RU2746709C1 - Method for producing antimicrobial gel - Google Patents
Method for producing antimicrobial gel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746709C1 RU2746709C1 RU2020134912A RU2020134912A RU2746709C1 RU 2746709 C1 RU2746709 C1 RU 2746709C1 RU 2020134912 A RU2020134912 A RU 2020134912A RU 2020134912 A RU2020134912 A RU 2020134912A RU 2746709 C1 RU2746709 C1 RU 2746709C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gel
- amount
- polyvinylpyrrolidone
- antimicrobial
- viscosity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/66—Phosphorus compounds
- A61K31/665—Phosphorus compounds having oxygen as a ring hetero atom, e.g. fosfomycin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/70—Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
- A61K31/7028—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages
- A61K31/7034—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin
- A61K31/7036—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin having at least one amino group directly attached to the carbocyclic ring, e.g. streptomycin, gentamycin, amikacin, validamycin, fortimicins
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
- A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
- A61K47/51—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent
- A61K47/56—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent the modifying agent being an organic macromolecular compound, e.g. an oligomeric, polymeric or dendrimeric molecule
- A61K47/58—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent the modifying agent being an organic macromolecular compound, e.g. an oligomeric, polymeric or dendrimeric molecule obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. poly[meth]acrylate, polyacrylamide, polystyrene, polyvinylpyrrolidone, polyvinylalcohol or polystyrene sulfonic acid resin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/06—Ointments; Bases therefor; Other semi-solid forms, e.g. creams, sticks, gels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
- A61P31/04—Antibacterial agents
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к области медицины, биотехнологии, а именно к получению биологически активных гелей (гидрогелей), используемых в качестве антимикробных средств (систем доставки антибиотиков) для профилактики и лечения инфекции области хирургического вмешательства в травматологии и ортопедии, в т.ч. перипротезной инфекции.The invention relates to the field of medicine, biotechnology, namely to the production of biologically active gels (hydrogels) used as antimicrobial agents (antibiotic delivery systems) for the prevention and treatment of infections in the field of surgical intervention in traumatology and orthopedics, incl. periprosthetic infection.
Уровень техникиState of the art
Для современной травматологии и ортопедии характерно большое количество реконструктивных операций, при которых пациенту в оперированный сегмент опорно-двигательного аппарата устанавливают имплантаты. Это могут быть компоненты эндопротеза, пластины, винты, интрамедуллярные стержни и другие металлоконструкции. В случае развития инфекции области хирургического вмешательства, у данной категории больных существует высокий риск инфицирования установленной металлоконструкции, в таких случаях говорят о развитии глубокой имплантат-ассоциированной инфекции или, при установке эндопротеза - о перипротезной инфекции. Эндопротезирование крупных суставов является одной из наиболее успешных и экономически эффективных операций, улучшающих качество жизни пациентов, однако риск развития инфекции оперированного сустава у данной категории пациентов сохраняется пожизненно. Ежегодно в мире проводится более 1 миллиона артропластик тазобедренного сустава, их количество постоянно растет [Albuhairan, В. Antibiotic prophylaxis for wound infections in total joint arthroplasty / B. AlBuhairan, D. Hind, A. Hutchinson 2008 // The Journal of Bone and Joint Surgery. - 2008. - V 90-B. - №7. DOI: 10.1302/0301-620X.90B7.20498]. Однако высокая вероятность инфицирования, способная возникнуть при этих вмешательствах, обусловлена тем, что эндопротез, как и любой другой абиогенный материал, лишен естественной, иммунной защиты, осуществляемой главным образом системой мононуклеарных фагоцитов (макрофагов), что облегчает микроорганизмам его колонизацию и, как инородное тело, подвергается отторжению со стороны организма. Инфицирование и нагноение послеоперационной раны у пациентов с эндопротезом крупного сустава в подавляющем большинстве случаев приводит к необходимости удаления его компонентов, а у 25-30% пациентов инфекционный процесс даже после санирующих операций приобретает рецидивирующее течение и может приводить к последствиям, вынуждающим удаление протеза, к развитию хронического постимплантационного остеомиелита и стойкой утрате трудоспособности. Стоимость лечения перипротезной инфекции в 5-7 раз превосходит стоимость самой первичной операции, при этом значительно снижается качество жизни пациентов. Перипротезная инфекция является серьезной проблемой и в России. По данным регистра РНИИТО им. Р.Р. Вредена на протяжении нескольких лет данная инфекция уверенно занимает второе место среди причин ревизионного эндопротезирования [Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Коваленко А.Н., Черный А.Ж., Муравьева Ю.В., Гончаров М.Ю. Данные регистра эндопротезирования тазобедренного сустава РНИИТО им. Р.Р. Вредена за 2007-2012 годы / Р.М. Тихилов [и др.] // Травматология и ортопедия России. - 2013. - 3. - С. 167-190.]. Таким образом, остро стоит проблема профилактики инфекции области хирургического вмешательства при реконструктивных ортопедических операциях, включая эндопротезирование суставов, а также в разработке средств и способов, повышающих эффективность лечения данного осложнения.Modern traumatology and orthopedics are characterized by a large number of reconstructive operations, in which implants are placed in the operated segment of the musculoskeletal system. These can be components of the endoprosthesis, plates, screws, intramedullary rods and other metal structures. In the case of the development of infection in the area of surgical intervention, this category of patients has a high risk of infection of the installed metal structure, in such cases they speak of the development of a deep implant-associated infection or, when installing an endoprosthesis, of periprosthetic infection. Endoprosthetics of large joints is one of the most successful and cost-effective operations that improve the quality of life of patients, but the risk of developing an infection of the operated joint in this category of patients persists for life. More than 1 million hip arthroplasty is performed annually in the world, their number is constantly growing [Albuhairan, B. Antibiotic prophylaxis for wound infections in total joint arthroplasty / B. AlBuhairan, D. Hind, A. Hutchinson 2008 // The Journal of Bone and Joint Surgery. - 2008. - V 90-B. - No. 7. DOI: 10.1302 / 0301-620X.90B7.20498]. However, the high probability of infection that can occur during these interventions is due to the fact that the endoprosthesis, like any other abiogenic material, is deprived of natural, immune protection, carried out mainly by the system of mononuclear phagocytes (macrophages), which makes it easier for microorganisms to colonize it and, as a foreign body , is subject to rejection by the body. Infection and suppuration of a postoperative wound in patients with a large joint endoprosthesis in the overwhelming majority of cases leads to the need to remove its components, and in 25-30% of patients, the infectious process, even after sanitizing operations, acquires a recurrent course and can lead to consequences forcing the removal of the prosthesis, to the development of chronic post-implantation osteomyelitis and persistent disability. The cost of treating a periprosthetic infection is 5-7 times higher than the cost of the primary operation itself, while the quality of life of patients is significantly reduced. Periprosthetic infection is a serious problem in Russia as well. According to the register of the RNIITO them. R.R. Harmful for several years, this infection confidently ranks second among the causes of revision arthroplasty [Tikhilov R.M., Shubnyakov I.I., Kovalenko A.N., Cherny A.Zh., Muravyova Yu.V., Goncharov M.Yu. ... Data from the register of hip arthroplasty of the Russian Research Institute of Traumatology and Orthopedics. R.R. Harmful for 2007-2012 / R.M. Tikhilov [et al.] // Traumatology and Orthopedics of Russia. - 2013. - 3. - S. 167-190.]. Thus, there is an acute problem of the prevention of infection in the area of surgical intervention during reconstructive orthopedic operations, including arthroplasty, as well as in the development of means and methods that increase the effectiveness of treatment of this complication.
Согласно современным представлениям решение проблемы происходит по нескольким направлениям [
- пассивная обработка/модификация поверхности имплантата без использования какого - либо фармакологически активного вещества;- passive treatment / modification of the implant surface without the use of any pharmacologically active substance;
- активная обработка/модификация поверхности фармакологически активными бактерицидными агентами (например, покрытия, содержащие серебро или йод);- active treatment / modification of the surface with pharmacologically active bactericidal agents (for example, coatings containing silver or iodine);
- использование локальных средств во время операции непосредственно перед установкой имплантата.- the use of local funds during the operation just before the installation of the implant.
