Фармацевтична композиція антимікробної дії для парентерального введення і спосіб її одержання

Реферат: Винахід належить до фармацевтики і стосується фармацевтичної композиції антимікробної дії для парентерального введення, яка містить бета-лактамний антибіотик і високодисперсний наноструктурований діоксид кремнію. Винахід також стосується способу отримання фармацевтичної композиції, у якому суміш вищезазначених речовин, піддають механічній обробці шляхом ударно-стираючих дій. UA 103118 C2 (21) Номер заявки: UA 103118 C2 UA 103118 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід відноситься до антимікробних фармацевтичних препаратів і технологій їх приготування і може використовуватися в медицині та ветеринарії для лікування інфекційнозапальних захворювань, а також у фармацевтичній промисловості для виробництва лікарських засобів. В даний час успішна терапія більшості інфекційно-запальних захворювань заснована на застосуванні різних антибактеріальних засобів, зокрема, бета-лактамних антибіотиків. До бета-лактамів відносяться препарати (природні й напівсинтетичні пеніциліни, цефалоспоріни, цефаміцини, карбапенеми і монобактами), що мають загальним фрагментом в хімічній структурі бета-лактамне кільце, яке визначає антимікробну активність і цілий ряд загальних властивостей даної групи лікарських засобів [1]. Всі бета-лактами мають широкий спектр антимікробної дії та високу антимікробну активність, проте, до багатьох з них відносно швидко розвивається стійкість мікроорганізмів, що обумовлена виробленням ними специфічних ферментів бета-лактамаз (бета-лактамази розширеного спектру, хромосомні бета-лактамази класу С та ін.), які гідролізують бета-лактамне кільце, що позбавляє даних препаратів антибактеріальних властивостей і призводить до розвитку резистентних штамів мікроорганізмів [2]. В останні десятиліття створені специфічні інгібітори бета-лактамаз (клавуланова кислота, сульбактам, тазобактам та ін.), на основі використання яких розроблений ряд ефективних комбінованих антибактеріальних бета-лактамних препаратів пеніцилінового і цефалоспорінового ряду (амоксицилін/клавуланова кислота, ампіцилін/сульбактам, піперацилін/тазобактам, цефоперазон/сульбактам та ін.), які відрізняються підвищеною стійкістю до бета-лактамазів і більш вираженою антибактеріальною активністю [2, 3]. Проте слід зазначити, що багато з цих "інгібітор-захищених" препаратів виявилися недостатньо ефективними, оскільки при високому рівні продукції патогенними мікроорганізмами бета-лактамаз, вищезгадані інгібітори повністю не захищають антибіотики від гідролізу. Стійкі до дії багатьох бета-лактамаз карбапенеми також повністю не вирішують проблему резистентності мікроорганізмів до цих антибіотиків, оскільки їх широке застосування для лікування важких інфекцій призводить до формування множинно стійких штамів P. аeruginosa [3]. Крім того, необхідно підкреслити, що, часто, клінічна неефективність (або низька ефективність) бета-лактамів при інфекціях, що викликаються різними мікроорганізмами, пов'язана не лише з негативною дією бета-лактамаз, але і з обмеженою здатністю цих препаратів локально концентруватися у вогнищі інфекційного запалення і проникати всередину макрофагів, в яких депонуються фагоцитовані збудники багатьох інфекційно-запальних захворювань і від виразу функціонального стану яких значною мірою залежить рівень протимікробної резистентності [4, 5]. Останніми роками виявлено, що використання різноманітних наночастинок як носіїв для доставки різних антибіотиків (в тому числі бета-лактамів) всередину бактерій і макрофагів з метою підвищення їх концентрації в зоні інфекційного запалення і, відповідно, з метою посилення їх антимікробних властивостей, а також для стимуляції функціональної активності фагоцитів (нейтрофілів і макрофагів) та їх додаткового рекрутування в інфіковані тканини є перспективним напрямом розвитку сучасної експериментальної фармакології та клінічної медицини [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. Суть