магнитоуправляемый сорбент для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека

Формула изобретения

1. Магнитоуправляемый сорбент для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека, приготовленный из наночастиц магнетита Fe₃O₄, полученного хлорида железа (II) и хлорида железа (III) методом химического осаждения с концентрацией их в растворе 1% масс. и мольным соотношением железа (II) и (III) = 2,5 или сульфата железа FeSO₄ (II) с добавлением смеси водных растворов нитрата калия KNO₃ и гидроксида калия KOH из расчета 3 моль KOH и 0,1 моль KNO₃ на 1 моль FeSO₄, при этом поверхность магнетита модифицирована соединением, образующим прочную связь с частицей-носителем за счет поверхностно-активных групп, придающих свойства селективности и выполненных в виде оболочки из нормальных углеводородных цепей C₁₂H₂₅, присоединенных к ядру посредством сульфидной связи Fe-S, причем в качестве упомянутого соединения, обеспечивающего связывание железа с углеродной цепочкой, выбран додецилмеркаптан.

2. Сорбент по п.1, в котором размер наночастиц магнетита Fe₃O₄ составляет 80-150 нм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в лечении эндотоксикозов, которые сопровождают большинство ургентных хирургических заболеваний. По мнению большинства исследователей, под эндотоксикозом (эндогенной интоксикацией) понимается проявление различных патологических состояний, основу которых составляет воздействие на организм токсических продуктов, образующихся в нем самом. Развитие эндотоксикоза начинается с поступления токсинов из первичного очага интоксикации в кровь, лимфу, интерстициальное пространство и дальнейшего их распространения током крови по всему организму. Если первичный источник эндогенной интоксикации не может быть устранен хирургическим путем, а защитные системы организма не в состоянии обезвредить возрастающий поток токсинов, то происходит дальнейшее прогрессирование эндотоксикоза. В таком случае только дополнительное, опережающими темпами проводимое удаление токсинов из организма в состоянии разрешить критическую ситуацию. Одним из таких методов является экстракорпоральная детоксикация с использованием фильтрационных и сорбционных технологий. В данном изобретении предлагается использовать магнитоуправляемые сорбенты в виде суспензий нано- и микроразмерных частиц, покрытых специальными молекулярными оболочками для биосовместимости и осуществления целевой сорбции токсинов на поверхности частиц.

Известен способ гемосорбции на углеродных сорбентах для лечения патологий гепатобилиарной системы, в котором углеродный гемосорбент имеет на своей поверхности объем мезопор 0,17-0,35 см³/г, объем микропор 0,03-0,05 см³/г и макропор 0,06-0,10 см³/г при суммарном объеме всех пор 0,26-0,50 см³/г, а также содержит функциональные кислородные группы в количестве 0,04-0.05 мэкв./г [1].

Недостаток этого технического решения заключается в применении сорбента, не обладающего магнитными свойствами, что не позволяет достичь высоких показателей его сорбционной эффективности по отношению к удаляемым токсичным ингредиентам из плазмы организма человека.

Известен, кроме того, магнитоуправляемый сорбент, приготовленный на основе микро- и наночастиц магнетита, покрытых полимеризованной кремниевой кислотой, содержащей определенные лиганды [2].

Однако этот сорбент предназначен исключительно для сорбции нуклеиновых кислот и не может обеспечить эффективное удаление эндо- и экзотоксинов из организма человека, например общего холестерина, мочевины, креатинина и других токсинов.