Современная концепция антимикробной профилактики подразумевает подавление активности микроорганизмов на момент выполнения операции. В то же время, высокая актуальность разработки средств для локальной антимикробной терапии в травматологии и ортопедии продиктована недостаточной концентрацией антибиотиков в очаге остеомиелита и перипротезной инфекции при системном введении препаратов и, как следствие, низкой эффективностью лечения данных осложнений [Божкова С.А., Новокшонова А.А., Конев В.А. Современные возможности локальной антибиотикотерапии перипротезной инфекции и остеомиелита (обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2015; (3):92-107]. Известно, что ведущими возбудителями данного типа инфекции являются стафилококки, включая метициллинорезистентные штаммы, однако участие в этиологии инфекции грамотрицательных бактерий: семейство Enterobacteriaceae, неферментирующие бактерии - Pseudomonas Aeruginosa, Acinetobacter spp., приводит к крайне низкой эффективности лечения [Божкова С.А., Касимова А.Р., Тихилов Р.М., Полякова Е.М. Рукина А.Н., Шабанова В.В., Ливенцов В.Н. Неблагоприятные тенденции в этиологии ортопедической инфекции: результаты 6-летнего мониторинга структуры и резистентности ведущих возбудителей. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):20-31.], что необходимо учитывать при разработке средств для лечения.The modern concept of antimicrobial prophylaxis involves the suppression of the activity of microorganisms at the time of the operation. At the same time, the high relevance of the development of means for local antimicrobial therapy in traumatology and orthopedics is dictated by the insufficient concentration of antibiotics in the focus of osteomyelitis and periprosthetic infection with systemic administration of drugs and, as a consequence, the low efficiency of treatment of these complications [Bozhkova S.A., Novokshonova A A.A., Konev V.A. Modern possibilities of local antibiotic therapy of periprosthetic infection and osteomyelitis (literature review). Traumatology and Orthopedics of Russia. 2015; (3): 92-107]. It is known that the leading causative agents of this type of infection are staphylococci, including methicillin-resistant strains, but participation in the etiology of infection of gram-negative bacteria: the family Enterobacteriaceae, non-fermenting bacteria - Pseudomonas Aeruginosa, Acinetobacter spp., Leads to extremely low treatment efficiency [Bozhkova SA, Kasimova A.R., Tikhilov R.M., Polyakova E.M. Rukina A.N., Shabanova V.V., Liventsov V.N. Adverse trends in the etiology of orthopedic infection: results of 6-year monitoring of the structure and resistance of the leading pathogens. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2018; 24 (4): 20-31.], Which must be taken into account when developing treatment tools.
Локальными носителями лекарственных препаратов могут являться биодеградируемые полимерные матрицы в любом исполнении - гели, губки, пленки. Несмотря на достаточно широкий выбор полимерных материалов, форм их применения, с точки зрения профилактики перипротезной инфекции предпочтительным является использование гелей, которыми можно покрывать поверхности ортопедических имплантатов любой формы. Выбор геля в качестве матрицы является предпочтительным и при лечении любых имплантат-ассоциированных инфекций после реконструктивных операций на опорно-двигательном аппарате.Local carriers of drugs can be biodegradable polymer matrices in any design - gels, sponges, films. Despite a fairly wide selection of polymeric materials, forms of their use, from the point of view of prevention of periprosthetic infection, it is preferable to use gels that can be used to cover the surfaces of orthopedic implants of any shape. The choice of a gel as a matrix is also preferable in the treatment of any implant-associated infections after reconstructive surgery on the musculoskeletal system.
Наибольший интерес представляют гидрогели на основе поливинилпирролидона (ПВП), широко применяемого в фармацевтической промышленности. При этом ПВП на сегодняшний день остается предметом исследований для конкретных применений.Of greatest interest are hydrogels based on polyvinylpyrrolidone (PVP), which is widely used in the pharmaceutical industry. At the same time, PVP today remains the subject of research for specific applications.
Из уровня техники известны способы получения гелевых фармацевтических композиций, включающие синтез и модификацию свойств полимеров с использованием внешних воздействий, в частности, термической обработки и различного рода излучения с высокой энергией волны. При радиационном воздействии в результате химических реакций между макромолекулами полимера могут быть получены гели со специфическими свойствами [Bashir A., Sudhair A.,Zafar I, Shumaila B. Syntesis of Cross Linked PVP Hydrogels and its Use for the Control Release of Anti-Asthmatic Drugs. Middle-east J. Sci. Res, 2013, 14(2), 273-283, DOI: 10.5829/idosi.mejst.2013.14.2.7391], однако при этом обязательным является введение различных инициаторов для получения желаемого результата, зачастую не разрешенных к использованию, когда речь идет о продуктах, предназначенных для применения в медицине.From the prior art, methods for preparing gel pharmaceutical compositions are known, including the synthesis and modification of the properties of polymers using external influences, in particular, heat treatment and various kinds of radiation with high wave energy. Under radiation exposure as a result of chemical reactions between polymer macromolecules, gels with specific properties can be obtained [Bashir A., Sudhair A., Zafar I, Shumaila B. Syntesis of Cross Linked PVP Hydrogels and its Use for the Control Release of Anti-Asthmatic Drugs ... Middle-east J. Sci. Res, 2013, 14 (2), 273-283, DOI: 10.5829 / idosi.mejst.2013.14.2.7391], however, it is mandatory to introduce various initiators to obtain the desired result, which are often not permitted for use when it comes to products intended for use in medicine.
Из уровня техники известна фармацевтическая композиция для местного применения и способ ее получения (US 2013267486), содержащая антибактериальный агент, сополимер поливинилпирролидон-винилацетат (ПВП/ВА) в количестве от 30% до 60 мас.%, воду в количестве от 20% до 40 мас.%, летучий растворитель в количестве от 10% до 25 мас.%; и желирующий агент. В качестве антибактериального агента в фармацевтической композиции может быть использован широкий спектр известных веществ, например, гентамицин, неомицин, стрептомицин, цефподоксим проксетил, клиндамицин, линкомицин, эритромицин, бацитрацин, грамицидин(ы), ванкомицин, доксициклин, миноциклин, окситетрациклин, фусетрафициклин, тетрациклин, фуситетрациклин. кислота, сульфацетамид, метронидазол, пероксид бензоила и дапсон, фармацевтически приемлемая соль вышеупомянутых агентов и их смеси.The prior art knows a pharmaceutical composition for topical use and a method for its preparation (US 2013267486) containing an antibacterial agent, polyvinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymer (PVP / VA) in an amount of 30% to 60 wt%, water in an amount of 20% to 40 wt%, volatile solvent in an amount of 10% to 25 wt%; and a gelling agent. As an antibacterial agent in a pharmaceutical composition, a wide range of known substances can be used, for example, gentamicin, neomycin, streptomycin, cefpodoxime proxetil, clindamycin, lincomycin, erythromycin, bacitracin, gramicidin (s), vancomycin, tetracycline, minocycline, phyloxytetrafluoride , fustetracycline. acid, sulfacetamide, metronidazole, benzoyl peroxide and dapsone, a pharmaceutically acceptable salt of the above agents, and mixtures thereof.
Однако данная композиция представляет собой сложную многокомпонентную композицию, включая, различные желирующие агенты, органические растворители (летучие), которые не разрешены для применения в травматологии и ортопедии, при этом могут присутствовать в остаточном количестве в фармацевтической композиции. Кроме того, в материалах описания изобретения отсутствует указание на достигаемую вязкость композиции, что является существенным для обеспечения пролонгированной (не менее 9 дней) активности входящих в композицию активных компонентов.However, this composition is a complex multicomponent composition, including various gelling agents, organic solvents (volatile), which are not approved for use in traumatology and orthopedics, while they may be present in a residual amount in the pharmaceutical composition. In addition, in the materials of the description of the invention there is no indication of the achieved viscosity of the composition, which is essential to ensure the prolonged (not less than 9 days) activity of the active components included in the composition.
