RU2787956C1 - Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция - Google Patents
Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787956C1 RU2787956C1 RU2022124378A RU2022124378A RU2787956C1 RU 2787956 C1 RU2787956 C1 RU 2787956C1 RU 2022124378 A RU2022124378 A RU 2022124378A RU 2022124378 A RU2022124378 A RU 2022124378A RU 2787956 C1 RU2787956 C1 RU 2787956C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- suspension
- biodegradable
- nanomaterial
- range
- Prior art date
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 100
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 106
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 claims abstract description 28
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L MgCl2 Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 27
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 21
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 14
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- -1 salt magnesium chloride Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 90
- 229960003563 Calcium Carbonate Drugs 0.000 description 45
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 45
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 12
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 12
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 10
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H Tricalcium phosphate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 9
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 9
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 9
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 229960005069 Calcium Drugs 0.000 description 5
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M NaHCO3 Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 235000019333 sodium laurylsulphate Nutrition 0.000 description 5
- 229960004679 Doxorubicin Drugs 0.000 description 4
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N ADRIAMYCIN Chemical compound O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(=O)CO)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 2
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000004614 tumor growth Effects 0.000 description 2
- PRKQVKDSMLBJBJ-UHFFFAOYSA-N Ammonium carbonate Chemical compound N.N.OC(O)=O PRKQVKDSMLBJBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000037177 Biodistribution Effects 0.000 description 1
- 210000004369 Blood Anatomy 0.000 description 1
- 108010002217 Calcifying Nanoparticles Proteins 0.000 description 1
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 230000036141 SERUM STABILITY Effects 0.000 description 1
- 210000002966 Serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001605 fetal Effects 0.000 description 1
- 238000001990 intravenous administration Methods 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002609 media Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N monochloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000002831 pharmacologic agent Substances 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Inorganic materials [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение может быть использовано при получении биобезопасного транспортера биологически активных веществ. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция включает подготовку первого раствора посредством поочередного добавления компонентов водного раствора – растворимой соли кислоты с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения, до концентрации в диапазоне от 0 до 0,1 М, ДМЕМ до объемной доли в диапазоне от 0 до 10 об.% от конечного объема первого раствора, и подготовку второго раствора, содержащего растворимую неорганическую соль кальция с концентрацией в диапазоне от 0,007 до 0,100 М. Второй раствор может содержать хлорид магния. В первый раствор добавляют Твин-20 в диапазоне от 1 до 2 об.% от конечного объема суспензии и полиэтиленгликоль с концентрацией от 0,1 до 0,2 мг/мл. Во второй раствор может быть добавлен ДМЕМ. Полученную суспензию обрабатывают ультразвуком от 2 до 5 мин, отделяют центрифугированием с последующим переносом в раствор хранения. Объединение первого раствора и второго раствора проводят посредством покапельного добавления в первый раствор под ультразвуковым воздействием второго раствора. Изобретение позволяет повысить стабильность суспензии биодеградируемого наноматериала, продолжительность ее хранения до не менее 3 месяцев с сохранением исходного размера частиц, а также скорость ее получения. 5 з.п. ф-лы, 11 ил., 8 пр.
Description
Изобретение относится к химической и фармакологической промышленности, а именно к биомедицинской химии и молекулярной биологии и может быть использовано для разных биомедицинских задач, в том числе, для применения в качестве биобезопасного транспортера биологически активных веществ в виде суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция с размером менее 200 нм по одному измерению.
В заявляемом техническом решении применяется следующее определение терминов, используемое в ГОСТ Р 8.774-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав жидких сред, ГОСТ Р 55416-2013: Нанотехнологии. Основные термины и определения.
Суспензия - жидкая неоднородная система, состоящая из твердых частиц, распределенных в жидкости.
Наноматериал - твердый или жидкий материал, полностью или частично состоящий из структурных элементов, размер которых хотя бы по одному измерению находится в нанодиапазоне.
Нанодиапазон - диапазон линейных размеров приблизительно от 1 до 100 нм.
