RU2577338C1

RU2577338C1 - Противомикробная композиция, содержащая фотохимически стабильные комплексы серебра

Info

Publication number: RU2577338C1
Application number: RU2014137462/04A
Authority: RU
Inventors: Валериа ДИССЕТТЕ; Стефано КАРЛИ; Даньеле ПАЦЦИ; Карло Альберто БИНЬОЦЦИ
Original assignee: Нм Тек Наноматириалз Энд Майкродивайсиз Текнолоджи Лтд.
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2016-03-20
Also published as: EP2814319A1; ES2710883T3; EP2814319B1; PL2814319T3; WO2013120532A1; PT2814319T

Abstract

Настоящее изобретение относится к водорастворимому мицеллярному аддукту нейтрального комплекса моновалентного серебра формулы Ag-L, где Ag является ионом Ag⁺, a L является лигандом формулы 4-меркаптофенилбороновой кислоты. При этом ион серебра связан с меркаптогруппой лиганда L, в мицеллярной системе, образованной катионным поверхностно-активным веществом. Также предложены способ получения аддукта, фармацевтическая композиция, немедицинский состав и применение аддукта. Изобретение позволяет получить мицеллярную систему, которая является термически и фотохимически стабильной в водном растворе и обладает сильной противомикробной активностью. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к противомикробной композиции, содержащей фотохимически стабильные комплексы серебра и мицеллярные аддукты.

Уровень техники

Применение местных противомикробных агентов при обработке ран получило широкое распространение в 1960-х годах, когда было обнаружено, что обработка ожогов нитратом серебра снижает количество смертей в результате сепсиса с 60% до 28%.

Как было обнаружено, антисептический сульфадиазин серебра (SSD) обуславливает дальнейшее снижение инфицирования, и со временем этот агент занял определенное место в общих методах обработки ран. Сульфадиазин серебра характеризуется улучшенными результатами лечения и снижением скорости распространения инфекции.

Антисептики отличаются от антибиотиков тем, что они имеют широкий спектр активности и могут быть эффективны против множества различных организмов, включая аэробные и анаэробные бактерии, дрожжи, грибы и плесневые грибы.

Устойчивость бактерий к антибиотикам широко описана в медицинской литературе. Устойчивость к антисептикам, однако, стала предметом исследований совсем недавно. Некоторые авторы сравнили способность Staphylococcus epidermidis приобретать устойчивость к различным антибиотикам и антисептикам. Результаты подтвердили, что бактерии способны развить устойчивость к антибиотикам миноциклину и рифампицину, однако не удалось обнаружить никаких признаков устойчивости к хлоргексидину, сульфадиазину серебра и полигексаметиленбигуаниду.

Серебро применяли в качестве противомикробного агента в течение тысячелетий. Ионы серебра оказывают различные противомикробные эффекты в зависимости от участка их связывания. Когда связывание происходит в бактериальной клеточной стенке, могут возникнуть ее разрывы. При связывании с белками, участвующими в дыхании и питании организма, серебро блокирует эти процессы, и бактерии умирают. При связывании с ДНК серебро может воздействовать на репликацию и деление организма. Активность серебра обуславливается ионной формой. Серебро является эффективным противомикробным агентом с низкой токсичностью, особенно важным при лечении ожоговых ран, когда часто развивается транзиторная бактериемия, а быстрый контроль ее имеет большое значение. Было доказано, что моновалентный ион Ag⁺ имеет довольно широкий спектр бактериальной активности.

Элементарное серебро и соли серебра значительно менее эффективны в отношении микробов. Ранее для промывания раны использовались растворы солей серебра, такие как нитрат серебра. Это требовало больших количеств серебра для достижения желаемого эффекта. Кремы с сульфадиазином серебра (SSD) позволяют использовать значительно меньшие количества серебра для достижения эффективности и высвобождают ионы серебра при контакте с экссудатом раны. Ионы серебра, однако, быстро нейтрализуются, и требуется ежедневное или еще более частое нанесение SSD. Количества высвобождаемого в рану серебра не всегда удается четко контролировать, что может представлять определенную проблему с точки зрения токсичности в здоровой ткани.

Составы на основе Ag⁺, таким образом, могут использоваться в фармацевтических препаратах местного применения, а также в составе дезинфектантов для использования в окружающей среде.

Составы на основе солей серебра или на основе сульфадиазина серебра, в целом, характеризуются фотохимической нестабильностью, а во втором случае еще и низкой растворимостью в воде.