винаходу полягає в тому, що з метою посилення терапевтичної ефективності беталактамів пропонується використовувати наночастинки SiO2 (діоксиду кремнію), які, відрізняючись фармакологічно вигідними властивостями біосумісності, біорозподілу, біодеградації та малотоксичності (незалежно від ступеню виразу пористості структури), здатні бути носіями антибіотиків для внутріклітинної доставки в макрофаги, що концентровано розташовані у вогнищах запалення, які спостерігаються в легенях, печінці, нирках, селезінці, лімфовузлах, серці, шкірі, сечовому міхурі та інших органах ссавців (тобто значнопідвищувати концентрацію антибіотиків в інфікованих зонах), а також стимулювати протимікробну активність цих клітин імунної системи, і тим самим достовірно підсилювати терапевтичний ефект антимікробних препаратів при лікуванні інфекційно-запальних захворювань [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]. Винахід вирішує задачу створення фармацевтичної композиції антимікробної дії для ін'єкцій на основі використання антибіотиків з групи бета-лактамів і наночастинок діоксиду кремнію, яка має підвищену терапевтичну ефективність (порівняно зі звичайними бета-лактамами, які розглядаються в даному винаході як прототип при лікуванні інфекційно-запальних захворювань. 1 UA 103118 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлене завдання вирішується тим, що пропонується фармацевтична композиція антимікробної дії для ін'єкцій, яка містить бета-лактамний антибіотик і високодисперсний наноструктурований діоксид кремнію у ваговому співвідношенні, що дорівнює (10-75): 1. Поставлене завдання вирішується також тим, що пропонується спосіб одержання фармацевтичної композиції антимікробної дії для ін'єкцій, що включає змішування беталактамных антибіотиків з іншими компонентами, за яким бета-лактамний антибіотик у формі порошку змішують з порошковим високодисперсним наноструктурованим діоксидом кремнію у ваговому співвідношенні, що дорівнює (10-75): 1, і одержану суміш піддають механічній обробці шляхом ударно - стираючих дій. Терапевтична ефективність пропонованої фармацевтичної композиції підвищується, якщо одержану суміш піддають механічній обробці шляхом ударно - стираючих дій так, щоб частка агрегованих частинок високодисперсного наноструктурованого діоксиду кремнію, які мають розмір не більше 5 мкм, складала не менше 25 %. Для приготування фармацевтичної композиції використовувалися бета-лактамні антибіотики імпортного виробництва, надані російською фармкомпанією ТОВ "Аболмед" (пениціліни: карбеніцилін; цефалоспоріни: цефазолін, цефуроксім, цефотаксім, цефтріаксон, цефоперазон, цефтазидім, цефоперазон/сульбактам, цефепім; цефаміцини: цефокситін; карбапенеми: меропенем; монобактами: азтреонам). В якості високодисперсного наноструктурованого діоксиду кремнію (далі по тексту – Внsio2) використовувався лікарський препарат "Полісорб" (фармакологічна група: ентеросорбуючий засіб; діюча речовина: кремнію діоксид колоїдний) виробництва російської фірми ЗАТ "Полісорб", який складається з наночастинок діоксиду кремнію округлої форми (розмір 5-20 нм), об'єднаних в агрегати (мікрочастинки неправильної форми), що мають розміри ≤ 90 мкм (реєстраційний № 001140/01-100908). Аналогічний препарат виробляє українська фірма ЗАО "Біофарма" під торговим найменуванням "Силікс" [12]. В основу вибору складу композиції покладено явище оборотної сорбції молекул беталактамів нано- і мікророзмірними частинками Внsio2, а також зменшення розмірів мікрочастинок Внsio2 при механічній активації його сумішей із субстанціями бета-лактамів інтенсивними ударно - стираючими механічними діями. Спосіб одержання вищезазначеної фармацевтичної композиції, що заявляється, шляхом механічної активації порошкоподібної суміші бета-лактамного антибіотика й Внsio2 інтенсивними ударно - стираючими діями дозволяє порівняно з відомими способами підвищити частку дрібнодисперсних (розміром менше 5 мкм) частинок Внsio2, на яких адсорбуються молекули бета-лактамів і які