Из уровня техники известно антимикробное средство для профилактики имплант-ассоциированной инфекции и способ его получения (Патент РФ №2535156, МПК А61К 31/79, А61К 31/7036, А61К 31/498, А61К 47/48, А61Р 31/04), представляющее собой водный раствор среднемолекулярного поливинилпирролидона, содержащий антимикробные препараты: антибиотик (гентамицин) и антисептик (диоксидин), при следующем соотношении компонентов: гентамицина сульфат - 0,96 г, диоксидин - 1,0 г, среднемолекулярный коллидон медицинский (молекулярной массой 30000D) - 10,0 г, вода дистиллированная - до 100,0 мл. Профилактика имплант-ассоциированной инфекции заключается в интраоперационном орошении имплантата перед его установкой в костную ткань и дополнительном орошении тканей в области хирургического вмешательства антимикробным средством с последующим ушиванием послеоперационной раны, что приводит к эрадикации имеющейся в ране микрофлоры и заживлению раны первичным натяжением.The prior art knows an antimicrobial agent for the prevention of implant-associated infection and a method for its preparation (RF Patent No. 2535156, IPC A61K 31/79, A61K 31/7036, A61K 31/498, A61K 47/48, A61R 31/04), representing is an aqueous solution of medium molecular weight polyvinylpyrrolidone containing antimicrobial drugs: antibiotic (gentamicin) and antiseptic (dioxidine), with the following ratio of components: gentamicin sulfate - 0.96 g, dioxidine - 1.0 g, medium molecular weight medical collidone (molecular weight 30000D) - 10 , 0 g, distilled water - up to 100.0 ml. Prevention of implant-associated infection consists in intraoperative irrigation of the implant before its installation in the bone tissue and additional irrigation of tissues in the surgical area with an antimicrobial agent, followed by suturing of the postoperative wound, which leads to the eradication of the microflora in the wound and wound healing by primary intention.
Однако в данном изобретении представлено антимикробное средство в форме раствора, при этом отсутствует описание деталей способа приготовления антимикробного средства, которые являются существенными для получения состава, обеспечивающего пролонгированный эффект антимикробного геля. В частности, отсутствие сшивки молекул веществ, входящих в его состав (в связи с использованием композиции в виде раствора), не может обеспечить достаточную вязкость, и в случае большого количества раневого отделяемого и необходимости установки дренажа будет приводить к быстрому выведению антимикробных компонентов из области хирургического вмешательства. Кроме того, отсутствуют данные об активности предлагаемого средства в отношении устойчивых к метициллину штаммов стафилококков, к штаммам грамотрицательных бактерий.However, the present invention provides an antimicrobial agent in the form of a solution, and there is no description of the details of the method for preparing the antimicrobial agent, which are essential for obtaining a composition that provides a prolonged effect of the antimicrobial gel. In particular, the lack of cross-linking of the molecules of the substances that make up its composition (due to the use of the composition in the form of a solution) cannot provide sufficient viscosity, and in the case of a large amount of wound discharge and the need to install drainage, it will lead to the rapid removal of antimicrobial components from the surgical area. interference. In addition, there is no data on the activity of the proposed agent against methicillin-resistant strains of staphylococci, against strains of gram-negative bacteria.
Из уровня техники известен антимикробный гидрогель и способ его получения (Легонькова О.А., Терехова Р.П., Божкова С.А., Ахмедов Б.Г., Асанова Л.Ю., Полякова Е.М., Чилилов А.М.. Влияние γ-излучения на антимикробные свойства гелей на основе поливинилпирролидона, Все материалы. Энциклопедический справочник, Издательство: Наука и технологии ООО, 2018, №12, С. 26-30), содержащий поливинилпирролидон (ПВП) с молекулярной массой 30000, фосфомицин, гентамицин и воду. Гидрогель готовят растворением ПВП (в концентрациях 10, 15, 50% (мас.)) в дистиллированной воде при интенсивном перемешивании, с последующим добавлением фосфомицина и гентамицина в концентрациях от 0,4 до 5,0 мас.%, полученную смесь подвергают γ-излучению (источником 60Co) до достижения поглощенной дозы 15, 30 и 40 кГр. Воздействие γ-излучения приводит к увеличению вязкости гидрогеля. При этом было продемонстрировано, что величина дозы γ-излучения в целом не влияет на антимикробную активность образцов гелей с разным содержанием антибиотиков. Кроме того, в публикации продемонстрирован синергетический эффект от совместного действия антибиотиков при увеличении концентрации фосфомицина до 5%. Кроме того, также было отмечено, что при использовании ПВП в количестве 50 мас.% была получена высокая вязкость гидрогеля, затрудняющая его применение для лечения перипротезной инфекции.An antimicrobial hydrogel and a method for its preparation are known from the prior art (Legonkova O.A., Terekhova R.P., Bozhkova S.A., Akhmedov B.G., Asanova L.Yu., Polyakova E.M., Chililov A. M. Influence of γ-radiation on the antimicrobial properties of gels based on polyvinylpyrrolidone, All materials. Encyclopedic reference book, Publisher: Nauka i Tekhnologii OOO, 2018, No. 12, pp. 26-30), containing polyvinylpyrrolidone (PVP) with a molecular weight of 30,000, fosfomycin, gentamicin, and water. The hydrogel is prepared by dissolving PVP (at concentrations of 10, 15, 50% (wt.)) In distilled water with vigorous stirring, followed by the addition of fosfomycin and gentamicin at concentrations from 0.4 to 5.0 wt.%, The resulting mixture is subjected to γ- radiation ( 60 Co source) until the absorbed dose reaches 15, 30 and 40 kGy. Exposure to γ-radiation leads to an increase in the viscosity of the hydrogel. At the same time, it was demonstrated that the magnitude of the dose of γ-radiation in general does not affect the antimicrobial activity of gel samples with different contents of antibiotics. In addition, the publication demonstrated a synergistic effect of the combined action of antibiotics with an increase in the concentration of fosfomycin up to 5%. In addition, it was also noted that when using PVP in an amount of 50 wt.%, A high viscosity of the hydrogel was obtained, making it difficult to use it for the treatment of periprosthetic infection.
В известном способе использованы биодеградируемый носитель на основе поливинилпирролидона (ПВП) и комплекс из двух антибиотиков. Однако данный способ не позволяет получать гелевую композицию с воспроизводимыми параметрами вязкости от 1 - до 20 Па×с. При повторении способа с фиксированными режимами и концентрациями антибиотиков (1,2 мас.% гентамицина и 5 мас.% фосфомицина) получаемые композиции характеризовались разными значениями вязкости, в т.ч выходящими за указанный диапазон значений, что отрицательно сказывалось на стабильности вязкоупругих свойств получаемых композиций (гидрогелей), и соответственно, на обеспечении ее стабильного пролонгированного действия. Известное решение демонстрирует высокую антибактериальную активность, однако в отдельных случаях - при наличии «сложных» хирургических инфекций, данной концентрации бывает недостаточно (зона подавления микроорганизмов при использовании гидрогеля по известному способу остается уменьшенной по сравнению с гидрогелем, полученным по заявляемому способу). Увеличение концентрации фосфомицина без изменения режимов способа не обеспечивает получение воспроизводимых параметров вязкости композиции от 1 - до 20 Па×с. В этой связи требуется разработка нового воспроизводимого способа получения гелевой композиции, содержащей увеличенную концентрацию фосфомицина, и имеющей вязкость 1 - до 20 Па×с, предпочтительно 5 - 20 Па×с, обеспечивающую длительное присутствие антибиотиков в ране.The known method uses a biodegradable carrier based on polyvinylpyrrolidone (PVP) and a complex of two antibiotics. However, this method does not allow obtaining a gel composition with reproducible viscosity parameters from 1 to 20 Pa s. When repeating the method with fixed modes and concentrations of antibiotics (1.2 wt.% Gentamicin and 5 wt.% Fosfomycin), the resulting compositions were characterized by different viscosity values, including those outside the specified range of values, which negatively affected the stability of the viscoelastic properties of the resulting compositions. (hydrogels), and, accordingly, on ensuring its stable prolonged action. The known solution demonstrates high antibacterial activity, but in some cases - in the presence of "complex" surgical infections, this concentration is not enough (the zone of suppression of microorganisms when using a hydrogel according to the known method remains reduced in comparison with the hydrogel obtained by the claimed method). An increase in the concentration of fosfomycin without changing the modes of the method does not provide reproducible parameters of the viscosity of the composition from 1 to 20 Pa * s. In this regard, it is required to develop a new reproducible method for preparing a gel composition containing an increased concentration of fosfomycin and having a viscosity of 1 to 20 Pa * s, preferably 5 to 20 Pa * s, which ensures the long-term presence of antibiotics in the wound.
