11, отличие заключается в содержании компонентов, проведении гелеобразования при температуре 20±2°С, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 1 сутки. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

D-аскорбиновая кислота - 3.00;

хитозан - 3.00;

поливиниловый спирт - 1.70;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

D-аскорбатхитозана - 4.64;

D-аскорбиновая кислота - 1.36;

поливиниловый спирт - 1.70;

полиолаты кремния - 4.90;

глицерин - 3.40;

вода - остальное.

Физико-механические свойства пластины составили: ε_p=21.1%, σ_р=1.9 МПа, G=0.05 МПа.

Пример №13. Все этапы получения пластины аналогичны примеру 11, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

D-аскорбиновая кислота - 3.80;

хитозан - 3.80;

поливиниловый спирт - 1.70;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

D-аскорбатхитозана - 5.88;

D-аскорбиновая кислота - 1.72;

поливиниловый спирт - 1.70;

полиолаты кремния - 4.90;

глицерин - 3.40;

вода - остальное.

Физико-механические свойства пластины составили: ε_p=42.8%, σ_p=2.4 МПа, G=0.06 МПа.

Пример №14. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 11, однако используют порошок L-аскорбиновой кислоты. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

Z-аскорбиновая кислота - 4.50;

хитозан - 4.50;

поливиниловый спирт - 1.70;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

L-аскорбатхитозана - 6.96;

L-аскорбиновая кислота - 2.04;

поливиниловый спирт - 1.70;

полиолаты кремния - 4.90;

глицерин - 3.40;

вода - остальное.

Физико-механические свойства пластины составили: ε_p=41.2%, σ_p=2.7 МПа, G=0.10 МПа.

Пример №15. Все этапы получения пластины аналогичны примеру 14, отличие заключается в содержании компонентов, проведении гелеобразования при температуре 20±2°С, время гелеобразования до получения кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины составляет 3 суток. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

L-аскорбиновая кислота - 5.30;

хитозан - 5.30;

поливиниловый спирт - 1.70;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 8.30;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

L-аскорбатхитозана - 8.20;

L-аскорбиновая кислота - 2.40;

поливиниловый спирт - 1.70;

полиолаты кремния - 4.90;

глицерин - 3.40;

вода - остальное.

Физико-механические свойства пластины составили: ε_p=33.7%, σ_p=3. МПа, G=0.09 МПа.

В примерах 11-15 общее время получения гидрогелевого материала составляет 1-3 часа при температуре 50±0.1°С. При проведении процесса гелеобразования при комнатной температуре (20±2°С) общее время получения пластины увеличивается до 1-3 суток.

Гидрогелевый материал на основе D-аскорбатахитозана приведен на Фиг. 2.

В таблице 2 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе хитозана и L-(D-) аскорбиновой кислоты (примеры №11-15).

Примеры №16-21 иллюстрируют получение гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины с использованием аминокапроновой кислоты.

Пример №16. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 1, однако используют порошок аминокапроновой кислоты, раствор глицеролата кремния в трехмольном избытке глицерина. Процесс гелеобразования проводят при комнатной температуре (20±2°С). Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

аминокапроновая кислота - 1.20;

гидрохлорид хитозана - 0.60;

поливиниловый спирт - 4.00;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 40.0;

вода - остальное.

Время формирования пластины составляет 8 мин. Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

гидрохлорид-аминокапроат хитозана - 0.65;

аминокапроновая кислота - 1.15;

поливиниловый спирт - 4.00;

полиолаты кремния - 23.5;

глицерин -16.5;

вода - остальное.

Пример №17. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 16, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

аминокапроновая кислота - 1.20;

гидрохлорид хитозана - 1.00;

поливиниловый спирт - 4.00;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 40.0;

вода - остальное.

Время формирования пластины составляет 11 мин. Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

гидрохлорид-аминокапроат хитозана - 1.08;

аминокапроновая кислота - 1.12;

поливиниловый спирт - 4.00;

полиолаты кремния - 23.5;

глицерин - 16.5;

вода - остальное.

Пример №18. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 16, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

аминокапроновая кислота - 2.40;

гидрохлорид хитозана - 1.20;

поливиниловый спирт - 2.00;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 40.0;

вода - остальное.

