Фотополімеризаційна колагенова композиція на основі акрилату кальцію

Фотополімеризаційна колагенова композиція на основі акрилату кальцію, що містить колаген, триетаноламін і метиленовий блакитний, яка відрізняє ться тим, що вона містить акрилат кальцію формули: O CH2 =CH-C Ca OH 2 , при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: водний розчину колагену 14 триетаноламін 0,01 метиленовий блакитний 0,0001 акрилат кальцію 2. Корисна модель відноситься до галузі медицини, а саме до дерматології, і може бути використаний для моделювання фотобіохімічних процесів в колагені шкіри. Відома колагенова матриця, яка містить нативний колаген [1]. Проте, плівка, отримана на основі зазначеної речовини, має певні недоліки, зокрема ламкість, зберігання у вологій атмосфері при 4°С, що сприяє проникненню екзогенних речовин і мікроорганізмів до поверхні матриці, і недостатню міцність. Найбільш близькою до корисної моделі за сукупністю ознак є фотополімеризаційна композиція [2], що містить: - водний розчин колагену (масова частка 14%) - гідрохінон (масова частка 0,01%) - триетаноламін (масова частка 0,01%) - метиленовий блакитний (масова частка 0,0001%) Використання гідрохінону - інгібітора реакції радикальної полімеризації (завдяки стабілізації вільних радикалів через утворення хінону) перешкоджає утворенню фотозшивок при опроміненні. В основу корисної моделі поставлено задачу створення фотополімеризаційної колагенової композиції, яка шляхом використання реакційноздатного активного мономеру, забезпечила б утворення координаційних сполук кальцію з колагеном І типа, які утворюються у прямому та фотосенсебілізованому фотозбудженні, що призвело б до утворення зшитої стр уктури, яка містить у собі координаційні вузли. Поставлена задача вирішується тим, що в фотополімеризаційну колагенову композицію, що містить колаген, триетаноламін і метиленовий блакитний згідно з корисною моделлю, як структур увальний агент вводять акрилат кальцію формули O CH2 =CH-C Ca OH 2 при такому співвідношенні компонентів: - водний розчин колагену (масова частка 14%) - триетаноламін (масова частка 0,01%) - метиленовий блакитний (масова частка 0,0001%) - акрилат кальцію (масова частка 2%) Введення в фотополімеризаційну колагенову композицію акрилату кальцію як структур увального агента в сукупності з рештою компонентів забезпечує утворення зшитої структури, яка містить у собі координаційні вузли, що, в свою чергу, призводить до структурних перетворень в колагеновій біоматриці. Молекулярні параметри колагенового середовища є важливою характеристикою, яка дає змогу зробити висновки про його структурні особливості, а відповідно і про характер реакцій, які призводять до утворення нових структур у зразках під дією лужноземельних металів. Важливим є той факт, що процеси фотохімічної полімеризації мають радикальну природу [3, 4, 5, (13) 28656 (11) ) UA ( U ) (19) ( 3 28656 6]. Для більш глибокого з'ясування процесів фото хімічної взаємодії акрилату кальцію з колагеном під впливом лазерного опромінення повинно бути проведене дослідження цієї системи у рідкій фазі, а також за допомогою ІЧспектроскопії вивчено всі етапи взаємодії. Суть корисної моделі пояснюється конкретними прикладами виконання. Приклад Фотополімеризаційна колагенову композицію, що містить колаген, триетаноламін і метиленовий блакитний згідно з корисною моделлю, як структур увальний агент вводять акрилат кальцію формули O CH2 =CH-C Ca OH 2 при такому співвідношенні компонентів: - водний розчину колагену (масова частка 14%) - триетаноламін (масова частка 0,01%) - метиленовий блакитний (масова частка 0,0001%) - акрилат кальцію (масова частка 2%) Заявлену композицію одержували наступним чином. Першочергова стадія отримання матеріалу зводилася до приготування колагенових шарів і нанесення їх на скляні основи. Для цього наважку колагену (14,0г) поміщали у хімічний стакан і додавали 95мл води. Суміш набухала протягом 24год. Після цього склянку з розчином переносили у термостат і інкубували 2год при 70°С, постійно помішуючи. Потім гарячий розчин фільтрували через фільтр Шотта у колбу Бунзена під вакуумом водоструменевого насосу. Для видалення бульбашок повітря розчин витримували в термостаті впродовж 12год, охолоджували до 40 С і за допомогою устаткування (Фіг.1) отримували плівки на скляних основах "методом витягування". Розчин колагену (1) у склянці переносили в термостат (Т), нагрівали до 40°С. Скляні основи (2) закріплювали на фіксуючому уста ткуванні (3), яке підвішувалося