Известно также, что характеристикой структуры геля и проявления его физико-механических свойств является эффективная вязкость (ее наибольшее (η0) и наименьшее значения (ηмин)), существенно влияющая на «выход» импрегнированных тех или иных веществ, применение которых необходимо для достижения поставленных перед исследователями задач.It is also known that the characteristic of the structure of the gel and the manifestation of its physical and mechanical properties is the effective viscosity (its highest (η 0 ) and lowest values (η min )), which significantly affects the “yield” of impregnated substances, the use of which is necessary to achieve tasks assigned to researchers.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является антимикробный гидрогель (Легонькова О.А., Васильев В.Г., Божкова С.А., Терехова Р.П., Оганнисян А.С., Григорьев М.М., Винокурова Т.И., Чилилов А.М., Ахмедов Б.Г.. Свойства поливинилпирролидоновых гелей после стерилизующих воздействий. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, №11, 2019) содержащий поливинилпирролидон (ПВП) с молекулярной массой 30000 и концентрацией от 10 до 30 мас.%, фосфомицин концентрацией 5,0 мас.%, гентамицин концентрацией 1,2 мас.% и воду, характеризующийся вязкостью от 1 до 20 Па⋅с. Для радиационной сшивки используют γ-излучение (Со60) в дозах 15 и 30 кГр. При этом для приготовления гидрогелевой системы сначала ПВП растворяют в воде, затем 15 масс % раствора ПВП без добавления лекарственных добавок облучали γ- лучами с интенсивностью 30 кГр, затем в полученную систему добавляли гентамицин (1,2 мас.%) и фосфомицин (5 мас.%). В данной статье описана возможность получения гидрогеля с вязкостью от 1 до 20 Па⋅с, однако многократное повторение способа при фиксированных параметрах, не обеспечивает воспроизводимость получаемого гидрогеля по вязкости. Таким образом, все перечисленные выше недостатки характерны и для данного способа. Кроме того, в известном способе используется относительно высокая доза облучения, что не безопасно для обслуживающего персонала.Closest to the claimed invention is an antimicrobial hydrogel (Legonkova O.A., Vasiliev V.G., Bozhkova S.A., Terekhova R.P., Ogannisyan A.S., Grigoriev M.M., Vinokurova T.I. , Chililov AM, Akhmedov BG .. Properties of polyvinylpyrrolidone gels after sterilizing effects. Questions of biological, medical and pharmaceutical chemistry, No. 11, 2019) containing polyvinylpyrrolidone (PVP) with a molecular weight of 30,000 and a concentration of 10 to 30 wt. %, fosfomycin with a concentration of 5.0 wt.%, gentamicin with a concentration of 1.2 wt.% and water, characterized by a viscosity of 1 to 20 Pa · s. For radiation crosslinking, γ-radiation (Co60) is used in doses of 15 and 30 kGy. In this case, to prepare the hydrogel system, PVP was first dissolved in water, then a 15 wt% PVP solution without adding medicinal additives was irradiated with γ-rays with an intensity of 30 kGy, then gentamicin (1.2 wt%) and fosfomycin (5 wt%) were added to the resulting system. .%). This article describes the possibility of obtaining a hydrogel with a viscosity of 1 to 20 Pa⋅s, however, multiple repetition of the method with fixed parameters does not provide the reproducibility of the resulting hydrogel in terms of viscosity. Thus, all of the above disadvantages are typical for this method. In addition, the known method uses a relatively high dose of radiation, which is not safe for maintenance personnel.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является разработка способа получения антимикробного геля, лишенного перечисленных выше недостатков, представляющих собой формонеустойчивый гель, обладающий широким спектром антимикробной активности в отношении ведущих возбудителей ортопедической инфекции в течение не менее 9 суток.The technical problem solved by the claimed invention is the development of a method for producing an antimicrobial gel, devoid of the above disadvantages, which is a form-resistant gel with a wide spectrum of antimicrobial activity against the leading pathogens of orthopedic infection for at least 9 days.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом изобретения является получение тиксотропного воспроизводимого гидрогеля (препарата) с повышенной концентрацией фосфомицина, обеспечивающего пролонгированное действие его антимикробной активности (не менее 9 дней).The technical result of the invention is to obtain a thixotropic reproducible hydrogel (preparation) with an increased concentration of fosfomycin, providing a prolonged effect of its antimicrobial activity (not less than 9 days).
Технический результат достигается за счет использования приемов и режимов способа, которые позволяют получать гидрогель с содержанием фосфомицина до 10% и воспроизводимыми параметрами вязкости от 1 до 20 Па×с, предпочтительно 5 - 20 Па×с, обеспечивающими длительное присутствие антибиотиков в ране. Получаемый гидрогель имеет антибактериальную активность широкого спектра действия, а именно, активность в отношении грамположительных бактерий, включая устойчивые к метициллину штаммы Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis, в отношении грамотрицательных бактерий, включая представителей семейства Enterobacteriaceae, и неферментирующих бактерий.The technical result is achieved through the use of techniques and modes of the method that allow you to obtain a hydrogel with a fosfomycin content of up to 10% and reproducible viscosity parameters from 1 to 20 Pa × s, preferably 5 to 20 Pa × s, providing a long-term presence of antibiotics in the wound. The resulting hydrogel has broad-spectrum antibacterial activity, namely activity against gram-positive bacteria, including methicillin-resistant strains of Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis, against gram-negative bacteria, including members of the Enterobacteriaceae family, and non-fermenting bacteria.
Технический результат достигается при реализации способа получения антимикробного геля, включающего смешение исходных компонентов, в качестве которых используют поливинилпирролидон в количестве от 10 до 30 мас.%; гентамицина сульфат, фосфомицин и воду, а также облучение смеси γ-излучением с использованием изотопа 60Со с получением геля вязкостью от 1 до 20 Па×с. Согласно способу поливинилпирролидон в количестве 80-85 мас.% от исходного количества перед смешением предварительно подвергают термической обработке при температуре 160-180°С в течение 1-8 часов, затем полученный термически сшитый поливинилпирролидон растворяют в дистиллированной воде с получением полимерного тиксотропного геля, в который добавляют гентамицина сульфат в количестве от 0,5 до 1,5 мас.% и фосфомицин в количестве от 5,0 до 10 мас.%, после чего в полученную смесь добавляют оставшееся количество термически несшитого поливинилпирролидона, и γ-облучению подвергают полученную смесь дозой 10-15 кГр.The technical result is achieved by implementing a method for producing an antimicrobial gel, including mixing the initial components, which are used as polyvinylpyrrolidone in an amount of 10 to 30 wt.%; gentamicin sulfate, fosfomycin and water, as well as irradiation of the mixture with γ-radiation using the 60 Co isotope to obtain a gel with a viscosity of 1 to 20 Pa s. According to the method, polyvinylpyrrolidone in an amount of 80-85 wt% of the initial amount is preliminarily subjected to heat treatment at a temperature of 160-180 ° C for 1-8 hours, then the obtained thermally crosslinked polyvinylpyrrolidone is dissolved in distilled water to obtain a polymer thixotropic gel, in which add gentamicin sulfate in an amount of 0.5 to 1.5 wt% and fosfomycin in an amount of 5.0 to 10 wt%, after which the remaining amount of thermally uncrosslinked polyvinylpyrrolidone is added to the resulting mixture, and the resulting mixture is subjected to γ-irradiation with a dose of 10-15 kGy.
