БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ГЕЛИ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ПОРАЖЕНИЙ МЯГКИХ И КОСТНЫХ ТКАНЕЙ

Синтез новых биоактивных материалов на основе неорганических и элементоорганических соединений, содержащих биогенные элементы: кальций, фосфор, кремний и другие, с заданными медико-биологическими свойствами весьма актуален.

Одним из наиболее перспективных материалов для использования в костной хирургии и стоматологии является гидроксиапатит - кальций-фосфорсодержащее соединение с формулой Са5(Р04)30Н, наиболее близкое по химическому составу к костной ткани и зубной эмали. Гидроксиапатит оказывает гемостатическое, ранозаживляющее и остеопластическое действие, активируя процессы репаративного остеогенеза и способствуя росту клеток костной ткани (остеобластов) [1-4]. Существует много способов получения гидроксиапатита, которые можно свести к двум группам: твердофазного синтеза и осаждения из растворов. Нами применялся метод получения гидроксиапатита высокой степени чистоты, относящийся ко второй группе [5]. Он имеет ряд преимуществ перед твердофазным высокотемпературным синтезом, поскольку проще и экономичнее, позволяет в широких пределах управлять процессом с получением на выходе продуктов различного состава и свойств.

Известно, что из всех эссенциальных (жизненно необходимых) элементов наибольшую роль на пролиферативно-репаративные процессы основных тканей (эпителиальных, соединительных и прежде всего костных) оказывает кремний. К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал по поиску, созданию и использованию органических соединений кремния в медицинской практике для лечения самых разно-

образных заболеваний [6, 7]. В Институте органического синтеза УрО РАН разработаны новые биологически активные вещества - глицераты кремния, обладающие транскутанной проводимостью медикаментозных средств, и глицерогидрогели на их основе состава 8і(С3Н70з)4-хСзН80з уН20, где 3 < х < 10, 20 < у < 40 [8].

В работе представлена разработка методов синтеза комбинированных кальций-, фосфор- и кремнийсодержащих гидрогелей для создания фармацевтических композиций местного и наружного применения с ранозаживляющим, противовоспалительным и остеопластическим действием.

Для синтеза элементоорганических гелей использовали гидроксиапатит состава Са5(Р04)30Н в виде

- тонкодисперсного порошка со средним размером частиц 2.5 мкм [5];

- водной суспензии этого порошка с концентрацией до 40 % по основному веществу;

- коллоидного раствора гидроксиапатита с концентрацией 1.4-2.8 % и размером частиц 0.01-0.005 мкм;

- гелевой формы гидроксиапатита с содержанием основного вещества 6-10 % [9].

В качестве кремнийсодержащих компонентов использовали глицераты кремния в избытке глицерина состава Si(C3H703)4-6C3H803 и глицерогидрогель на их основе состава Si(C3H703)4-6C3H803-24H20 [8].

Комбинированные элементоорганические гели с различным кальциево-кремниевым модулем получали двумя способами.

1. Взаимодействием при температуре 75...80 °С глицератов кремния состава Si(C3H703)4-6C3H803 с коллоидным раствором (й), гелевой формой (б) и суспензией гидроксиапатита (в) при соотношении глицераты кремния : коллоидный раствор гидроксиапатита (гель, суспензия), равном (1-2): 1. При этом содержание гидроксиапатита в образующихся комбинированных гелях составляет соответственно, мас.%: 0.55-1.29 (а), 1.3-3.1 (б) и 3-20 (в).

2. Механическим смешиванием при комнатной температуре кремнийорганического глицерогидрогеля состава Si(C3H703)4-6C3H803-24H20 с гелевой формой гидроксиапатита (следует отметить, что совмещение кремнийорганического и неорганического геля гидроксиапатита происходит лишь при определенных массовых соотношениях - не более 5 % по одному из гелей; при других соотношениях наблюдается явление си- нерезиса) и порошком гидроксиапатита (образующиеся при повышенном содержании гидроксиапатита (до 30 %) композиции имеют вид пасты - высококонцентрированной суспензии гидроксиапатита).

Полученные во всех случаях комбинированные гели были исследованы на острую и хроническую токсичность специалистами Уральской государственной медицинской академии. Острая токсичность исследовалась на двух видах животных обоего пола: мышах массой 18-20 г, белых крысах массой 180-200 г. При этом 40 %-ю суспензию гелеобразного средства вводили внутрь через зонд в максимальных объемах: для мышей 0.5- 1 мл, для крыс 4-5 мл. Выявить LD50 не удалось.