Наночастицы коллоидального серебра являются предметом все возрастающего интереса и считаются прекрасным кандидатом для использования в терапевтических целях. Термин «коллоидный» относится к веществу, состоящему из мельчайших не растворяющихся частиц, суспендированных в различных средах. Эти мельчайшие частицы слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Частицы серебра электрически заряжены для проявления гермицидных свойств серебра, что позволяет частицам оставаться суспендированными в растворе деионизованной воды. Коллоидный препарат, однако, фотохимически нестабилен. Действительно, видимый свет приводит к фотовосстановлению Ag⁺ в Ag⁰ с последующим снижением противомикробной активности. Получение ионов Ag⁺ из металлического серебра Ag⁰, кроме того, ограничивается высокими окислительными потенциалами Ag⁰→Ag⁺ (El/2=+0,80 В относительно нормального водородного электрода при 25°С), что приводит к тому, что константа равновесия для окисления серебра составляет величину порядка 1,2×10^-6, что означает, что 1 M Ag⁰ (107,8 г) может в равновесных условиях дать только 1×10^-4 г Ag⁺.

С учетом того что Ag⁺ активен в отношении более чем 600 различных типов бактерий, грибов и вирусов, поиск более новых и совершенных по стабильности противомикробных агентов на основе серебра, очевидно, представляет немалый интерес.

В предшествующей патентной заявке, опубликованной под номером WO 2007/122651, авторы настоящего изобретения сообщали о получении новых фотохимически стабильных противобактериальных и противовирусных наноматериалов на основе металлических оксидов, таких как, например, TiO₂, ΖrO₂, SnO₂, ZnO и SiO₂, функционализированных молекулярными группами органической природы, способных одновременно связываться и с указанным оксидом, и с ионами переходных металлов, таких как Ag⁺.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к комплексам серебра и мицеллярным системам катионных поверхностно-активных веществ, захватывающим нейтральные комплексы серебра, которые являются термически и фотохимически стабильными в водном растворе и обладают сильной противомикробной активностью.

Объектом данного изобретения является получение фотохимически стабильного нейтрального комплекса моновалентного серебра формулы Ag-L, где L является 4-меркаптофенилбороновой кислотой, который может быть захвачен мицеллярными системами, образованными четвертичными аммониевыми солями, которые синергетически взаимодействуют с ионами Ag⁺, усиливая их противомикробную активность.

Другим объектом изобретения является противомикробный состав, содержащий мицеллярную систему комплекса формулы Ag-L.

Еще одним объектом изобретения является способ получения комплекса формулы Ag-L и его мицеллярных систем.

Еще одним объектом изобретения является мицеллярная система комплекса формулы Ag-L или содержащий такую систему состав, предназначенные для применения в медицине, особенно в качестве противомикробного агента.

Еще одним объектом изобретения является немедицинское применение мицеллярной системы комплекса формулы Ag-L или содержащего такую систему состава в качестве дезинфектанта, в частности, для обработки поверхностей объектов.

Краткое описание чертежей

На Фигуре 1 показан схематический вид мицеллярной структуры, образованной ионами бензалкония с гидрофобными хвостами, захватывающей нейтральный комплекс Ag-L по изобретению.

Подробное описание изобретения

Первым объектом настоящего изобретения является нейтральный комплекс моновалентного серебра формулы Ag-L, в котором Ag является ионом Ag⁺, a L является лигандом формулы 4-меркаптофенилбороновой кислоты, и где ион серебра связан с меркаптогруппой лиганда L.

4-Меркаптофенилбороновая кислота имеет следующую структуру:

Комплекс формулы Ag-L может быть получен путем добавления стехиометрических количеств 4-меркаптофенилбороновой кислоты к водному раствору соли серебра, такой как нитрат серебра. Такое добавление приводит к образованию нейтрального комплекса Ag-L, который только частично растворим в воде. Этот комплекс может быть солюбилизирован в водном растворе путем добавления катионного поверхностно-активного вещества.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения катионное поверхностно-активное вещество является четвертичной аммониевой солью. Более конкретно, поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из хлорида бензил(додецил)диметиламмония, хлорида бензил(тетрадецил)диметиламмония, хлорида бензил(гексадецил)диметиламмония, хлорида бензалкония (который является смесью трех вышеперечисленных веществ) и их смесей.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения поверхностно-активное вещество является хлоргексидином или катионами полигексаметиленбигуанида (РНМВ). РНМВ имеет следующую структуру:

Катионы РНМВ образуются при диссоциации в воде иона хлора.

Если используется четвертичная аммониевая соль, то концентрация данного поверхностно-активного вещества в водном растворе составляет около 10^-2 Μ или выше.

Если в качестве поверхностно-активного вещества используются хлоргексидин или РНМВ, их концентрация в водном растворе составляет около 0,6-1% мас./об.

