Сополимеры на основе n-винилпирролидона
Изобретение относится к химии биологически активных полимеров. Предложены сополимеры на основе N-винилпирролидона, представленные общей формулой (I):
где мономерное звено М представляет фрагмент 2-метил-5-винилтетразола (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридина (МВП):
и содержание мономерных звеньев n составляет 25-90 мол.%, а средневязкостная молекулярная масса Мµ сополимера зависит от природы М (при М=МВТ 100-250 кДа, при М=МВП 46-150 кДа). Сополимеры применимы в качестве адьювантов при производстве вакцин. Технический результат - получение нетоксичных сополимеров, обладающих адъювантной активностью. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Область техники
Изобретение относится к области химии биологически активных полимеров. Более конкретно, изобретение относится к сополимеру на основе N-винилпирролидона, представленному общей формулой (I):
где мономерное звено М представляет фрагмент 2-метил-5-винилтетразола (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридина (МВП):
и содержание мономерных звеньев n составляет 25-90 мол.%, а средневязкостная молекулярная масса Мµ сополимера зависит от природы М: если М представляет МВТ, то Мµ=100-250 кДа; если М представляет МВП, то Мµ=46-150 кДа. Сополимер в соответствии с настоящим изобретением, а также смесь таких сополимеров могут быть полезны в качестве адъювантов при изготовлении различных вакцин, например против гриппа.
Уровень техники
Известен сополимер N-винилпирролидона и 5-изопропенил-тетразола с молекулярной массой, определенной методом светорассеяния, равной 85 кДа, в котором содержание 5-изо-пропенилтетразольных звеньев составляет 0,40-0,74 мол. доли, обладающий свойствами иммуноадъюванта поверхностного антигена вирусного гепатита В [1].
Указанный сополимер получают радикальной сополимеризацией 5-изопропенилтетразола и N-винилпирролидона в присутствии динитрила азоизомасляной кислоты в качестве инициатора сополимеризации с одновременной загрузкой всех компонентов реакционной смеси. В одном варианте радикальную сополимеризацию проводят в среде этанола, а целевой продукт выделяют осаждением в диэтиловый эфир. В другом варианте реакцию проводят в водной среде, необязательно с добавлением водного раствора NaOH для повышения рН до 5,5, а целевой продукт выделяют фильтрованием или центрифугированием. В случае добавления щелочи стадии выделения продукта предшествует его осаждение в 0,1 М раствор НСl. Наилучшей адьювантной активностью обладает сополимер, содержащей 0,74 мол. доли 5-изопропенилтетразольных звеньев.
Известны сополимеры N-винилпирролидона и 2-метил-5-винилпиридина со средневязкостной молекулярной массой в диапазоне 29-40 кДа, содержащие 25-40 мол.% 2-метил-5-винилпиридиновых звеньев, обладающие иммуностимулирующим действием [2]. Также описано наличие у этих сополимеров противоопухолевого действия [3].
Указанные сополимеры получают радикальной сополимеризацией N-винилпирролидона и 2-метил-5-винилпиридина в присутствии динитрила азобис-изомасляной кислоты в качестве инициатора сополимеризации, пероксида водорода и циклогексана в качестве регулятора молекулярной массы, а целевой продукт выделяют осаждением в диэтиловый эфир.
Целью данного изобретения является расширение арсенала биологически активных соединений на основе сополимеров N-винилпирролидона, которые могут найти применение в медицине, в частности, в качестве адьювантов при изготовлении вакцин.
Описание изобретения
В соответствии с первым воплощением данного изобретения получают сополимер формулы (I), в котором мономерное звено М представляет МВТ. Для этого проводят радикальную сополимеризацию N-винилпирролидона (N-ВП) и 2-метил-5-винилтетразола (2-М-5-ВТ) в присутствии динитрила азобис-изомасляной кислоты (ДАК) в качестве инициатора сополимеризации в индифферентном растворителе, таком как диметилформамид (ДМФА), с последующим выделением продукта диэтиловым эфиром (ДЭ) или смесью бутилацетата (БА) и циклогексана (ЦТ).
