Дипломная работа: Изучение обменных свойств мягких контактных линз по отношению к ципрофлоксацину
Дипломная работа: Изучение обменных свойств мягких контактных линз по отношению к ципрофлоксацину
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО «КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический факультет
Кафедра аналитической химии
Изучение обменных свойств мягких контактных линз по отношению к ципрофлоксацину
(дипломная работа)
Научный руководитель:
к.х.н., доцент
Шрайбман Г.Н. ______
«___»_________2007 г.
Научный консультант:
вед. инженер
Дикунова Т.В. _______
«___»_________2007 г.
Дипломник:
Кондратенко И.И. _____
«___»_________2007 г.
КЕМЕРОВО 2007
РЕФЕРАТ
Дипломная работа содержит 71 страницу печатного текста, 12 таблиц (1 в Приложении), 10 иллюстраций и 13 страниц Приложения.
В настоящей работе представлены результаты исследования обменных свойств мягких контактных линз (МКЛ) на основе материала «Кемерон-1» по отношению к широко применяемому в офтальмотерапии лекарственному препарату «Ципромед» (0,3 % раствор ципрофлоксацина).
Исследование проводилось спектрофотометрическим методом, основанным на измерении собственного поглощения ципрофлоксацина при 277 нм в солянокислой среде. Показано, что градуировочная зависимость линейна в исследованном диапазоне концентраций (от 9,00*10-7 моль/л до 2,17*10-5 моль/л). Предел обнаружения ципрофлоксацина составляет 1,99·10-7 моль/л.
Экспериментальное значение молярного коэффициента поглощения (43500
400) М–1·см-1 близко
к приведенному в литературе (44800).
В работе показано, что насыщение МКЛ ципрофлоксацином в статических условиях достигается к 2-3 часам. Сорбционная емкость составляет 15 мг/г безводного полимера. При изучении десорбции в сменяемые объемы воды или физраствора установлено, что степень десорбции близка к 100 %. Это свидетельствует об обратимом характере сорбционных процессов.
Полученные результаты позволяют говорить о возможности пролонгированного введения препарата в ткани глаза с использованием МКЛ из материала «Кемерон-1» в качестве транспортного средства.
1. Введение
2. Литературный обзор
2.1 Химическая природа антибиотиков
2.2 Механизм действия антибиотиков
2.3 Химическая модификация антибиотиков
2.4 Фторхинолоны как один из классов антибиотиков нового поколения
2.4.1 Отличие фторхинолонов от других групп антибактериальных агентов
2.4.2 Механизм действия фторхинолонов
2.4.3 Применение фторхинолонов и связанные с этим проблемы
2.5 Методы определения ципрофлоксацина – антибиотика фторхинолонового ряда
2.5.1 Определение содержания ципрофлоксацина методом вэжх
2.5.2 Определение ципрофлоксацина методом тсх
2.5.3 Определение антибиотиков фторхинолонового ряда с помощью тест – систем ridascreen enro/cipro
2.5.4 Определение содержания ципрофлоксацина спектрофотометрическим методом
2.6 Общие сведения о контактных линзах
2.6.1 Состав мягких контактных линз
2.6.2 Свойства мягких контактных линз
2.6.3 Классификация материалов мягких контактных линз
2.6.4 Применение мягких контактных линз
3. Экспериментальная часть
3.1 Характеристика объекта исследования
3.2 Реактивы и аппаратура, используемая в работе
3.3. Методика обработки результатов
3.4 Методики проведения эксперимента
3.4.1 Методика определения содержания ципрофлоксацина в глазных каплях спектрофотометрическим методом
3.4.2 Методики исследования сорбции и десорбции ципрофлоксацина
4. Результаты эксперимента и их обсуждение
4.1 Уф - спектр ципрофлоксацина
4.2 Характеристики градуировочной зависимости для определения ципрофлоксацина
4.3 Результаты исследования обменных свойств мкл и их обсуждение
4.3.1 Результаты исследования сорбции ципрофлоксацина мкл
4.3.2 Результаты исследования десорбции ципрофлоксацина мкл
5. Выводы
6. Список литературы:
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
1. Введение
Одной из важных проблем в современной медицине, имеющей большое социальное значение, является лечение органов зрения. В частности, рассматриваются вопросы о совместимости и эффективности мягких контактных линз с антибиотиками, применяемыми при этом лечении.
Мягкие контактные линзы (МКЛ) были созданы чехословацкими учеными Вихтерле и Лимом в 1960 году. Контактные (т.е. надевание непосредственно на глазное яблоко под веки) линзы получили в последнее время большое распространение для улучшения зрения при близорукости, дальнозоркости, астигматизме. В разных странах ими пользуется от 2 до 10% населения. Мягкие контактные линзы (МКЛ) изготавливают из гидрофильных полимеров, которые легко поглощают воду до определенной максимальной концентрации, уровень которой определяется такими физическими параметрами как температура, давление, рН и др. Гидрогелем называется состояние полимерного каркаса с включенной в него водой. Полимерный каркас может содержать различные гидрофильные группы (гидроксильные, амидные, лактамные, карбоксильные) и поперечные сшивки, которые и определяют равновесное состояние наполненного водой гидрогеля.