Время формирования пластины составляет 9 мин. Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

гидрохлорид-аминокапроат хитозана - 1.3;

аминокапроновая кислота - 2.30;

поливиниловый спирт - 2.00;

полиолаты кремния - 23.5;

глицерин - 16.5;

вода - остальное.

Пример №19. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 16, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

аминокапроновая кислота - 2.40;

гидрохлорид хитозана - 2.00;

поливиниловый спирт - 2.00;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 40.0;

вода - остальное.

Время формирования пластины составляет 12 мин. Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

гидрохлорид-аминокапроат хитозана - 2.16;

аминокапроновая кислота - 2.24;

поливиниловый спирт - 2.00;

полиолаты кремния - 23.5;

глицерин - 16.5;

вода - остальное.

Пример №20. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 16, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

аминокапроновая кислота - 1.80;

гидрохлорид хитозана - 2.10;

поливиниловый спирт - 4.00;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 30.0;

вода - остальное.

Время формирования пластины составляет 23 мин. Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

гидрохлорид-аминокапроат хитозана - 2.27;

аминокапроновая кислота - 1.63;

поливиниловый спирт - 4.00;

полиолаты кремния - 17.6;

глицерин - 12.4;

вода - остальное.

Пример №21. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 16, отличие заключается в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

аминокапроновая кислота - 2.40;

гидрохлорид хитозана - 3.60;

поливиниловый спирт - 2.00;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 40.0;

вода - остальное.

Время формирования пластины составляет 15 мин. Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

гидрохлорид-аминокапроатхитозана - 3.89;

аминокапроновая кислота - 2.11;

поливиниловый спирт - 2.00;

полиолаты кремния - 23.5;

глицерин - 16.5;

вода - остальное.

В таблице 3 представлено содержание и массовый состав исходных компонентов для получения гидрогелевого материала и содержание компонентов в готовом гидрогелевом материале на основе гидрохлорида хитозана и аминокапроновой кислоты (примеры №16-21).

Примеры №22-30 иллюстрируют получение гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащей глицерогидрогелевой пластины с использованием гидрохлорида хитозана и/или хитозана и/или салициловой и/или азелаиновой кислоты и/или их смесей с аминокапроновой и/или гликолевой кислотой.

Пример №22. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 11, однако используют порошок салициловой кислоты и дополнительно порошок гидрохлорида хитозана, растворение хитозансодержащего вещества проводят при 60-80±2°С в течение 0.5-1.0 часов. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

салициловая кислота - 0.90;

гидрохлорид хитозана - 1.66;

хитозан - 1.00;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль гидрохлорида хитозана и хитозана с салициловой кислотой - 3.09;

салициловая кислота - 0.47;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №23. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 22, однако в смеситель дополнительно вводят порошок аминокапроновой кислоты. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

салициловая кислота - 0.90;

аминокапроновая кислота - 1.00;

гидрохлорид хитозана - 2.00;

хитозан - 1.00;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль гидрохлорида хитозана и хитозана с салициловой и аминокапроновой кислотой - 3.59;

салициловая и аминокапроновая кислоты - 1.31;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №24. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 3, однако в смеситель дополнительно вводят порошок салициловой кислоты, растворение хитозансодержащего вещества проводят при 60-80±2°С в течение 0.5-1.0 часов. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

салициловая кислота - 0.90;

гликолевая кислота - 0.50;

хитозан - 2.00;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль хитозана с салициловой и гликолевой кислотой - 2.66;

салициловая и гликолевая кислоты - 0.74;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №25. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 16, однако в смеситель дополнительно вводят порошок азелаиновой кислоты и порошок хитозана, растворение хитозансодержащего вещества проводят при 60-80±2°С в течение 0.5-1.0 часов. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

азелаиновая кислота - 0.40;

аминокапроновая кислота - 1.30;

гидрохлорид хитозана - 2.57;

хитозан - 0.43;

поливиниловый спирт - 2.85;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 14.3;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль гидрохлорида хитозана и хитозана с азелаиновой и аминокапроновой кислотами - 3.44;

азелаиновая и аминокапроновая кислоты - 1.26;

поливиниловый спирт - 2.85;

полиолаты кремния - 8.44;

глицерин - 5.86;

вода - остальное.

