Композиты на основе природных биополимеров: свойства и перспективы применения при создании трансдермальных форм вакцин (№14 февраль 2016)

Дата: 30.06.2016 | Архив статей

М.Н. Киреев1*, О.А. Волох1, А.К. Никифоров1

1 – ФКУЗ Российский научно-исследовательский противочумный институт (РосНИПЧИ) «Микроб», 410005, Россия, г. Саратов, ул. Университетская, 46
1 – Russian Research Anti-Plague Institute «Microbe», 46, Universitetskaya str., Saratov, 410005, Russia

* адресат для переписки:
E-mail: rusrapi@microbe.ru  

Резюме. В статье представлены результаты модельных экспериментов по конструированию прототипа трансдермального варианта чумной химической вакцины. Целью данной работы было показать принципиальную возможность создания композита на основе природных биополимеров и возможность использования его как депо антигенов химических вакцин на примере капсульного антигена чумного микроба.

Ключевые слова: природные биополимеры, капсульный антиген чумного микроба, вакцины.

NATURAL BIOPOLYMER-BASED COMPOSITES: PROPERTIES AND PROSPECTS OF UTILIZATION IN CONSTRUCTING TRANSDERMAL FORMULATION OF VACCINES

M.N. Kireev1*, O.A. Volokh1, A.K. Nikiforov1

Abstract. Represented are the results of model experiments in the construction of chemical plague-vaccine transdermal variant prototype. Objective of the study is to demonstrate the possibility in principle to design natural biopolymer-based composite and feasibility of its application as depot antigens of chemical vaccines by the example of plague microbe capsular antigen.

Keywords: natural biopolymers, plague microbe capsular antigen, vaccines.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все большее внимание уделяют альтернативным способам введения в организм пациента лечебных и профилактических препаратов, в том числе вакцин. Для ряда инфекций перспективным является применение трансдермального способа введения. При конструировании таких систем наиболее подходящими материалами, на наш взгляд, являются композиции из природных полимеров животного и растительного происхождения – хитозана и альгината натрия [1–3, 5, 6]. Они обладают рядом свойств, которые будут полезны для биотехнологов.

Ранее мы говорили о применении материалов из природных полисахаридных биополимеров в качестве контейнеров или матрикс-депо для компонентов химических вакцин – антигенов. В настоящее время накопилось достаточное количество фактических экспериментальных данных, позволяющих использовать полисахариды природного происхождения не только как контейнеры для антигенных компонентов медицинских иммунобиологических препаратов, но и как активные составляющие химических вакцин антигенного и клеточного уровня, позволяющие усилить иммунный ответ макроорганизма на введенные антигены и снизить возможные неблагоприятные последствия применения лекарственных препаратов [1–3, 5]. Особенно интересны перспективы применения биосовместимых и биодеградируемых природных полисахаридов при конструировании трансдермальных форм вакцинных и лекарственных препаратов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для конструирования прототипа вакцинного пластыря мы использовали различные варианты нетканого полотна, полученного из нановолокон хитозана путем электроформирования, а также композит, полученный из хитозана и альгината натрия. Мы использовали хитозан пищевой низкомолекулярный, произведенный в ЗАО «Биопрогресс», и готовую пластифицирующую смесь альгината и хитозана производства ЗАО «НПК «Космотерос». В качестве биологически активного компонента – капсульный антиген чумного микроба. Такой выбор не случаен: данный антиген хорошо изучен, это основной иммуноген возбудителя чумы, он является важнейшей составной частью большинства чумных профилактических и диагностических препаратов, и, что не менее важно, ранее мы показали, что он сохраняет свои биологические и иммунологические свойства в течение длительного периода даже при комнатной температуре [8, 9]. Такие характеристики, на наш взгляд, позволяют говорить о возможности использования этого антигена для конструирования трансдермального варианта химической чумной вакцины.

