СКАЧАТЬ (32.4 Кб в архиве, формат - MS Word) |
|
ПРИ ПУБЛИКАЦИИ МАТЕРИАЛОВ ССЫЛКА НА ИСТОЧНИК ОБЯЗАТЕЛЬНА !!! |
|
ХИТОЗАН КАК ПАРАФАРМАЦЕВТИК
В. Н. Цыган, доктор медицинских наук, профессор,член-корреспондент РАЕН
К. Д. Жоголев, кандидат медицинских наук
В. Ю. Никитин, кандидат медицинских наук
Военно-медицинская академия, Санкт-Петербург
В настоящее время во всем мире отмечается возрастание интереса специалистов к препаратам на основе хитина ракообразных, его производным и возможностям их использования в различных областях медицины. Это связано с биологическими свойствами данных биополимеров, которые позволяют отнести их к группе парафармацевтиков – природных веществ, обладающих выраженной фармакологической активностью. Производные хитина биосовместимы и биоразрушаемы до обычных для организма веществ (N-ацетилглюкозамин или глюкозамин), обладают иммуномодулирующим, адъювантным, противомикробным, фунгистатическим, противоопухолевым, радиозащитным, противовоспалительным, липотропным, антихолестерическим, гемостатическим действием. Наибольший интерес к хитину и его производным отмечается в тех странах, где имеются источники сырья для его производства – продукты моря. В нашей стране для получения таких препаратов есть уникальные источники сырья (продукты переработки крабов, криля, креветок, а также отходы микробиологической промышленности).
Хитин (поли-N-ацетил-D-глюкозамин) является широко распространенным в природе биополимером. По своим физико-химическим свойствам хитин сходен с целлюлозой, однако наличие в молекуле хитина ацетамидных групп придает этому полиаминосахариду особые и очень ценные в практическом отношении свойства. Среди производных хитина наибольший интерес представляет его дезацетилированный продукт – хитозан-поли [(1-4)-2-амино-2-дезокси-b-D-глюкозa], описанный в 1894 г. Обычно полного дезацетилирования достигнуть не удается, и в состав хитозана входит небольшое количество N-ацетилглюкозаминных звеньев.
Хитин впервые обнаружен в крыльях майского жука в 1823 году. Это вещество представляет собой полисахарид, содержащий аминосахар и состоящий из неразветвленной цепи b-(1-4)-связанных остатков 2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкозы (N-ацетил-D-глюкозамина). Он встречается в организмах некоторых животных и растений, преимущественно у ракообразных, насекомых и в грибах. Так, например, содержание этого биополимера у беспозвоночных может достигать 85% от веса наружных покровов. Несмотря на то, что хитин и хитозан известны давно, интенсивное и планомерное изучение этих полисахаридов (ПС) началось только в последние два десятилетия.
В настоящее время хитину и хитозану, их производным посвящена многочисленная литература, всемирные и европейские конгрессы, азиатско-тихоокеанские симпозиумы, активно работает европейское хитиновое общество. У нас в стране, начиная с 1983 г., проведено шесть всесоюзных и международных конференций по данной проблеме. В октябре 2001 г. в
г. Щелково Московской области состоялись VI Международная конференция "Новые достижения в исследовании хитина и хитозана" и I съезд Российского хитинового общества (РХО).
Для практического применения хитина и хитозана важны такие их свойства, как гидрофильность, растворимость, способность к набуханию. Хитин и хитозан способны сорбировать значительное количество воды (2-5 молекул на одно мономерное звено), которое находится в аморфных областях полимеров. Хитозан легко растворяется в водных растворах как минеральных, так и органических кислот.
Особого внимания заслуживает применение хитина и хитозана в медицине. В экспериментах на животных показано, что токсичные свойства хитозана проявляются лишь при доведении ежедневной дозы препарата до 18 г/кг. Установлено, что безопасно введение в ежедневный рацион крыс до 5% хитозана (Muzzarelli R.A., 1986). Одобрено применение хитозана в качестве пищевой добавки в продукты для людей. Показано, что важную роль в биологической дезинтеграции хитина in vivo играет лизоцим. Этот механизм осуществляет гидролиз олигомеров хитина до N-ацетилглюкозаминов и аминосахара, которые могут в дальнейшем объединяться для синтеза гликопротеинов или выделяться (например, в виде СО2). В работе Н. Sashiva et al. (1990) было показано, что наибольшей чувствительностью к лизоциму обладает препарат хитозана ДАС-70 (степень дезацетилирования 70%). Таким образом, хитин и продукты его разрушения естественны и безвредны.