Примечания
1. Верхнюю границу этого диапазона принято считать приблизительной, так как в основном, уникальные свойства нанообъектов за ней не проявляются.
2. Нижнее предельное значение в этом определении (приблизительно 1 нм) введено для того, чтобы исключить из рассмотрения в качестве нанообъектов или элементов наноструктур отдельные атомы или небольшие группы атомов.
Материалы на основе неорганических солей кальция, в том числе карбонат кальция (СаСО3) и фосфат кальция (Са3(PO4)2) получили широкое распространение в биомедицинских исследованиях, в том числе, благодаря биосовместимости и отсутствию токсичности. Также нестабильность этих материалов при рН ниже 5 делает его перспективным транспортером терапевтических агентов в области организма с показателем кислотности (рН) ниже физиологических значений, например, в опухолевые ткани. Однако на биосовместимость и биоразлагаемость материала, помимо природы материала, влияет их размер, монодисперсность и стабильность при физиологических условиях. При соблюдении оптимальных размеров (10 - 200 нм) для введения конструкции в организм возможно частично контролировать биораспределение транспортируемого препарата в области опухолевого микроокружения благодаря эффекту улучшения проницаемости и удержания.
Назначением продукта, получаемого по предлагаемой технологии является создание на его основе композитов с биологически активными соединениями (лекарствами / биомолекулами / полимерами / красителями…) для нужд биомедицины, в том числе для фармакологических компаний, занимающихся усовершенствованием подходов лечения, диагностики и тераностики.
Известно техническое решение на основе аморфного карбоната кальция/доксорубицина/кремнезема для рН-зависимой доставки противоопухолевого препарата (Zhao Y, Luo Z, Li M, et al. A preloaded amorphous calcium carbonate/doxorubicin@ silica nanoreactor for pH-responsive delivery of an anticancer drug. Angew. Chem. Int. Ed. 54(3), 919-922 (2015)) для получения наноразмерных монодисперсных наноматериалов карбоната кальция.
Недостатком известного технического решения является низкая стабильность в водном растворе, и требует дальнейшей функционализации, что значительно снижает эффективность инкапсуляции биологически активных соединений.
Известно техническое решение, представленное в способе получения наночастиц карбоната кальция (Som A, Raliya R, Tian L, et al. Monodispersed calcium carbonate nanoparticles modulate local pH and inhibit tumor growth in vivo. Nanoscale. 8(25), 12639-12647 (2016)), предлагающих три способа получения наночастиц карбоната кальция 20, 100 и 300 нм для дальнейшего подавления роста опухоли. В предложенном способе получения материала размером около 20 нм, рассматривается смешение растворов, содержащих полиэтиленгликоль (1,5 об. %; средняя молекулярная масса 1450 Да), 0,1 М CaCl2⋅2Н2О и NaHCO3 при комнатной температуре. Далее продукт последовательно промывается этанолом, метанолом и ацетоном с последующей сушкой при 60°С в течение 1 ч.
Недостатком известного технического решения является склонность материала к агрегации, а также отсутствие оформленных ядер частиц. Помимо указанного в протоколе синтеза материла на этапе очистки продукта применяются вещества, оказывающие токсическое действие на организм. Также материал требует дополнительной стабилизации.
Известно техническое решение представлено в работе исследователей (Shimpi N, Mali A, Hansora D Р, Mishra S. Synthesis and surface modification of calcium carbonate nanoparticles using ultrasound cavitation technique. Nanosci. Nanotechnol. 3(1), 8-12 (2015), предлагающих метод получения наночастиц карбоната кальция путем приготовления растворов: (А) 0,5 М раствор NH4HCO3, содержащий 0,7 г SDS (sodium dodecyl sulfate, Лаурилсульфат натрия - детергент) на 250 мл дистиллированной воды; (Б) 0,25 М раствор CaCl2, содержащий 0,06 г SDS на 25 мл дистиллированной воды; (В) раствор, содержащий 1,25 г SDS на 500 мл дистиллированной воды. Смешение растворов проводили под действием ультразвука, путем помещения ультразвукового зонда в раствор В (предварительная обработка раствора С ультразвуком в течение 5 минут) и дальнейшим покапельным внесением растворов А и Б к раствору С.
