RU2759294C1 - Биологически активное вещество с эффектом разрушения биоплёнок бактерий - Google Patents
Биологически активное вещество с эффектом разрушения биоплёнок бактерий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759294C1 RU2759294C1 RU2021107886A RU2021107886A RU2759294C1 RU 2759294 C1 RU2759294 C1 RU 2759294C1 RU 2021107886 A RU2021107886 A RU 2021107886A RU 2021107886 A RU2021107886 A RU 2021107886A RU 2759294 C1 RU2759294 C1 RU 2759294C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- effect
- calcium
- biofilms
- bacterial biofilms
- hydroxyapatite
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
- A61K33/24—Heavy metals; Compounds thereof
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
- A61K33/42—Phosphorus; Compounds thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G17/00—Compounds of germanium
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dental Preparations (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к фармацевтическим средствам, а именно к применению германофосфата кальция Ca5GeP2O12 в качестве средства с эффектом разрушения биоплёнок бактерий. Техническим результатом изобретения является повышение степени подавления развития биопленок у биогенных материалов на основе гидроксиапатита кальция, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к фармацевтическим средствам, а именно к веществам с эффектом разрушения биопленок бактерий и способам их получения. Развитие в местах операций биопленок, как основной формы существования бактерий в естественных условиях, приводит, например, в ортопедии, к серьезным осложнениям для пациента в послеоперационный период и требует серьезного лечения. Изобретение может быть использовано в стоматологии, хирургии, травматологии и косметологии.
Известны три группы способов борьбы с биопленками: физические, биологические и химические.
Среди физических способов наиболее интересно разрушение биопленок ультразвуком (патент на изобретение RU № 2561333, МПК А61К 31/65, 2014 г.) и воздействие излучением высокоэнергетического итрий-алюмогранатового с неодимом лазера (патент на изобретение RU № 2626594, МПК А61 В 18/20, 2016 г.).
К биологическим способам относятся бактериофаги, которые экспрессируют литические ферменты, разрушающие биопленку (патенты на изобретения US № 2010254950 A1, US № 8182804 B1, RU № 2735103, МПК А61К 38/47, 2013 г.) и комплекс пептидов насекомых, содержащий дефензины, цекропины, диптерицины и пролин-богатые пептиды, в комбинации с антибиотиками или антисептиками (патент на изобретение RU № 2664708, МПК А61К 38/57, 2017 г.).
Наиболее многочисленным методом является борьба с биопленками при помощи различных химических соединений, например нанесение на поверхность, имеющую биопленку композиций, содержащих:
- янтарную кислоту, аконитовую кислоту и носитель, выбранный из воды или водно-спиртовой смеси (патент на изобретение RU № 2734759, МПК А61К 8/362, 2016 г.);
- цинка оксид, фитиновую кислоту или ее соли, глюкозамин в солевой форме и вспомогательные вещества (патент на изобретение RU № 2630612, МПК А61К 31/6615, 2016 г.);
- поверхностно-активное вещество, включающее галлийсодержащую соль в качестве противомикробного средства (патенты на изобретения RU № 2418574 МПК А61К 31/00, 2007 г.; TW № 201340984 A);
- фенольные, фенольные или полифенольные соединения, природного происхождения (заявка на изобретение US № 2017100348 A1);
- ализарин, пурпурин, хинализарин или их солей (патент на изобретение KR № 101763518 B1);
- антимикробный агент, предпочтительно повидон-йод, предпочтительно ферратное соединение и катионо-ионообменную смолу (патент на изобретение US № 8821848 B1);
- устойчивый сложный полиэфирамид, образованный из полиолов, поликарбоновых кислот (или их сложных эфиров, ангидридов или галогенидов) и аргинина (заявка на изобретение JP № 2017513834 A);
- одну или несколько наночастиц оксида железа и перекись водорода (патент на изобретение CN № 107708709 A).