на капроновому шн урі (4) через блок (5). Піднімальний механізм складався з електромотора (М), редуктора (Р) і барабана (Б). Для нівелювання вібрацій з метою отримання однорідних шарів усі елементи встановлювали і монтували на масивній металевій плиті (6), яка лежить на основі з поліуретану. Скляні основи очищували в насиченому розчині Na2СО3, промивали водою, витримували в хромовій суміші, знову промивали у воді, етанолі, сушили у боксі. Оброблені таким чином основи закріплювали попарно (3) занурювали у розчин колагену, нагрітого до 40°С і через 5хв їх виймали, при цьому на поверхні скла залишався рівномірний шар колагену товщиною близько 20мкм. Плівки витримували в боксі одну добу до висушування, після чого піддавали термічному твердінню в сушильній шафі протягом 15-20хв, при 150°С. Наступний синтез сполучнотканинних середовищ являв собою трьохстадійну хімічну обробку термічно отверділих колагенових плівок. Спочатку основи з плівками занурювали в розчин ( ) 4 акрилату кальцію і витримували у термостаті при 40°С протягом 20хв. Після такої обробки плівки занурювали у водний розчин метиленового блакитного на 30-40с і у водний розчин триетаноламіну на 1-2хв. Після видалення крапель розчину (приблизно через 15хв) комплексне біополімерне середовище готове до лазерохімічного структурування. Для генерації лазерного опромінення використовувалось устаткування, в якому джерелом був гелій-неоновий лазер (1) з l=633нм і потужністю 10-3Вт. Екстракція колагену І типу (операційний матеріал) зі шкіри людини виконувалася за методом, запропонованим Strom [1]. Композицію готували на основі розчину колагену (масова частка 14%). Для генерації лазерного опромінення використовувалось устаткування, в якому джерелом був гелій-неоновий лазер з l=633нм і потужністю 10-3Вт. Опромінення направляли через інтерференційний фільтр і мікрооб'єктив, а розсіяне опромінення - на реактор із кварцового скла, що мав водяну сорочку, в який вводили колагенову композицію. Композиція постійно перемішувалася пропелерним змішувачем. Через боковий тубус вводили композицію та здійснювали відбір проб. Водяна сорочка була з'єднана з термостатом, у якому підтримувалася температура 40,0°С. У діапазоні 400-4000см -1 ІЧ-спектри знімали на спектрофотометрах Nexus 470 фірми "Nicolet" (США) та Pye-Unicam SP3-300 (США) в діапазоні 200-600см -1. У ІЧ-спектрі неопроміненої колагенової біокомпозиції з акрилатом кальцію (Фіг.2) містяться смуги, характерні як для тонких шарів колагену, так і смуги акрилату кальцію. В цілому цей спектр виявляється як накладання спектрів, які складають систему компонентів, хоч і є деякі розбіжності. Так, смуги деформаційних коливань груп колагену NH2 та ОН зміщуються з зони 500700см -1 у зону 530-750см -1, а максимум, характерний для валентних коливань ОН-груп, змістився з 3330см -1 до 3310см -1; одночасно максимуми валентних коливань NH2-груп практично не змінилися [7]. Зміщення частот валентних і деформаційних коливань ОН-груп дає змогу передбачити участь саме цих амінокислотних залишків оксипроліну як складової частини колагену в процесі комплексоутворення кальцію з колагеном як макролігандом. Після проведення лазерного опромінення рідкофазної композиції в її ІЧ-спектрах, а також у спектрах реальної біополімерної матриці спостерігаються зміни (Фіг.2, курсив). Суттєво знижується інтенсивність широкої смуги при 530-750см -1 (деформаційне коливання) та в ділянці 29003310см -1 (валентні коливання), які відповідають NH2- та ОН-групам колагену. Розширення та зниження інтенсивності смуг у ділянці 1450см -1 (симетричне деформаційне коливання NH-групи); знижуються ІЧ-смуги вінільних груп у акрилаті кальцію (840, 910, 970-990см-1). Для того, щоб найдостовірніше з'ясувати роль 5 28656 NH2та ОН-груп колагену в процесах комплексоутворення і наступного лазероструктур ування, були проведені дослідження з оксипроліном, як найхарактернішою амінокислотою колагену. Важливо те, що коливання NH2- та ОН-груп у ІЧ-спектрі оксипроліну проявляються окремо. В ІЧ-спектрі композиції на основі оксипроліну й акрилату кальцію (Фіг.3) до опромінення виявляються смуги обох речовин, тобто проявляється суперпозиція цих дво х спектрів. Однак слід відмітити суттєве зміщення деяких смуг: де формаційного коливання ОН-групи зміщується з 620 до 640см-1, валентних коливань цих гр уп зміщуються з 3360 до 3330см -1. При цьому положення смуг, які відповідають коливанням NH2-груп амінокислоти практично залишається незмінним. Саме це однозначно вказує на процес