Для модельного эксперимента антиген в сухом виде вносили в смесь полимеров и сополимеров, тщательно перемешивали, добавляли воду и полимеризовали в чашках Петри или раствором антигена пропитывали полоску нетканого полотна из хитозана. Получали композит, имеющий однородную структуру и пластичную консистенцию. Затем из полученного композита пробойником вырезали кусочки, равные по размеру и объему лунке агарового геля для реакции преципитации, ставили реакцию иммунодиффузии с противочумной сывороткой.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При конструировании трансдермальных форм компоненты химической вакцины – антигены могут быть адсорбированы или заключены в матриксы из природных биодеградируемых полисахаридов и в таком виде нанесены на кожу пациента. В последнее время два природных полисахарида, хитозан и альгинат натрия, получили широкое применение в фармацевтической промышленности благодаря своим уникальным свойствам.

Они имеют много общего:

1) оба полимера имеют природное происхождение (хитозан – животное, а альгинат  – растительное);

2) оба полимера биодеградируемы, т.е. распадаются в организме человека до своих составляющих (мономеров) и выводятся естественным путем;

3) оба полимера в определенных условиях образуют разные морфологические формы.

Главное отличие состоит в том, что хитозан имеет положительный суммарный заряд, а альгинат – отрицательный. Эти свойства дают возможность фармацевтам-технологам использовать их в различных вариациях при конструировании лекарственных препаратов.

Растворимость хитозана в водных кислых средах позволяет перерабатывать его и создавать различные морфологические формы (гели, пленки, нетканый материал, микрокапсулы). На рисунке 1 показан нетканый материал из хитозанового волокна и зондовая микроскопия самого волокна. Такая модификация способствует варьированию его структуры и получению материалов с заданными свойствами, позволяющими пролонгировать действие биологически активных компонентов, обладающих иммуномодулирующим эффектом, повышенной антимикробной активностью или высокой термостабильностью при сохранении биодеградации. 

Рисунок 1. Нетканое полотно из волокон хитозана:
1 – вид в натуральную величину;
2 – вид при 100-кратном увеличении;
3 – волокно из хитозана (зондовая микроскопия) 

В результате было показано, что капсульный антиген чумного микроба, включенный в композит из природных биополимеров, сохраняет свои иммунохимические свойства, что антиген постепенно выходит из сконструированного композита и образует линию преципитации, соответствующую нативному, не включенному в подложку антигену. Это говорит о том, что связь капсульного антигена чумного микроба с компонентами композита из хитозана и альгината не ковалентная, а обусловлена адсорбционными взаимодействиями и скорость диффузии антигена выше, чем сила его сродства к композиту. Причем линии преципитата появлялись с некоторой задержкой относительно лунки со свободным антигеном (рисунок 2). При хранении полученного композита с антигеном в условиях, предотвращающих его высушивание, и при температуре 6 °С антиген сохранял свои иммунохимические свойства до 12 месяцев (срок наблюдения).

Рисунок 2. Реакция иммунодиффузии капсульного антигена чумного микроба и композита из хитозана и альгината натрия, содержащего этот антиген:
1 – композит с капсульным антигеном чумного микроба;
2 – чистый антиген;
3 – композит без антигена;
4 – антисыворотка против антигена 

Ранее мы изучили иммуномоделирующее свойство хитозана на примере антигенов возбудителей двух опасных инфекций. Опыты ставили на беспородных белых мышах. В качестве антигенов использовали капсульный антиген чумного микроба и протективный антигенный комплекс возбудителя туляремии. Было показано, что при одинаковой антигенной нагрузке титры специфических антител у животных, иммунизированных антигенами с хитозаном, были в 8–10 раз выше, чем у контрольной группы, иммунизированной только антигеном [10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Трансдермальные вакцинные препараты перспективны тем, что их применение не требует присутствия высококвалифицированного медицинского персонала, отсутствует иглобоязнь у пациента, имеется возможность создания персонифицированных вакцин, с подбором индивидуальной дозы активных веществ вакцины – антигенов.