Таким образом, изобретение позволяет получать препарат в виде формонеустойчивого стабильного геля, содержащего активные компоненты, вязкость которого в зависимости от концентрации поливинилпирролидона является воспроизводимой величиной. Получаемый гель обладает тиксотропностью, восстанавливающий свои вязкостные свойства после механического воздействия, возникающего при его нанесении на обрабатываемую поверхность, что способствует пролонгированному выделению антимикробных агентов в течение не менее 9 дней.Thus, the invention makes it possible to obtain a preparation in the form of a form-stable stable gel containing active components, the viscosity of which, depending on the concentration of polyvinylpyrrolidone, is a reproducible value. The resulting gel has thixotropy, restoring its viscous properties after mechanical action that occurs when it is applied to the surface to be treated, which contributes to the prolonged release of antimicrobial agents for at least 9 days.
В результате реализации изобретения получают тиксотропный антимикробный формонеустойчивый гель, включающий термически- и радиационно-сшитый поливинилпирролидон с распределенными в нем активными веществами (гентамицина сульфат и фосфомицин).As a result of the invention, a thixotropic antimicrobial form-resistant gel is obtained, including thermally and radiation-crosslinked polyvinylpyrrolidone with active substances (gentamicin sulfate and fosfomycin) distributed in it.
Изобретение расширяет арсенал средств, направленных на предупреждение развития и лечение перипротезной инфекции за счет высокой вязкости и широкого спектра активности в отношении ведущих возбудителей данного осложнения.The invention expands the arsenal of tools aimed at preventing the development and treatment of periprosthetic infection due to high viscosity and a wide spectrum of activity against the leading causative agents of this complication.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Ниже представлено более детальное описание заявляемого способа, которое демонстрирует возможность его осуществления с достижением заявленного технического результата.Below is a more detailed description of the proposed method, which demonstrates the possibility of its implementation with the achievement of the claimed technical result.
При реализации способа получения антимикробного геля на первом этапе часть (80-85 мас.% от исходного количества) среднемолекулярного поливинилпирролидона в сухом виде подвергают термической обработке при температуре 160-180°С в течение 1-8 часов, которая может быть реализована с помощью любых известных из уровня техники средств. Данный режим приводит к образованию сшитого поливинилпирролидона, обладающего значительными водопоглощающими свойствами. Далее сшитый поливинилпирролидон растворяют в дистиллированной воде (в соотношении, например, 1:4) с получением полимерного геля с вязкостью, превышающей 20 Па×с, в который добавляют антимикробные препараты (гентамицина сульфат, фосфомицин). Добавление антимикробных препаратов приводит к резкому снижению значения вязкости системы. Вязкость системы после добавления указанных препаратов может достигать значения 1 Па×с и менее. В полученную смесь добавляют оставшееся количество поливинилпирролидона (не сшитого), при этом вязкость системы увеличивается и после воздействия γ-излучением дозой 10-15 кГр достигает значений от 1 до 20 Па×с. В качестве источника γ-излучения используют изотоп 60Со.When implementing the method for producing an antimicrobial gel at the first stage, a part (80-85 wt.% Of the initial amount) of medium-molecular-weight polyvinylpyrrolidone in dry form is subjected to heat treatment at a temperature of 160-180 ° C for 1-8 hours, which can be implemented using any means known from the prior art. This mode leads to the formation of cross-linked polyvinylpyrrolidone, which has significant water-absorbing properties. Next, the crosslinked polyvinylpyrrolidone is dissolved in distilled water (in a ratio of, for example, 1: 4) to obtain a polymer gel with a viscosity exceeding 20 Pa × s, to which antimicrobial drugs (gentamicin sulfate, fosfomycin) are added. The addition of antimicrobial drugs leads to a sharp decrease in the viscosity of the system. The viscosity of the system after adding these drugs can reach a value of 1 Pa × s or less. The remaining amount of polyvinylpyrrolidone (not crosslinked) is added to the resulting mixture, while the viscosity of the system increases and after exposure to γ-radiation with a dose of 10-15 kGy reaches values from 1 to 20 Pa × s. As a source of γ-radiation using Co isotope 60.
Существенным в заявляемом изобретении помимо указанной последовательности действий и выбранных режимов обработки смеси, является также выбор концентрации антибиотиков, включая увеличенное количественное содержание фосфомицина, в комплексе с концентрацией ПВП. При использовании концентраций за пределами указанных минимальных значений образование гелевой структуры не происходит. Очевидно, что лекарственные препараты, хотя и содержат в своем составе ряд активных функциональных групп, тем не менее, не участвуют в процессе сшивания, по сути являются пластификаторами, не взаимодействующими с полимерной матрицей, выполняющими свои функции на надмолекулярном уровне, и таким образом, за счет стерического фактора ингибируют процесс сшивки полимерной матрицы.In addition to the specified sequence of actions and the selected processing modes of the mixture, essential in the claimed invention is also the choice of the concentration of antibiotics, including the increased quantitative content of fosfomycin, in combination with the concentration of PVP. When used at concentrations outside the specified minimum values, the formation of a gel structure does not occur. It is obvious that drugs, although they contain a number of active functional groups, nevertheless, do not participate in the crosslinking process, in fact they are plasticizers that do not interact with the polymer matrix, performing their functions at the supramolecular level, and thus, for due to the steric factor, they inhibit the cross-linking of the polymer matrix.
Заявляемое изобретение отличается простотой приготовления композиции, отсутствием необходимости применения повышенных доз облучения, стабильными упруго-вязкостными свойствами. Его применение позволяет получить эффективные препараты медицинского назначения широкого спектра антимикробного действия. Заявляемый антимикробный гель является предпочтительным для применения при наличии «сложных» хирургических инфекций, а также при реконструктивных операциях в травматологии-ортопедии для профилактики инфекции области хирургического вмешательства - интраоперационно путем нанесения на имплантат перед его установкой; для лечения инфекции интраоперационно - для обработки тканей в области очага инфекции перед ушиванием операционной раны.The claimed invention is distinguished by the simplicity of the preparation of the composition, the absence of the need to use increased doses of radiation, and stable elastic-viscous properties. Its use makes it possible to obtain effective medical preparations of a wide spectrum of antimicrobial action. The inventive antimicrobial gel is preferable for use in the presence of "complex" surgical infections, as well as in reconstructive operations in traumatology and orthopedics for the prevention of infection in the area of surgical intervention - intraoperatively by applying to the implant before its installation; for the treatment of infection intraoperatively - for the treatment of tissues in the area of the focus of infection before suturing the surgical wound.
Получаемый антимикробный гель характеризуется следующим качественным и количественным составом: поливинилпирролидон (молекулярной массой 30000D) - 10-30 мас.%; гентамицина сульфат - 0,5-1,5 мас.%; фосфомицин - 5,0-10 мас.%; вода дистиллированная - остальное (до 100%).The resulting antimicrobial gel is characterized by the following qualitative and quantitative composition: polyvinylpyrrolidone (molecular weight 30000D) - 10-30 wt%; gentamicin sulfate - 0.5-1.5 wt%; fosfomycin - 5.0-10 wt%; distilled water - the rest (up to 100%).