фагоцитуються переважно макрофагами [10,19]. Для цього суміш вищезгаданих речовин у ваговому співвідношенні бета-лактамний антибіотик: Внsio2, що дорівнює (10-75): 1, піддають механічній активації шляхом ударно стираючих дій до збільшення вагової частки дрібнодисперсної фракції, не менше, ніж до 25 %. Дані гранулометричного складу водної суспензії композиції на прикладі суміші цефтріаксон: Внsio2, що дорівнює 30: 1 по вазі, які виміряні на лазерному гранулометрі Micro-Sizer 201, представлені на Мал. 1 та Мал. 2. Як видно з малюнків 1 і 2, двогодинна мехактивація досліджуваної композиції призводить до збільшення вагової частки її дрібнодисперсної фракції (частинки розміром < 5 мкм), що складає не менше 25 %. З одержаної порошкоподібної композиції готують ін'єкційні колоїдні розчини для парентерального введення (розведенням її будь-яким відомим способом, прийнятим для беталактамів), що складаються з дрібнодисперсних частинок Внsio2 з оборотно сорбованими на їх поверхні молекулами того або іншого бета-лактама. У таблиці 1 наведено дані (одержані методом високоефективної рідинної хроматографії, ВЕРХ) про ступінь сорбції різних бета-лактамних антибіотиків на частинках Внsio2 після мехактивації композиції антибіотик: Внsio2, у ваговому співвідношенні 30: 1, які говорять про те, що високодисперсний наноструктурований діоксид кремнію може бути використаний при парентеральному введенні як носій антимікробних та інших лікарських засобів, які здатні сорбувати на нано- і мікрочастинках цієї неорганічної речовини, для доставки в зони запалення, пухлинного зростання, регенерації, загоєння, рубцювання та ін., тобто в зони підвищеної присутності макрофагів, з метою цілеспрямованого збільшення локальної (в тому числі внутріклітинної) концентрації фармпрепарату і, відповідно, посилення терапевтичного ефекту. 2 UA 103118 C2 Таблиця 1 Ступінь сорбції бета-лактамів частинками Внsio2* Склад композиції, час м/а** Цефазолін:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефтріаксон:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефотаксім:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефуроксім:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефепім:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефоперазон:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефоперазон/сульбактам: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефтазидім:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефокситін:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Меропенем:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Азтреонам:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Карбеніцилін:ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Кількість сорбованого антибіотика: кількість Внsio2, мг (ваг. %) 8,1 мг: 16,7 мг (48 %) 14,5 мг: 16,7 мг (85 %) 9,4 мг: 16,7 мг (55 %) 7,4 мг: 16,7 мг (44 %) 16,1 мг: 16,7 мг (96 %) 12,2 мг:16,7 мг (73 %) 13,9 мг: 16,7 мг (83 %) 9,6 мг: 16,7 мг (53 %) 8,5 мг: 16,7 мг (51 %) 10,6 мг: 16,7 мг (63 %) 9, 7 мг: 16,7 мг (58 %) 11,2 мг: 16,7 мг (67 %) *- високодисперсний наноструктурований діоксид кремнію; **- мехактивація 5 10 15 20 25 30 35 40 Введення в пропоновану композицію високодисперсного наноструктурированого діоксиду кремнію у співвідношеннях бета-лактам: Внsio2 від 10:1 до 75:1 по вазі, відповідно, визначається поєднанням двох чинників: 1) при збільшенні вмісту Внsio2 більше 10 % від ваги композиції у лабораторних тварин спостерігаються явища блокади дрібних капілярів в паренхіматозних органах; 2) при зменшенні вмісту Внsio2 нижче 1 % від ваги композиції, її терапевтична ефективність (зокрема при лікуванні бактерійного сепсису у мишей) фактично не відрізняється від базової ефективності початкового антибіотика. Для одержання композицій використаний механохімічний підхід, який полягає в обробленні суміші твердих компонентів інтенсивними механічними діями – тиском і зсувними деформаціями, що реалізуються переважно у різного типу млинах, які здійснюють ударно стираючи дії