В последнее время производные хитина с успехом используются в фармацевтической промышленности. Их применяют для повышения скорости растворения плохорастворимых лекарственных средств, например, гризеофульвина, преднизолона и других. Совместное измельчение этих препаратов дает возможность резко, в десятки раз, повысить скорость растворения лекарств в водном растворе соляной кислоты, имитирующем среду желудка. При этом повышается и степень всасывания лекарственного вещества. Производные хитина добавляют к фармакологическим средствам с целью регулирования высвобождения лекарственных веществ и создания препаратов пролонгированного действия: аспирина, индометацина, гидрохлорида папаверина, тестостерона и др. При этом наблюдается замедленное высвобождение лекарств, что объясняется гелеобразующими свойствами хитозана. В кислой среде хитозансодержащие лекарственные формы набухают и плавают на поверхности. Благодаря этому можно избежать повреждения слизистой оболочки желудка при использовании таких лекарств, как аспирин и индометацин. 6-0-карбоксиметилхитин, несущий пилокарпиннитрат, перспективен для создания биоразрушаемых мембран – оболочек лекарств.
В онкологии хитозан применяется для транспортировки лекарственных веществ, в основном цитостатиков, например, 5-фторурацила. При этом биопереработанный хитозан способен селективно собираться вокруг раковых клеток и ингибировать их рост. M. Sato et al. (1996) для торможения опухолевого роста с успехом применяли водорастворимые конъюгаты митомицина С с препаратами хитозана.
J. Murata et al. (1990) изучали возможность применения
6-0-сульфат-хитина с высокой степенью сульфатирования и содержанием карбоксиметиловых групп (SCM-химически модифицированный гепариноидный хитин) в онкологической практике. В модельных опытах на мышах ими показано, что этот препарат эффективен против спонтанных легочных метастазов, он уменьшает миграцию раковых клеток с белками межклеточного вещества, ингибирует гепариназу опухолевых клеток, с помощью которой разрушаются межклеточное вещество и базальная мембрана клеток. В дальнейших исследованиях было показано, что ингибирование опухолевых метастазов в легких SCM-хитином-III может быть связано с торможением развития сосудистой сети в ткани опухоли.
М. Sosa et al. (1991) выяснили, что N-карбоксиметилхитозан-N, O-сульфат – сульфатированный полисахаридный дериват хитина, тормозит развитие вируса человеческого иммунодефицита типа 1 (HIV-1) в человеческих CD4+ -клетках и также вируса мышиной лейкемии, вызванной вирусом (RLV) Rausher в мышиных фибробластах.
Г. В. Корнилаева и соавт. (1995) связывают механизм действия сульфопроизводных хитозана при ВИЧ-инфекции, как и других сульфатированных полисахаридов, в основном с блокированием взаимодействия вирусного глико-протеида gpl20 с клеточным рецептором CD4, что приводит к нарушению процессов адсорбции, играющих критическую роль в развитии ВИЧ-инфекции. Обнаружено, что сульфатированные полимеры непосредственно воздействуют на вирусный гликопротеид gpl20, тогда как другие полианионные ингибиторы ВИЧ-инфекции, например, ауринтрикарбоновая кислота, взаимодействуют в основном с CD4-рецептором клетки-мишени.
Как известно, при ВИЧ-инфекции в результате взаимодействия CD4-gpl20 происходит образование синцития – лавинообразное слипание инфицированных клеток с незараженными здоровыми клетками. Считают, что одна ВИЧ-инфицированная клетка способна разрушить таким образом более 500 незараженных CD4-клеток. Большинство же сульфополисахаридов, конкурентно связываясь с gpl20, блокируют специфическое связывание CD4-gpl20, подавляя тем самым слияние клеток и эффективно ингибируя образование синцития.
Учитывая то, что сульфатированные производные хитозана обладают также выраженными иммуномодулирующими свойствами, усиливают кооперацию В-лимфоцитов, Т-хелперов и способны замещать функцию Т-хелперов, можно предположить, что при соответствующем дизайне молекулярной структуры сульфатированных полисахаридов возможно получение универсального класса соединений одновременно с антивирусными и иммуномодулирующими свойствами, что открывает новые подходы в терапии ВИЧ-инфекции.