Недостатком технического решения является полидисперсность материала, повышенная склонность материала к агрегации, и как следствие, необходимость в дополнительной функционализации полимерными покрытиями, не приводит к получению обособленных монодисперсных частиц.
Известно техническое решение, представленное в виде наночастиц карбоната кальция (Martel J, Young J D Е. Purported nanobacteria in human blood as calcium carbonate nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. 105(14), 5549-5554 (2008)), выбранное в качестве прототипа. Способ получения наночастиц карбоната кальция, включает приготовление реакционной смеси, содержащей растворы 1 М CaCl2 и MgCl2 в соотношениях от 1:1 до 1:10, ДМЕМ и 1 М (NH4)2СО3 в соотношениях от 1:50 до 1:500, и их дальнейшее смешение диффузией паров кристаллов (NH4)2СО3 в 1М раствор CaCl2 и инкубацией их в течение 1 месяца.
Недостатком известного технического решения является низкое быстродействие синтеза наночастиц (более 1 месяца), не обеспечивается получение монодисперсных частиц в конечной реакционной смеси.
Перед авторами стояла задача разработать способ получения суспензии, содержащей биодеградируемый наноматериал неорганических солей кальция монодисперсной сферической формой размером менее 100 нм и/или монодисперсной стержневидной формой с размером менее 200 нм по одному измерению и с размером менее 100 нм по другому измерению.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, который включат подготовку первого раствора посредством поочередного добавления компонентов водного раствора растворимой соли кислоты, с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения, до концентрации в диапазоне от 0,0 до 0,1 М, ДМЕМ в диапазоне от 0 до 10 об. % от конечного объема первого раствора, подготовку второго раствора, содержащего растворимую неорганическую соль кальция с концентрацией в диапазоне от 0.007 до 0.100 М, растворимую неорганическую соль хлорида магния с концентраций в диапазоне от 0,0 до 0,1 М, получение суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция посредством объединения первого раствора и второго раствора дополнительно в первый раствор добавляют Твин-20 в диапазоне концентраций от 1 до 2 об. % от конечного объема суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, соединение полиэтиленгликоля с концентрацией в диапазоне от 0,1 до 0,2 мг / мл, во второй раствор добавляют ДМЕМ в диапазоне от 0,0 до 10,0 об. % от конечного объема второго раствора, обрабатывают полученную суспензию биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция ультразвуком в диапазоне от 2 до 5 минут, далее получаемую суспензию биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция отделяют центрифугированием в диапазоне от 10 до 20 минут со скоростью не менее 13000 оборотов в минуту с последующим переносом в раствор хранения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, а объединение первого раствора и второго раствора проводят посредством покапельного добавления в первый раствор под ультразвуковым воздействием, второго раствора, при этом обработку ультразвуком производят посредством ультразвуковой бани с рабочей частотой 35 кГц либо посредством ультразвукового гомогенизатора с рабочей частотой 20 кГц, далее раствор хранения выбирают в виде дистиллированной воды, при этом водный раствор растворимой соли кислоты, с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения выбирают в виде растворимой соли с ионами Са2+ и СО3 2-/НСО3 - либо растворимой соли с ионами Са2+ и HPO4 2-/KHPO4 -/NaHPO4 -/PO4 3-.
Техническим эффектом заявляемого технического решения является повышение стабильности получаемой суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, повышение продолжительности хранения суспензии биодеградируемого наноматериала в растворе хранения в срок не менее трех месяцев с сохранением исходного размера биодеградируемого наноматериала, повышение быстродействия получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция.
На фиг. 1 представлен снимок, полученный методом просвечивающей электронной микроскопии, суспензии биодеградируемого наноматериала частиц карбоната кальция (гидродинамический размер менее 200 нм) где шкала: а) 1 мкм б) 200 нм.