Ввиду большого различия в константах сополимеризации N-ВП и 2-М-5-ВТ, последний быстро расходуется в процессе сополимеризации, поэтому синтез сополимера заданного состава обеспечивается поддержанием постоянного соотношения N-ВП и 2-М-5-ВТ путем компенсации расхода мономеров подпиточной смесью.
Исходная смесь содержит 30-55 масс.% N-ВП, 1-20 масс.% 2-М-5-ВТ и 45-50 масс.% ДМФА. Подпиточная смесь содержит 0-20 масс.% N-ВП, 8-40 масс.% 2-М-5-ВТ и 60-80 масс.% ДМФА. Объем подпиточной смеси вычисляют каждые 20 минут по результатам анализа соотношения концентраций мономеров в реакционной смеси. Экспрессность анализа достигается за счет применения автоматизированного анализатора (АА), в качестве которого может быть использован, например, высокоэффективный жидкостный хроматограф.
В одном варианте изобретения подпиточную смесь готовит и добавляет оператор (аппаратчик), основываясь на данных анализа и регламента синтеза. В другом варианте добавление подпиточной смеси осуществляется автоматически с помощью системы контроля и управления синтезом. Такая система объединяет АА, управляющее устройство и исполнительные устройства. В качестве управляющего устройства может быть использована ЭВМ, реализующая алгоритм управления синтезом, построенный на основе математической модели процесса. В качестве исполнительных устройств могут быть использованы управляемые запорные устройства, например клапаны с пневматическим или электромеханическим приводом.
Реакцию сополимеризации проводят при температуре 60-70°С. По достижении степени конверсии по мономерам около 20% реакционную массу охлаждают до 20°С и осаждают в диэтиловый эфир.
Строение полученного продукта характеризуется, в частности, числом мономерных звеньев МВТ (n). В одном варианте изобретения его вычисляют по данным элементного анализа с учетом стехиометрии сополимера. Получение необходимых для этого расчетных формул доступно среднему специалисту в данной области. В другом варианте изобретения строение полученного продукта определяют по данным ЯМР-спектрометрии, например 1Н-, 13С- или 15N-ЯМР, по соотношениям интегральных интенсивностей сигналов определенных ядер. Решение данной задачи также доступно среднему специалисту в данной области.
Полученный продукт также характеризуется средневязкостной молекулярной массой, которую вычисляют по характеристической вязкости сополимеров. Выбор методики и подбор условий измерения вязкости являются рутинной процедурой, доступной среднему специалисту в данной области. В одном варианте изобретения характеристическую вязкость определяют в растворителе, состоящем из 85 об.% ДМФА и 15 об.% 0,1 М водного раствора LiBr.
В соответствии со вторым воплощением данного изобретения получают сополимер формулы (I), в котором мономерное звено М представляет МВП. Для этого проводят радикальную сополимеризацию N-винилпирролидона (N-ВП) и 2-метил-5-винилпиридина (2-М-5-ВТ) в присутствии динитрила азобис-изомасляной кислоты (ДАК) в качестве инициатора сополимеризации, пероксида водорода и циклогексана в качестве регулятора молекулярной массы. Продукт выделяют осаждением в диэтиловый эфир (ДЭ).
Постоянство соотношения N-ВП и 2-М-5-ВП обеспечивают, компенсируя расход мономеров подпиточной смесью. Подпиточная смесь содержит 7-72 масс.% N-ВП и 28-93 масс.% 2-М-5-ВП. Объем подпиточной смеси вычисляют каждые 20 минут по результатам анализа соотношения концентраций мономеров в реакционной смеси. Реакцию сополимеризации проводят при температуре 65-70°С. По достижении степени конверсии по мономерам около 20% реакционную массу охлаждают до 20°С и осаждают в диэтиловый эфир. Для проведения реакции и исследований, необходимых для контроля ее протекания, а также для определение физико-химических характеристик продукта применяют средства и методы, описанные выше для первого воплощения изобретения.
