ITRM930291A1 - Procedimento per la preparazione di biopolimeri iodurati con attivita' disinfettante e cicatrizzante, e biopolimeri iodurati cosi' ottenuti. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "PROCEDIMENTO PER LA PREPARAZIONE DI BIOPOLIMERI IODURATI CON ATTIVIT?' DISINFETTANTE E CICATRIZZANTE, E BIOPOLIMERI IODURATI COSI' OTTENUTI "
DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto procedimenti per la preparazione di complessi dello iodio con il chitosano o con suoi derivati deacetilati, acilati con acidi mono o poli carbossilici , aldiminati, N o O-carbossimetilati o solfatati, i complessi iodurati cos? ottenuti e le formulazioni terapeutiche che li contengono come principio attivo.
Secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita, la presente invenzione ha per oggetto complessi dello iodio con il chitosano o suoi derivati, contenenti iodio in proporzione esprimibile con la formula generale X(l2)n/ in cui x ? l'unit? monomerica di un polimero scelto dal gruppo comprendente chitina, chitosano, N-carbossibutilchitosano , N-acilchitosani , N-carbossimetilchi tosano , N-O-carbossimetilchitosano , N-O-chitosano solfato, e n un numero variabile da 0,01 a 1,5.
Secondo una forma di realizzazione ancor pi? particolarmente preferita, X ? scelta dal gruppo comprendente le unit? monomeriche riportate nella Tabella 1 seguente.
Tabella 1 - Significati di X nella formula generale X(l2)n
??1?5???3????? Tipo di unit? monomerica0 Chitina AB * Chitosano AB *
N-carbossibutil chitosano AB C
N-adlchitosani AB D
N-carbossimetil chitosano AB E
N-O-carbossimetil chitosano AB E F
N-carbossimetil chitosano A B G N-O-chitosano solfato A B H I
Lo iodio allo stato elementare mostra una notevole attivit? battericida, per questo viene impiegato in soluzione alcolica come disinfettante di uso topico.
Limiti di un tale impiego sono la scarsa stabilit? nel tempo delle soluzioni di iodio, la notevole aggressivit? di questo alogeno sui tessuti quando viene applicato in soluzione e le macchie persistenti che esso lascia sulla pelle.
Pi? di recente sono state commercializzate forme idrosolubili di iodio con polivinilpirrolidone, che solo in parte consentono di mitigare questi effetti negativi indesiderati.
Pertanto ? di notevole interesse lo sviluppo di forme "slow release" a base di iodio, che consentano di applicare elevate quantit? di principio attivo, rilasciato poi con gradualit?, in maniera continua, in modo da garantire nel tempo un'efficace difesa contro infezioni da parte di microrganismi, senza danneggiare i tessuti e limitando il numero delle medicazioni necessarie.
In particolare appare di grande vantaggio la possibilit? di accoppiare con lo iodio composti che stimolino la rigenerazione tessutale, in modo da favorire nel suo complesso il processo cicatriziale.
In quest'ottica la chitina, i chitosani ed in generale gli altri derivati di questo polisaccaride, solo in parte riportati in Tabella 1, sono di particolare interesse in relazione al presente brevetto, per il loro notevole potere cicatrizzante ed emostatico.
La chitina, un biopolimero presente in un gran numero di organismi viventi quali artropodi, anellidi, molluschi, celenterati e funghi, ? un polisaccaride di peso molecolare variabile da poche migliaia a milioni di Dalton, formato da molecole di 2-ammino-2-deossi-0-D-glucano e 2-acetammido-2-deossi-P-D-glucano che, in un rapporto variabile, sono legate tra di loro con legami _glicosidic? ? 1-4. Nelle chitine naturali in genere pi? del 70% delle unit? monomeriche sono costituite dal 2-acetammido-2-deossi^ -D-glucano, determinando un'elevata insolubilit? in acqua del polimero. Per idrolisi chimica controllata del legame acetammidico ? possibile ottenere chitine idrosolubili, dette chitosani, in cui il 2-ammino-2-deossi-j3-D-glucano , variamente salificato, costituisce l'unit? monomerica prevalente.
Una vasta letteratura conferma le importanti propriet? cicatriziali ed emostatiche in particolare del chitosano e di alcuni suoi derivati (K. Suzuki et al., Microbial. Immunol ., 1984, 28, 90 3; K. Nishimura et al., in Chitin in Nature and Technology, Ch. Jeuniaux and G. W. Gooday eds., Plenum Press, N.Y., London, 1986, 477; K. Nishimura et al., J. Biomed . Mat. Res., 1986, 20, 1359; P.L. Sapelli et al., in Chitin in Nature and Technology, Ch. Jeuniaux and G. W. Gooday eds.. Plenum Press, N.Y., London, 1986; G. Biagini et al., in Basic and Applied Hystochemistry , Soc. Ital. Istochim. , Roma, 1987; J. Knapczyk et al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier 1989, 605; J. Knapczyk et al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier 1989, 657; G. Biagini et al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P: Sandford eds., Elsevier 1989, 671; B. Lei and C. R. Wildevuur, Plast. Reconstr. Surg., 1989, 84, 960; R. Muzzarelli et al., Biomaterials, 1989, 10 , 598; T. Chandy and C.P. Sharma, Biomater. Artif . Cells Artif. Organs, 1990, 18, 1; G.M. Kind et al., Curr. Surg. 1990, 47, 37; P.M. Santos et al., Otolaryngol. Head Neck Surg:, 1991, 105, 12; G. Biagini et al., Biomaterials, 1991, 12, 287; G. Biagini et al., Biomaterials, 1991, 12, 281; P.R. Klokkevold et al., J. Orai Maxillofac. Surg., 1991, 49, 858), la capacit? di queste matrici polimeriche di supportare la crescita cellulare (S. Miyazaki et al., Chem. Pharm. Bull., 1981, 29, 3067; S.K. Kim and C. Rha, in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier 1989, 617; M. Izume et al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P: Sandford eds., Elsevier 1989, 653) e la possibilit? di impiego di queste biomolecole come sistemi per rilascio controllato di farmaci e biomateriali per uso medico (R. Muzzarelli, Carbohydrate Polymers, 1983, 3, 53; S. H. Pangburn et al., in Chitin and Chitosan Enzymes, J. P. Zikakis ed., Academic Press., N.Y. 1984, 3; Y. Kawashima et al., Chem.