В основном МКЛ используют для коррекции зрения, для усиления или изменения цвета глаз и как бандажное средство в офтальмотерапии [1]. Известно также, что МКЛ, пропитанные лекарственными веществами, продлевают их лечебное действие и вследствие этого являются более эффективным методом введения препаратов в глаз по сравнению с инстилляционным. Возможность применения МКЛ в качестве средства для введения лекарственных веществ в орган зрения зависит от сорбции данного вещества материалом линзы и последующей десорбции [2,3].
Человек постоянно совершенствует разнообразные материалы, ищет новые области их применения. С полным основанием это относится и к полимерным гидрогелям. В проблемной научно-исследовательской лаборатории КемГУ разработан высокогидрофильный полимерный материал для МКЛ Кемерон-1, признанный соответствующим зарубежным аналогам и рекомендованный к промышленному производству [4]. Кемерон-1 представляет собой сополимер на основе N-винилпирролидона и метилметакрилата, синтезированный в присутствии дивинилового сшивающего агента методом радиационной (гамма-излучение 60Co) блочной полимеризации.
Помимо традиционных направлений применения линз из этого материала предствляет интерес их использование для непосредственного введения лекарственных препаратов в орган зрения, в том числе антибиотиков фторхинолонового ряда. В настоящее время известны фторхинолоны четырех поколений. Они обладают широчайшим спектром антимикробного действия в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, сравнительно низкой токсичностью, хорошей фармакокинетикой [5]. «Золотым стандартом» фторхинолонов II поколения стал ципрофлоксацин [6].
Целью дипломной работы является изучение транспортных свойств МКЛ из материала «Кемерон» по отношению к антибиотику фторхинолонового ряда ципрофлоксацину.
В работе были поставлены следующие задачи:
1. Поиск и апробация чувствительной методики для определения ципрофлоксацина.
2. Исследование обменных свойств МКЛ из материала «Кемерон» по отношению к ципрофлоксацину путем изучения динамики сорбции ципрофлоксацина МКЛ из препарата и динамики десорбции из МКЛ в воду или физраствор.
2. Литературный обзор
2.1 Химическая природа антибиотиков
К настоящему времени выделено и описано достаточно много антибиотиков, причем для многих из них установлена химическая структура. Для идентификации антибиотиков с неизвестной структурой используют особенности их действия и физико-химические свойства [5]. Согласно имеющейся информации, антибиотики в химическом отношении представляют очень гетерогенную группу [6].
1. Молекулярная масса антибиотиков варьируется от 150 до 5000.
2. Молекулы одних антибиотиков состоят или только из углерода и водорода, или чаще из углерода, кислорода, водорода и азота; другие антибиотики содержат также атомы серы, фосфора или галогенов.
3. В молекулах антибиотиков представлены почти все функциональные группы, известные в органической химии (гидроксильная, карбоксильная, карбонильная, азотсодержащие функциональные группы и т. д.), а также структуры, характерные для органических веществ (алифатические и алициклические цепи, ароматические кольца, гетероциклы, углеводы, полипептиды и т. д.).
Общим для всех антибиотиков является то, что это твердые органические вещества. Почему практически отсутствуют жидкие антибиотики – не вполне ясно. При комнатной температуре в твердом состоянии находятся обычно высокомолекулярные вещества или вещества, молекулы которых содержат несколько полярных групп [6]. Обычно антибиотики действительно содержат полярные группы, участвующие во взаимодействии с макромолекулами бактерий, что и приводит к подавлению роста последних. Возможно, именно поэтому даже низкомолекулярные антибиотики являются твердыми веществами [7].
2.2 Механизм действия антибиотиков
Антибиотики подавляют рост чувствительных к ним микроорганизмов, ингибируя функции макромолекул, необходимых для жизнедеятельности клетки, таких как ферменты или нуклеиновые кислоты [16]. Молекула антибиотика связывается со специфическим участком макромолекулы - мишени, образуя нефункциональный молекулярный комплекс.
Чтобы определить механизм действия антибиотика, нужно выявить макромолекулу - мишень и установить ее функции. Обычно легче выяснить, какая функция нарушена, чем определить, какая макромолекула является мишенью [8]. Поэтому считают, что антибиотики подавляют синтез клеточной стенки, белка или РНК, репликацию ДНК или функционирование мембран, в зависимости от того, что является первичным эффектом антибиотика.
Некоторые антибиотики представляют собой антиметаболиты, действующие по типу конкурентных ингибиторов [6]. По структуре они близки к нормальным метаболитам, таким как аминокислоты или коферменты, и, связываясь с ферментом, для которого нормальный метаболит является субстратом или кофактором, инактивируют его.
Избирательность действия антибиотиков и, следовательно, причина подавления роста только определенных типов клеток обычно связаны с механизмом их действия [7].
2.3 Химическая модификация антибиотиков
У сравнительно сложных веществ, к которым относятся и некоторые антибиотики, определенные компоненты структуры или химические группировки непосредственно участвуют в образовании комплекса с макромолекулой - мишенью. Другие структурные компоненты или группировки не принимают прямого участия во взаимодействии с мишенью, и их можно модифицировать без значительного изменения активности препарата [7].