Производные хитина и хитозана, как и другие полисахариды (ПС) оказывают выраженное влияние на иммунитет и неспецифические факторы защиты организма (Nishimura К. et al., 1984). Механизм стимулирующего влияния ПС на иммуногенез связывают с адъювантным действием полимеров, с их способностью оказывать влияние на процессы, происходящие на начальных этапах иммуногенеза, по-видимому, на этапе захвата антигена макрофагами и передачи антигенной информации В-лимфоцитам. Установлено, что различные по своему происхождению ПС способствуют захвату антигена макрофагами, накоплению его в лизосомной фракции, более длительному хранению антигена в организме и тем самым проявляют свои иммуноадъювантные свойства. Увеличение времени контакта антигена с макрофагами приводит к усилению иммунологического стимула. Кроме влияния на звено иммуногенеза, связанного с макрофагами, ПС различного происхождения вызывают изменения миграции и кооперативных взаимодействий клеток, участвующих в иммунном ответе. Эффекты стимуляции клеточных взаимодействий, вызываемые полисахаридами, могут быть опосредованы через систему комплемента.
В литературе имеются сведения об активации продукции препаратами хитина и хитозана ряда цитокинов. Так, М. Otterlei et al. (1994) отмечали выработку под действием препаратов хитозана моноцитами человека фактора некроза опухоли альфа (ФНО-a). Т. Mori et al. (1994) in vitro в культуре фибробластов определяли индукцию препаратами хитина и его дериватов интерлейкина-8. Y. Shibata et al. (1997) на основании данных, полученных in vivo и in vitro, пришли к выводу о том, что активация альвеолярных макрофагов у мышей под действией препаратов хитина отчасти опосредуется через g-интерферон, продуцируемый NK- и CD4-клетками.
В работах В. Ю. Скворцова и соавт. (1985) показано, что хитозан (молекулярная масса 150 kDa) усиливает первичный и вторичный гуморальный иммунный ответ на эритроциты барана (ЭБ) в 2-10 раз при введении его мышам разных линий. Сходные результаты получены и в работе О. А. Взнуздаевой и соавт. (1984), где установлено, что хитозан (молекулярная масса 120 kDa) стимулирует выработку антителообразующих клеток (АОК) на введение ЭБ у мышей линии СВА, причем стимулирующий эффект хитозана зависел от дозы препарата и стадии иммуногенеза. Показано, что введение хитозана мышам разных линий приводит к относительному нивелированию генетических различий в силе иммунного ответа на ЭБ, т.е. введение хитозана позволяет осуществлять фенотипическую коррекцию иммунного ответа. Указанный эффект, по-видимому, обусловлен способностью данного ПС влиять на процессы, находящиеся под контролем генов иммунного ответа: миграцию стволовых клеток, пролиферацию, дифференцировку и кооперативные взаимодействия субпопуляций лимфоидных клеток и т.д. (Петров Р. В. и соавт., 1981). Авторами указанных выше работ предполагается также, что иммуностимулирующее действие хитозана опосредуется по крайней мере двумя путями: с одной стороны, путем активации макрофагов к фагоцитозу и синтезу факторов, стимулирующих В-клетки в присутствии антигена, и, с другой стороны, путем прямой активации предшественников Т-хелперов комплексами хитозана с антигеном или эритроцитами, спонтанно образующимися в организме.
На основании данных, полученных многими авторами, предполагается, что хитозан обладает тем же механизмом действия, что и синтетические полиэлектролиты, т.е. обеспечивает более тесное контактное взаимодействие между иммунокомпетентными клетками, что приводит к усилению иммунного ответа.
К сожалению, в нашей стране, обладающей огромным сырьевым потенциалом и производственной базой для получения хитина и хитозана, до сих пор не создано ни одной лекарственной формы на их основе. В связи с этим нами были проведены исследования по разработке препаратов на основе хитина и хитозана и изучению механизмов действия этих препаратов на иммунную систему, играющую наиболее важную роль в реализации лечебного действия лекарственных средств, созданных на основе природных полисахаридов (Коваль Ю.Ф. и соавт., 1992; Жоголев К.Д., Никитин В.Ю., 1998; Nikitin V.Yu., Zhogolev K.D., Bulankov Yu.L, 1994; Жоголев К.Д. и соавт., 2001).
Исследование механизмов стимулирующего эффекта хитозана показало, что выраженный общеклинический эффект препарата может быть в большой степени обусловлен активизацией фагоцитарной активности макрофагов. Именно этот механизм обеспечивает запуск целого ряда каскадных реакций, отвечающих за скорость формирования и выраженность специфического гуморального иммунитета (Коваль Ю.Ф. и соавт., 1992).
Проведенные нами исследования свидетельствуют также об эффективности применения препаратов хитозана при раневой болезни. Анализ данных, полученных при изучении влияния нескольких лекарственных форм хитозана (раствор, гель, пленка) на процесс заживления кожной раны у крыс и кроликов, показал, что применение геля обеспечивает достоверное ускорение процесса репарации кожи (Жоголев К.Д., Никитин В.Ю., Буланьков Ю.И., 1996).