Пример №26. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 25, однако дополнительно используют порошок салициловой кислоты. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

азелаиновая кислота - 0.60;

салициловая кислота - 0.66;

аминокапроновая кислота - 0.66;

гидрохлорид хитозана - 1.33;

хитозан - 1.32;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль гидрохлорида хитозана и хитозана с азелаиновой, салициловой и аминокапроновой кислотой - 3.36;

азелаиновая, аминокапроновая и салициловая кислоты - 1.21;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №27. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 24, однако дополнительно используют порошок азелаиновой кислоты. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %

азелаиновая кислота - 0.60;

салициловая кислота - 0.60;

гликолевая кислота - 0.33;

хитозан - 1.80;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль хитозана с азелаиновой, салициловой и гликолевой кислотами - 2.67;

азелаиновая, салициловая и гликолевая кислоты - 0.66;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №28. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 22, однако используют порошок азелаиновой кислоты. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

азелаиновая кислота - 0.90;

гидрохлорид хитозана - 1.66;

хитозан - 1.00;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль гидрохлорида хитозана и хитозана с азелаиновой кислотой - 3.22;

азелаиновая кислота - 0.34;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №29. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 24, однако вместо порошка салициловой кислоты используют порошок азелаиновой кислоты. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

азелаиновая кислота - 0.90;

гликолевая кислота - 0.50;

хитозан - 2.00;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль хитозана с азелаиновой и гликолевой кислотами - 2.79;

азелаиновая и гликолевая кислоты - 0.61;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Пример №30. Все этапы получения гидрогелевого материала аналогичны примеру 28, однако в смеситель дополнительно вводят порошок аминокапроновой кислоты. Отличие заключается также в содержании компонентов. Состав и содержание исходных компонентов, мас. %:

азелаиновая кислота - 0.90;

аминокапроновая кислота - 1.00;

гидрохлорид хитозана - 2.00;

хитозан - 1.00;

поливиниловый спирт - 1.66;

раствор глицеролата кремния в глицерине - 16.7;

вода - остальное.

Состав и содержание компонентов в пластине, мас. %:

соль гидрохлорида хитозана и хитозана с азелаиновой и аминокапроновой кислотами - 3.72;

азелаиновая и аминокапроновая кислоты - 1.18;

поливиниловый спирт - 1.66;

полиолаты кремния - 9.85;

глицерин - 6.85;

вода - остальное.

Проводили оценку биосоместимости и цитотоксичности исходного состава композиции, используемой для получения гидрогелевого материала.

Использовали исходные составы по примерам №1, 8, 11, 14 и 16. Каждый тестируемый состав готовили с использованием стерильной бидистиллированной воды (рН 6.8-7.0) с последующим разбавлением стерильной питательной средой ДМЕМ до концентрации 0.1 мас. %. Полученные растворы в разведении 1:10-1:14 помещали в стерильную чашку Петри, заливали ростовой средой DMEM с добавлением 10% эмбриональной сыворотки крупного рогатого скота и вносили суспензию клеток дермальных фибробластов в концентрации не меньше 10⁶ кл./мл. Культивирование осуществляли в СО₂-инкубаторе в атмосфере 5% СО₂ при 37°С. Жизнеспособность клеток оценивали на флуоресцентном микроскопе «МикМед-2» (Россия), окрашивание проводили акридиновым оранжевым и этидиумом бромидом. Наблюдение за адгезией и пролиферацией клеток проводили на сканирующем электронном микроскопе Tescan MIRA LMU (Чехия).

Во всех опытах образование полноценного монослоя клеток наблюдалось в сроки от 3 до 5 дней. Это свидетельствует об отсутствии цитотоксичности и высокой биосовместимости исходного состава кремнийхитозансодержащей гелеобразующей композиции с дермальными клетками, что позволяет дать положительные рекомендации к применению гидрогелевого материала в виде кремнийхитозансодержащих глицерогидрогелевых пластин в медицине, фармакологии, косметологии и других областях.

На Фиг. 3 приведена фотография монослоя дермальных фибробластов, культивированных в питательной среде, дополненной исходным составом по примеру №16.

Экспериментально установлено, что при использовании соотношения компонентов в гидрогелевом материале, взятых в большем или меньшем количествах заявленных в примерах №1-30 интервалов, технический результат группы изобретений не достигается. При меньшем содержании компонентов гидрогелевый материал в виде монолитной и формоустойчивой глицерогидрогелевой пластины не формируется, при большем - снижается эластичность гидрогелевого материала, наблюдается синерезис.