Было обнаружено, что применение поверхностно-активного вещества не только солюбилизирует комплекс Ag-L, но также обеспечивает стабилизацию нейтрального комплекса. Как солюбилизация, так и стабилизация происходят, когда поверхностно-активное вещество используется в концентрации, критичной для образования мицелл.

Это факт согласуется со стабилизирующим эффектом из-за захвата нейтрального комплекса Ag-L внутри мицеллы, образованной поверхностно-активным веществом, как показано схематически на Фигуре 1 (для хлорида бензалкония).

Тот факт, что после 12-месячного периода в присутствии катионного поверхностно-активного вещества не происходит осаждения или образования металлического серебра, подтверждает соответствующую роль катионных поверхностно-активных веществ в стабилизации нейтрального комплекса в растворе и роль лиганда L в фотохимической стабилизации иона Ag⁺.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в мицеллярном аддукте нейтрального комплекса формулы Ag-L, как изображено выше, в мицеллярной системе, образованной катионным поверхностно-активным веществом. Катионное поверхностно-активное вещество предпочтительно выбирают из группы, состоящей из хлорида бензил(додецил)диметиламмония, хлорида бензил(тетрадецил)диметиламмония, хлорида бензил(гексадецил)диметиламмония, хлорида бензалкония, хлоргексидина, полигексаметиленбигуанида и их смесей.

ПРИМЕР

Нейтральный комплекс Ag-L, где L = 4-меркаптофенилбороновая кислота, был получен путем добавления стехиометрического количества 4-меркаптофенилбороновой кислоты к водному раствору соли серебра, такой как нитрат серебра. Такое добавление приводит к образованию нейтрального комплекса Ag-L, который только частично растворим в воде. Водный раствор комплекса стабилизировали добавлением хлорида бензалкония вплоть до достижения концентрации около 2×10^-2 M, соответствующей удвоенной критической концентрации мицеллообразования. Водные растворы Ag-L не демонстрировали какого-либо изменения в цвете или составе после 12 месяцев воздействия светом из окружающей среды. В сравнимых условиях растворы AgNO₃ демонстрировали образование черного осадка Ag⁰ через несколько минут.

Определение химических характеристик

Элементный анализ Ag-L

Рассчитано для AgSC₆H₆BO₂: С 12,29; H 2,32; S 12,29

Обнаружено: С 12,28; H 2,30; S 12,28

В дополнение к данным элементного анализа, которые полностью согласуются с формулой нейтрального комплекса, данные инфракрасной спектрометрии подтвердили координацию иона серебра с атомом серы органического лиганда. Некоординированный свободный лиганд имеет ИК-полосу при 2663 см^-1, которая может быть однозначно соотнесена с соответствующим валентным колебанием связи S-H. При координации ионов серебра и при связывании серебра с серой на конце лиганда такая полоса исчезает, оставляя неизмененными другие части ИК-спектра. Исчезновение полосы валентных колебаний связи S-H подтверждает, что произошло связывание ионов серебра с серой. Согласно Sandroff et al. J. Phys Chem. 1992, 86, 3211, полосы валентных колебаний S-Ag следует ожидать в диапазоне частот 150-250 см^-1, который, однако, лежит вне рабочего диапазона используемого ИК-спектрометра (4000-400 см^-1).

Определение размера мицелл

Определение размера мицелл осуществляли на Malvern Instruments ZETASIZER 3000 при 25°С с углом детектирования 90° на следующих водных растворах, содержащих соответственно: 1) хлорид бензалкония (Bz) (0,6% об./об.); 2) РНМВ (1% об./об.); 3) AgL-Bz (Ag-L, 3.3×10^-4 Μ; Βz 0,6% об./об.); 4) AgL-PHMB (Ag-L, 3,3×10^-4 Μ; ΡΗΜΒ, 1% об./об.); 5) AgL-BZ-PHMB (Ag-L, 3.3×10^-4 Μ; ΒΖ, 0,3% об./об.; РНМВ, 0,5% об./об.).

Образование мицеллярных аддуктов подтверждено отчетом, представленным в Таблице I.

Растворы, содержащие только катионные поверхностно-активные вещества Βz или РНМВ, образуют мицеллы со средним диаметром 32 нм и 8 нм и c Z потенциалом 13,3 и 0,6, соответственно. В присутствии молекул AgL мицеллы, образованные катионными поверхностно-активными веществами при том же уровне концентраций увеличиваются в размерах: AgL-Bz увеличивает вплоть до 104 нм, тогда как для AgL-PHMB средний размер составляет вплоть до 192 нм, что подтверждает захват большего количества частиц AgL. В соответствии с увеличением размера мицелл также увеличивается Ζ потенциал до 40,5 для AgL-Bz и до 32,5 для AgL-PHMB.