На фиг. 2 представлены зависимости распределения частиц от их гидродинамического размера, полученные заявляемым техническим решением: а) биодеградируемый наноматериал фосфата кальция, б) биодеградируемый наноматериал карбоната кальция.
На фиг. 3 представлены просвечивающие электронные фотографии: а) Твин-20, б) полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000); в) сочетание в применении Твин-20 и ПЭГ-2000, где шкала 500 нм.
На фиг. 4 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, где шкала 200 нм.
На фиг. 5 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция не содержащих ДМЕМ и MgCl2, где шкала: а) 500 нм б) 200 нм.
На фиг. 6 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция не содержащих ДМЕМ.
На фиг. 7 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция не содержащих MgCl2, где шкала: а) 1 мкм б) 200 нм.
На фиг. 8 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, содержащего ДМЕМ 2 об. %., где шкала: а) 1 мкм б) 200 нм.
На фиг. 9 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, содержащих ДМЕМ 2 об. % и 0,05 М MgCl2, где шкала: а) 1 мкм б) 200 нм.
На фиг. 10 представлена просвечивающая электронная фотография суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, с добавляемым раствором, содержащим 0,05 М MgCl2, где шкала: а) 1 мкм б) 200 нм.
На фиг. 11 представлен снимок, полученный методом просвечивающей электронной микроскопии, суспензии биодеградируемого наноматериала фосфата кальция (гидродинамический размер менее 200 нм), где шкала 200 нм.
Заявляемое техническое решение реализуется следующим образом: Первый этап способа получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция включает подготовку первого раствора посредством поочередного добавления компонентов водного раствора растворимой соли кислоты, с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения, до концентрации в диапазоне от 0,01 до 0,1 М. При этом в зависимости от типа, получаемого биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция в суспензии, например, биодеградируемого наноматериала карбоната кальция либо биодеградируемого наноматериала фосфата кальция, водный раствор растворимой соли кислоты, с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения выбирают в виде растворимой соли с ионами Са2+ и СО3 2-/НСО3 - либо в виде растворимой соли с ионами Са2+ и HPO4 2-/KHPO4 -/NaHPO4 -/РО4 3-. Далее в первый раствор добавляют ДМЕМ в диапазоне от 0 до 10 об. % от конечного объема первого раствора.
Дополнительно в первый раствор добавляют Твин-20 в диапазоне от 1 до 2 об. % от конечного объема получаемой впоследствии суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, соединение полиэтиленгликоля с концентрацией в диапазоне от 0,1 до 0,2 мг / мл.
Далее подготавливают второй раствор, который содержит растворимую неорганическую соль кальция с концентрацией в диапазоне от 0,007 до 0,100 М, растворимую неорганическую соль хлорида магния с концентраций в диапазоне от 0,0 до 0,1 М. Дополнительно во второй раствор добавляют ДМЕМ в диапазоне от 0,0 до 10,0 об. % от конечного объема второго раствора.
Далее осуществляют получение суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция посредством объединения первого раствора и второго раствора посредством покапельного добавления в первый раствор под ультразвуковым воздействием, второго раствора, в отличие от диффузного объединения паров первого раствора и паров второго раствора, применяемого в прототипе.
Полученную суспензию биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция обрабатывают ультразвуком в диапазоне от 2 до 5 минут. Возможно применение двух вариантов обработки суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция ультразвуком, например, посредством ультразвуковой бани с рабочей частотой 35 кГц либо посредством ультразвукового гомогенизатора с рабочей частотой 20 кГц. Далее получаемую суспензию биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция отделяют от супернатанта центрифугированием в диапазоне от 10 до 20 минут со скоростью не менее 13000 оборотов в минуту с последующим переносом в раствор хранения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция. Раствор хранения выбирают в виде дистиллированной воды, например, которая очищается системой очистки Milli-Q. Синтезированная таким образом суспензия биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция содержит биодеградируемый наноматериал монодисперсной сферической формой размером менее 100 нм и/или монодисперсной стержневидной формой с размером менее 200 нм по одному измерению и с размером менее 100 нм по другому измерению.