Хроническая токсичность оценивалась в течение 90 дней. Исследования проводились на трех видах животных: белых крысах, морских свинках и кроликах. Местнораздражающее действие на кожу, слизистые ротовой полости и роговицы глаза, а также сенсибилизирующие свойства оценивали на морских свинках и кроликах. Оценка состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, общий анализ крови и биохимическое исследование крови проводились на белых крысах.

После исследования острой и хронической токсичности безопасности применения комбинированные элементоорганические гели были изучены в практическом аспекте как средства, обладающие ранозаживляющим, противовоспалительным и остеопластическим действием.

Гели с низким содержанием гидроксиапатита (~ 1 %), полученные из глицератов кремния и коллоидного раствора гидроксиапатита, исследованы в качестве ранозаживляющего средства с противовоспалительным и остеопластическим действием.

Использование коллоидного раствора гидроксиапатита позволяет значительно повысить (за счет микрочастиц гидроксиапатита) его активность, которая особенно проявляется при взаимодействии с глицератами кремния. Это объясняется тем, что последние обладают высокой транскутанной активностью, а также содержат эссенциальный кремний, оказывающий дополнительное положительное воздействие на все виды тканей (костные, кожные и др.), способствуя протекающим в них пролиферативно-репаративным процессам.

Синтезированное средство имеет мягкую консистенцию, легко наносится на раневую поверхность, хорошо фиксируется, заполняет дефекты и сохраняет заданную форму, а также легко удаляется в случае необходимости, т. е. удобно в применении.

Противовоспалительное действие исследуемого средства изучалось на белых мышах и крысах после создания моделей воспаления. На первом этапе при введении 0.1 мл 1 %-го раствора формалина мышам инплантарно (в подошву) наблюдалось снижение отечности лапки мыши после нанесения исследуемого средства на 30-40 % (по сравнению с контролем). На втором этапе исследования противовоспалительного и эпителизирующего эффекта при создании термических ожогов у крыс было выявлено, что исследуемое средство сокращает длительность воспалительного процесса на 40 % (по сравнению с контролем), улучшает эпителизацию, способствует образованию более эластичной рубцовой ткани.

Ранозаживляющее и остеопластическое действие исследуемого средства также изучалось в эксперименте на костных ранах, искусственно созданных при переломе нижней челюсти и бедренной кости крыс.

Таким образом, разработанные методы синтеза и рецептуры составов позволяют получать удобное в применении средство для заживления ран различной этиологии, которое проявляет высокую ранозаживляющую и остеопластическую активность при относительно низких концентрациях гидроксиапатита (~ 1 %) за счет его коллоидного состояния и транскутанной активности глицератов кремния, оказывающих также дополнительное положительное воздействие на все виды тканей за счет эссенци- альности кремния.

Композиции с повышенным содержанием гидроксиапатита (10-30 %), полученные путем механического смешения тонкодисперсного порошка гидроксиапатита с кремнийорганическим гли- церогидрогелем, были апробированы в клинике терапевтической стоматологии Уральской государственной медицинской академии в качестве остеопластического материала в хирургическом лечении воспалительно-деструктивных заболеваний пародонта у 17 пациентов-добровольцев. Клиническая оценка состояния пародонта проводилась через два месяца. Параллельно проводили лечение с использованием в качестве остеопластического материала средства на основе гапкола (гидроксиапатит + коллаген) [10].

Клинический эффект при содержании гидроксиапатита в композиции 15-30 % был оценен через 2 мес. на уровне высшего балла (5) (см. таблицу). Осложнений, связанных с применением средства, не обнаружено.

Поскольку кремнийорганический глицерогидрогель обладает высокой транскутанной активностью, гидроксиапатит эффективно обеспечивает «залечивание» микротрещин зубной эмали. Кроме того, кремний проникает в зубную эмаль, укрепляя ее и способствуя улучшению трофики костной ткани. Дополнительное положительное действие глицерогидрогеля проявляется и в том, что он способствует восстановлению микрофлоры слизистой оболочки полости рта, обладая слабовыраженной местной противостафилококковой активностью [8].

Разработанное нами средство может найти широкое применение в стоматологической практике для лечения различных воспалительно-деструктивных форм пародонта, что приведет к расширению ассортимента активных лекарственных препаратов, упрощая и улучшая лечение зубов у больных с минимальными затратами средств и времени.

Интерес представляет также получение комбинированных гелей из глицератов кремния при взаимодействии их с водной суспензией гидроксиапатита. В этом случае гидроксиапатит находится в более активной, чем в порошке, форме, что в сочетании с транскутанной активностью глицератов кремния увеличивает эффективность действия композиции по сравнению с той же концентрацией гидроксиапатита, используемого в виде порошка.