Pharm. Bull., 1985, 33, 2107; W. M. Hou, Chem.
Pharm. Bull., 1985, 33, 3986; T. Nagai et al., in Chitin and Chitosan Enzymes, J. P. Zikakis ed., Academic Press., N.Y. 1984, 21; T. Dolan et al.,
in Chitin in Nature and Technology, Ch. Jeuniaux
and G. W. Gooday eds., Plenum Press, N.Y., London, 1986; R. Muzzarelli et al., Biomaterials, 1988, 9,
247; J. Knapczyk et al., in Chitin and Chitosan,
G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier 1989, 6 65; C. J. Brine, in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P:
Sandford eds., Elsevier 1989, 679; Y. Machida et
al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T.
Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier 1989,
693; S. Baba, in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier
1989 , 703; M. L. Marey et al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T. Anthonsen and P.
Sandford eds., Elsevier 1989, 713; J. Dutkiewicz
et al., in Chitin and Chitosan, G. Skjak-Braek, T.
Anthonsen and P. Sandford eds., Elsevier 1989,
719; K. Inouye et al., Drug Des. Deliv., 1989, 4,
r 55; F. Acaturk, Pharmazie, 1989 , 44, 547 ; S. Miyazaki et al, Acta Pharm. Nord, 1990, 2, 401; R. Muzzarelli, Antimicrob. Agente Chemoter., 1990, 34, 2019;Y.D. Sanzgiri et al., Pharm. Res., 1990, 7, 418).
Sono descritti in letteratura (Kato et al., Japan Kokai Tokyo Koho 79.74885, 1979; Y. Shigeno et al., J. Appi. Poi. Sci., 1980, 25, 731; Y. Shigeno et al., Angew. Makro, Chem. , 1980, 90, 1980; A. De Rosa, Italian Pat., 20482 A/90) complessi tra il chitosano e lo iodio basati su un trasferimento di carica tra il gruppo amminico del chitosano e la molecola dello iodio. Questi complessi stabili, che possono contenere fino al 50% di iodio legato. Sono ottenuti sospendendo il materiale polimerico in soluzioni di iodio elementare preparate con differenti tipi di solventi organici. Quali solventi organici in cui sciogliere lo iodio sono stati impiegati aloalcani, alcoli alifatici ed aromatici, eteri e chetoni alifatici o aromatici.
Bench? concettualmente questo tipo di complessi dello iodio con il chitosano avesse potenzialit? applicative come sistemi slow-release di iodio per applicazioni topiche, nessuna utilizzazione in tal senso ? stata fino ad ora realizzata a causa delle difficolt? che si incontrano nello scale-up industriale per la preparazione di questi complessi, quando essi sono ottenuti sospendendo il materiale polimerico in soluzioni organiche che contengono iodio. Le difficolt? riscontrate sono legate a: a) l'impiego di grosse quantit? di solventi organici, spesso molto tossici, difficilmente riciclabili per la presenza di notevoli quantit? di iodio residuo in soluzione; b) i tempi di reazione molto lunghi, dell'ordine delle decine di giorni; c) l'estrema difficolt? incontrata nell'allontanamento del solvente dal complesso chitosano-iodio , per portare le specifiche del prodotto finito a livelli compatibili con l'impiego farmaceutico.
Sorprendentemente ? stato ora trovato che ? possibile preparare complessi a trasferimento di carica tra lo iodio e la funzione amminica di biopolimeri, come la chitina, il chitosano e loro derivati, in totale assenza di solventi. E' pertanto oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di complessi dello iodio, con il chitosano o i suoi derivati ottenuti, in assenza di solventi. Una prima forma di realizzazione del procedimento di preparazione secondo l'invenzione prevede l'esposizione del polimero in polvere a vapori di iodio originati dalla sublimazione di iodio elementare a temperatura ambiente o pi? elevata.
La formazione del complesso ? notevolmente pi? veloce che in soluzione, richiedendo poche ore, ed il materiale ottenuto pu? direttamente essere utilizzato come principio attivo di forme farmaceutiche senza alcuna ulteriore purificazione o trattamento .
Semplicemente operando sulle quantit? relative dello iodio e del biopolimero ? possibile ottenere complessi iodio-chitosano di stechiometria prefissata, con concentrazioni di iodio che rappresentano fino al 60 - 70% p/p.
Al crescere della quantit? di iodio il chitosano tende a scurirsi, fino ad assumere un colore bruno metallico alle massime concentrazioni.
I complessi ottenuti sono estremamente stabili allo stato secco, decomponendosi solo a temperature superiori a 200 ?C.
Il processo di preparazione dei complessi chitosani-iodio , operando con iodio in fase vapore, pu? essere realizzato in maniera ottimale e veloce in reattori di geometria opportuna. Nelle sue caratteristiche generali il reattore, realizzato in un materiale in grado di resistere all'azione chimica aggressiva dello iodio allo stato elementare, di preferenza il vetro, ? caratterizzato da due compartimenti, nel primo mantenuto ad alta temperatura (70-100 ?C) si generano i vapori di iodio, mentre nel secondo a temperatura ambiente avviene il contatto tra lo iodio in fase vapore ed il biopolimero in polvere.