Заявитель ставил перед собой практическую задачу разработки магнитоуправляемого сорбента для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека, с помощью которого достигается эффективный контроль за рядом вредных ингредиентов плазмы крови, требующих их обязательного вывода из организма человека. Полученный положительный результат был достигнут за счет новой совокупности существенных признаков заявляемого магнитоуправляемого сорбента для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека, зафиксированной в нижеследующей формуле изобретения: «магнитоуправляемый сорбент для удаления эндо- и экзотоксинов из организма человека, приготовленный из наночастиц магнетита Fe₃O₄, полученного на основе хлоридов двухвалентного железа (II) и хлоридов трехвалентного железа (III) или полученного на основе сульфата железа FeSO ₄ (II) с добавлением смеси водных растворов нитрата калия KNO₃ и гидроксида калия КОН, при этом поверхность магнетита модифицирована бифункциональными соединениями, образующими прочную связь с частицей-носителем за счет поверхностно-активных групп, придающих свойства селективности и выполненных в виде оболочки из нормальных углеводородных цепей C₁₂H ₂₅, присоединенных к ядру посредством сульфидной связи Fe-S, причем связывание железа с углеродной цепочкой осуществлено посредством меркапто-группы SH-R; размер наночастиц магнетита Fe₃O₄ составляет 80÷150 нм; при получении наночастиц магнетита Fe₃O₄ на основе сульфата железа FeSO₄ (II) добавленная смесь водных растворов гидроксида калия КОН и водных растворов нитрата калия KNO ₃ бралась из расчета 3 моль КОН и 0.1 моль KNO₃ на 1 моль FeSO₄ (II); носителем меркапто-группы SH-R является додецилмеркаптан, обеспечивающий связывание железа с углеродной цепочкой; в 1 г суспензии наночастиц магнетита в 50 мл дифенилового эфира добавляют 0.2 г додецилмеркаптана».

Реализацию изобретения осуществляют следующим образом.

Синтез магнитных носителей осуществляют двумя способами. Способ № 1 основывался на методе химического осаждения солей двух и трехвалентного железа. Для чего в реактор помещают водные растворы хлоридов железа (II) и (III) с концентрацией их в растворе 1% масс. и мольным соотношением железа (II) и (III) = 2,5, которые освобождают от растворенного кислорода пропусканием азота в течение 20 минут.

Синтез магнетита проводят путем добавления 8% масс. гидрата аммиака по каплям к реакционному раствору при комнатной температуре и энергичном перемешивании. Для полного образования наночастиц магнетита Fe₃O₄ суспензию оставляют перемешиваться еще в течение 20÷40 минут. Полученную магнитную дисперсию промывают центрифугированием либо осаждением на магните с многократным промыванием дистиллированной водой до понижения pH промывных вод, равной ~7÷8. Размер наночастиц магнетита Fe₃O₄ составляет 80÷150 нм.

Способ № 2 реализуется на основе сульфата железа FeSO₄ (II). При этом водный раствор сульфата железа FeSO₄ (II) нагревают до 90°С в атмосфере аргона. Затем добавляют каплями при сильном перемешивании смесь водных растворов нитрата калия KNO₃ и гидроксида калия КОН из расчета 3 моль КОН и 0.1 моль KNO₃ на 1 моль сульфата железа FeSO ₄ (II). Суспензию с черным осадком оставляют перемешиваться при температуре реакционной смеси 90°С в атмосфере аргона в течение двух часов до полной кристаллизации частиц сульфата железа FeSO₄ (II). Полученный магнетит промывают водой, затем изопропиловым спиртом и сушат в вакууме при комнатной температуре.

Для придания поверхности частиц экстракционных свойств при использовании наночастиц магнетита, полученных по способам № 1 и № 2, формируют оболочку из нормальных углеводородных цепей С₁₂Н₂₅, присоединенных к ядру посредством сульфидной связи Fe-S, причем связывание железа с углеродной цепочкой осуществляют посредством меркапто-группы SH-R. После чего готовят суспензию в 1 г наночастиц магнетита в 50 мл дифенилового эфира, обрабатывая смесь ультразвуком в течение 30 минут. В полученную массу добавляют 0.2 г додецилмеркаптана и кипятят при температуре 260°С в течение одного часа с перемешиванием. На конечной стадии процесса продукт отделяют центрифугированием и промывают этанолом или изопропанолом (номера опытов соответственно Д-1 и Д-2).

Изучение сорбционных свойств наносорбентов проводили на плазме крови и лимфы на 12 человек (доноров). Биожидкости были предоставлены 3-м Центральным военным клиническим госпиталем имени А.А. Вишневского (3 ЦВКГ им. А.А. Вишневского). В качестве контролируемых критериев величины сорбционной емкости использовали показатели содержания в плазме крови и лимфы их основных постоянных ингредиентов, по уровню концентрации которых можно судить о состоянии клеточного, органного и общего гомеостаза при различных заболеваниях.