Бактерицидная Активность

Бактерицидную активность тестировали на свежеприготовленных водных растворах нейтрального комплекса Ag-L, где лиганд L, координированный с ионом серебра, является 4-меркаптофенилбороновой кислотой.

Дополнительные тесты проводили на водных растворах, содержащих нейтральный комплекс серебра Ag-L и различные катионные поверхностно-активные вещества, и, для целей сравнения, на водных растворах, содержащих только катионные поверхностно-активные вещества с теми же концентрациями. Известно, что катионные поверхностно-активные вещества, используемые для целей настоящего изобретения, обладают собственной противомикробной активностью.

Тесты бактерицидной активности проводили в соответствии со стандартами UNI EN 1272:2009 и UNI EN 13697:2001, относящимися к химическим дезинфектантам и антисептикам, с использованием следующих тестовых организмов: Staphylococcus aureus (АТСС-6538) в качестве типичного представителя грамположительных бактерий, и Pseudomonas aeruginosa (АТСС-15442) в качестве типичного представителя грамотрицательных бактерий.

Согласно UNI EN 1272:2009, который является количественным суспензионным тестом для оценки бактерицидной активности, было установлено, что комплекс Ag-L (L=4-меркаптофенилбороновая кислота) в концентрации порядка 3,3×10^-4 M в воде способен вызвать снижение количества бактерий на 2-3 логарифмические единицы после 30 минут контакта, аналогично снижению, наблюдаемому для раствора нитрата серебра сравнимой концентрации, который, однако, согласно наблюдениям теряет противомикробную активность после взаимодействия с окружающим светом из-за восстановления Ag⁺ в Ag⁰. Аналогичные тесты, осуществленные на водных растворах, содержащих смеси комплекса серебра AgL с катионными поверхностно-активными веществами Bz (0,6% об./об.) или РНМВ (1% об./об.), или водных растворах, содержащих смеси комплекса серебра AgL как с катионными поверхностно-активными веществами (0,3% об./об.), так и РНМВ (0,5 об./об.), через 5 минут контакта демонстрировали очень сильное снижение количества бактерий порядка 8 логарифмических единиц, что превосходило снижение, наблюдаемое на растворах, содержащих только катионные поверхностно-активные вещества в той же концентрации. На таких растворах фактически наблюдали максимальное снижение количества бактерий на 6-7 логарифмических единиц.

Проводили дополнительные тесты в загрязненных условиях в присутствии бычьего сывороточного альбумина, который известен как вещество, деактивирующее противомикробное действие четвертичных аммониевых солей. Эти тесты показали очень сильную бактерицидную активность катиона Ag+, содержащегося в комплексе AgL, и катионного поверхностно-активного вещества. Тест был осуществлен согласно UNI EN 13697:2001, который является количественным тестом с непористой поверхностью для оценки бактерицидной активности в загрязненных условиях (3,0 г бычьего сывороточного альбумина на литр воды). Результаты этих тестов суммированы в Таблице II

Наблюдаемое снижение количества бактерий указывает на то, что в загрязненных условиях, в которых комплексы Bz и Ag+ по отдельности практически неактивны, а РНМВ демонстрирует только умеренную активность, ассоциация комплекса AgL с катионными поверхностно-активными веществами Bz или РНМВ приводит к существенному бактерицидному эффекту, который максимизируется в случае раствора, содержащего оба катионных поверхностно-активных вещества - AgL-Bz-PHMB.

Амплификация бактерицидного эффекта при ассоциации AgL с ионами Bz или РНМВ подтверждает синергетический эффект между ионом серебра и катионным поверхностно-активным веществом. Катионное поверхностно-активное вещество, как полагают, ослабляет межмолекулярные взаимодействия, вызывая диссоциацию липидных бислоев клеточной мембраны. Ионы серебра, таким образом, легче связывают функциональные группы, такие как тиольная группа (-SH), карбоксильная группа (-СООН) или аминогруппа (NH₂), присутствующие в белках клеточной мембраны, приводя к уничтожению бактерий. Кроме того, следует отметить, что бактерии являются отрицательно заряженными объектами: как следствие, имеют место благоприятные условия для ассоциации с положительно заряженной мицеллярной структурой, схематически изображенной на Фигуре 1, представляющей собой катионное поверхностно-активное вещество, захватившее нейтральный комплекс AgL.