Un esempio di reattore utilizzato per la preparazione dei complessi iodio-chitosani secondo le modalit? dell'invenzione ha le seguenti caratteristiche. L'apparecchiatura ? costituita di due bottiglie in vetro pyrex a collo largo (diametro della bocca filettata 6 cm) tra di loro raccordate con un giunto di teflon o grafite. Il contenitore pi? piccolo, in cui si mette lo iodio, ha un diametro di 8 cm ed un'altezza di 25 cm, mentre il contenitore pi? grande, in cui si mette il chitosano, ha un diametro di 30 cm ed un'altezza di 45 cm. Per preparare il complesso si introduce iodio elementare nel compartimento pi? piccolo ed il chitosano di opportuna granulazione (di preferenza tra 20 e 200 ??? di diametro) in quello- pi? grande. Il reattore, dopo aver raccordati i due contenitori con il giunto di teflon, ? messo in lenta rotazione lungo il suo asse, utilizzando un rotolatore a rulli che impartisce una velocit? di rotazione non superiore a 50 giri/min, di preferenza tra 10 e 30 giri/min. Il compartimento pi? piccolo ? riscaldato da una resistenza al quarzo posta parallelamente al reattore. Il controllo della temperatura, in genere mantenuta tra 70 e 100?C, ? realizzato modificando la distanza della resistenza dal contenitore dello iodio e la potenza di alimentazione. Questo garantisce una rapida sublimazione dello iodio i cui vapori, passando nel contenitore a temperatura ambiente di dimensioni maggiori, si combinano in maniera efficace con il chitosano, portando in poche ore ad un complesso con caratteristiche omogenee, la cui stechiometria dipende dal rapporto ponderale tra lo iodio ed il chitosano impiegati.
Le caratteristiche generali del processo rivendicato e la semplicit? costruttiva del reattore in precedenza descritto, rendono la preparazione dei complessi iodio-chitosani a secco con iodio in fase vapore, estremamente economica, suscettibile di un facile scale-up industriale anche a livello delle centinaia di Kg di materiale trattato. Infatti esso ? agevolmente realizzabile anche da parte di personale non qualificato, in ambienti di modeste dimensioni, in cui non sono necessarie le complesse e costose prescrizioni legate alle normative in materia di sicurezza industriale e di inquinamento ambientale.
Una forma di realizzazione ancora pi? semplice del procedimento secondo la presente invenzione per la preparazione dei complessi chi tosano-iodio prevede di mescolare insieme, nell'opportuno rapporto, il chitosano o i suoi derivati con lo iodio allo stato elementare e a temperatura ambiente. Lo iodio, sublimando lentamente, si fissa sul chitosano dando origine alla formazione del complesso. Ovviamente i tempi di reazione sono notevolmente pi? lunghi di quelli in precedenza riportati con il reattore a caldo, essendo richiesti anche 3-5 giorni per avere il completamento della reazione, che ? evidenziato dal colore bruno che il chitosano assume e dalla scomparsa dei cristalli di iodio.
I complessi chitosano-iodio cos? ottenuti, quando il contenuto percentuale di iodio non supera, il 50 % (p/p), possono essere sciolti in solventi acquosi a carattere acido, come ad esempio l'acido acetico diluito, originando soluzioni viscose di colore bruno che non macchiano la pelle, in cui lo iodio rimane stabile sotto forma di complesso solubile con il chitosano. Il processo di solubilizzazione avviene a temperatura ambiente e richiede di media 24 - 48 h. L'impiego del complesso preformato allo stato solido appare critico per ottenere il complesso chitosano-iodio in soluzione. Infatti l'aggiunta di iodio elementare ad una soluzione di chitosano in un solvente acido non porta alla formazione del complesso solubile anche dopo settimane. Dette soluzioni sono compatibili con l'aggiunta di tensioattivi, di preferenza di tipo non ionico come ad esempio i Tween e i Brij, che migliorano la solubilit? del complesso chitosano-iodio, facendone virare il colore su tonalit? giallo-arancio.
In presenza di tensioattivi, in concentrazioni anche inferiori a 1% p/v, ? possibile solubilizzare complessi chitosano-iodio normalmente insolubili in soluzioni acide, perch? con una composizione superiore al 50% p/p di iodio.
Soluzioni con caratteristiche identiche a quelle- in precedenza descritte possono essere preparate solubilizzando lo iodio in un idoneo tensioattivo, di preferenza non ionico, eventualmente a caldo, ed aggiungendo questa soluzione, sotto energica agitazione, al chitosano o suoi derivati sciolti in acqua, eventualmente in presenza di acidi o sali.
In alternativa la formazione del complesso chi tosano-iodio , assistita dalla presenza del tensioattivo, pu? essere realizzata aggiungendo il chitosano come polvere secca alla soluzione concentrata di iodio nel tensioattivo . In pochi minuti lo iodio si adsorbe sul chitosano dando origine ad una polvere untuosa di colore marrone scuro formata dal complesso chitosano-iodio e dal tensioattivo. Questo materiale sospeso in acqua o soluzioni acide, di preferenza acido acetico, si solubilizza in pochi minuti dando il complesso chitosano-iodio di colore giallo-arancio. La viscosit? di queste soluzioni dipende dal peso molecolare e dalla quantit? del chitosano impiegato .
I complessi dello iodio con chitosani, preparati secondo le modalit? dell'invenzione, sia allo stato secco che in soluzione, si comportano come sistemi slow release dell'alogeno, mostrando una spiccata azione battericida e miceticida nei riguardi di numerosi tipi di microrganismi che comunemente infettano la pelle e le ferite, quali ad esempio Staphylococcus aureus , Staphylococcus epidermis, Staphylococcus haemolyticus , Salmonella enteridis, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pyogenes, Escherichia coli, Serratia marcescens. Candida tropicalis, Enterobacter e Citrobacter.
L'assenza di fenomeni infiammatori, l'azione disinfettante ed il potere benefico sul processo di cicatrizzazione delle ferite, legati all'impiego dei complessi dell'invenzione, sono bene evidenziati su ratti sottoposti a laparatomia xifo-pubica. Negli animali operati la breccia chirurgica viene successivamente suturata a livello della struttura muscolare e cutanea e la ferita di una parte dei ratti viene medicata mediante aspersione -con polvere del complesso chitosano-iodio, che mostra un'ottima adesivit? ai tessuti ed un elevato potere coprente. Gli animali trattati, rispetto ai controlli non medicati, mostrano l'assenza di processi infettivi ed un precoce processo di cicatrizzazione, gi? evidente in seconda giornata.
Il rilascio dello iodio dalla matrice polimerica, quando il complesso ? applicato sulla ferita e si inumidisce con gli essudati, ? facilmente evidenziabile dal graduale scolorimento della polvere. Infatti lo iodio, una volta liberato, esercitando la sua azione disinfettante, si trasforma con gradualit? in specie chimiche incolori.