комплексоутворення іонів кальцію з колагеном за рахунок гідроксильних груп оксипроліну. Схему утворення макрокомплексу представлена на Фіг.4. Це вносить остаточну ясність в особливості процесу поглинання акрилату кальцію колагеновими біоматрицями. Утворена в розчині акрилату кальцію "бахрома" на поверхні колагенової біоматриці має підвищену сорбційну та комплексоутворювальну активність [8, 9]. Проникаючи у "ба хрому", іони кальцію утворюють з гідроксильними групами координаційні вузли. Таким чином, у процесі синтезу модельної композиції виникає насичення колагенової біоматриці акрилатом кальцію. Після лазерного опромінення, десенсибілізації та дегідратації модельної композиції у її ІЧ-спектрі спостерігаються деякі зміни (Фіг.3, курсив): знижується інтенсивність смуг, які відповідають крутильним коливанням зв'язу -NH2 (470см -1), коливанням пептидної групи (1450см -1), коливанням NH2-групи (2300-4000см -1), що вже підтверджує включення аміногруп у процеси лазерохімічного структур ування. Одночасно знижується інтенсивність смуг, які відповідають наявності ОН-груп (деформаційні коливання 640см -1, валентні коливання 3330см-1). У спектрі також спостерігається суттєве зниження інтенсивності ІЧ-смуг поглинання в ділянці 840990см -1, які відповідають деформаційним коливанням вінільної групи акрилатного комплексу кальцію з колагеном. У спектрі макрокомплексу після опромінення з'являється смуга при 1130см -1, а в цій ділянці лежить валентне коливання групи С-О простих ефірів [7], що підтверджує наявність взаємодії ОН-групи оксипроліну з акрильною групою за схемою, що наведена на Фіг.5. Усе це вказує на те, що в процесі фотобіохімічного структурування виникає взаємодія аквакомплексу кальцію, окрім гідроксильних груп, з аміногрупами колагену. Виходячи з того, що розглянута система відноситься до фотосенсебілізованих окисновідновних (подібно до систем з амідами акрилової кислоти), то загальна схема процесу починається з утворення протонованого семихінону (радикала) з молекули метиленового блакитного 6 (фотосенсибілізатора). Протонований семихінон (радикал) взаємодіє з макрокомплексом [10], активуючи подвійні зв'язки акрильних груп (Фіг.6). Активований таким чином макрокомплекс взаємодіє з макромолекулами колагену за амінота гідроксильними групами (Фіг.7). У результаті утворюється зшита структура, яка містить у собі координаційні вузли. Отримані дані свідчать на користь того, що під дією опромінення оптичного діапазону колаген може індукувати на себе сорбцію іонів кальцію з плазми крові чи позаклітинної рідини. Органічна основа матриці утворюється шляхом деструкції колагенового волокна і виникненні комплексів з лужноземельними металами, зокрема, кальцієм. Таким чином утворення координаційних сполук кальцію з колагеном І типа під дією опромінення оптичного діапазону можна розглядати як захисну реакцію, яка підвищує резистентність сполучної тканини і протидіє патогенному фактору. Гідроксильні групи амінокислотних залишків оксипроліну беруть участь у процесі комплексоутворення кальцію з колагеном. Внаслідок взаємодії іонів кальцію з гідроксильними групами колагену утворюється зшита структура, яка містить у собі координаційні вузли. Джерела інформації 1. Микроскопическая техника: Руководство / Под ред. Д. С. Саркисова и Ю. Л. Перова. - М.: Медицина, 1996. - 544с. 2. гідрохінон 3. Верещака В. В. Молекулярні основи патогенезу старечої в'ялості шкіри // Матеріали науково-практичної конференції "Досягнення молодих вчених дерматовенерологів" (7-8 грудня, 2006р.). - К. - 2006. – С.27-29. 4. Верещака В. В. Стан вільнорадикального окиснення шкірного покриву при порушеннях мікроциркуляції, - Фізіол. журн. - 2001. - Т. 47, №5. - С.93-97. 5. Верещака В. В., Харламова О. М. Комплексоутворення аскорбінової кислоти з біолігандами. - Укр. біохім. журн. - 2002. - Т. 74, №3. – С.120-124. 6. Pravata G., Noto G., Arico M. Increased SS bonds in chronic solar elastosis: a study with N-(7dimethylamino-4-methyl-3-coumarinyl) maleimide (DACM) stain // J. Dermatol. Sci. - 1994. - V. 7, №1. P.14-23. 7. Чиргадзе Ю. Н. Инфракрасные спектры и структура полипептидов и белков. - М.: Наука, 1965. - 135с. 8. Куциди Д. А. Модифицированные аминосмолы в производстве кож. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 152с. 9. Ми хайлов А. Н. Коллаген кожного покрова и основы его переработки. - М.: Легкая индустрия, 1971. - 525с. 10. Теренин А. Н. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений. - Л.: На ука, 1967. - 616с. 7 28656 8