Объектом изобретения являются комплексы формулы Ag-L или их мицеллярные аддукты, как определено выше, предназначенные для использования в медицине, особенно в качестве противомикробных агентов. Предпочтительно комплексы по изобретению активны против следующих бактерий:

Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa, Staphilococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Salmonella enteridis Dl, Listeria monocytogenes, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Vibrio cholerae, MRSA, Clostridium Diff, Acinetobatcter Baumanii, Mycobacterium terrae, Mycobacterium avium и Bacillus subtilis; грибов, таких как Candida albicans и Aspergillus niger; и против следующих вирусов: A-H1N1, аденовирус, полиовирус, цитомегаловирус, энтеровирус, вирус герпеса, вирус гепатита А, вирус гепатита В, вирус иммунодефицита человека (HTV), вирус ветряной оспы, группа вирусов Aviaria и коронавирусы SARS.

Фармацевтическая композиция, содержащая противомикробное количество комплексов формулы Ag-L с фармацевтически приемлемыми носителями, является еще одним объектом настоящего изобретения.

Другим объектом изобретения является противомикробная композиция мицеллярного аддукта комплекса формулы Ag-L, как определено выше, с катионным поверхностно-активным веществом.

Эта композиция предпочтительно будет жидкой или полужидкой композицией, такой как растворы, гели, суспензии, лосьоны, мази и т.п.

Фармацевтические композиции по изобретению могут быть получены согласно обычным способам, таким как способы, описанные в Remington′s Pharmaceutical Sciences Handbook, Mack Pub. Co., N.Y., USA, 17-е издание, 1985.

Другим объектом изобретения является немедицинский состав, особенно жидкий состав, такой как раствор, содержащий мицеллярный аддукт нейтрального комплекса формулы Ag-L, взятого в противомикробном количестве, с катионным поверхностно-активным веществом.

Немедицинские составы по изобретению могут быть использованы в качестве дезинфектантов, особенно для обработки поверхностей объектов различной природы. Например, немедицинский состав по изобретению может использоваться для дезинфекции полов, стен, мебели, аппаратов, устройств, особенно в медицинской среде, такой как больница или т.п. Они также могут быть использованы для дезинфекции рук оператора.

Claims

1. Водорастворимый мицеллярный аддукт нейтрального комплекса моновалентного серебра формулы Ag-L, где Ag является ионом Ag⁺, a L является лигандом формулы 4-меркаптофенилбороновой кислоты, и где ион серебра связан с меркаптогруппой лиганда L, в мицеллярной системе, образованной катионным поверхностно-активным веществом.

2. Мицеллярный аддукт по п.1, в котором катионное поверхностно-активное вещество является четвертичной аммониевой солью.

3. Мицеллярный аддукт по п.1, в котором катионное поверхностно-активное вещество предпочтительно выбрано из группы, состоящей из хлорида бензил(додецил)диметил аммония, хлорида бензил(тетрадецил)диметиламмония, хлорида бензил(гексадецил)диметиламмония, хлорида бензалкония, хлоргексидина, полигексаметилен бигуанида и их смесей.

4. Способ получения продукта по любому из пп.1-3, включающий следующие стадии:
- добавление стехиометрических количеств 4-меркаптофенилбороновой кислоты к водному раствору соли серебра для получения комплекса Ag-L, описанного в п.1,
- добавление катионного поверхностно-активного вещества для получения мицеллярного аддукта по любому из пп.1-3.

5. Способ по п.4, в котором соль серебра является нитратом серебра.

6. Способ по п.4 или 5, в котором если в качестве поверхностно-активного вещества используется четвертичная аммониевая соль, то концентрация этого поверхностно-активного вещества в водном растворе составляет около 10^-2 М или больше.

7. Способ по п.4 или 5, в котором если хлоргексидин или полигексаметиленбигуанид используются в качестве поверхностно-активного вещества, то концентрация этого поверхностно-активного вещества в водном растворе составляет около 0,6-1% мас./об.

8. Продукт по любому из пп.1-3, предназначенный для использования в качестве противомикробного агента.

9. Фармацевтическая композиция, предназначенная для использования в качестве противомикробного агента, содержащая противомикробное количество продукта по любому из пп.1-3 с фармацевтически приемлемыми наполнителями.

10. Немедицинский жидкий состав, предназначенный для использования в качестве противомикробного агента, содержащий продукт по любому из пп.1-3.

11. Применение продукта по любому из пп.1-3 в немедицинских целях в качестве дезинфектанта.

12. Применение по п.11 для обработки поверхностей объектов.

13. Применение по п.12, в котором указанные поверхности являются полами, стенами, мебелью, аппаратами, устройствами, особенно в медицинской окружающей среде.