Благодаря таким изменениям структуры удается модифицировать некоторые физико-химические свойства молекулы антибиотика, в частности растворимость в воде или липидах, что сильно сказывается на фармакокинетике препарата и, следовательно, на возможности его использования в лечебных целях [6]. Те же самые свойства (растворимость в воде или липидах и т. д.) могут влиять на спектр действия препарата, поскольку от них зависит его способность проникать в клетку.
Изменения свойств молекулы, которые не влияют на ее активность, на молекулярном уровне, т. е. на способность антибиотика образовывать комплекс с макромолекулой в бактериальной клетке, имеют важное значение для биологической активности in vivo и для практической ценности этого антибиотика [4]. Более или менее значительные модификации исходной молекулы могут сопровождаться существенными изменениями ее способности проникать через клеточную мембрану, поступать в ткани организма хозяина, а также восприимчивости к действию различных ферментов [1].
В 50-х годах 20 века к возможности значительного улучшения лечебных свойств антибиотиков с помощью химической модификации природных продуктов относились весьма скептически [7]. Эти взгляды основывались на безуспешности попыток модификации препаратов, применявшихся в то время, и на убеждении, что невозможно повысить активность природного продукта.
Первый аргумент был совершенно неправомочен, поскольку при этом подразумевалось, что все антибиотики являются представителями одного класса, и свойство, справедливое только для некоторых случаев, приписывалось всем антибиотикам. Что же касается высказывания о том, что природу невозможно улучшить, то это действительно так, если речь идет о продукте, являющемся результатом естественного отбора, действующего в течение миллионов лет [8]. Однако в случае антибиотиков этот естественный отбор так или иначе был направлен на выживание организма - продуцента в природной среде обитания, но, конечно, не на повышение терапевтической активности антибиотика, а именно это последнее и является для нас мерой «улучшения» [7].
Из всего сказанного ясно, почему получили столь широкое развитие работы по химической модификации природных антибиотиков, сыгравшие в последние годы важную роль в создании новых терапевтических препаратов. Действительно, сегодня многие антибиотики, применяемые в клинике, являются полусинтетическими [6].
2.4 Фторхинолоны как один из классов антибиотиков нового поколения
Принципиально новым классом сильнодействующих антибактериальных препаратов являются соединения фторхинолонового ряда.
В конце ХХ столетия среди основных химиотерапетических средств для лечения инфекций одно из важных мест заняли фторхинолоны – большая группа высокоэффективных антимикробных препаратов с широкими показаниями к применению [5]. Термин «фторхинолоны» (наиболее точно – 6-фторхинолоны) характеризует принадлежность препаратов к классу хинолонов (или родственным по структуре соединениям) с наличием атома фтора в молекуле, причем в строго определенном положении 6 хинолонового цикла.
Все препараты класса хинолонов, независимо от наличия или отсутствия фтора в молекуле, объединены единым механизмом действия на микробную клетку: их основной мишенью является ДНК-гираза – один из ключевых ферментов клетки, определяющий нормальный процесс биосинтеза ДНК и деления клетки. Поэтому данный класс веществ часто обозначают общим термином - ингибиторы ДНК-гиразы [8].
В медицинской химии существует более широкое понятие класса хинолонов, структурной основой которого является фрагмент 1,4-дигидро-4-оксо-3-хинолинкарбоновой кислоты. Начало этому классу химиопрепаратов было положено в 1962 году с внедрением в медицинскую практику налидиксовой кислоты (невиграмона), а затем ее близких структурных аналогов: оксолиниевой, пиромидиевой и пипемидиевой кислот [6].
Представители первого поколения хинолонов:
Налидиксиновая кислота Оксолиниевая кислота (грамурин) [6]
(невиграмон, неграм)
Нефторированные хинолоны (первое поколение) имеют ограниченный спектр действия с преимущественной активностью в отношении некоторых грамотрицательных бактерий, главным образом из группы энтеробактерий. Особенности фармакокинетики нефторированных хинолонов позволяют применять эти препараты при чувствительном возбудителе только для лечения инфекций мочевыводящих путей и некоторых кишечных инфекций [16]. Достаточно быстрое развитие лекарственной резистентности к нефторированным хинолонам у клинических штаммов бактерий существенно ограничивает их применение в клинике, хотя некоторые препараты этой группы до сих пор представлены на фармацевтическом рынке (например, налидиксовая кислота, оксолиниевая кислота, пипемидиевая кислота) [6].
Принципиально новые по степени активности, широте антимикробного спектра и особенностям фармакокинетики соединения получены при введении в молекулу хинолона атома фтора в положение 6 цикла и строго определенных заместителей в положение 7 (шестичленный пиперазинильный радикал или его аналоги) [7]. Относительно невысокая токсичность полученных соединений позволила разработать серию высокоактивных антимикробных препаратов, некоторые из которых уже прочно вошли в мировую клиническую практику и определили формирование важнейшей группы антимикробных препаратов – фторхинолонов [8].