Сополимер в соответствии с любым из воплощений настоящего изобретения является нетоксичным и обладает адьювантной активностью, что может быть подтверждено исследованиями in vivo. Специалисту в данной области очевиден выбор вирусов и их серотипов, а также подопытных животных, в качестве которых могут быть использованы млекопитающие и птицы. В одном из вариантов млекопитающими являются беспородные белые мыши. В другом варианте млекопитающими являются морские свинки.
В качестве признаков токсического воздействия сополимера на подопытных животных могут рассматриваться, например, гибель, снижение массы тела, изменения походки и поведения, цвета мочи, консистенции экскрементов, состояния глаз и ушей, выпадение зубов и шерсти, а также раздражение кожи в месте введения препарата.
Далее приведены иллюстративные примеры осуществления изобретения, способствующие более точному и полному пониманию его сути. Специалисту в данной области очевидны возможные модификации и замены, например, относящиеся к протоколам исследований, которые не выходят за рамки объема изобретения, определяемые его формулой.
Пример 1. Получение сополимера N-винилпирролидона и 2-метил-5-винилтетразола с выделением продукта диэтиловым эфиром
В реактор загружают исходную реакционную смесь, содержащую 13,24 г N-ВП (51%), 0,625 г 2-М-5-ВТ (3%), 12,5 мл ДМФА (46%) и 0,05 г ДАК. Реакционную массу нагревают до 65-70°С и ведут синтез при данной температуре, периодически отбирая пробы для хроматографического анализа (ВЭЖХ, Сферисорб С-18, 5 мкм, 4,6×250 мм, EtOH/H2O 6:94, 2,5 мл/мин (50°С), 254 нм) и подавая подпиточную смесь, содержащую 1,2 мл N-ВП (12%), 0,8 мл 2-М-5-ВТ (8%), 8,0 мл ДМФА (80%). По достижении степени конверсии по мономерам 20% реакционную массу охлаждают до 20°С и осаждают в 300 мл диэтилового эфира. Целевой продукт выделяют фильтрацией и сушат: сначала при атмосферном давлении при 40-60°С, а затем - в вакуумном сушильном шкафу при 80-90°С. Получают 1,36 г аморфного порошка белого цвета, растворимого в воде, с содержанием звеньев МВТ 48 мол.%.
Примеры 2-3. Синтез и выделение сополимеров осуществляют в условиях, указанных в Примере 1. Состав исходной и подпиточной смесей, выход сополимера, содержание в нем звеньев МВТ (n, мол.%) и его растворимость в воде (РВ) приведены в Таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||
| Пр. | Реакционная смесь | Подпиточная смесь | Выход, г | n, мол.% | РВ | ||||
| N-ВП, г | 2-М-5-ВТ, г | ДМФА, г | N-ВП, г | 2-М-5-ВТ, г | ДМФА, г | ||||
| 2 | 12,99 | 0,688 | 12,5 | 2,0 | 2,0 | 6,0 | 2,95 | 43 | Р |
| 3 | 13,02 | 0,332 | 12,5 | 1,2 | 0,8 | 8,0 | 1,81 | 29 | Р |
| р - растворимый, мр - малорастворимый, нр - нерастворимый. |
Пример 4. Получение сополимера N-винилпирролидона и 2-метил-5-винилтетразола с выделением продукта смесью бутилацетата и циклогексана
В реактор загружают исходную реакционную смесь, содержащую 13,08 г N-ВП (50%), 1,37 г 2-М-5-ВТ (5%), 12,5 мл ДМФА (45%) и 0,05 г ДАК. Реакционную массу нагревают до 65-70°С и ведут синтез при данной температуре, периодически отбирая пробы для хроматографического анализа (ВЭЖХ, Сферисорб С-18, 5 мкм, 4,6×250 мм, EtOH/H2O 6:94, 2,5 мл/мин (50°С), 254 нм) и подавая подпиточную смесь, содержащую 1,0 мл N-ВП (10%), 3,0 мл 2-М-5-ВТ (30%), 6,0 мл ДМФА (60%). По достижении степени конверсии по мономерам 20% реакционную массу охлаждают до 20°С и осаждают в смесь 200 мл БА и 50 мл ЦТ. Целевой продукт выделяют фильтрацией и сушат: сначала при атмосферном давлении при 40-60°С, а затем - в вакуумном сушильном шкафу при 80-90°С. Получают 3,08 г аморфного порошка белого или кремового цвета, растворимого в воде, с содержанием 2-метил-5-винилтетразольных звеньев 56 мол.%.