Способ получения геля с повышенным содержанием фосфомицина, включая режимы термообработки и γ-облучения, был разработан по итогам проведенных исследований, результаты которых представлены ниже. При этом в процессе исследования были проведены сравнительные испытания гелей, полученных по заявляемому способу (способ 1) и способу - прототипу (способ 2), в основе которого лежало радиационное облучение исходного состава.A method for obtaining a gel with an increased content of fosfomycin, including the modes of heat treatment and γ-irradiation, was developed based on the results of the studies, the results of which are presented below. At the same time, in the course of the study, comparative tests of the gels obtained by the claimed method (method 1) and the prototype method (method 2) were carried out, which was based on the radiation exposure of the original composition.
В частности, для приготовления геля по способу 2 получали водный раствор среднемолекулярного поливинилпирролидона с молекулярной массой 30000, затем 15 мас.% полученного раствора ПВП (без добавления лекарственных добавок) облучали γ-лучами с интенсивностью 30 кГр, затем в полученную систему вводили 1,2 мас.% гентамицина, и 5 мас.% фосфомицина и оставшийся водный раствор ПВП, после чего смесь стерилизовали с получением гидрогеля. В качестве источника γ-излучения использовали изотоп 60Со. Полученный гидрогель характеризовался нестабильными вязко-упругими свойствами, по сути, являясь структурированным раствором при отсутствии тиксотропности. В ряде повторений вязкость была меньше 1 Па×с.In particular, for the preparation of the gel according to method 2, an aqueous solution of medium molecular weight polyvinylpyrrolidone with a molecular weight of 30,000 was obtained, then 15 wt% of the resulting PVP solution (without the addition of medicinal additives) was irradiated with γ rays with an intensity of 30 kGy, then 1.2 wt.% gentamicin, and 5 wt.% fosfomycin and the remaining aqueous solution of PVP, after which the mixture was sterilized to obtain a hydrogel. As a source of γ-radiation isotope 60 Co was used. The resulting hydrogel was characterized by unstable viscoelastic properties, in fact, being a structured solution in the absence of thixotropy. On a number of repetitions, the viscosity was less than 1 Pa s.
Примеры приготовления геля по заявляемому способу (способу 1) представлены в таблице 1.Examples of gel preparation according to the claimed method (method 1) are presented in table 1.
Таблица 1Table 1
мас.% от общего кол-ва ПВПHeat-treated PVP,
wt% of the total amount of PVP
Было обнаружено, что концентрации ПВП в составе заявляемого геля ниже 10 мас.%, не обеспечивают требуемой вязкости конечного препарата, а также после воздействия температурой и γ-излучением эффективная вязкость 30%-ого раствора поливинилпирролидона была ниже, чем в случае 15%-ого раствора, что объясняется эффектом экранирования, а после испытаний происходило явление синерезиса (выделение воды из геля), поэтому увеличение концентрации поливинилпирролидона более 30 мас.% в составе композиции приводило к ухудшению свойств получаемого геля.It was found that the concentration of PVP in the composition of the inventive gel below 10 wt.% Does not provide the required viscosity of the final preparation, and also after exposure to temperature and γ-radiation, the effective viscosity of a 30% solution of polyvinylpyrrolidone was lower than in the case of a 15% solution, which is explained by the effect of shielding, and after the tests, the phenomenon of syneresis (release of water from the gel) occurred, therefore, an increase in the concentration of polyvinylpyrrolidone more than 30 wt% in the composition led to a deterioration in the properties of the resulting gel.
В более ранних исследованиях было показано, что использование гентамицина сульфата (1,2 мас.%) в комбинации с фосфомицином (5,0 мас.%) обладает достаточно широким спектром антимикробного действия. Однако в случае инфекций, вызванных госпитальными штаммами грамотрицательных бактерий, таких как Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa, такого действия может быть недостаточно. В связи с чем, были проведены исследования антимикробной активности гидрогеля с более высокими значениями фосфомицина (от 5 до 10 масс %) при значениях гентамицина от 0,5 до 1,5 мас.%, и было обнаружено, что композиция, приготовленная по заявляемому способу демонстрирует увеличение антимикробной активности по сравнению со способом по прототипу. Например, композиция, содержащая большую, чем в прототипе концентрацию фосфомицина (7 мас.%), несмотря на меньшую, чем в прототипе концентрацию гентамицина (0,5 мас.%) демонстрирует увеличение антимикробной активности в 2 раза в отношении Klebsiella pneumoniae АТСС 33495 (см. Пример 3, фиг. 1).Earlier studies have shown that the use of gentamicin sulfate (1.2 wt%) in combination with fosfomycin (5.0 wt%) has a fairly broad spectrum of antimicrobial activity. However, in the case of infections caused by hospital strains of gram-negative bacteria, such as Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa , this effect may not be enough. In this connection, studies were carried out on the antimicrobial activity of a hydrogel with higher values of fosfomycin (from 5 to 10 wt%) at values of gentamicin from 0.5 to 1.5 wt%, and it was found that the composition prepared according to the claimed method demonstrates an increase in antimicrobial activity compared to the prototype method. For example, a composition containing a greater than in the prototype concentration of fosfomycin (7 wt.%), Despite the lower than in the prototype concentration of gentamicin (0.5 wt.%), Demonstrates a 2-fold increase in antimicrobial activity against Klebsiella pneumoniae ATCC 33495 ( see Example 3, Fig. 1).
Определение антимикробной активности образцов проводили по методу диффузии в агар. Критерием оценки антимикробной активности служил диаметр зоны подавления роста микрофлоры: до 10 мм - микроорганизмы не чувствительны к нанесенному в лунку препарату; до 15 мм - малая чувствительность культур; до 25 мм - зона задержки расценивается как показатель чувствительности микроорганизмов; более 25 мм - свидетельство высокой чувствительности микроорганизмов (Методические рекомендации Министерства здравоохранения, 1989 г.). На рисунке отчетливо видно, что диаметр зоны задержки роста вокруг лунки с заявленным гелем значительно больше, чем вокруг лунки с гелем прототипом. Это указывает, на более выраженный бактерицидный эффект нового геля.Determination of the antimicrobial activity of the samples was carried out by the method of diffusion in agar. The criterion for assessing the antimicrobial activity was the diameter of the microflora growth inhibition zone: up to 10 mm - microorganisms are not sensitive to the preparation applied to the well; up to 15 mm - low sensitivity of crops; up to 25 mm - the delay zone is regarded as an indicator of the sensitivity of microorganisms; more than 25 mm - evidence of high sensitivity of microorganisms (Methodical recommendations of the Ministry of Health, 1989). The figure clearly shows that the diameter of the growth inhibition zone around the well with the declared gel is much larger than around the well with the prototype gel. This indicates a more pronounced bactericidal effect of the new gel.
Далее, для подтверждения сохранения широкого спектра активности геля, получаемого новым способом, согласно примерам 1-4, в качестве тест-культур использовали Staphylococcus aureus АТСС 25923, Klebsiella pneumoniae АТСС 33495. Staphylococcus aureus MRSA ATCC 43300, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Staphylococcus epidermidis ATCC 14990. Тестовые взвеси бактерий приводили к оптической плотности 0,5 по McF (108 КОЕ/мл). Оценку антимикробного действия выполняли через 18-20 часов.Further, to confirm the retention of a wide spectrum of activity of the gel obtained by the new method according to examples 1-4, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Klebsiella pneumoniae ATCC 33495 were used as test cultures. Staphylococcus aureus MRSA ATCC 43300, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, epideaphyidloccus 14990. The test bacteria suspension led to an optical density of 0.5 at McF (August 10 CFU / ml). Antimicrobial evaluation was performed after 18-20 hours.