Pertanto i complessi dello iodio con il chitosano ed i suoi derivati, in forma di polveri aspersorie, soluzioni e pomate, per il loro potere disinfettante e cicatrizzante, possono trovare impiego in campo medico chirurgico nel trattamento post operatorio e pi? in generale come prodotti di uso topico per la medicazione delle ferite e la disinfezione della cute. In particolare le forme solubili, quando vengono applicate sulla pelle, per l'eccezionale potere filmogeno dei complessi dello iodio con il chitosano o suoi derivati, danno origine ad un film di biopolimero iodurato che, in maniera uniforme e prolungata, garantisce un'efficace azione disinfettante senza macchiare o danneggiare la pelle. Il film polimerico pu? successivamente con facilit? essere rimosso lavando con acqua la parte trattata.
Costituiscono pertanto oggetto dell'invenzione anche composizioni farmaceutiche contenenti come principio attivo almeno uno dei composti polimerici a base di iodio e rientranti nella formula generale in precedenza riportata, eventualmente in miscela con eccipienti di impiego convenzionale nella tecnica farmaceutica. In particolare i complessi della presente invenzione possono trovare impiego, sotto forma di polveri aspersorie, soluzioni, cerotti e pomate, nella medicazione di piaghe torpide o da decubito e di ferite, in particolare quelle legate ad interventi operatori, dove l'accoppiamento dell'azione cicatrizzante e la prolungata azione disinfettante risultano di particolare vantaggio.
Altro settore di interesse, in cui i complessi dell'invenzione possono trovare impiego come principi attivi, ? quello parasanitario e cosmetico, ad esempio per la preparazione di talchi innovativi, polveri deodoranti, soluzioni detergenti e disinfettanti etc.
Gli esempi qui di seguito riportati illustrano le modalit? di preparazione di differenti tipi di chitosani contenenti iodio sia allo stato secco che in soluzione e ne documentano l'azione disinfettante e cicatrizzante. Essi necessariamente contemplano solo alcune delle numerose possibilit? che possono essere prospettate e, senza alcun intento limitativo, si prefiggono di definire gli spazi in cui la presente invenzione si colloca.
ESEMPIO 1
Si impiega un reattore cilindrico costituita da due bottiglie in vetro pyrex a collo largo (diametro della bocca filettata 6 cm) tra di loro raccordate con un giunto di teflon. Il contenitore pi? piccolo, in cui si mette lo iodio (200 g, ha un diametro di 8 cm ed un'altezza di 25 cm, mentre il contenitore pi? grande, in cui si mette il chitosano (1,8 kg, con un peso molecolare medio 8 KD, in cui il numero di residui di 2-ammino-2-deossi-?-D-glucano acetilati non ? superiore al 5% del totale delle unit? monomeriche presenti e con una granulazione 20 - 200 ???), ha un diametro di 30 cm ed un'altezza di 45 cm. Dopo aver raccordati i due contenitori con il giunto di teflon., si mette il reattore in lenta rotazione lungo il suo asse, utilizzando un rotolatore a rulli che impartisce una velocit? di rotazione di 10 giri/min. Il compartimento pi? piccolo ? riscaldato a circa 100 ?C da una resistenza al quarzo posta parallelamente al reattore. Il controllo della temperatura ? realizzato modificando la distanza della resistenza dal contenitore dello iodio e la potenza di alimentazione. Questo garantisce una rapida sublimazione dello iodio i cui vapori, passando nel contenitore a temperatura ambiente di dimensioni maggiori, si combinano in maniera efficace con il chitosano, portando in 5 h alla formazione di 2 kg di complesso chitosano-iodio costituito da una polvere omogenea, di colore leggermente marrone, con un contenuto di iodio del 10% (p/p)? Il complesso, sottoposto ad analisi termica, mostra un punto di decomposizione intorno a 205?C. La FT-IR in KBr mostra la presenza dei segnali caratteristici dei gruppi funzionali del chitosano (NH, OH, CO). L'analisi elementare indica le seguenti percentuali C 40,44%, H 6,13%, O 35,80%, N 7,74% e I 9,89%, che sono in buon accordo con il grado di acetilazione del chitosano impiegato (5%) e con la percentuale di iodio presente (10%). L'analisi diff rattometrica ai raggi X su polvere indica che il complesso preparato ha una struttura amorfa in cui non sono presenti evidenti piani di diffrazione. Il materiale, mantenuto a 25?C sotto vuoto spinto per 48 h o a pressione atmosferica in un contenitore aperto per 4 mesi, non presenta caduta di peso, a conferma della grande stabilit? del complesso chitosano-iodio preparato.
ESEMPIO 2
Si procede come riportato nell'Esempio 1, mescolando per? lo iodio ed il chitosano a temperatura ambiente in un contenitore di pirex avente un diametro di 30 cui ed un'altezza di 45 cm. La bottiglia ? mantenuta in rapida rotazione (50 giri/min) come riportato nell'Esempio 1. La formazione del complesso ? completa in circa 3 giorni, come indicato dal colore marroncino che il chitosano assume e dalla scomparsa dei cristalli di iodio. Le caratteristiche chimico-fisiche del complesso chitosano-iodio cos? ottenuto sono del tutto analoghe a quelle riportate nell'Esempio 1.
ESEMPIO 3
Si procede nelle condizioni riportate nell'Esempio 1, impiegando 2 kg di chitosano (20 -200 ???; peso molecolare medio 8 KD; 5% di acetilazione dei gruppi amminici del 2-ammino-2-deossi-J3-D-glucano) e 2 kg di iodio elementare a scaglie. La reazione ? completa dopo circa 10 h e si ottengono 4 kg di una polvere di colore bruno metallico, che presenta le stesse caratteristiche riportate nell'Esempio 1 per guanto concerne la stabilit? termica del complesso, la spettroscopia infrarossa e la diffrazione ai raggi X, mentre l'analisi elementare, in accordo con il grado di acetilazione e la quantit? di iodio presente, mostra la seguente composizione percentuale: C 22.40%; H 3,42%; O 19.89%; N 4,29%; I 49.98%.