Необходимо отметить, что в слои подложки с активными компонентами – антигенами можно добавлять лекарственные вещества, стимулирующие иммуногенез, повышающие прохождение антигенов через кожу и всасывание препаратов. При конструировании изделий медицинского назначения, основанных на принципах адсорбции антигенов, анатоксинов, ферментов с дальнейшим использованием биологической активности этих компонентов в макроорганизме (вакцины, лекарственные препараты), принципиально важно, что природные биополимеры при своей биоинертности практически не изменяют основные характеристики биологически активных веществ, но в то же время сами обладают бактерицидной активностью и адъювантным действием.

Таким образом, композиты из экологически чистых, биосовместимых и биодеградируемых природных полимерных материалов могут быть использованы при конструировании трансдермальных профилактических препаратов, оформленных в виде накожного пластыря. 

Четыре шага к правильному насосу Четыре шага к правильному насосу Предложение насосов огромно: 80 отраслей, 100 000 продуктов, бесконечно большое количество вариантов применения. Специалисты компании ProMinent создали для Вас руководство по выбору насосов, чтобы Вы легко могли найти идеальный для Вас дозирующий насос.

Рекомендации по оптимизации упаривания от BUCHI Рекомендации по оптимизации упаривания от BUCHI Компания BUCHI, являющаяся экспертом в области лабораторного оборудования для пробоподготовки, создания частиц и аналитического оборудования для R&D и контроля качества, разработала ряд рекомендаций для оптимизации процесса упаривания и экономии времени.

Новые контейнеры для реагентов из полипропилена от INTEGRA Новые контейнеры для реагентов из полипропилена от INTEGRA Компания INTEGRA Biosciences AG рада сообщить, что линейка популярных контейнеров для реагентов существенно расширилась и теперь включает полипропиленовые контейнеры для многоканальных пипеток. Полипропиленовые контейнеры обладают повышенной химической стойкостью в сравнении с контейнерами из полистирола, что является их несомненным преимуществом.

Новейшие разработки для экстракции и выделения на выставке ACHEMA Новейшие разработки для экстракции и выделения на выставке ACHEMA Ведущий производитель оборудования для очистки и выделения - компания Rousselet Robatel продемонстрировала наиболее востребованные модели оборудования на выставке ACHEMA в Германии. Компания Rousselet Robatel разрабатывает и производит центрифуги для различных применений как лабораторного, так и промышленного масштаба: для отделения твердых частиц из жидкости, для разделения жидкостей. Центрифуги широко применяются в таких отраслях промышленности как химическая, фармацевтическая, пищевая, текстильная, машиностроение и в защите окружающей среды.

Сверхчистая вода как компонент мультипараметрических методов измерений Сверхчистая вода как компонент мультипараметрических методов измерений Сверхчистая вода используется в биотехнологии для решения таких задач молекулярной и клеточной биологии, как, например, постановка полимеразной цепной реакции (ПЦР). Кроме того, сверхчистая вода применяется в качестве компонента мультипараметрических цитологических анализов. Эти анализы, которые называются EXTassays и используются в исследованиях биологически активных веществ, основываются на генетических сенсорах, отбираемых молекулярными репортерами со штрихкодом и позволяющих выполнять всеобъемлющий анализ внутриклеточных сигналов.

Новый инкубатор и счетчик колоний в режиме реального времени теперь стал еще вместительнее Новый инкубатор и счетчик колоний в режиме реального времени теперь стал еще вместительнее Новый инкубатор и счетчик колоний в режиме реального времени ScanStation теперь доступен в исполнении на 200 чашек Петри. Новый прибор будет продемонстрирован в рамках выставки ACHEMA, HALL 4.1 Stand L78, которая пройдет в г. Франкфурт-на-Майне, Германия с 11 по 15 июня.