на речовини. Суміш твердої субстанції бета-лактамного антибіотика і високодисперсного наноструктурованого діоксиду кремнію, узятих переважно в співвідношеннях від 10:1 до 75:1 по вазі, піддають механічній активації в кульових млинах. Використаний спосіб одержання сумішей дозволяє значною мірою уникнути хімічного розкладу, досягти повної гомогенності порошкоподібних компонентів порівняно з одержанням сумішей простим змішуванням компонентів, або випаровуванням їх розчинів і, як наслідок, обумовлює високу фармакологічну активність фармацевтичної композиції. У якості кількісного критерію мінімально необхідної дози механічної дії зручно використовувати метод гранулометрії суспензії одержуваної композиції. При цьому необхідно, щоб масова частка агрегованих частинок розміром не більше 5 мкм склала не менше 25 %. З іншого боку, необхідно уникати надмірної механічної обробки, яка веде до хімічного розкладу бета-лактамів, ступінь якої контролюється відомими аналітичними методами, наприклад ВЕРХ. Механічну обробку порошкоподібних сумішей здійснюють в ротаційних, вібраційних або планетарних млинах. В якості тіл, що мелють, можуть використовуватися кулі, стрижні та ін. Фармакологічні випробування одержаних композицій на лабораторних тваринах (мишах) показали, що композиції, які заявляються, приготовані способом, що заявляється, мають значно підвищену терапевтичну ефективність при лікуванні бактерійного сепсису, викликаного Staphylococcus aureus, Escherichia coli і Pseudomonas aeruginosa, порівняно з початковими антибіотиками. Таким чином, використання фармацевтичних композицій, що заявляються, і спосіб їх одержання забезпечує наступні переваги: 1) клінічно значуще підвищення ефективності та якості антимікробної терапії середньоважких і важких інфекційно-запальних захворювань, зниження смертності; 2) екологічна безпека, безвідходність і маловитратність технології фармвиробництва. Пропонований винахід ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Одержання твердої композиції бета-лактамний антибіотик – високодисперсний наноструктурований діоксид кремнію. 3 UA 103118 C2 Суміш бета-лактамного антибіотика і Внsio2 у вагових співвідношеннях 10:1, 20:1; 30:1 і 40:1 по вазі обробляється протягом 1, 2 і 4 годин в кульовому ротаційному млині. Дані гранулометричного складу водних суспензій одержаних композицій та аналізу ВЕРХ вмісту в них антибіотиків (у % від вихідної субстанції) наведено у таблиці 2. 5 Таблиця 2 Гранулометричний склад водних суспензій і вміст антибіотиків в різних варіантах композицій Розмір та відсоток вмісту частинок ВНSiO2** Склад композиції, час м/а* % < 3 мкм % < 5 мкм Вихідний ВНSiO2 Цефотаксім: ВНSiO2 (10:1), м/а 1 година Цефотаксім: ВНSiO2 (20:1), м/а 1 година Цефотаксім: ВНSiO2 (40:1), м/а 1 година Цефотаксім: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефуроксім: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефтазидім: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефтазидім: ВНSiO2 (30:1), м/а 4 години Цефепім: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефтріаксон: ВНSiO2 (30:1), м/а 1 година Цефтріаксон: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Цефтріаксон: ВНSiO2 (30:1), м/а 4 години Цефтріаксон: ВНSiO2 (40:1), м/а 1 година Азтреонам: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Меропенем: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Азтреонам: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години Карбеніцилін: ВНSiO2 (30:1), м/а 2 години 0,5 13,4 16,6 13,1 14,7 22,6 14,3 23,8 23,8 24,2 19,4 14,5 23,4 21,7 19,1 19,8 22,3 5,3 30,4 33,9 27,7 30,6 35,2 25,3 38,9 38,8 43,9 34,5 26,4 41,2 39,4 32,9 31,1 38,9 %< 10 мкм 25,7 57,3 59,1 47,9 54,1 50,2 37,0 56,2 57,7 66,2 52,4 41,7 59,1 53,6 47,3 49,5 51,4 Вміст антибіотику (%) 89 95 97 99 97 98 96 92 97 99 95 98 97 98 97 96 *- мехактивація; **- високодисперсний наноструктурований діоксид кремнію 10 15 20 25 30 Як видно з таблиці 2, вибрані умови одержання пропонованої композиції дозволяють