В результате установлено, что исследованные образцы, полученные заявленным способом, практически полностью на всей площади чашки Петри подавляли рост тестовых штаммов стафилококков, включая метициллинорезистентный, а также продемонстрировали значимые зоны подавления для культуры грамотрицательных бактерий - Klebsiella pneumoniae (35 мм) и Pseudomonas aeruginosa (48 мм), что свидетельствует о высокой бактерицидной активности исследуемых образцов геля в отношении широкого спектра возбудителей, в том числе и госпитальных (фиг. 1). Отсутствие роста возбудителей на чашках наблюдали в течение 10 суток, до момента высыхания питательной среды.As a result, it was found that the studied samples obtained by the claimed method practically completely inhibited the growth of test strains of staphylococci, including methicillin-resistant staphylococci, over the entire area of the Petri dish, and also demonstrated significant inhibition zones for the culture of gram-negative bacteria - Klebsiella pneumoniae (35 mm) and Pseudomonas aeruginosa (48 mm), which indicates a high bactericidal activity of the studied gel samples against a wide range of pathogens, including hospital (Fig. 1). The absence of growth of pathogens on the plates was observed for 10 days, until the nutrient medium dries.
Таким образом, при малых концентрациях антибиотиков отсутствует синергетический эффект от одновременного применения фосфомицина и гентамицин сульфата, развитие которого начинается с концентрации 5% по фосфомицину и 0,5 по гентамицину сульфату. При значениях концентраций, гентамицина сульфат более 1,5 мас.% и фосфомицина более 10 мас.% обеспечивается высокая бактерицидная активность, однако не происходит образование тиксотропного воспроизводимого геля с пролонгированным действием антимикробной активности не менее 9 дней.Thus, at low concentrations of antibiotics, there is no synergistic effect from the simultaneous use of fosfomycin and gentamicin sulfate, the development of which begins with a concentration of 5% for fosfomycin and 0.5 for gentamicin sulfate. At concentrations of more than 1.5 wt% gentamicin sulfate and more than 10 wt% fosfomycin, a high bactericidal activity is provided, but the formation of a thixotropic reproducible gel with a prolonged action of antimicrobial activity for at least 9 days does not occur.
Изучение влияния различных доз γ-излучения на реологические свойства водных растворов поливинилпирролидона с антибиотиками и воспроизводимость параметров вязкости получаемого гидрогеля показало, что использование дозы γ-облучения 10-15 кГр приводит к достижению вязкости, которая обеспечивает необходимые реологические свойства, приводя к образованию формонеустойчивого тиксотропного стерильного геля, что является приемлемым для применения в ортопедии при лечении перипротезной инфекции. При этом дозы, выбранные из интервала значений 10-15 кГр, одновременно с увеличением вязкости оказывают стерилизующий эффект. Использование дозы γ-облучения ниже 10 кГр не приводит к гелеобразованию, выше 15 кГр - повышает лучевую нагрузку на обслуживающий персонал.The study of the effect of different doses of γ-radiation on the rheological properties of aqueous solutions of polyvinylpyrrolidone with antibiotics and the reproducibility of the viscosity parameters of the obtained hydrogel showed that the use of a γ-radiation dose of 10-15 kGy leads to the achievement of a viscosity that provides the necessary rheological properties, leading to the formation of a form-unstable thixotropic sterile gel, which is acceptable for use in orthopedics in the treatment of periprosthetic infection. In this case, doses selected from the range of values 10-15 kGy, simultaneously with an increase in viscosity, have a sterilizing effect. The use of a dose of γ-irradiation below 10 kGy does not lead to gelation, above 15 kGy it increases the radiation load on the service personnel.
Проведенные исследования показали, что проведение термической обработки порошка поливинилпирролидона при температуре 160-180°С в течение 1-8 часов в технологическом процессе приготовления антимикробного геля обеспечивает получение требуемых параметров вязкости. Термообработанная масса ПВП (2 г.) после измельчения в ступке растворялась в 7,82 г дистиллированной воды с образованием однородной массы гелеобразной консистенции. Вязкость составляла 25,0±0,3 Па×с при скорости сдвига 10 с-1. В полученную полимерную матрицу вводили раствор антибиотиков: гентамицина сульфат 4,8 мл и фосфомицина 0,8 г. Наблюдалось резкое снижение значения вязкости до 1,6±0,2 Па×с. С целью повышения вязкости в композицию добавляли 0,4 г поливинилпирролидона без термообработки. Готовое антимикробное средство стерилизовали в гамма-установке при комнатной температуре дозой 15 кГр. Вязкость полученной системы составила 5,2±0,5 Па×с. При снижении температуры обработки ПВП до 140°С и увеличении времени обработки до 10 часов, при добавлении воды гель не образовывался, что привело к нецелесообразности проведения исследований влияния температуры и времени термического воздействия на реологические свойства получаемого препарата. При увеличении температуры выше 180°С после добавления воды получали гомогенно неоднородный гель.Studies have shown that heat treatment of polyvinylpyrrolidone powder at a temperature of 160-180 ° C for 1-8 hours in the technological process of preparing antimicrobial gel provides the required viscosity parameters. The heat-treated mass of PVP (2 g) after grinding in a mortar was dissolved in 7.82 g of distilled water with the formation of a homogeneous mass of gel-like consistency. The viscosity was 25.0 ± 0.3 Pa * s at a shear rate of 10 s -1 . A solution of antibiotics was introduced into the obtained polymer matrix: gentamicin sulfate 4.8 ml and fosfomycin 0.8 g. A sharp decrease in the viscosity value to 1.6 ± 0.2 Pa × s was observed. In order to increase the viscosity, 0.4 g of polyvinylpyrrolidone was added to the composition without heat treatment. The finished antimicrobial agent was sterilized in a gamma unit at room temperature with a dose of 15 kGy. The viscosity of the resulting system was 5.2 ± 0.5 Pa * s. With a decrease in the PVP treatment temperature to 140 ° C and an increase in the treatment time to 10 hours, the addition of water did not form a gel, which made it inexpedient to conduct studies of the effect of temperature and time of thermal action on the rheological properties of the resulting preparation. With an increase in temperature above 180 ° C after adding water, a homogeneously inhomogeneous gel was obtained.
Исследования тиксотропных свойств систем, полученных по примерам 1-7 показали следующий результат. По примерам 1-4, 7 характер вязкостно-скоростной зависимости системы показывает уменьшение значения вязкости геля при механическом воздействии на систему. Зависимость вязкости от скорости сдвига через час и через одни сутки после первичного измерения демонстрировала проявление тиксотропных свойств геля, о чем свидетельствуют восстановление вязкости уже через час на 70% от исходного значения, что означает восстановление трехмерной структуры и обеспечение замедленного «высвобождения» активных веществ в отличие от растворов. В случае примеров 5, 6 гелевой структуры не образовывалось.Studies of the thixotropic properties of the systems obtained according to examples 1-7 showed the following result. According to examples 1-4, 7, the nature of the viscosity-speed dependence of the system shows a decrease in the value of the viscosity of the gel under mechanical action on the system. The dependence of the viscosity on the shear rate one hour and one day after the initial measurement showed the manifestation of the thixotropic properties of the gel, as evidenced by the restoration of the viscosity within an hour to 70% of the initial value, which means the restoration of the three-dimensional structure and the provision of a delayed "release" of active substances, in contrast from solutions. In the case of examples 5, 6, no gel structure was formed.
Пролонгированность действия антимикробного геля была исследована на модели примера 2, полученной из суточной культуры Staphylococcus aureus АТСС 25923. Микробную взвесь готовили в количестве 0,2 мл. Эксперимент проводили при 3-х посевных дозах тест-культуры используя образцы, полученные заявленным способом. Результаты исследования представлены в таблице 2.The prolongation of the action of the antimicrobial gel was investigated in the model of example 2, obtained from the daily culture of Staphylococcus aureus ATCC 25923. The microbial suspension was prepared in an amount of 0.2 ml. The experiment was carried out at 3 inoculation doses of the test culture using samples obtained by the claimed method. The research results are presented in table 2.
Таблица 2.Table 2.
В случае примеров 1, 3, 4 антимикробная активность имеет те же зоны подавления.In the case of examples 1, 3, 4, the antimicrobial activity has the same zones of inhibition.