Хитозан в виде губки оказался эффективным стимулятором остеогенеза, что показано при моделировании костного дефекта нижней челюсти у кроликов (Иорданишвили А.К. и соавт., 1994). Исследование механизмов стимулируюшего эффекта хитозана показало, что в основе его лежит активация фазы биологического очищения раны. Это объясняется прежде всего повышением функциональной активности фагоцитов: ускорением миграции фагоцитов в рану (очаг воспаления), а также усилением фагоцитарной активности макрофагов вследствие увеличения положительного заряда их поверхностной мембраны и активации механизмов кислородзависимой бактерицидности (Жоголев К.Д. и соавт., 1992; 1996; Kosaka T. et al., 1996).
Во многих странах мира одобрено применение хитозана в качестве биологически активной добавки к пище. У нас в стране также ведутся работы по изучению возможности использования хитозана в качестве парафармацевтика – природного вещества, обладающего специфической фармакологической активностью.
Для применения хитозана в качестве пищевых добавок важны такие его свойства, как сочетание безвредности и биологической активности. Особое значение придается липотропному действию хитозана как важному фактору, способствующему противостоянию грозной сердечно-сосудистой патологии алиментарными средствами, что является одной из ведущих задач науки о питании.
Весьма полезными качествами хитозана при использовании его в пищевых целях являются его сорбционные свойства и способность восстанавливать микробный пейзаж кишечника. Первичные аминогруппы хитозана либо его комплексов обеспечивают связывание ионов тяжелых металлов и радионуклидов, в десятки раз превосходя по эффективности ионнообменные смолы (Тесленко А.Я. и соавт., 1992). Способность хитозана образовывать полиэлектролитные комплексы с анионными полимерами может использоваться для связывания и выведения из организма различных токсинов.
Механизм действия хитозана на патогенную микробную флору предположительно связывают с нарушением этим адсорбентом целостности наружной микробной мембраны, в состав которой входят липополисахариды, гликопротеиды и фосфолипиды. Нарушение защитной микробной оболочки способствует большей уязвимости микроорганизма и повышению его чувствительности к антибиотикам. Так, адсорбент на основе сшитого гранулированного хитозана с иммобилизированным полимиксином В практически не влияет на скорость роста микробных колоний, однако повышает доступность практически всех антибактериальных препаратов к синегнойной палочке и другим патогенным микроорганизмам, способствуя тем самым их лизису.
В настоящее время уже налажено производство ряда биологически активных добавок (БАД) к пище на основе хитозана. Так, Санкт-Петербургской Университетской Инновационной Компанией "ЛИТОРАЛЬ" предложена биологически активная добавка к пище (БАД) "ХИТОЗАН Альга плюс" (Жоголев К.Д. и соавт., 2000; Цыган В.Н. и соавт., 2001), приготавливаемая из мелкодисперсного порошка хитозана, полученного из панциря камчатского краба и бурых морских водорослей (морская капуста и фукус). "ХИТОЗАН Альга плюс" является антиоксидантом, повышает неспецифическую резистентность организма к действию неблагоприятных факторов среды. Показана его способность стимулировать рост бифидобактерий и полезной кишечной флоры, выявлены противоопухолевые свойства. Аминогруппы хитозана обуславливают его липотропные и эмульгирующие свойства, эффективно связывают жиры, способствуя их выведению из организма и снижению уровня холестерина в крови. Хитозан способен активно сорбировать молекулы органической и неорганической природы, эффективен при повышенной токсической нагрузке, пищевых отравлениях и различных интоксикациях. "ХИТОЗАН Альга плюс" улучшает общую функцию и регулярность работы кишечника, обладает антацидным и противоязвенным действием. Кроме того, хитозан обогащает организм биодоступным легкоусвояемым кальцием, что приобретает особое значение при лечении остеопатий различного генеза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Взнуздаева О.А., Зверева Г.А., Молодцов Н.В. Влияние хитозана на IgM и IgG антителообразующие клетки у мышей // Иммунология. – 1984. – № 1. – С. 53–55.
2. Жоголев К.Д., Никитин В.Ю. Экспериментально–лабораторное изучение иммуномодулирующих свойств препаратов хитина и хитозана // Иммунология. – 1998. – № 6. – С. 53–54.
3. Жоголев К.Д., Никитин В.Ю., Буланьков Ю.И. Изучение влияния препаратов хитина и хитозана на течение раневого процесса // Актуальные проблемы гнойно-септических инфекций. – СПб., 1996.– С. 36–37.