Примеры 5-6. Синтез и выделение сополимеров осуществляют в условиях, указанных в Примере 4. В Примере 5 для осаждения продукта используют смесь, содержащую 240 мл БА и 60 мл ЦТ. В Примере 6 для осаждения продукта используют смесь, содержащую 240 мл БА и 80 мл ЦТ. Состав исходной и подпиточной смесей, а также выход сополимера, содержание в нем звеньев МВТ (n, мол.%) и его растворимость в воде (РВ) приведены в Таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||||
| Пр. | Реакционная смесь | Подпиточная смесь | Выход, г | n, мол.% | РВ | ||||
| N-ВП, г | 2-М-5-ВТ, г | ДМФА, г | N-ВП, г | 2-М-5-ВТ, г | ДМФА, г | ||||
| 5 | 10,25 | 1,37 | 12,5 | 1,0 | 3,0 | 6,0 | 2,95 | 83 | мр |
| 6 | 7,78 | 5,37 | 15,0 | - | 4,0 | 6,0 | 1,81 | 90 | нр |
| р - растворимый, мр - малорастворимый, нр - нерастворимый. |
Пример 7. Получение сополимера N-винилпирролидона и 2-метил-5-винилпиридина
В реактор загружают исходную реакционную смесь, содержащую 2,50 кг (2,40 л) N-ВП (90,9%), 42 г (44 мл) 2-М-5-ВП (1,5%), 2,8 г (3 мл) 30% водного раствора пероксида водорода (0,1%), 195 г (250 мл) циклогексана (7,1%) и 10 г ДАК (0,4%). Реакционную массу нагревают до 65-70°С и ведут синтез при данной температуре, периодически отбирая пробы для хроматографического анализа (ВЭЖХ, Сферисорб С-18, 5 мкм, 4,6×250 мм, EtOH/H2O 6:94, 2,5 мл/мин (50°С), 254 нм) и подавая подпиточную смесь, содержащую 450 г (433 мл) N-ВП (72%), 172 г (164 мл) 2-М-5-ВП (27,4%), 1,1 г (1 мл) 30% водного раствора пероксида водорода (0,2%) и 2,5 г ДАК (0,4%). По достижении степени конверсии по мономерам 20% реакционную массу охлаждают до 20°С и осаждают в диэтиловый эфир. Целевой продукт промывают на фильтре 2 л ДЭ, выделяют фильтрацией и сушат: сначала при атмосферном давлении при 40-60°С, а затем - в вакуумном сушильном шкафу при 80-90°С. Получают 560 г аморфного порошка белого цвета, растворимого в воде (10 масс.% водный раствор имеет рН 7,1), с содержанием звеньев МВП 25 мол.%.
