Одно из самых ранних исследований микросфер из ПОА выполнено (Bissery et al., 1983; 1984). Методом испарения растворителя из раствора ПОБ, меченого по 14С, были получены микросферы диаметром 1–12 мкм, которые после внутривенного введения мышам локализовались в основном в легких. При введении таких микросфер, нагруженных протовораковым препаратом (ломустином), мышам с карциномой легких Левиса, эффект препарата был минимальным (Bissery et al., 1985). Однако в системах in vitro обнаружено, что лекарство полностью высвобождается из микросфер за 24 ч. при содержании препарата в частицах 7.4 % (по массе) в отличие от полилактидных микросфер, для высвобождения препарата из которых требуется до 90 ч. (Bissery et al., 1984b). В ходе приготовления микросфер возможна гетерогенность их формы, что, возможно, обусловлено высокой кристалличностью полиоксибутирата.
Локализация гранул, полученных из меченного по 14С- полиоксибутирата, изучена при введении лабораторным животным внутривенно. Показано, что в зависимости от размера гранул они локализовались в разных внутренних органах. При введении частиц диаметром 1–12 мкм внутривенно мышам спустя 30 мин. 47 % от общей радиоактивности было зарегистрировано в легких, 14 % – в печени и 2.1 % – в селезенке. Введение более мелких частиц (0.3–0.5 мкм) в хвостовую вену крысам дало иную картину, – через 2.5 ч. 86 % радиоактивности зафиксировано в печени и только по 2.5 % в легких и селезенке. Радиоактивность тканей регистрировали в течение двух месяцев при медленном, но заметном ее снижение (Saito et al., 1991)
Исследование кинетики выхода лекарства из микросфер разного диаметра (53–2000 мкм), полученных из ПОБ, проведено на примере сульфамитизола. Установлено, что из микросфер, полученных из кристалличного ПОБ более высокой молекулярной массы, скорость выхода препарата выше, вероятно, вследствие неравномерного включения лекарства в полимерный матрикс (Brophy and Deasy, 1986). Увеличение скорости выхода препарата положительно коррелировало с содержанием лекарства в форме и возрастало с уменьшением размеров частиц.
Исследовано включение антибиотиков антрациклинового ряда в микросферы из полиоксибутирата и кинетика их выхода in vitro в зависимости от размера частиц и содержания в них лекарства (Juni and Nakano, 1987; Kawaguchi et al., 1992). На скорость выхода лекарства из полимерных микрочастиц, как установлено (Kubota et al., 1988), влияет также дополнительное введение в форму эфиров жирных кислот. Последние, формируя каналы в объеме микросферы, облегчают высвобождение лекарства. Это подтверждено на примере микросфер из ПОБ с включением ацилглицерола для высвобождения противоракового препарата ластета (Abe et al., 1992). Хороший про-
265
тивоопухолевый эффект против Р388 лейкемии показан при испыта-
нии микросфер из ПОБ in vivo (Kawaguchi et al., 1992).
Показана возможность использования ПОБ для приготовления оральных лекарственных систем с целью доставки вакцин, способных защищать антигены вакцин от перевариваемости в желудке (Eldrige et al., 1990). Проведено испытание микросфер диаметром менее 10 мкм, содержащих кумарин, in vivo в опыте на мышах при однократном оральном введении. Результаты показали хорошую абсорбцию микросфер в Пейеровых бляшках спустя 48 ч. после потребления. ПОБ и ПОБ-со-ПОВ как матрица для разработки средств доставки вакцин также положительно оценены другими авторами
(Linhardt et al., 1990; Conway et al., 1996;1997).
Собственно полиоксибутират и в смеси с рифампицином в экспериментах in vivo на собаках оценены в качестве носителя для изготовления эмболов почеченых артерий (Kassab et al., 1997;1999). Полученные ангиограммы до и после эмболизации показали, что введение микросфер диаметром от 120 до 200 мкм в количестве 10 мг/животное обеспечивало замедление кровотока в почечных артериях с последующей частичной окклюзией прекапилляров. После второй инъекции микросфер была достигнута полная эмболизация. Гистологические исследования тканей почек выявили наличие обструкции почечной артерии и блокирование доставки крови к почке.
Описано использование ПОБ-со-ПОВ для изготовления микросфер с включением тетрациклина и его гидрохлорида для лечения периодонтитов (Sendil et al., 1998;1999). В зависимости от соотношения полимера и антибиотика удавалось пролонгировать доставку препарата до 100 ч. При этом обнаружено, что изменение молекулярной массы полимера могло влиять на кинетику выхода антибиотика.
