Исследование спектральными методами в твердой фазе строения химически модифицированных микробных полисахаридов

Актуальность темы

Модифицированные микробные полисахариды нашли широкое применение в биотехнологии, пищевой, косметической и фармацевтической отраслях промышленности. Полисахариды в ряде случаев стимулируют неспецифическую резистентность организма животных и человека к инфекциям, ингибируют рост злокачественных опухолей, проявляют гиполипидемическую, антикоагулянтную и другие виды активности. Химическая модификация полисахаридов низкомолекулярными фрагментами привела к созданию ряда ценных лекарственных средств (например, лакрисин, полифер, поликапран, терридеказа, стрептодеказа, пирогенал, продигиозан и ДР-).

Химическая фиксация лекарственных субстанций на полисахаридной матрице позволяет создавать пролекарства, новые препараты пролонгированного действия с низкой токсичностью и необходимым балансом липо-фильно-гидрофильных свойств.

В связи с этим, разработка эффективных схем и методов химической модификации полисахаридов низкомолекулярными соединениями для создания новых и совершенствования уже известных биологически активных веществ, а также разработка методов фарманализа и стандартизации полученных веществ имеет огромное значение и является актуальной задачей фармацевтической химии.

Работы в области модификации микробных полисахаридов в медицинских целях проводятся как в России, так и за рубежом. Следует, в частности, отметить новые методы химической модификации микробных полисахаридов, разработанные в Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии под руководством проф. Б. В. Пассета и проф. А. А. Иозепа [7, 22, 23−26,42, 43, 50, 51, 60, 61, 65 и др.].

Очевидно, что реализация достигнутых успехов и выпуск на фармацевтический рынок новых лекарственных средств невозможны без разработки методов анализа и стандартизации как целевых лекарственных субстанций, так и промежуточных продуктов для их синтеза.

Однако работы по изучению структуры модифицированных полисахаридов, их анализу и стандартизации сильно отстают от разработки методов химической модификации, что объясняется сложностью структуры изучаемых объектов и нерастворимостью их в большинстве растворителей.

Качество лекарственных средств (ЛС), их эффективность и безопасность гарантируются соблюдением стандартов на всех этапах сложного процесса создания ЛС: стандартов при проведении доклинических (правила вЬР) и клинических (вСР) испытаний, стандартов производства (вМР), государственных стандартов качества ЛС (ВФС, ФС).

Поэтому в исследованиях ведущих ученых РФ в области анализа химико-фармацевтических препаратов (А.П.Арзамазцев, Л. В. Акашкина, В. Л. Багирова, Т. Н. Боковикова, Н. Н. Дементьева, Н. С. Евтушенко и др.) прослеживается тенденция по введению более жестких требований к качеству субстанций, в частности по обязательному использованию новых спектральных методов исследования.

В нашей работе мы впервые применили для исследования строения.

I <2 1С модифицированных микробных полисахаридов ЯМР Си Ы, а также ИК спектроскопию изучаемых субстанций в твердой фазе и показали эффективность этих новых методов.

Цель и задачи исследования

Целью исследования была разработка методов изучения строения химически модифицированных микробных полисахаридов с помощью ЯМР и ИК спектроскопии в твердой фазе, что объясняется как их нерастворимостью (или низкой растворимостью), так и необходимостью разработки методов стандартизации товарной продукции в твердой фазе.

Параллельно с этим, уточнялись и чисто химические аспекты синтеза (таутомерные переходы, изомерия, реакционная способность модифицированных полисахаридов, структура соединений и устойчивость в твердой фазе и т. п.).

Научная новизна. Впервые химически модифицированные полисахариды были исследованы ЯМР 13С, 15N и ИК спектральными методами в твердой фазе, что доказало эффективность и перспективность использования этих методов для исследования БАВ сложной структуры. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена химическая схема взаимных превращений различных форм альдегидных групп в декстранполиальдегидах (ДПА). Показано, что каноническая форма альдегидной группы в полисаха-ридполиальдегидах является наименее выгодной, а потому в продуктах химической модификации декстрана по альдегидной схеме встречается только в тех случаях, когда она стабилизирована водородными связями или иными факторами. Энергетически наиболее выгодной является гидратированная форма ДПА. Для продуктов химической модификации 2,4-окисленного декстрана в твердом виде предпочтительной оказывается циклическая полуаце-тальная структура, что необходимо учитывать при разработке реакций «подлинности» и методов количественного анализа целевых БАВ.

Впервые доказана химическая структура для большого числа БАВхимически модифицированных декстранов.

Практическая значимость. Разработана методика исследования БАВ сложной структуры в твердой фазе ЯМР и РЖ спектральными методами. Показано, что для исследования нерастворимых или плохорастворимых БАВ (JIC, в частности), этот метод имеет существенные преимущества как по точности, так и по быстроте выполнения анализа. Разработанные методики являются необходимой предпосылкой для стандартизации JIC и промежуточных продуктов для их синтеза, выпускаемых в твердом виде. Установленные вышеупомянутыми новыми для данного класса соединений методами состав и структура БАВ должны учитываться не только при разработке методов их анализа и соответствующих стандартов, но также при изучении их биологической активности и механизма действия на живой организм.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на X Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» и на IV Международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» .

Публикации. По теме диссертации опубликована статья в Журнале прикладной химии и материалы 2-х докладов на конференциях.

выводы.

1. ЯМР спектроскопия высокого разрешения в твердых телах в сочетании с ИК спектроскопией и приближенными квантово-химическими расчетами являются удобным и надежным методом изучения строения модифицированных полисахаридов и являются необходимой предпосылкой для разработки стандартов на модифицированные полисахариды медицинского назначения.

2. Декстранполиальдегиды (ДПА) и продукты их химической модификации в твердом виде находятся, в основном, в гидратированной или полу-ацетальной форме, которые являются энергетически наиболее выгодными структурами.

3. Поскольку прямой переход гидратированной формы ДПА в полуаце-тальную энергетически невыгоден, химическая модификация ДПА должна протекать через образование альдегидной формы.

4. При химической модификации ДПА нуклеофилами продукт реакции стабилизируется в случае 2,4-окисленного ДПА, главным образом, в полу-ацетальной форме, а в случае 2,3-окисленного — в гидратированной.

5. Использование подхода, изложенного в п. 1, позволило установить строение ряда перспективных биологически активных модифицированных полисахаридов. Разработанная методика может быть предложена как типовая.