Наиболее близким по выполнению является кремний-замещенный гидроксиапатит кальция /силикофосфат кальция Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x, где 0≤x≤2/ (патент на изобретение RU № 2500840, МПК С30 В 29/14, 2012 г.; Zhi-Ye QIU, In-Sup NOH, Sheng-Min ZHANG, Silicate-doped hydroxyapatite and its promotive effect on bone mineralization// Front. Mater. Sci.2013. Vol.7, №1. P. 40-50). Продукт является производным химически инертного гидроксиапатита кальция Сa10(PO4)6(OH)2 (основного компонента костной ткани, благодаря чему активно применяющегося в стоматологии, хирургии, травматологии и косметологии) и известен, как материал, стимулирующий восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.
Однако, он не оказывает статистически достоверного влияния на биопленкообразование бактерий, в частности бактерий V. aquamarines ВКПМ В-11245.
Техническим результатом является повышение степени подавления развития биопленок у биогенных материалов на основе гидроксиапатита кальция, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани.
Технический результат достигается Ge-замещенным гидроксиапатитом /германофосфатом кальция Ca5GeP2O12.
Соединение описано в литературном источнике (Ширвинская А.К., Бондарь И.А. Фазовые равновесия в системе Ca2GeO4-Ca3(PO4)2 // Неорганические материалы. 1978. С.2026-2032). Биологические или какие-либо физико-химические свойства соединения не приведены.
Способ его получения заключается во взаимодействии исходных реагентов карбоната кальция CaCO3, двуокиси германия GeO2 и ортофосфата кальция Ca3(PO4)2, предварительно полученного по твердофазной реакции между карбонатом кальция CaCO3 и гидроортофосфатом кальция CaHPO4. Данную смесь растирают с водой, высушивают и подвергают трехкратному обжигу при 1350-1500° C в течение 3-5 часов, с промежуточным сухим растиранием для лучшей кристаллизации продукта реакции, и охлаждением.
Способ предполагает использование высоких температур обжига.
Техническим результатом предлагаемого способа является снижение температуры обжига.
Предлагаемый способ получения указанного продукта заключается во взаимодействии гидроксида кальция Ca(OH)2, оксида германия GeO2 и ортофосфорной кислоты H3PO4 в присутствии лимонной кислоты и этиленгликоля с последующим обжигом при температуре 600 -1200° С в течение 0,5-4 часов.
5Ca(OH)2+GeO2+2H3PO4=Ca5GeP2O12+8H2O
Ортофосфорную кислоту используют преимущественно в растворе с концентрацией ортофосфорной кислоты H3PO4 2-3 М. С повышением концентрации размер частиц увеличивается, а с понижением возрастает время проведения реакции.
Обжиг проводят для кристаллизации продукта реакции. С понижением температуры обжига ниже 600° C значительно уменьшится выход реакции, с повышением, выше 1200°C происходит резкое увеличение размера частиц, что влияет на механические свойства материала.
Преимущественная температура обжига составляет 700-1000 в течение 1-3 часов.
Перед обжигом может быть проведена сушка, например, в сушильном шкафу, преимущественно при температуре до 200-400° С в течение 0,5-2 часов для удаления воды, что способствует увеличению выхода продукта за счет равномерного распространения волны реакции.
Взаимодействие Ca(OH)2, GeO2 и H3PO4 может быть проведено в присутствии небольшого количества воды (200-400 мл на 5-15 г Ca5GeP2O12). Растворение помогает гомогенизировать компоненты между собой и увеличить выход конечного продукта химической реакции.
Лимонная кислота и этиленгликоль способствуют лучшему перемешиванию веществ и выступают в качестве стабилизирующих компонентов для исключения быстрого начала реакции (покрывают поверхность частиц реагентов для предотвращения агрегации), тем самым способствуя увеличению выхода конечного продукта и уменьшению образование побочных продуктов.
Соотношение молей этиленгликоля и лимонной кислоты составляет преимущественно 1:1-2.
Соотношение молей смеси Ca(OH)2+GeO2 и лимонной кислоты составляет преимущественно 1:1-3.
Ниже приведены примеры получения продукта.