ESEMPIO 4
Si procede come descritto nell'Esempio 1, utilizzando 1.8 kg di N-carbossibutil chitosano in polvere (80 - 250 ???), di peso molecolare medio 10 KD, in cui le unit? monomeriche sono rappresentate per l'80% da 2-N-carbossibutil-2-deossi-/?-D-glucano, per il 15% dal 2-acetammido-2-deossi-p-D-glucano e per il 5% dal 2-ammino-2-deossi-p-Dglucano. Si ottengono 2 kg di prodotto, che presenta le stesse caratteristiche riportate nell'Esempio 1 per quanto concerne la stabilit? termica del complesso, la spettroscopia infrarossa e la diffrazione ai raggi X, mentre l'analisi elementare, in accordo con la struttura del polimero e la quantit? di iodio presente, mostra la seguente composizione percentuale: C 43,36%; H 6,18%; 0 35,12%; N 5,44%; I 9,87%.
ESEMPIO 5
200 g del complesso chitosano-iodio , preparato secondo quanto riportato nell'Esempio 1, sono sciolti in 1,8 1 di una soluzione acquosa di acido acetico al 1% (p/p)? La solubilizzazione, favorita da una continua agitazione della sospensione, ? completa in circa 48 h a temperatura ambiente. Si ottengono 2 kg di una soluzione leggermente viscosa con un pH di 4,8, di colore bruno, il cui contenuto in iodio allo stato elementare, determinato per titolazione con tiosolfato, ? 0,1 % (p/p). Conservando la soluzione in contenitori scuri a temperatura ambiente non si osservano nel tempo significative variazione del titolo in iodio e della viscosit?.
ESEMPIO 6
Si procede come nell'Esempio 5 impiegando 600 g di complesso chitosano-iodio e 1,4 kg di soluzione di acido acetico. Dopo 60 h sotto agitazione a temperatura ambiente si ottengono 2 kg di una soluzione fortemente viscosa con un pH di 4,9, di colore bruno, il cui contenuto in iodio allo stato elementare, determinato per titolazione con tiosolfato, ? 0,3 % (p/p). Conservando la soluzione in contenitori scuri a temperatura ambiente non si osservano nel tempo significative variazione del titolo in iodio e della viscosit?.
ESEMPIO 7
Si procede come nell'esempio 5, ma si addizionano alla soluzione 40 g di Tween 20 (poliossietilensorbitanmonolaurato ). In presenza del tensioattivo il processo di soluzione del complesso chitosano-iodio ? completo in circa 30 minuti e la soluzione assume un colore gialloarancio .
ESEMPIO 8
20 g di iodio sono solubilizzati ad 80?C in 100 g di Tween 20. In pochi minuti si ottiene una soluzione intensamente bruna a cui si addizionano 300 g di chitosano (peso molecolare medio 8 KD; grado -di acetilazione residua minore del 5%; granulazione 20-200 ???). In meno di 5 minuti lo iodio si adsorbe sulla polvere di chitosano dando origine al complesso chitosano-iodio di colore bruno, che si presenta untuoso per la presenza del tensioattivo adsorbito. A questo materiale viene aggiunta una soluzione acquosa di acido acetico 1% (p/v) fino a 10 Kg. Si osserva una rapida solubilizzazione del complesso, completa in meno di un'ora, con formazione di una soluzione viscosa di colore giallo-arancio. Il titolo in iodio allo stato elementare, determinato per titolazione con tiosolfato, ? 0,2% p/p. Conservando la soluzione in contenitori scuri a temperatura ambiente non si osservano nel tempo tempo significative variazioni del titolo in iodio e della viscosit?.
ESEMPIO 9
50 g di complesso chitosano-iodio contenente il 60% (p/p) di iodio elementare, preparato facendo adsorbire 30 g di iodio su 20 g di chitosano (peso molecolare medio 8 KD ; grado di acetilazione residua minore del 5%, granulazione 20-200 ???) secondo le modalit? riportate nell'esempio 1, sono sospesi in 930 g di una soluzione acquosa di acido acetico 1% (?/?). Alla sospensione si addizionano 20 g di Tween 20 sotto energica agitazione. In meno di un'ora si osserva la completa solubilizzazione del complesso chitosano-iodio , con formazione di una soluzione di intenso colore arancio, leggermente viscosa. Il titolo in iodio allo stato elementare, determinato per titolazione con tiosolfato, ? 3% (p/p)? Conservando la soluzione in bottiglie scure a temperature ambiente non si osservano nel tempo significative variazioni del titolo in iodio e della viscosit?.
ESEMPIO 10
40 g di iodio sono solubilizzati ad 80?C in 200 g di Brij 56. In pochi minuti si ottiene una soluzione intensamente bruna che sotto energetica agitazione viene addizionata a 9,76 Kg di una soluzione acquosa al 3% p/p di chitosano (peso molecolare 8 KD; grado di acetilazione residua minore del 5%; granulazione 20-200 ???) in acido acetico 1% (p/p) Si osserva immediatamente la formazione del complesso giallo-arancio chitosanoiodio. Il titolo in iodio allo stato elementare, determinato per titolazione con tiosolfato, ? 0,4% (p/p). Conservando la soluzione in bottiglie scure a temperatura ambiente non si osservano nel tempo significa*tive variazioni del titolo iodio e della viscosit?.
ESEMPIO il
E' noto che i complessi dello iodio sono attivi come antibatterici per la presenza di iodio libero o comunque facilmente disponibile. Nel caso dei complessi dell'invenzione chitosano-iodio, esiste un equilibrio complessivo del tipo:
COMPLESSO CHITOSANO-IODIO <- > CHITOSANO IODIO che ? responsabile dell'attivit? del complesso.
Vista la scarsa solubilit? in mezzo acquoso non acidificato dei complessi chitosano-iodio si ? voluto confrontare la velocit? di rilascio dello iodio da questi complessi con quella dei complessi iodio-polivinilpirrol idone che, come noto, ? la base attiva di formulazioni antisettiche impiegate da molti anni (Betadine, Breunol, Inadine ecc.)
La velocit? di cessione dello iodio ? stata valutata dosando lo iodio per titolazione con sodio tiosolfato, usando salda d'amido come indicatore, come descritto nella USP XXI, pag. 863.