Для исследования сорбции готовили суспензию модифицированного магнетита в физиологическом растворе с концентрацией 12,0±3,0 мг/мл, которую обрабатывали ультразвуком в течение 40 минут в ультразвуковой ванне Elmasonic-S-100-H на частоте 37 кГц для дезагрегации частиц и их равномерного распределения по объему. Затем смешивали 0.5 мл каждой полученной суспензии с 3 мл плазмы крови. Полученную смесь выдерживали при постоянном встряхивании в течение 3-х минут и после этого отделяли частицы центрифугированием при 2500÷3000 об/мин в течение 15 минут.

Контролируемыми показателями полученного по такой технологии магнитоуправляемого сорбента являлись следующие показатели.

АЛТ (аланинаминотрансфераза) и AST (аспартатаминотрансфераза) - специальные белки (ферменты), которые содержатся внутри клеток организма и участвуют в обмене аминокислот (веществ, из которых состоят белки). Chol (общий холестерин) - источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, кортикостероидов, половых гормонов, витамина Д₃. UREA (мочевина) - важнейший конечный продукт азотистого обмена, количественное определение которого в крови и моче имеет значение для диагностики патологического состояния печени и почек. Crea (креатинин) - конечный продукт обмена белков, который образуется в мышцах и затем выделяется в кровь. BiliT (билирубин общий) - образуется в результате распада гемоглобина, миоглобина и цитохромов в клетках ретикулоэндотелиальной системы, селезенке и печени. GluC (глюкоза) - основной показатель углеводного обмена. ТР (общий белок) - важнейший компонент белкового обмена в организме, характеризуется суммарной концентрацией альбумина и глобулинов, находящихся в сыворотке крови. AlbG (альбумин) - самая представительная часть белков плазмы крови, играет существенную роль в поддержании коллоидно-осмотического давления в крови и служит для организма важным резервом аминокислот.

Анализ надсадочных биожидкостей проводился в биохимической лаборатории 3 ЦВКГ им. А.А. Вишневского. Содержание контролируемых ингредиентов в крови до и после сорбции определяли на лабораторных биохимических анализаторах Olympus (Германия) Advia 1200 (США - Германия) и системе клинического капиллярного электрофореза Paragon (США).

Таблица 1
Сорбционная эффективность модифицированного магнетита по отношению к ингредиентам плазмы крови (в осредненных процентах относительно исходной концентрации)
Ингредиенты плазмы	Опыт Д-1	Опыт Д-2
AST	56	12
АЛТ	14	14
UREA	50	19
Crea	41	23
BiliT	50	33
GluC	49	23
ТР	50	25
AlbG	53	20

Таблица 2
Сорбционная эффективность модифицированного магнетита по отношению к ингредиентам плазмы крови (в осредненных процентах относительно исходной концентрации)
Ингредиенты плазмы	Опыт Д-1	Опыт Д-2
AST	33	11
АЛТ	16	14
UREA	19	15
Crea	23	4
BiliT	35	15
GluC	23	5
ТР	31	8
AlbG	20	7

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту РФ «Способ гемосорбции на углеродных сорбентах для лечения патологий гепатобилиарной системы» № 2343926, кл. A61K 33/44, A61P 1/16, заявлено 10.09.2007 г., опубликовано 20.01.2009.

2. Патент США № 8206990, класс G01N 30/56, опубликован 2012 г.

3. Описание изобретения к патенту РФ «Способ обработки углеродного мезопористого гемосорбента» № 2362733, кл. C01B 31/08, B01J 20/20, заявлено 19.05.2008 г., опубликовано 27.07.2009.

4. Патент США № 2007/0105094 А1, класс C72Q 1/70 (435/5), опубликован 10.05.2007 г.

5. Описание изобретения к патенту РФ «Магнитоуправляемый сорбент и способ его получения» № 2255800, кл. A61M 1/36, заявлено 19.05.2008, опубликовано 27.07.2009.

6. Описание изобретения к патенту РФ «Магнитоуправляемый сорбент, способ его изготовления и способ его применения» № 2356620, кл. B01J 20/06, заявлено 23.04.2008, опубликован 27.05.2009.

7. Описание изобретения к патенту РФ «Пористый магнитный сорбент» № 2226126, кл. B01J 20/16, заявлено 30.12.2002, опубликовано 27.03.2004.

8. Описание изобретения к патенту РФ «Пористый магнитный сорбент» № 2241537, кл. B01J 20/26, заявлено 09.04.2003, опубликовано 10.12.2004.