Пример 1
Вводят во взаимодействие перемешиванием 4,92 г (0,066 моль) гидроксида кальция Ca(OH)2, 1,39 г (0,013 моль) оксида германия GeO2, и 12,7 мл ортофосфорной кислоты H3PO4 концентрацией 2,1 М с 200 мл воды.
Добавляют лимонную кислоту в количестве 30,63 г (0,16 моль) и этиленгликоль в количестве 10,6 мл (0,19 моль, плотность=1,11 г/см3) (соотношение молей лимонной кислоты и этиленгликоля 1:1,2, соотношение молей смеси Ca(OH)2+GeO2 и лимонной кислоты 1:2) с перемешиванием смеси. Смесь нагревают в сушильном шкафу при температуре 200° С в течение 2 часов для выпаривания излишней воды, а затем в печи до 7000 С и выдерживают в течение 2 часов.
Получают 6,3 г Ca5GeP2O12 (выход 90%)
(1а) Аналогично получают продукт добавлением ортофосфорной кислоты H3PO4 концентрацией 3 М с 400 мл воды, лимонной кислоты в количестве 30,63 г (0,16 моль) и этиленгликоля в количестве 17,9 мл (0,32 моль, плотность=1,11 г/см3) (соотношение молей лимонной кислоты и этиленгликоля 1:2, соотношение молей смеси Ca(OH)2+GeO2 и лимонной кислоты 1:2).
(1в) Аналогично получают продукт выпариванием воды в сушильном шкафу при температуре 400° С в течение 0,5 часа и выдерживанием смеси при температуре 600 °С в течение 4 часа, 700° С в течение 3 часов, 1200 °С в течение 0,5 часа, 1000° С в течение 1 часа.
(1 с) Аналогично получают продукт с использованием 85% ортофосфорной кислоты без добавления воды и нагрева в сушильном шкафу при соотношении молей смеси Ca(OH)2+GeO2 и лимонной кислоты 1:1 и 1:3. Выход продукта 80%.
Структура полученного соединения идентифицирована методом порошковой рентгенографии. Данные собраны с помощью дифрактометра ARL X'TRA в CuKa-излучении с Ni-фильтрацией. Скорость сканирования 5°/мин при фазовом анализе до 0,5°/мин. Для качественного анализа использовали рентгенометрическую картотеку PDF2. Для доказательства принадлежности фазы к структурному типу гидроксиапатита было проведено уточнение параметров элементарной ячейки. Автокоррекция углов была проведена по семейству плоскостей h00, Уточнение параметров выполнено с помощью программы CELREF3. Приближенные значения параметров взяты в карточке гидроксиапатита из базы данных PCPPDFWIN.
На фиг.1 представлена рентгенограмма продукта реакции. Как видно, пики полученного соединения близки к пикам гидроксиапатита кальция с небольшим смещением, что говорит о небольшом искажении элементарной ячейки вследствие замещения Ge на P и требует уточнения параметров элементарной ячейки.
В таблице 1 представлено уточнение параметров элементарной ячейки продукта реакции (образец имеет гексагональную сингонию, вследствие чего указаны параметры а и с).
Табл.1
Эталон (значение в Å) - параметр элементарной ячейки гидроксиапатита, взятый из базы данных PCPPDFWIN.
Образец (значение в Å) - рассчитанный параметр элементарной ячейки германофосфата кальция с помощью программы CELREF3.
Δ (значение в Å) - абсолютное изменение (разность между значениями эталона и образца).
δ (значение в %) - относительное изменение (отношение между значением абсолютного изменения и образца, умноженное на 100%).
Результаты свидетельствуют о том, что параметры элементарной ячейки образца Ca5GeP2O12 успешно уточнены в установках элементарной ячейки гидроксиапатита, что говорит о принадлежности именно к этому структурному типу.
Ниже приведены результаты исследования биологических свойств с эффектом разрушения биопленок бактерий.
На фиг.2 представлены результаты исследование распределения размера частиц.