збільшити до необхідної величини (не менше 25 % від загальної ваги) частку дрібнодисперсної фракції ВНSiO2 (розмір частинок менше 5 мкм) і при цьому уникнути хімічного розкладу антибіотика. Приклад 2. Визначення терапевтичної ефективності антимікробних препаратів і фармацевтичних композицій Досліджені бета-лактамні антибіотики (цефазолін, цефуроксім, цефотаксім, цефтріаксон, цефоперазон, цефоперазон/сульбактам, цефтазидім, цефепім, цефокситін, азтреонам, меропенем, карбеніцилін) та їх мехактивовані протягом 2-х годин композиції, які складаються із суміші антибіотик/ ВНSiO2 у вагових співвідношеннях 30:1 відповідно (цефазолін/ВНSiO2, цефуроксім/ВНSiO2, цефотаксім/ВНSiO2, цефтріаксон/ВНSiO2 цефоперазон/ВНSiO2, цефоперазон/сульбактам/ВНSiO2, цефтазидім/ВНSiO2, цефепім/ВНSiO2, цефокситін/ВНSiO2, азтреонам/ВНSiO2, меропенем/ВНSiO2, карбеніцилін/ВНSiO2). Для визначення терапевтичної ефективності бета-лактамів та їх фармацевтичних композицій з ВНSiO2 використовували експериментальні моделі сепсису та метод статистичного 2 опрацювання отриманих результатів (χ ) згідно з [22, 23]. Мікроорганізми: Staphylococcus aureus (ATCC № 25923 F-49), Escherichia coli (АТСС №25922 F-50), Pseudomonas aeruginosa (ATCC №27853 F-51). Тварини: експерименти проводили на гібридних мишах (CBA x C57Black/6)CBF1 відповідно до "Правил работ с использованием экспериментальных животных" (Додаток до наказу Міністерства охорони здоров'я СРСР від 12.08.1977 № 755). Експериментальні моделі сепсису Мишам внутрішньовенно в об'ємі 0,8 мл вводили суспензію добової культури Pseudomonas 8 aeruginosa в дозі 5 × 10 КОЕ/миш або суспензію добової культури Staphylococcus aureus в дозі 10 8 10 КОЕ/миш або суспензію добової культури Escherichia coli в дозі 8 × 10 КОЕ/миш. Контрольній групі мишей вводили фізіологічний розчин (0,9 % розчин натрію хлориду) в об'ємі 4 UA 103118 C2 5 0,8 мл. Через добу після інфікування, мишам внутрішньовенно щодня одноразово протягом 3-х днів вводили антибіотики й різні фармацевтичні композиції (антибіотик/ВНSiO 2) в дозі 100 міліграм/кг, що розведена у 0,25 мл фізіологічного розчину. Контрольній групі мишей по цій же схемі вводили фізіологічний розчин в об'ємі 0,25 мл. Ефективність антибактеріальної терапії оцінювали по кількості мишей, що вижили, на 7-у добу після інфікування [22, 23]. Отримані дані, які наведені у таблиці 3, відображають результати трьох незалежних експериментів (для дослідження кожного препарату сумарно використано не менше 30 піддослідних тварин). 10 Таблиця 3 Терапевтична ефективність антимікробної терапії бактерійного сепсису Досліджувані антибіотики і композиції* Фізіологічний розчин (контроль) Цефазолін Цефазолін/ВНSiО2 Цефуроксім Цефуроксім/ВНSiО2 Цефотаксім Цефотаксім/ВНSiО2 Цефтріаксон Цефтріаксон/ВНSiО2 Цефоперазон Цефоперазон/ВНSiО2 Цефтазидім Цефтазидім/ВНSiО2 Цефепім Цефепім/ВНSiО2 Цефокситін Цефокситін/ВНSiО2 Азтреонам Азтреонам/ВНSiО2 Меропенем Меропенем/ВНSiО2 Карбеніцилін Карбеніцилін/ВНSiО2 Цефоперазон/сульбактам Цефоперазон/сульбактам/ ВНSiО2 15 20 25 Виживання мишей на 7-у добу після інфікування** Staphylococcus Pseudomonas Escherichia coli аureus aeruginosa 0 % (0/30) 0 % (0/30) 0 % (0/30) 37,5 % (12/32) 83,9 % (26/31) 40,0 % (14/35) 84,4 % (27/32) 40,0 % (12/30) 86,7 % (26/30) 46,7 % (14/30) 90,0 % (27/30) 46,7 % (14/30) 90,0 % (27/30) 35,2 % (15/34) 87,5 % (28/32) 73,3 % (22/30) 90,6 % (29/32) 46,7 % (14/30) 83,3 % (25/30) 56,7 % (17/30) 43,7 % (14/32) 81,2 % (26/32) 43,3 % (13/30) 83,3 % (25/30) 41,9 % (13/31) 87,5 % (28/32) 45,2 % (14/31) 90,0 % (27/30) 38,7 % (15/31) 84,8 % (28/33) 43,7 % (14/32) 85,3 % (29/34) 46,7 % (14/30) 83,3 % (25/30) 77,5 % (31/40) 95,0 % (38/40) 78,0 % (32/41) 95,0 % (38/40) 43,3 % (13/30) 86,7 % (26/30) 58,1 % (18/31) -*** 40,0 % (12/30) 80,6 % (25/31) 43,3 % (13/30) 86,7 % (26/30) 46,7 % (14/30) 90,3 % (28/31) 74,4 % (32/43) 95,2 % (40/42) 73,8 % (31/42) 95,1 % (39/41) 43,3 % (13/30) 90,0 % (27/30) 59,3 % (19/32) 86,7 % (26/30) 93,3 % (28/30) 93,5 % (29/31) χ 2 Р