Установлено, что заявляемый гель вне зависимости от посевной дозы сохраняет высокую антимикробную активность в течение 9-и суток и более.It was found that the inventive gel, regardless of the inoculation dose, retains high antimicrobial activity for 9 days or more.
Кроме того, в результате проведенных экспериментов было установлено, что способ получения гидрогеля γ-облучением по прототипу не обеспечивает воспроизводимость геля с вязкостью 1-20 Па×с. Получаемые системы характеризовались разными значениями вязкости - либо превышающими верхнюю границу заявленного диапазона в несколько десятков раз, либо получаемые системы обладали очень низкой вязкостью. В отличие от способа-прототипа, заявляемое изобретение позволяет получать гель, вязкость которого является воспроизводимой величиной, значение которой зависит от задаваемой концентрации поливинилпирролидона (от 1 до 20 Па×с). Было проведено 10 повторных испытаний на каждую концентрацию поливинилпирролидона, при этом относительное отклонение среднего значения вязкости не превышало 15% для каждой концентрации.In addition, as a result of the experiments, it was found that the method for producing a hydrogel by γ-irradiation according to the prototype does not provide the reproducibility of a gel with a viscosity of 1-20 Pa * s. The resulting systems were characterized by different values of viscosity - either exceeding the upper limit of the declared range by several tens of times, or the resulting systems had a very low viscosity. Unlike the prototype method, the claimed invention makes it possible to obtain a gel, the viscosity of which is a reproducible value, the value of which depends on the specified concentration of polyvinylpyrrolidone (from 1 to 20 Pa * s). 10 retests were carried out for each concentration of polyvinylpyrrolidone, with the relative deviation of the average viscosity value not exceeding 15% for each concentration.
Таким образом, заявленным способом получают формонеустойчивый тикстопропный стерильный гель с широким спектром антимикробных свойств при увеличенной зоне подавления в течение не менее 9 суток и технологически воспроизводимыми свойствами.Thus, the claimed method produces a form-unstable tixtopropic sterile gel with a wide range of antimicrobial properties with an increased zone of inhibition for at least 9 days and technologically reproducible properties.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134912A RU2746709C1 (en) | 2020-10-23 | 2020-10-23 | Method for producing antimicrobial gel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134912A RU2746709C1 (en) | 2020-10-23 | 2020-10-23 | Method for producing antimicrobial gel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746709C1 true RU2746709C1 (en) | 2021-04-19 |
Family
ID=75521237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020134912A RU2746709C1 (en) | 2020-10-23 | 2020-10-23 | Method for producing antimicrobial gel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746709C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2273471C2 (en) * | 2000-07-05 | 2006-04-10 | Хидромер, Инк. | Gels producible by making polyvinyl pyrrolidone interact with chitosan derivatives |
| RU2535156C1 (en) * | 2013-10-11 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "РНИИТО им. Р.Р. Вредена" Минздрава России) | Antimicrobial agent for preventing implant-associated infection and method for using it |
| EP3368086A4 (en) * | 2015-10-31 | 2019-12-04 | Dermalink Technologies, Inc. | Skin adhesives, antimicrobial compositions, articles, and methods for the use thereof |
-
2020
- 2020-10-23 RU RU2020134912A patent/RU2746709C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2273471C2 (en) * | 2000-07-05 | 2006-04-10 | Хидромер, Инк. | Gels producible by making polyvinyl pyrrolidone interact with chitosan derivatives |
| RU2535156C1 (en) * | 2013-10-11 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "РНИИТО им. Р.Р. Вредена" Минздрава России) | Antimicrobial agent for preventing implant-associated infection and method for using it |
| EP3368086A4 (en) * | 2015-10-31 | 2019-12-04 | Dermalink Technologies, Inc. | Skin adhesives, antimicrobial compositions, articles, and methods for the use thereof |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| O. A. LEGONKOVA, R. P. Terekhova and others. INFLUENCE OF γ-RADIATION ON ANTIMICROBIAL PROPERTIES OF GELS BASED ON POLYVINYLPYRROLIDONE. ALL MATERIALS. ENCYCLOPEDIC HANDBOOK, 2018, N12, p. 26-30. * |
| O. A. LEGONKOVA, V. G. Vasiliev. etc. PROPERTIES OF POLYVINYLPYRROLIDONE GELS AFTER STERILIZING IMPACT. Journal "ISSUES OF BIOLOGICAL, MEDICAL AND PHARMACEUTICAL CHEMISTRY", 2019, v. 22, N11, p. 19-24. * |
| ЛЕГОНЬКОВА О.А., ВАСИЛЬЕВ В.Г. и др. СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНОВЫХ ГЕЛЕЙ ПОСЛЕ СТЕРИЛИЗУЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ. Журнал "ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ, МЕДИЦИНСКОЙ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ХИМИИ", 2019, т. 22, N11, с. 19-24. ЛЕГОНЬКОВА О.А., ТЕРЕХОВА Р.П. и др. ВЛИЯНИЕ γ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА ГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНА. ВСЕ МАТЕРИАЛЫ. ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК, 2018, N12, с. 26-30. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aviv et al. | Gentamicin‐loaded bioresorbable films for prevention of bacterial infections associated with orthopedic implants | |
| US5281419A (en) | Biodegradable drug delivery system for the prevention and treatment of osteomyelitis | |
| Korkusuz et al. | In vivo response to biodegradable controlled antibiotic release systems | |
| JP2020536942A (en) | Antimicrobial superabsorbent composition | |
| Parker et al. | Preliminary investigation of crosslinked chitosan sponges for tailorable drug delivery and infection control | |
| Brianezi et al. | Preparation and characterization of chitosan/mPEG-PCL blended membranes for wound dressing and controlled gentamicin release | |
| RU2710252C1 (en) | Method of bone cavities replacement in treatment of patients with chronic osteomyelitis | |
| EP1549246B1 (en) | Antibiotic micropheres for treatment of infections and osteomyelitis | |
| RU2746709C1 (en) | Method for producing antimicrobial gel | |
| Aksoy et al. | Vancomycin loaded gelatin microspheres containing wet spun poly (ε-caprolactone) fibers and films for osteomyelitis treatment | |
| Zaharescu et al. | Radiation modified polymers for medical applications | |
| Yang et al. | Nanocomposite orthopaedic bone cement combining long-acting dual antimicrobial drugs | |
| RU2535156C1 (en) | Antimicrobial agent for preventing implant-associated infection and method for using it | |
| CN110935066B (en) | Composite hydrogel for promoting osteomyelitis healing and preparation method thereof | |
| Prasanna et al. | Medical biofilms–Its formation and prevention using organic molecules | |
| Zhou et al. | Efficacy of tobramycin-loaded coating K-wire in an open-fracture rabbit model contaminated by staphylococcus aureus | |
| Merkatoris et al. | In vitro elution of penicillin, ampicillin, tetracycline, tulathromycin, and florfenicol from plaster of Paris beads | |
| US5609866A (en) | Radiation sterilizable antimicrobial ointment and process to manufacture | |
| Ramot et al. | Treatment of contaminated radial fracture in Sprague-Dawley rats by application of a degradable polymer releasing gentamicin | |
| Tuzuner et al. | In vivo evaluation of teicoplanin-and calcium sulfate-loaded PMMA bone cement in preventing implant-related osteomyelitis in rats | |
| US20090148497A1 (en) | Antibiotic Microspheres for Treatment and Prevention Of Osteomyelitis and Enhancement of Bone Regrowth | |
| RU2754075C1 (en) | Method for manufacturing a cement spacer for etiotropic local antibacterial therapy for infectious affections of bones and joints | |
| RU2404751C2 (en) | Wound healing agent | |
| Mosayebzadeh et al. | The Sustained-released Polylactic Co-glycolic Acid Nanoparticles Loaded with Chlorhexidine as Antibacterial Agents Inside the Dental Implant Fixture | |
| RU2403014C1 (en) | Wound healing agent |