Примеры 8-11. Синтез и выделение сополимеров осуществляют в условиях, указанных в Примере 7. Состав исходной и подпиточной смесей, а также выход сополимера (Вых.), содержание в нем звеньев МВП (n, мол.%) и его растворимость в воде (РВ) приведены в Таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||||
| Пр. | Реакционная смесь | Подпиточная смесь | Вых., г | n, мол.% | РВ | |||||
| N-ВП, г | 2-М-5-ВП, г | H2О2, г | ЦГ, г | N-ВП, г | 2-М-5-ВП, г | Н2О2, г | ||||
| 8 | 2500 | 42 | 3 | 195 | 450 | 172 | 1 | 565 | 25 | мр |
| 9 | 2500 | 95,8 | 3 | 195 | 352 | 270 | 1 | 558 | 40 | мр |
| 10 | 2500 | 185,2 | 3 | 195 | 180 | 442 | 1 | 550 | 65 | нр |
| 11 | 2500 | 275,6 | 3 | 195 | 43 | 579 | 1 | 542 | 90 | нр |
| р - растворимый, мр - малорастворимый, нр - нерастворимый. |
Пример 12. Исследование острой токсичности сополимеров in vivo
Исследование проводят в группе из 5 здоровых беспородных белых мышей массой 18-20 г. Соединение, полученное в соответствии с каждым из Примеров 1-6, в структуре которого присутствует фрагмент 2-метил-5-винилтетразола, а также в соответствии с каждым из Примеров 7-11, в структуре которого присутствует фрагмент 2-метил-5-винилпирадина, растворяют в стерильном изотоническом растворе NaCl из расчета 10 масс.% и вводят каждому животному 0,4 мл этого раствора. Соединение считают выдержавшим испытание, если через 7 суток наблюдения в группе не погибло ни одно животное. В данном исследовании не было гибели животных.
Пример 13. Исследование in vivo аномальной токсичности противогриппозной вакцины, содержащей сополимеры в соответствии с изобретением
Аномальную токсичность исследуют при однократном введении одной прививочной дозы вакцины (0,5 мл) белым беспородным мышам (внутрибрюшинно) или морским свинкам (подкожно). Беспородных белых мышей (самцы и самки) с массой тела 18-22 г разделяют на 5 опытных и 1 контрольную группу по 5 животных в каждой. Морских свинок (самцы и самки) с массой тела 250-300 г разделяют на 5 опытных и 1 контрольную группу по 2 животных в каждой.
Перед началом исследований животные проходят карантин при групповом содержании в клетках, а также подробный клинический осмотр непосредственно перед формированием групп. Критерием отбора является изменение массы тела.
Проявление аномальной токсичности определяют по результатам наблюдений в течение 7 суток, регистрируя следующие события и характеристики (качественные оценки): гибель животного, походка и поведение, цвет мочи, консистенция экскрементов, состояние глаз и ушей, выпадение зубов и шерсти, а также раздражение кожи в месте введения препарата. Количественной оценкой может служить усредненное по группе изменение массы тела животных за 7 суток.
Ни одного факта гибели животного как в контрольной, так и в опытных группах не наблюдалось. Походка, поведение, цвет мочи, консистенция экскрементов, состояние глаз и ушей оставались неизменными в течение всего периода наблюдений. Выпадение зубов и шерсти, а также раздражение кожи в месте введения препарата также не отмечено.
В данных исследованиях были получены следующие данные об изменении массы тела подопытных животных, наблюдаемых в течение 7 суток, которые представлены в Таблице 4.