Как видно распределение частиц по размерам лежит в интервале 1-100 Нм, наибольшее количество частиц с размером порядка 10 Нм.
В таблице 2 представлены результаты исследования токсичности на биолюминисцентных бактериях.
Табл. 2
В качестве образца 1 использован Si- замещенный гидроксиапатит кальция /Si-замещенный ГАП (силикофосфат кальция Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x, где 0≤x≤2, полученный по патенту на изобретение RU № 2500840.
В качестве образца 2 использован Ge-замещенный гидроксиапатит кальция, полученный по примеру 1.
Как видно из представленных данных, токсических эффектов у образцов не обнаружено.
На фиг.3 представлены результаты исследования интенсивности образования биопленок штаммом Vibrio aquamarinus ВКПМ В-11245 в присутствии образцов керамики.
В качестве образца 1 использован Si-замещенный гидроксиапатит кальция
В качестве образца 2 использован Ge-замещенный гидроксиапатит кальция, полученный по примеру 1.
Как видно из представленных данных, образец керамики №1 не оказывает статистически достоверного влияния на биопленкообразование V. aquamarines ВКПМ В-11245.
Образец №2 подавляет развитие биопленок, причем чем больше концентрация вещества, тем сильней выражен подавляющий эффект. При концентрации образца керамики №2, равной 0,01 мг/мл, оптическая плотность исследуемых биопленок ниже значений контроля на 11%, при 0,1 мг/мл - на 20,7%, при 1 мг/мл - на 68,8%.
Аналогичные результаты получены при использовании в качестве образца 2, продуктов, полученных по примеру 1 (а-с).
Таким образом, предлагаемый продукт, являясь производным биогенного гидроксиапатита кальция (основного компонента костной ткани) и его кремнийзамещенного, является нетоксичным и подавляет развитие биопленок бактерий за счет их разрушения, в отличие от прототипа кремнийзамещенного гидроксиапатита кальция. Способ получения продукта позволяет получить его при более низкой температуре обжига, чем известный способ его получения.
Claims (2)
1. Применение германофосфата кальция Ca5GeP2O12 в качестве средства с эффектом разрушения биоплёнок бактерий.
2. Применение германофосфата кальция Ca5GeP2O12 по п. 1, для изготовления фармацевтической композиции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107886A RU2759294C1 (ru) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | Биологически активное вещество с эффектом разрушения биоплёнок бактерий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107886A RU2759294C1 (ru) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | Биологически активное вещество с эффектом разрушения биоплёнок бактерий |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2759294C1 true RU2759294C1 (ru) | 2021-11-11 |
Family
ID=78607170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021107886A RU2759294C1 (ru) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | Биологически активное вещество с эффектом разрушения биоплёнок бактерий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2759294C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130171224A1 (en) * | 2010-01-21 | 2013-07-04 | Steven Lane Percival | Treatment of biofilms |
RU2500840C1 (ru) * | 2012-07-16 | 2013-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" | Способ получения нанокристаллического кремнийзамещенного гидроксиапатита |
RU2561053C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2015-08-20 | МакНЕЙЛ-ППС, ИНК. | Композиции для разрушения биопленок |
RU2630612C1 (ru) * | 2016-03-22 | 2017-09-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава России) | Фармацевтическая композиция для лечения и профилактики стоматологических заболеваний |
CN107708709A (zh) * | 2015-02-13 | 2018-02-16 | 宾夕法尼亚州大学信托人 | 铁氧化物纳米粒子及其使用方法 |
RU2662764C2 (ru) * | 2013-03-07 | 2018-07-30 | Кейн Байотек Инк. | Антимикробные антибиопленочные композиции и способы их применения |
-
2021