Sono state impiegate quantit? equivalenti, come contenuto in iodio, (ca 0,05 M) del complesso iodio-polivinilpirrolidone e del complesso chitosano-iodio. Le titolazioni sono state effettuate sotto agitazione magnetica a 25 e 37?C; l'andamento delle curve di titolazione nel tempo
dimostra che:
a) il complesso iodio-polivinilpirrolidone
rende disponibile lo iodio totale nell'arco di 40
min a 25?C e di 30 min a 37?C;
b) il complesso chitosano-iodio, nelle
stesse condizioni, cede il 50% dello iodio disponibile in 2 h a 25?C ed in 90 min a 37?C.
c) prolungando i tempi si ? osservato che
la cessione di iodio dai complessi chitosano-iodio
a 25?C non si completa neppure dopo 24 h, mentre a
37?C, nello stesso arco di tempo lo iodio viene
ceduto completamente.
Le prove effettuate hanno dimostrato chiaramente che il rilascio dello iodio dal complesso chitosano-iodio presente come fase
solida sospesa ? molto pi? graduale di quello che caratterizza il complesso in soluzione iodiopolivinilpirrolidone, infatti nel primo caso l'equilibrio globale che si viene ad instaurare ?
il seguente:
A COMPLESSO CHITOSANO-IODIO (solido) <-> COMPLESSO CHITOSANO-IODIO (soluz.) B COMPLESSO CHITOSANO-IODIO (soluz.) <-> CHITOSANO IODIO
dove lo stadio lento ? rappresentato dalla reazione A. Questi dati nel loro insieme dimostrano che i complessi chitosano-iodio in polvere, a causa del graduale rilascio dello iodio attivo che li caratterizza, si comportano come agenti battericidi ad azione prolungata e controllata di notevole efficacia.
ESEMPIO 12
Su dischetti di carta da filtro del diametro di 0,5 cm vengono depositate quantit? dei complessi chitosano-iodio, preparati come,riportato negli Esempi 1 e 3, corrispondenti a 0,2, 0,3 e 0,4 mg di iodio legato. I dischetti sono depositati sulla superficie di piastre di agar contenenti i terreni di coltura standard per la crescita dei seguenti microrganismi: Staphylococcus aureus , Staphylococcus epidermis, Staphylococcus haemolyticus , Salmonella enteridis , Klebsiella pneumoiae, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pyogenes, Escherichia coli, Serratia marcescens e Candida tropicalis . Come sistema di controllo si impiegano dischetti di carta caricati con quantit? equivalenti di polimero non caricato con lo iodio. Dopo aver inoculate le piastre con i vari microrganismi si procede alla loro incubazione per 12 h. L'azione antibatterica dei polimeri contenenti iodio viene valutata dagli aloni di inibizione misurati intorno ai dischetti di carta. Non si osservano significative differenze tra i due tipi di complessi chitosano-iodio , mentre il chitosano da solo non manifesta una significativa inibizione della crescita per i vari microrganismi presi in considerazione. L'effetto inibitorio cresce linearmente' con la dose, mostrando un incremento del diametro di circa 2 volte passando dalla dose minima alla massima. Il migliore effetto inibitorio si ha con lo Staphylococcus aureus, lo Staphylococcus epidermis ed il Proteus mirabilis , con un alone di inibizione che al massimo dosaggio ? superiore ai 10 mm.
ESEMPIO 13
L'attivit? del complesso chitosano-iodio, preparato come descritto nell'Esempio 1, in polvere ed in soluzione ? stata valutata per confronto con una preparazione commerciale a base di un complesso idrosolubile iodio-polivinilpirrolidone, a parit? di concentrazioni di iodio.
La sperimentazione, finalizzata alla determinazione dei tempi di battericidia e micetocidia, ? stata effettuata su 30 ceppi di specie batteriche Gram-positive e Gram-negative di recente isolamento clinico e su 5 ceppi di miceti.
Del complesso iodio-polivinilpirrolidone ? stata preparata una soluzione in acqua distillata contenente lo 0,75% di iodio, del complesso chitosano-iodio preparato come descritto all'Esempio 1 ? stata preparata una soluzione di analoga concentrazione in acido acetico al 7,5% (p/p)j correggendo il pH a 5,5 dopo che la solubilizzazione ? avvenuta, del complesso chitosano-iodio in polvere ? stata preparata una sospensione in acqua distillata contenente la stessa concentrazione.
Queste preparazioni sono state distribuite come tali, o diluite 1:10 v/v in acqua bidistillata , nella quantit? di 0,9 mL, in provette da sierologia, alle quali sono stati aggiunti 0,1 mL delle diverse sospensioni batteriche, diluite 1:100 v/v in soluzione fisiologica, cresciute per 12 h a 37?C in Brain Heart Infusion Broth, nel caso dei batteri, e per 48 h a 26?C in Sabouraud Broth, nel caso dei miceti .
Dopo 1/ 5, 10 e 20 min di contatto tra i germi ed il composto iodurato in esame, per mezzo di un'ansa calibrata, sono stati prelevati dalle varie provette 0,01 mL e versati in 10 mL di Letheen Broth. Dopo 24 h di incubazione a 37?C, per i batteri, e 48 h a 26?C, per i miceti, ? stata valutata la crescita dei diversi germi e considerato come tempo di inattivazione l'intervallo di tempo a cui corrisponde assenza di crescita. Come riportato nei dati di Tabella 2 il complesso chitosano-iodio, anche in forma insolubile, esplica una forte azione citocida, confrontabile con quella del complesso idrosolubile iodio-polivinilpirrolidone .
Questo dato dimostra che in presenza di acqua lo iodio presente nel complesso chitosanoiodio si rilascia ed esercita con efficacia la sua azione disinfettante.
ESEMPIO 14
- L'attivit? del complesso chitosano-iodio in polvere, preparato come descritto nell'Esempio 1 ed in soluzione preparato come descritto all'Esempio 5 ? valutata per confronto con una preparazione commerciale a base di un complesso idrosolubile iodio-polivinilpirrolidone , a parit? di concentrazioni di iodio.