С практической точки зрения использование комбинированных гелей с повышенным содержанием либо кальция и фосфора, либо кремния предпочтительно в тех случаях, когда необходимо усилить либо остеопластическое, либо ранозаживляющее действие композиции. С научной точки зрения интерес представляет исследование процесса гелеобразования при взаимодействии глицератов кремния с гидроксиапатитсодержащими компонентами: коллоидным раствором гидроксиапатита, гелем или суспензией.

Известно, что получение гелей представляет собой отнюдь не простую задачу, зависящую от температуры, pH водных растворов, присутствия электролитов и других факторов. При этом механизм их образования может быть разным, включая фазовые превращения, изменение сольватации в системе, различные химические превращения (например полимеризационного или поликонденсационного типов), другие процессы. Структура об-

разующихся гелей, безусловно, сложна и даже для таких хорошо известных гелей, как желатина, не до конца выяснена [11].

Установлено [12], что образование кремнийорганического глицерогидрогеля из глицератов кремния может происходить и просто в воде, без всяких добавок. Причем процесс образования геля состава 8і(С3Н70з)4-6СзН80з-24Н20 завершается приблизительно за 90 мин (время потери в системе текучести) при температуре 75...80 °С.

Сильные электролиты (минеральные кислоты, щелочи, неорганические и органические соли) могут значительно ускорить этот процесс. Слабые кислоты и основания малоактивны. Наиболее активны гидролизуемые соли, изменяющие pH водного раствора в щелочную или кислотную область. Так, при использовании 0.15 М растворов KF (pH = 8.2) или NaH2P04 (pH = 6.0) время гелеобразования сокращается до 3—6 мин при температуре 75...80 °С. Нейтральные соли также ускоряют этот процесс: гелеобразование при использовании 0.15 М растворов NaCl или СаС12 завершается примерно за 40 мин.

Действие нейтральных солей-электролитов при образовании кремнийорганических глицерогидрогелей коррелирует с их коагулирующим действием на гидрозоли, основными факторами которого являются влияние на гидратацию и изменение ^-потенциала поверхности раздела фаз [13].

Известен также факт ускорения силанольной конденсации нейтральными солями с образованием силоксановых (Si—О—Si) группировок: его связывают с образованием каталитических переходных комплексов с гидратированными катионами и анионами соли [14].

Химизм образования кремнийорганических глицерогидрогелей можно представить как катализируемый кислотами и основаниями частичный гидролиз глицератов кремния, сопровождающийся разрывом связей Si-0-С с образованием связей Si-O-Н, и их дальнейшую конденсацию в Si-O-Si-группировки дисперсной фазы (поликонденсационный механизм формирования дисперсной фазы):

sSi-0-Cs + Н-О-Н о sSi-OH + =С-ОН;

2 sSi-OH -> =Si-0-Sis + Н20.

Образующиеся частицы дисперсной фазы соединяются в рыхлую пространственную сетку, которая содержит в своих

ячейках дисперсионную среду (воду и глицерин), лишая текучести систему в целом. Стабилизации образующегося геля способствует комплексообразование по связям Si-O-Si, Si-0-С и С-О-Н, Н-О-Н [8].

При использовании гидроксиапатита в виде коллоидного раствора, геля или суспензии, где он находится в активной форме, его действие на гелеобразование подобно действию нейтральных солей-электролитов. Следует отметить, что в отличие от всех исследуемых ранее добавок [8, 12] гидроксиапатит не растворяется в воде, тем не менее во всех случаях время гелеобра- зования также сокращается. Так, при использовании коллоидного раствора гидроксиапатита с концентрацией 1.4-2.8 % (0.03-0.06 М), геля с концентрацией 6-10 % (0.12-0.20 М) или суспензии (до 40 %, 0.80 М) время гелеобразования составляет соответственно 50-60, 10-20 и 5-15 мин (в зависимости от концентрации).

Можно полагать, что активные молекулы гидроксиаптита распределены в основном в дисперсионной среде и при взаимодействии с низкомолекулярными глицератами кремния, не подвергшимися гидролизу и конденсации и не включенными в пространственную сетку геля (дисперсную фазу), обеспечивают его повышенную транскутанную и остеопластическую активность.

Таким образом, все полученные нами комбинированные кальций-, фосфор- и кремнийсодержащие гели могут быть рекомендованы для использования в медицинской практике в качестве эффективных ранозаживляющих, противовоспалительных и остеопластических средств.