- 2021-03-24 RU RU2021107886A patent/RU2759294C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2561053C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2015-08-20 | МакНЕЙЛ-ППС, ИНК. | Композиции для разрушения биопленок |
US20130171224A1 (en) * | 2010-01-21 | 2013-07-04 | Steven Lane Percival | Treatment of biofilms |
RU2500840C1 (ru) * | 2012-07-16 | 2013-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" | Способ получения нанокристаллического кремнийзамещенного гидроксиапатита |
RU2662764C2 (ru) * | 2013-03-07 | 2018-07-30 | Кейн Байотек Инк. | Антимикробные антибиопленочные композиции и способы их применения |
CN107708709A (zh) * | 2015-02-13 | 2018-02-16 | 宾夕法尼亚州大学信托人 | 铁氧化物纳米粒子及其使用方法 |
RU2630612C1 (ru) * | 2016-03-22 | 2017-09-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава России) | Фармацевтическая композиция для лечения и профилактики стоматологических заболеваний |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MARTIN ROGER I. et al, Hydration of Germanium Oxide Carnotite, J. Am. Ceram. Soc., 1992, v. 75, no. 4, p.1035-1036. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bee et al. | Hydroxyapatite derived from food industry bio-wastes: Syntheses, properties and its potential multifunctional applications | |
Arokiasamy et al. | Synthesis methods of hydroxyapatite from natural sources: A review | |
Muzzarelli et al. | Osteogenesis promoted by calcium phosphate N, N-dicarboxymethyl chitosan | |
Marques et al. | Biocompatibility and antimicrobial activity of biphasic calcium phosphate powders doped with metal ions for regenerative medicine | |
Hariani et al. | Synthesis of nano-hydroxyapatite from snakehead (Channa striata) fish bone and its antibacterial properties | |
Macha et al. | Conversion of ostrich eggshells (Struthio camelus) to calcium phosphates | |
Ressler et al. | A multifunctional strontium/silver-co-substituted hydroxyapatite derived from biogenic source as antibacterial biomaterial | |
CN109415210A (zh) | 磷酸钙烧结体粒子及其制造方法 | |
RU2759294C1 (ru) | Биологически активное вещество с эффектом разрушения биоплёнок бактерий | |
Karunakaran et al. | CTAB enabled microwave-hydrothermal assisted mesoporous Zn-doped hydroxyapatite nanorods synthesis using bio-waste Nodipecten nodosus scallop for biomedical implant applications | |
KR101907408B1 (ko) | 난각과 인산-암모니아 용액을 이용한 인산칼슘계 물질의 제조방법 | |
Forizs et al. | Thermal analysis of pure and multisubstituted hydroxyapatite pastes | |
Udhayakumar et al. | Highly crystalline zinc incorporated hydroxyapatite nanorods’ synthesis, characterization, thermal, biocompatibility, and antibacterial study | |
Emtiazi et al. | Chemical and Biological Synthesis of HydroxyApatite: Advantage and Application | |
Krokhicheva et al. | Zn-Doped Calcium Magnesium Phosphate Bone Cements Based on Struvite and Their Antibacterial Properties | |
Bernardo et al. | Naproxen/layered double hydroxide composites for tissue-engineering applications: Physicochemical characterization and biological evaluation | |
RU2507151C1 (ru) | Способ получения кремниймодифицированного гидроксиапатита с использованием свч-излучения | |
Dhanalakshmi et al. | In vitro anti microbial and anti inflammatory study of nano carbonated hydroxyapatite/poly (vinyl alcohol) composites: synthesis and Its characterization | |
Skogareva et al. | Cyclic peroxosolvated calcium polyphosphates | |
KR20100028770A (ko) | 유황소금의 제조방법 | |
RU2804690C1 (ru) | Способ получения двойных катионзамещенных трикальцийфосфатов | |
Dhanalakshmi et al. | In situ preparation and characterization of nano carbonated hydroxyapatite/poly (4-vinyl pyridine-co-styrene) composite and its biomedical application | |
Yanovska et al. | Synthesis and characterization of copper-loaded hydroxyapatite-alginate microspheres | |
BAN et al. | Factors affecting the transformation of octacalcium phosphate to apatite in vitro | |
Zhuk et al. | Effect of silver additive on physicochemical properties of hydroxyapatite applied to reconstructive surgery |