Микроинкапсулирование признано наиболее перспективным направлением в области управляемой доставки лекарственных веществ
(Duarte et al., 1997; Amass et al., 1998). Применение ПОА и микроин-
капсулирования для создания пролонгированных лекарственных средств в настоящее время признано пригодным для многих применяемых в настоящее время лекарственных средств. В зависимости от техники инкапсулирования содержание препарата в микросферах может существенно варьировать. В настоящее время ПОА активно исследуются в качестве биодеградируемой матрицы для получения микрокапсул (Abe, Doi, 1992; Kumagai, Doi, 1992; Embelton, Tighe,1992; 1993; Gref et al., 1994; Gursel, Hasisci, 1995; Atkins, 1997; Kim et al., 2000; Kamaev et al., 2001). Описаны различные модельные микрокапсульные системы долговременного пользования на основе ПОА для доставки гормональных, противораковых, седативных препаратов,
антибиотиков и др. (Gürsel et al., 2000; Lu et al., 2001; Kang et al., 2001).
266
Среди различных типов полиоксиалканоатов, которые идентифицированы к настоящему времени, полимеры, содержащие в качестве мономеров 4-оксимасляную кислоту, представляют интерес в качестве источника данных мономеров для биомедицинских применений. Потенциальное терапевтическое значение 4-оксимасляной кислоты было установлено в начале 60-х годов (Dean et al., 1998). Данный мономер оксимасляной кислоты, называемой в медицинской практике γ-оксибутиратом, способный быстро проникать через гематоэнцефалический барьер и вызывать соноподобное состояние при сохранении стабильности сердечно-сосудистой системы, стали использовать в качестве внутривенного анестезирующего средства в Европе и Японии (Laborit, 1964; Hunter et a., 1971). Далее 4-оксибути- рат стали применять в качестве нарколептика, так как он удлиняет обе фазы сна и поддерживает данный эффект на протяжении ночи
(Mamelak et al., 1986).
Исследования 4-оксимасляной кислоты в виде солей натрия проведено с целью использования в анестезиологии (Vickers,1968). Установлено, что применение солей 4-оксимасляной кислоты в виде таблетированных и капсульных форм орально невозможно из-за высокой гигроскопичности. Поэтому были начаты исследования, направленные на создание приемлемых лекарственных форм 4-окси- масляной кислоты (Klosa, US Patent 282,419). Имеется несколько патентов применения 4-оксимасляной кислоты в качестве снотворного средства и для лечения алкогольного абстинентного синдрома.
Выявлено, что 4-оксимасляная кислота повышает уровень дофамина в тканях мозга (Gessa et al., 1966). В связи с этим эффектом запатентовано применение 4-оксимасляной кислоты в виде форм с контролируемым высвобождением кислоты для лечения алкоголизма, а также героиновой и никотиновой зависимости. Более того, выявлено, что 4-оксибутират способен сокращать потребности в энергетических субстратах тканей мозга и периферических тканей, поэтому может выполнять роль протектора данных тканей от повреждений при гипоксических и других патологических состояниях (Mamelak,1989).
С целью увеличения коммерческого выпуска 4-оксимасляной кислоты в качестве ее источника оценены полиоксиалканоаты, содержащие 4-оксимасляную кислоту в качестве мономера (Williams and Martin, 2001). Авторы дозированно вводили низкомолекулярный 4-ПОБ через назогастральный зонд крысам и регистрировали после этого концентрацию мономеров 4-оксимасляной кислоты в сыворотке животных. Спустя 30 мин после введения концентрация мономеров в сыворотке возросла от базовой концентрации (9 μM) до 86 μM и сохранялась на этом уровне в течение восьми часов. В отличие от введения полимера, введение мономеров 4-оксимасляной кислоты приводило к быстрому (через 30 минут) увеличению их концентрации
267
в сыворотке до 182 μM, однако спустя два часа концентрация мономеров падала до базового уровня. Замедленный выход мономеров из 4-ПОБ потенциально можно использовать для лечения нарколепсии, алкогольнгой зависимости и др. Терапевтический потенциал 4- ПОБ в настоящее время активно исследуется (Sudesh et al., 2000).
7.3. Возможные сферы применения полиоксиалканоатов
К 2000 году объемы производства разрушаемых пластиков должны были достигнуть 1.4–2.0 млн тонн. Предназначены они, в основном, для изготовления упаковочного материала и тары для бытовых отходов, пищевой промышленности, косметологии, а так же сельского хозяйства. Большой интерес к биодеградируемым пластикам, в частности, полиоксиалканоатам в настоящее время сложился в США. Хорошие перспективы и широкий рынок изделий из ПОА наметился в косметологии. Это получаемые экструзией различной формы флаконы, банки, бутыли, контейнеры и коробки (Baptist, 1963a, b). Применяют полиоксиалканоаты также для изготовления пишущих ручек, игрушек, спортивных изделий (Webb, 1990).