La sperimentazione, finalizzata alla determinazione della concentrazione minima inibente (M.I.C.), ? stata effettuata su 65 ceppi di specie batteriche Gram-positive e Gram-negative di recente isolamento.
Come terreno di coltura ? stato adoperato il Mueller Hinton Broth, contenente lo 0,5% di carbossimetilcellulosa al fine di favorire il mantenimento in sospensione del complesso chitosano-iodio, quanto impiegato come polvere.
Del complesso chitosano-iodio, sia in polvere che in soluzione, furono preparate soluzioni madre addizionando il complesso direttamente al brodo di coltura alla concentrazione dello 0,15% (p/p), come iodio. Da questa soluzione sono state successivamente preparate soluzioni a minor contenuto di iodio, diluendo la soluzione madre 5, 10, 20, 40, 80 e 160 volte con terreno di coltura. Analogo procedimento ? stato effettuato per preparare soluzioni del complesso iodio- polivinilpirrolidone a differenti concentrazioni di iodio.
Quantit? di 2 mL delle varie soluzioni furono inoculate con 0,1 mL di sospensione batterica ottenute diluendo 1:100 (v/v) in soluzione fisiologica colture dei vari ceppi batterici cresciute per 12 h a 37?C.
La lettura dei risultati ? stata effettuata dopo 24 h di incubazione a 37?C.
Come emerge dai dati riportati in Tabella 3, il complesso chitosano-iodio sia come polvere che come soluzione possiede una elevata attivit? antibatterica, infatti i batteri Gram positivi sono stati tutti inibiti fino alla diluizione di 1:40, mentre i batteri Gram negativi furono tutti inibiti alla diluizione 1:5.
Questo tipo di risultato appare confrontabile con quanto osservato per il complesso solubile iodio-polivinilpirrolidone .
ESEMPIO 15
30 ratti di ambo i sessi, del peso medio di circa 250 g, dopo anestesia con ketalar ed atropina, vengono rasati e sottoposti ad una laparatomia xifo-pubica della lunghezza di circa 10 cm .
Successivamente si suturano il piano muscolare e quello cutaneo della breccia chirurgica, provvedendo a medicare, sia a livello della sutura muscolare che cutanea, 10 degli animali mediante aspersione sulla ferita di 50 mg del complesso chitosano-iodio , preparato come descritto all'Esempio 1 e 10 animali mediante aspersione con 50 mg di solo chitosano non caricato con iodio.
Su questi 20 animali nei giorni successivi si ? proceduto a medicare la sola sutura cutanea, utilizzando la stessa quantit? di complesso chitosano-iodio. In 2?, 5a e 13a giornata sui 10 10 animali trattati rispettivamente con il complesso chitosano-iodio e con solo chitosano e sui 10 controlli non medicati sono stati effettuati prelievi di tessuto per l'analisi istologica.
Negli animali trattati con il complesso chitosano-iodio ? stato osservato, sia all'esame macroscopico che a livello dei reperti istologici, l'assenza di processi infettivi della ferita, frequenti invece negli animali trattati con solo chitosano o non medicati. Inoltre, gi? in 2a giornata, il processo di cicatrizzazione appare pi? efficace negli animali medicati con il complesso chitosano-iodio rispetto ai controlli non medicati e le differenze osservate divengono molto pi? evidenti in 55 e 13a giornata.
Nel suo insieme il trattamento con il complesso chitosano-iodio mostra di garantire un'efficace asepsi della ferita e di accelerarne la guarigione, con un processo cicatriziale che presenta una maggiore preponderanza di elementi cellulari riparatori ed una pi? veloce eliminazione dei detriti necrotici .
ESEMPIO 16
I complessi chitosani-iodio possono trovare impiego come principi attivi in prodotti farmaceutici ad azione antisettica ed antibatterica ad ampio spettro, da utilizzarsi di elezione nella disinfezione delle ferite, abrasioni, ustioni e nella medicazione chirurgica.
.Di seguito nella Tabella 4 si riportano esempi' di composizioni farmaceutiche contenenti come principio attivo il complesso chitosano-iodio e chitosano, ossido di zinco e talco come eventuali altri componenti.
ESEMPIO 17
La valutazione farmacodinamica delle formulazioni descritte all'Esempio 16, in termini di spettro e velocit? d'azione, ? stata verificata nei confronti di una serie di microrganismi scelti tra i pi? comuni dell'ambito nosocomiale quali: Staf ilococcus epidermis , Enterobacter cloacae, Serratia marcescens , Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, Escherichia coli, Stafilococcus aureus e Candida albicans.
Il potere disinfettante dei formulati, sia in soluzione che su terreno solido, ? stato valutato nel tempo impiegando i seguenti terreni di coltura:
- Nutrient Agar, usato per la coltivazione dei batteri
- Sabouraud Agar, usato per la coltivazione della Candida albicans
- Tryptic Soy Agar con aggiunta di sodio tiosolfato 1% p/p e Tween 80 1% p/p come neutralizzante dell'azione disinfettante dello iodio
Tryptic Soy Broth, con aggiunta di neutralizzante come in Tryptic Soy Agar
- Sabouraud Agar con aggiunta di neutralizzante come in Tryptic Soy Agar
- Sabouraud Liquid Mediun con aggiunta di neutralizzante come in Triptic Soy Agar Prima di effettuare il saggio si ? proceduto a verificare che il neutralizzante impiegato fosse effettivamente in grado di bloccare l'attivit? dei disinfettanti da sottoporre al test.
A tale scopo, per ogni disinfettante sono state allestite piastre di Petri in cui 10 mg di disinfettante sono stati incorporati in 20 mL di terreno di saggio. Su tali piastre e su piastre analoghe di Tryptic Soy Agar senza disinfettante e neutralizzante, usate come controllo, sono stati seminati per spatolamento i vari ceppi batterici, in modo da ottenere circa 300 colonie per piastra.
Dopo incubazione a 37?C per 48 h, si ? verificato che non esisteva differenza significativa nel numero di colonie batteriche cresciute sulle piastre di controllo e quelle con il disinfettante ed il neutralizzante.