| Таблица 4 | |||||
| Группа | ИМ, мкг | Изменение массы тела подопытных животных, г (среднее по группе) | |||
| Серия 1 | Серия 2 | ||||
| Мыши | Морские свинки | Мыши | Морские свинки | ||
| 1 | 125 | 7,9 | 36,5 | 1,1 | 49 |
| 2 | 250 | 7,7 | 33,3 | 1,3 | 45 |
| 3 | 500 | 7,1 | 32,3 | 1,8 | 32 |
| 4 | 1000 | 6,9 | 32,0 | 1,5 | 15 |
| 5 | 2000 | 2,2 | 18,3 | 0,3 | 5 |
| Контроль | - | 8,0 | 49,8 | 1,7 | 28,0 |
| ИМ - содержание иммуномодулятора (адъюванта). Серия 1 - сополимер винилпирролидона с винилпиридином (Примеры 1-6). Серия 2 - сополимер винилпирролидона с винилтетразолом (Примеры 7-11). |
Пример 14. Исследование адъювантного действия
Метод исследования основан на выявлении прироста специфических антител в сыворотке крови после двукратного, с интервалом 7 суток, внутрибрюшинного введения вакцины беспородным белым мышам.
Вакциной является гриппозная тривалентная субъединичная жидкая вакцина в указанных соотношениях для каждой группы подопытных животных в смеси с иммуномодулятором (адъювантом), который представляет собой соединение, полученное в соответствии с каждым из Примеров 1-6, в структуре которого присутствует фрагмент 2-метил-5-винилтетразола, а также в соответствии с каждым из Примеров 7-11, в структуре которого присутствует фрагмент 2-метил-5-винилпиридина. В 1 дозе (0,5 мл) вакцины содержится по 5 мкг гемагглютинина вируса гриппа подтипов A (H1N1) и A (H3N2), 11 мкг гемагглютинина вируса гриппа подтипа В и 85-115 мкг/мг консерванта (мертиолят).
Двумя независимыми организациями, аккредитованными в РФ для проведения биологических исследований, были получены следующие данные о приросте специфических антител в сыворотке крови белых мышей (Таблица 5).
| Таблица 5 | |||||||
| Группа | ИМ, мкг | Титр антител (среднее по группе) | |||||
| Серия 1* | Серия 2** | ||||||
| A(H3N2) | A(H1N1) | В | A(H3N2) | A(H1N1) | В | ||
| 1:160 | 1:160 | 1:40 | 1:65 | 1:15 | 1:10 | ||
| 1 | 125 | 1:160 | 1:160 | 1:40 | 1:70 | 1:15 | 1:10 |
| 2 | 250 | 1:160 | 1:160 | 1:40 | 1:50 | 1:20 | 1:10 |
| 3 | 500 | 1:160 | 1:160 | 1:40 | 1:60 | 1:15 | 1:15 |
| 4 | 1000 | 1:160 | 1:160 | 1:40 | 1:70 | 1:20 | 1:15 |
| 5 | 2000 | 1:160 | 1:320 | 1:40 | 1:70 | 1:20 | 1:10 |
| Контроль | - | 1:40 | 1:40 | 1:40 | 1:10 | 1:10 | 1:10 |
| * исходный титр - 1:40; ** исходный титр - 1:10 |
На основании полученных данных можно заключить, что наиболее предпочтительными композициями в соответствии с настоящим изобретением являются композиции, введенные 1 и 2 группам животных.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1578143, кл. С08F 226/10, A61K 31/785, опубл. 15.07.1990.
2. Патент Российской Федерации №2000004, кл. С08F 226/10, A61K 31/79, опубл. 15.02.1993.
3. Патент Российской Федерации №2015993, кл. С08F 226/10, A61K 31/79, опубл. 1993.
1. Сополимер на основе N-винилпирролидона, представленный общей формулой (I):
где мономерное звено М представляет фрагмент 2-метил-5-винилтетразола (МВТ) или 2-метил-5-винилпиридина (МВП):
и содержание мономерных звеньев n составляет 25-90 мол.%, а средневязкостная молекулярная масса Мµ сополимера зависит от природы М: если М представляет МВТ, то Мµ=100-250 кДа; если М представляет МВП, то Мµ=46-150 кДа.
2. Сополимер по п.1, в котором М представляет МВП и Мµ=50-90 кДа.
3. Применение сополимера по любому из пп.1 и 2 в качестве адьюванта при изготовлении вакцины против гриппа.