Определяющими существенными отличиями предлагаемого технического решения от прототипа, являются:
1) В качестве образующего аниона используется класс солей: гидрокарбонат натрия, что приводит к образованию другого побочного продукта - хлорида натрия, в то время как в прототипе используют карбонат аммония, что приводит к образованию - хлорида аммония.
2) Реакционная смесь для получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция содержит порообразующие добавки - высокомолекулярный полимер (полиэтиленгликоль, М=2000 г / моль) и Твин-20 (детергент) в количестве от 0,1 до 0,2 мг / мл и от 1 до 2 об. % от конечного объема суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, соответственно. Наличие этих компонентов, приводит к образованию полимерной матрицы (фиг. 3), внутри которой синтезируется биодеградируемый наноматериал неорганических солей кальция. Кроме этого, перечисленные соединения обладают стабилизирующими свойствами относительно пространственной обособленности частиц.
3) Процесс формирования суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция проводят при комнатной температуре в течение от 5 до 10 минут покапельным смешиванием под действием ультразвука (добавления в первый раствор второго раствора), что упрощает процесс синтеза и на порядок уменьшает время приготовления суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция (1 месяц в прототипе) и позволяет получать воспроизводимые результаты и масштабировать процесс.
4) Отделение суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция от супернатанта, позволяет хранить суспензию биодеградируемыый наноматериал неорганических солей кальция в растворе хранения, который выбирают в виде дистиллированной воды, например, дистиллированной воды, которая очищается системой очистки Milli-Q, с сохранением исходного гидродинамического размера и монодисперсности, в то время как в прототипе эта стадия отсутствует.
Стабильность суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция в растворе хранения, а также возможность масштабирования и доступность реагентов разрешает возможность дальнейшего применения материалов в химической и фармакологической промышленности: синтезированные биодеградируемый наноматериал неорганических солей кальция может храниться, сохраняя исходные свойства более трех месяцев. Показано, что для биомедицинского применения биодеградируемый наноматериал неорганических солей кальция стабилен при хранении в 50% растворе эмбриональной сыворотки (GIBCO, Life Technologies (США)) являющаяся показателем стабильности биодеградируемых наноматериалов при биомедицинском применении от 5 до 9 дней сохраняя гидродинамический размер в приделах погрешности и их стабильность в сыворотке достаточна для дальнейших биомедицинских применений. Для представленной суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция показана высокая емкость по отношению к модельному лекарственного препарату - доксорубицину, которая составила 659±5 мкг лекарства на 1 мг суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция. Основываясь на литературных данных, полученные биодеградируемые наноматериалы имеют перспективы дальнейшего использования, т.к. они превосходят большинство аналогов более чем в три раза по эффективности инкапсуляции доксорубицина.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1. Получение суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция.
Приготавливали первый раствор объемом 1 мл, содержащего 0,1 г полиэтиленгликоля (ПЭГ, М=2000 г / моль), 0,1 М NaHCO3, Твин-20 2 об. %, ДМЕМ 10 об. %, к которой покапельно под действием ультразвука добавляли второй раствор 100 мкл, содержащего 0,1 М CaCl2, 0,1 М MgCl2, ДМЕМ 10 об. %. Суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция отделяли центрифугированием (10 минут; 13400 rpm, miniSpin, Eppendorf, Германия). Осадок однократно промывали дистиллированной водой. Суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция хранили в дистиллированной воде.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция характеризовали методами динамического светорассеяния (гидродинамический диаметр - d=249±1; индекс полидисперсности - PDI=0,10±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 4).
Пример 2. Получение контрольной суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, не содержащей ДМЕМ и MgCl2.