Отдельные полиоксиалканоаты образуют прочные гели и латексы. На их основе возможно изготовление клеев, наполнителей, в т.ч. для стабилизации красителей (Taylor, 1996). Ламинаты ПОА с бумагой и другими полимерами хорошо зарекомендовали себя для изготовления мешков и пакетов для хранения разрушаемого мусора, а также одноразовой посуды (Marschssaultt et al., 1995). Хорошие ламинаты ПОА получают в смеси с другими полимерами, например, поливиниловым спиртом (Holmes, 1986). Такие композиционные материалы быстро разрушаются в компостах и почве (Noda, 1996a, b; Shiotani, Kobayashi, 1994). Расплавами полиоксиалканоатов возможно ламинирование бумаги и картона (Kazyuya et al., 1994). Из ПОА можно производить нетканые материалы (Steel, Norton-Berry, 1986), различные предметы личной гигиены, включая памперсы, прокладки,
салфетки, тампоны и пр. (Martini et al., 1989a, b)
Полиоксибутират и его сополимеры с валератом используют для получения термоплавких адгезивных материалов (Kauffman et al., 1992), а длинноцепочечные ПОА используют в качестве адгезивов, устойчивых при прессовании (Rutherford et al., 1997). ПОА можно использовать также для замены нефтехимических полимеров в качестве тонеров и проявителей (Fuller et al., 1991), а также ион-
проводящих полимеров (Reusch and Reusch, 1993a,b).
Помимо упаковочной тары, контейнеров для пищи и одноразовой посуды, ПОА используют также в качестве пищевых добавок, на-
268
пример, заменителя сливок, средств доставки ароматизаторов и от-
душек (Yalpani, 1993a, b).
Данный материал исследуется и внедряется в различные сферы, включая необычные, например, использование в условиях морской воды. Это направление возникло после того, как стало известно, что ПОА хорошо разрушаются не только в почве, но и в морской воде. Моножильные крученые нити из сополимеров ПОБ-со-ПОВ используются для изготовления рыболовных сетей, крабовых ловушек, канатов, а также в практике морской аквакультуры (Inagaki et.al., 1996; Sim et al., 1997). Данные изделия достаточно прочны и в то же время разрушаются в морской воде. Биодеградируемые пленки из Биопола®, покрытые поливинилом, используются для выращивания морских водорослей. Такие изделия сохраняют исходные прочностные свойства в течение трех месяцев (Hamada,1997), а смеси поликапролактона с ПОБ-со-ПОВ препятствуют прикреплению водорослей в ходе эксплуатации, тем самым создавая условия для выращивания морской фауны для получения морепродуктов (Suzuki et. al., 1996).
Рынок существует и по отношению к продуктам деполимеризации и гидролиза ПОА. Из полиоксиалканоатов возможно получение спектра оптически чистых многофункциональных оксикислот (Lee et al., 1997; 1998). Фирма Merck, например, использует гидролизаты R-3- оксимасляной кислоты для получения антиглаукомных препаратов, а также в композиции с R-1,3-бутандиолом – для получения -лактама
(Stinson, 1995).
Обсуждаются и потенциальные питательные свойства полиоксиалканоатов. Несколькими исследовательскими группами в ходе исследования ряда нарушений обмена, например, метаболического ацидоза, в качестве альтернативы мономерам натриевых солей оценены мономеры R-3-полиоксимасляной кислоты и их пищевой и терапевтический потенциал. Используя такие полимерные формы вместо натриевых солей, можно контролировать выход мономеров из них, особенно это важно в случаях наличия высоких уровней ионов натрия in vivo. В работе (Tasaki et al., 1998) описан результат инфузии димеров и тримеров R-3-полиоксибутирата крысам. Результат был также положителен Хотя смесь данных компонентов не гидролизовалась в сыворотке, мономеры высвобождались со временем так же хорошо в гомогенатах печени, как после инфузии у крыс. В условиях in vitro мономеры также хорошо высвобождались в ходе инкубирования в присутствии карбоксилэстераз.
В серии работ (Veech, 1998; 2000; Martin et al., 2000) при иссле-
дованиях олигомеров R-3-гидроксибутирата in vivo наблюдали связывание кетоновых тел после пролонгированного периода. Потенциальное использование таких систем доставки может иметь место для контроля приступов, восстановления белкового катаболизма, подав-
269