I microrganismi sottoposti a sperimentazione sono stati ottenuti da sottocolture di 24 h su Nutrient Agar per i batteri e su Sabouraud Agar per la Candida albicans . I microrganismi sono stati raccolti in soluzione fisiologica sterile, lavati e centrifugati due volte, infine, risospesi fino ad ottenere una torbidit? pari ad uno standard di solfato di bario corrispondente ad una concentrazione di circa 10? ufc/mL .
La torbidit? ? stata misurata allo spettrofotometro, in densit? ottica, alla lunghezza d'onda di 640 nm.
Al momento del saggio ? stata effettuata per ogni sospensione microbica la conta totale, secondo il metodo delle diluizioni successive e incorporazione in Tryptic Soy Agar.
La determinazione dell'attivit? battericida ? stata effettuata come di seguito descritto. Per ogni microorganismo 2 mL di sospensione sono stati messi a contatto con 160 mg di formulato. Dopo 30", 1' e 2' di contatto sono stati prelevati da ogni sospensione 0,1 mL che sono stati distribuiti in 10 mL di Tryptic Soy Broth neutralizzante, le prove sono state eseguite in doppio.
Le letture dei risultati, riportati in Tabella 5, sono state effettuate dopo 48 h di incubazione a 37?C.
ESEMPIO 18
La tossicit? per via cutanea su pelle integra e scarificata dei formulati 1, 2 e 3, descritti all'Esempio 16 e delle soluzioni descritte agli Esempi 6-8, ? stata provata su conigli maschi di razza Canada white. Per ciascun campione la sperimentazione ? stata condotta su 4 animali a pelle intera e 4 animali con pelle scarificata. Il prodotto ? stato applicato per sfregamento cutaneo nel caso delle polveri e per pennellatura per le soluzioni.
Dagli animali prima di cominciare l'applicazione del formulato sono stati prelevati campioni di sangue per effettuare i seguenti test chimico-clinici, che sono poi stati ripetuti anche 2 giorni dopo l'applicazione dei campioni: trigl iceridi ; fosfatasi alcalina; bilirubina; creatinina; acido urico; azoto ureico; glucosio determinato per via enzimatica; colesterolo totale determinato per via enzimatica; fosforo inorganico; calcio; proteine totali; ferro.
L'osservazione macroscopica ed istologica degli animali trattati ha mostrato l'assenza di particolari anomalie e processi irritativi. Inoltre il confronto dei dati analitici prima e dopo il trattamento con il campione, sugli animali con pelle integra e scarificata ha mostrato l'assenza di variazioni significative. L'insieme di questi dati ha dimostrato che i formulati a base di complesso chitosano-iodio in polvere ed in soluzione sono privi di azione dannosa e tossica , presentano ottima tollerabilit?
esclusiva azione locale.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1?. Procedimento per la preparazione di complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati, caratterizzato dal fatto che il biopolimero e l'alogeno vengono fatti reagire in assenza di solvente.
- 2. Procedimento per la preparazione di complessi dello iodio con chitosano o i suoi derivati come da rivendicazione 1, in cui il biopolimero in polvere viene trattato con lo iodio in fase vapore.
- 3. Procedimento per la preparazione di complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati come da rivendicazione 1, in cui il biopolimero viene mescolato con lo iodio allo stato elementare a temperatura ambiente.
- 4. Procedimento per la preparazione di complessi dello iodio con chitosano, caratterizzato dal fatto che lo iodio ? sciolto in un tensioattivo, di preferenza non ionico, e che la soluzione ? adsorbita sul chitosano in polvere.
- 5. Complesso dello iodio con il chitosano o i suoi derivati, ottenuti con il procedimento delle rivendicazioni da 1 a 4, contenenti iodio in proporzione esprimibile con la formula generale: ?(?2)? in cui X ? l'unit? monomerica di un polimero scelto dal gruppo comprendente chitina, chitosano, N-carbossibutilchitosano, N-acilchitosani , N-carbossimetilchitosano , N-0-carbossimetilchitosano , N-O-chitosano solfato, e n. ? un numero variabile da 0,01 a 1,5.
- 6 . Complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati come da rivendicazione 5, in cui l'unit? monomerica X ? scelta dal gruppo comprendente le seguenti unit? monomeriche: 2-ammino-2-deossi-p-D-glucano ; 2-acetammido-2-deossi-p-D-glucano ; 2-N-carbos simetilammino- 2-deossi-p-D-glucano ; 2-N-acilammino-2-deossi-P-D-glue ano; 2-N-carbos simetilammino- 2-deossi-?-?-glucano; 2-N-carbossimeti laminino-2-deossi-?-D-6-0-carbossimetilglucano; 2-N-diidrossipropilammino-2-deossi-3-D-glucano ; 2-ammino-2-deossi-p-D-glucano N-solfato; e 2-ammino-2-deossi-p-D-glucano 0-solfato .
- 7. Complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati come da rivendicazione 6, in cui il gruppo acile del monomero 2-N-acilammino-2-deossi?-D-glucano ? scelto dal gruppo che comprende propionile, butirrile, caproile, ossalile, succinole ? ftalile.
- 8. Complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati, come da rivendicazioni da 5 a 7, in forma di soluzioni acquose acide, ad esempio per acido acetico.
- 9. Soluzioni come da rivendicazione 8, contenenti tensioattivi, di preferenza non ionici.
- 10. Composizioni farmaceutiche ad attivit? disinfettante e cicatrizzante, caratterizzate dal fatto di contenere come principi attivi i complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati, come da rivendicazioni da 5 a 9, in soluzione o allo stato secco, eventualmente in miscela con eccipienti convenzionali .
- 11. Composizioni farmaceutiche come da rivendicazione 10, sotto forma di polveri aspersorie, soluzioni, membrane, cerotti e pomate.
- 12. Uso di complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati come da rivendicazioni da 5 a 9 per la preparazione di un medicamento ad attivit? disinfettante e cicatrizzante.
- 13. Uso dei complessi dello iodio con il chitosano o i suoi derivati come da rivendicazioni da 5 a 9, sotto forma di polveri disinfettanti e deodoranti e di soluzioni disinfettanti ad alto potere filmogeno per impiego nel settore parafarmaceutico e cosmetico.
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