Приготавливали первый раствор объемом 1 мл, содержащего 0,1 г полиэтиленгликоля (ПЭГ, М=2000 г / моль), 0,1 М NaHCO3, Твин-20 2 об. %, к которой покапально под действием ультразвука добавляли 100 мкл второго раствора, содержащего 0,1 М CaCl2. Суспензию биодеградируемого наноматериала отделяли центрифугированием (10 минут; 3400 rpm, miniSpin, Eppendorf, Германия). Осадок однократно промывали дистиллированной водой, Суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция хранили в дистиллированной воде.
После синтеза суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция характеризовали методами динамического светорассеяния (гидродинамический диаметр - d=339±4; индекс полидисперсности - PDI=0,20±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 5).
Пример 3. Получение контрольной суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, не содержащей ДМЕМ.
Контрольную суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция готовили аналогично с Примером 1, но первый и второй растворы не содержали ДМЕМ.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, не содержащего ДМЕМ, характеризовали методами динамического светорассеяния (d=278±4; PDI=0,15±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 6).
Пример 4. Получение контрольной суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, не содержащей MgCl2.
Контрольную суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция не содержащих MgCl2 готовили аналогично с Примером 1, но добавляемый второй раствор не содержал MgCl2.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала, карбоната кальция не содержащих MgCl2 характеризовали методами динамического светорассеяния (d=333±2; PDI=0,26±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 7).
Пример 5. Получение суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, содержащей ДМЕМ 2 об. %.
Суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция готовили аналогично Примеру 1, но первый раствор и добавляемый второй раствор содержали ДМЕМ 2 об. %.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, содержащего ДМЕМ 2 об. %. характеризовали методами динамического светорассеяния (d=326±6; PDI=0,26±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 8).
Пример 6. Получение суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, содержащей ДМЕМ 2 об. % и 0,05 М MgCl2.
Суспензию биодеградируемого наноматериала карбоната кальция содержащих ДМЕМ 2 об. % и 0,05 М MgCl2 готовили аналогично Пример 1, но первый раствор и/или добавляемый второй раствор содержали ДМЕМ 2 об. % и 0,05 М MgCl2.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция, содержащих ДМЕМ 2 об. % и 0,05 М MgCl2 характеризовали методами динамического светорассеяния (d=332±1; PDI=0,19±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 9).
Пример 7. Получение суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция с добавляемым раствором, содержащим 0,05 М MgCl2.
Суспензию биодеградируемого наногматериала карбоната кальция с добавляемым вторым раствором, содержащим 0,05 М MgCl2 готовили аналогично Пример 1, но добавляемый второй раствор содержал 0,05 М MgCl2.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала карбоната кальция с добавляемым вторым раствором, содержащим 0,05 М MgCl2 характеризовали методами динамического светорассеяния (d=276±4; PDI=0,10±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг.10).
Пример 8. Получение суспензии биодеградируемого наноматериала фосфата кальция
Приготавливали первый раствор объемом 1 мл, содержащую 0,1 г полиэтиленгликоля (ПЭГ, М=2000 г / моль), 0,01 М K2HPO4, Твин-20 2 об. %, ДМЕМ 10 об. %, к которой покапельно под действием ультразвука добавляли 100 мкл второго раствора, содержащего 0,1 М CaCl2, 0,1 М MgCl2, ДМЕМ 10 об. %. Суспензию биодеградируемого наноматериала фосфата кальция отделяли центрифугированием (10 минут; 13400 rpm, miniSpin, Eppendorf, Германия). Осадок однократно промывали дистиллированной водой. Суспензию биодеградируемого наноматериала фосфата кальция хранили в дистиллированной воде.
После синтеза суспензии биодеградируемого наноматериала фосфата кальция характеризовали методами динамического светорассеяния (d=130±4; PDI=0,16±0,01) и просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 11).