4. Жоголев К.Д., Никитин В.Ю., Цыган В.Н., Егоров В.Н. Хитозан в медицине и рациональном питании. Серия: Медицина ХХI века – СПб., 2000., – 24 с.
5. Жоголев К.Д.,. Никитин В.Ю, Цыган В.Н., Егоров В.Н. Разработка и изучение некоторых лекарственных форм препаратов на основе хитозана // Новые достижения в исследовании хитина и хитозана. – М.: Издательство ВНИРО, 2001. –
С.163–167.
6. Иорданишвили А.К., Мадай Д.Ю., Голобов В.Г., Жоголев К.Д. и соавт. Экспериментальное изучение влияния на репаративный остеогенез препарата на основе хитозана // Современные принципы и методы лечения стоматологических больных. – СПб., 1994. – С. 32–33.
7. Коваль Ю.Ф., Жоголев К.Д., Никитин В.Ю., Буланьков Ю.И., Десятова А.В. Медико–биологические аспекты использования хитина, хитозана и их производных // Совершенствование производства хитина и хитозана из панцирьсодержащих отходов криля и пути их использования. – М., 1992. – С. 30–36.
9. Скворцов В.Ю., Мастернак Т.В., Кириллина Е.А., Молодцов Н.В. Влияние хитозана на индукцию иммунного ответа на эритроциты барана в сингенной и аллогенной системах переноса "иммунных" макрофагов // Иммунология. – 1985. – № 5. – С. 79–81.
10. Тесленко А.Я., Воеводина И.Н., Николаева С.В. Использование хитинсодержащих сорбентов для решения экологических задач // Совершенствование производства хитина и хитозана из панцирьсодержащих отходов криля и пути их использования. – М.: ВНИРО, 1992. – С. 99–104.
11. Цыган В.Н., Жоголев К.Д., Никитин В.Ю. Хитозан как компонент парафармацевтиков в иммуноориентированной терапии // Концептуальные вопросы питания населения и военнослужащих.– СПб., 2001. – Т. 2.– С. 37–43.
12. Kosaka T., Kaneko Y., Nakada Y. et al. Effect of chitosan implantation on activation of canine macrophages and polymorphonuclear cells after surgical stress // J. Vet. Med. Sci. – 1996. – Vol. 58, № 10. – P. 963–967.
13. Mori T., Okumura M., Matsuura M. et al. Effects of chitin and its derivatives on the proliferation and cytokine production of fibroblasts in vitro // Biomaterials. – 1997. – Vol. 18, № 13.
– P. 947–951.
14. Murata J., Saiki I., Matsuno K. Inhibition of tumor cell arrest in lungs by antimetastatic chitin heparinoid // Jpn. J. Cancer Res. – 1990. – Vol. 81, № 5. – P. 506–513.
15. Muzzarelli R.A.A., Jeuniaux C., Gooday G.W. Chitin in nature and technology. – Plenum Press, New York, 1986. – 420 p.
16. Nikitin V.Yu., Zhogolev K.D., Bulankov Yu.I., Nudga L.A. Immunological activity of chitosan and its derivatives // International Journal of Immunorehabilitation. – 1994. – № 1. – P. 254–255.
17. Nishimura K., Nishimura S., Nishi N. Immunological activity of chitin and its derivatives // Vaccine. – 1984. – Vol. 2, № 1. – P. 93–99.
18. Otterlei M., Varum K.M., Ryan L. et al. Characterization of binding and TNF–alpha–inducing ability of chitosans on monocytes: the involvement of CD14 // Vaccine. – 1994. – Vol. 12, № 9. – P. 825–832.
19. Sashiwa H., Saimoto H., Shigemasa Y. Lysozyme susceptibility of partially deacetylated chitin // Int. J. Biol. Macromol. – 1990. – Vol. 12, № 5. – P. 295–296.
20. Sato M., Onishi H., Takahara J., et al. In vivo drug release and antitumor characteristics of water–soluble conjugates of mitomycin C with glycol–chitosan and N–succinyl–chitosan // Biol. Pharm. Bull. – 1996. – Vol. 19, № 9. – P. 1170–1177.
21. Shibata Y., Foster L.A., Metzger W.J. et al. Alveolar macrophage priming by intravenous administration of chitin particles, polymers of N–acetyl–D–glucosamine, in mice // Infect. Immun. – 1997. – Vol. 65, № 5. – P. 1734–1741.
22. Sosa M.A., Fazely F., Koch J.A. et al. N–carboxymethylchitosan–N, O–sulfate as an anti–HIV–1 agent // Biochem. biophys. Res. Commun. – 1991. – Vol. 174, № 2. –
P. 489–496.