Таким образом композиция конечной реакционной смеси кардинально влияет на свойства получаемой суспензии биодеградируемого наноматериала. В заявляемом техническом решении получены биодегргадируемые наноматериалы разных форм (сферические / стержневидной) и размеров (от 20 до 200 нм), подходящие для разных биомедицинских задач. Предложенный способ обеспечивает формирование биодеградируемых наноматериалов одинакового размера, что подтверждается экспериментальным данными: микроскопия и динамическое светорассеяние.
Таким образом в заявляемом изобретении удалось преодолеть проблемы, связанные с низкой стабильностью суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция. А повышение стабильности получаемой суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция также проявляется в повышении продолжительности хранения материала в растворе хранения в срок не менее трех месяцев с сохранением исходного размера биодеградируемого наноматериала. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет получить перспективный материал высокого качества, подходящий для стандартов внутривенного введения наноматериалов in vivo. Все компоненты предложенного способа получения суспензии биодеградируемого наноматериала являются не токсичными. Таким образом, техническое решение позволяет упростить процесс получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция. При этом суспензия биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция не оказывает токсическое действие на организм и обладает высокой эффективностью к связыванию с биологически активными веществами. А также получать несколько типов биодеградируемого наноматериала, например, карбоната кальция либо фосфата кальция посредствам использования соответствующих растворимых солей кислот.
Claims (6)
1. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, включающий подготовку первого раствора посредством поочередного добавления компонентов водного раствора – растворимой соли кислоты с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения, до концентрации в диапазоне от 0 до 0,1 М, ДМЕМ до объемной доли в диапазоне от 0 до 10 об.% от конечного объема первого раствора, подготовку второго раствора, содержащего растворимую неорганическую соль кальция с концентрацией в диапазоне от 0,007 до 0,100 М, растворимую неорганическую соль хлорид магния с концентраций в диапазоне от 0 до 0,1 М, получение суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция посредством объединения первого раствора и второго раствора, отличающийся тем, что дополнительно в первый раствор добавляют Твин-20 в диапазоне от 1 до 2 об.% от конечного объема суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, соединение полиэтиленгликоля с концентрацией в диапазоне от 0,1 до 0,2 мг/мл, во второй раствор добавляют ДМЕМ в диапазоне от 0 до 10,0 об.% от конечного объема второго раствора, обрабатывают полученную суспензию биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция ультразвуком в диапазоне от 2 до 5 мин, далее получаемую суспензию биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция отделяют центрифугированием в диапазоне от 10 до 20 мин со скоростью не менее 13000 оборотов в минуту с последующим переносом в раствор хранения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция, а объединение первого раствора и второго раствора проводят посредством покапельного добавления в первый раствор под ультразвуковым воздействием второго раствора.
2. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция по п. 1, отличающийся тем, что обработку ультразвуком производят посредством ультразвуковой бани с рабочей частотой 35 кГц.
3. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция по п. 1, отличающийся тем, что обработку ультразвуком производят посредством ультразвукового гомогенизатора с рабочей частотой 20 кГц.
4. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция по п. 1, отличающийся тем, что раствор хранения выбирают в виде дистиллированной воды.
5. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор растворимой соли кислоты с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения выбирают в виде растворимой соли с ионами Са2+ и СО3 2-/НСО3 -.
6. Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор растворимой соли кислоты с возможностью образования с кальцием, в качестве катиона, нерастворимого соединения выбирают в виде растворимой соли с ионами Са2+ и HPO4 2-/KHPO4 -/NaHPO4 -/PO4 3-.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787956C1 true RU2787956C1 (ru) | 2023-01-13 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355271B1 (en) * | 1999-02-03 | 2002-03-12 | Biosante Pharmaceuticals, Inc. | Therapeutic calcium phosphate particles and methods of manufacture and use |
| RU2362538C2 (ru) * | 2007-03-15 | 2009-07-27 | Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита |
| RU2372891C2 (ru) * | 2007-08-06 | 2009-11-20 | Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия |
| RU2657780C2 (ru) * | 2016-09-14 | 2018-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Средство для лечения глазных заболеваний и способ его применения |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355271B1 (en) * | 1999-02-03 | 2002-03-12 | Biosante Pharmaceuticals, Inc. | Therapeutic calcium phosphate particles and methods of manufacture and use |
| RU2362538C2 (ru) * | 2007-03-15 | 2009-07-27 | Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе ренанита |
| RU2372891C2 (ru) * | 2007-08-06 | 2009-11-20 | Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова | Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе фосфатов кальция и натрия |
| RU2657780C2 (ru) * | 2016-09-14 | 2018-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Средство для лечения глазных заболеваний и способ его применения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MARTEL J. et al., Purported nanobacteria in human blood as calcium carbonate nanoparticles. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008, v. 105, N 14, pp. 5549-5554. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Athar et al. | Therapeutic nanoparticles: State-of-the-art of nanomedicine | |
| Peng et al. | Preparation of hierarchical mesoporous CaCO 3 by a facile binary solvent approach as anticancer drug carrier for etoposide | |
| US10357454B2 (en) | Substance-encapsulating vesicle and process for producing the same | |
| Fu et al. | Direct preparation of drug-loaded mesoporous silica nanoparticles by sequential flash nanoprecipitation | |
| C-W Wu et al. | Facile synthesis of hollow mesoporous hydroxyapatite nanoparticles for intracellular bio-imaging | |
| Bazylińska et al. | The effect of anionic dicephalic surfactants on fabrication of varied-core nanocarriers for sustained release of porphyrin photosensitizers | |
| CN111704722A (zh) | 一种以聚乙二醇为矿化剂的沸石咪唑型金属有机框架材料的制备方法与应用 | |
| Xing et al. | Synthesis of polymer assembled mesoporous CaCO 3 nanoparticles for molecular targeting and pH-responsive controlled drug release | |
| CN107970454B (zh) | 一种氧化石墨烯-脂质纳米复合材料的制备方法及应用 | |
| Lauth et al. | Self-assembly and shape control of hybrid nanocarriers based on calcium carbonate and carbon nanodots | |
| Li et al. | Urchin-like hydroxyapatite/graphene hollow microspheres as pH-responsive bone drug carriers | |
| Niu et al. | (NaPO3) 6-assisted formation of dispersive casein-amorphous calcium phosphate nanoparticles: An excellent platform for curcumin delivery | |
| Tang et al. | Water-based synthesis of cationic hydrogel particles: effect of the reaction parameters and in vitro cytotoxicity study | |
| RU2787956C1 (ru) | Способ получения суспензии биодеградируемого наноматериала неорганических солей кальция | |
| Campbell et al. | Dextran and its derivatives: biopolymer additives for the modulation of vaterite CaCO3 crystal morphology and adhesion to cells | |
| CN107970224B (zh) | 一种脂质修饰磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用 | |
| KR102221493B1 (ko) | 핵산 기반의 칼슘 포스페이트 나노 소재를 합성하는 방법 및 이에 의해 합성된 핵산 기반의 칼슘 포스페이트 나노 소재 | |
| Eh Suk et al. | Development and characterization of DOPEPEG2000 coated oleic acid liposomes encapsulating anticancer drugs | |
| Kim et al. | Sulfolipid density dictates the extent of carbon nanodot interaction with chloroplast membranes | |
| Sadeh et al. | Size optimization of mesoporous β-Cyclodextrin Metal-Organic frameworks as Bio-MOFs | |
| CN114728085A (zh) | 含有通过酯键固定药物的配体的利用超声波造影剂的超声波引导药物传输体 | |
| Kostadinova et al. | Interactions of chitosan-based nanoparticles with bio-inspired membranes | |
| Zhou et al. | Preparation and release properties of pH-sensitive mesoporous silica composite nanocarriers | |
| CN111888460B (zh) | 一种以达托霉素包载小分子疏水性药物的纳米载药胶束的制备方法 | |
| JP2002241312A (ja) | リン酸カルシウムで被覆された球状生体内分解性高分子の製造方法 |