Сорбент для удаления липопротеинов низкой плотности и способ его получения
Владельцы патента RU 2558107:
Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
Изобретение относится к области биологии и медицины и может быть использовано в клинической практике для терапии заболеваний, связанных с нарушениями липидного и липопротеинного обмена. Предложен сорбент для удаления липопротеинов (ЛПНП) из плазмы и крови человека, который содержит матрицу из нетканого микроволокнистого материала из полипропилена и полиакриловую кислоту, ковалентно связанную с поверхностью матрицы. Сорбент получают фотоиндуцированной прививочной полимеризацией акриловой кислоты на поверхности матрицы сорбента. Матрицу сорбента обрабатывают раствором фотоинициатора в летучем растворителе и сушат на воздухе. Затем матрицу сорбента погружают в водный раствор акриловой кислоты, извлекают из раствора акриловой кислоты, укладывают на плоское основание, накрывают сверху прозрачной для ультрафиолетового излучения пластиной и облучают ультрафиолетовым излучением через эту пластину. Полученный сорбент обладает высокой сорбционной емкостью и селективностью по отношению к ЛПНП. Способ получения является простым и экономичным. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области биологии и медицины, предназначено для связывания атерогенных липопротеинов в плазме или крови и может быть использовано в клинической практике для терапии заболеваний, связанных с нарушениями липидного и липопротеинного обмена.
Повышенный уровень холестерина атерогенных липопротеинов (липопротеинов низкой плотности - ЛПНП) в крови приводит к возникновению, развитию и прогрессированию атеросклеротических поражений сосудов. Для снижения концентрации ЛПНП, наряду с медикаментозными способами воздействия, особый практический интерес представляют сорбционные технологии. В их основе лежит взаимодействие компонентов крови с лигандом, иммобилизованным на нерастворимую, инертную, биосовместимую матрицу. Лиганд обладает свойством избирательно связывать на себя за счет процесса адсорбции вредный компонент крови, не затрагивая при этом другие компоненты. Матрица выполняет функции носителя, удерживающего лиганд, определяет удельную поверхность, форму и механические свойства сорбента, его проницаемость для плазмы или крови.
Известен сорбент для удаления ЛПНП, представляющий собой микропористые сферические гранулы размером 150-200 мкм из полиакриламида, поверхность которых покрыта полиакриловой кислотой. Сорбент применяется в системах очистки крови DALI (Direct Adsorption of Lipoproteins) фирмы Fresenius (Германия) [1]. Полиакриловая кислота в составе сорбента преимущественно связывает на себя ЛПНП, что обеспечивает высокую сорбционную селективность, а микропористая структура полимерной матрицы сорбента обеспечивает высокую сорбционную емкость.
Известный сорбент обладает существенными недостатками: необходимость использования токсичных реагентов, сложная многостадийная технология получения полимерной матрицы и иммобилизации на ней лиганда, что обуславливает высокую стоимость сорбента.
Известен сорбент для удаления ЛПНП из крови, матрицей которого служит промышленный полимерный материал для гель-фильтрации TOYOPEARL®HW, представляющий собой нанопористые сферические гранулы размером 50-150 мкм из гидроксилированного метакрилового сополимера. Лигандом для избирательной сорбции ЛПНП служит полиакриловая кислота, которая химически связана с поверхностью матрицы через молекулу-спейсер, получаемую реакцией алифатического диамина с альдегидом [2].
Недостатками известного сорбента являются необходимость использования токсичных реагентов для иммобилизации лиганда на поверхности матрицы сорбента, высокая стоимость материала матрицы, обуславливающая высокую стоимость сорбента в целом.
Близким аналогом предлагаемого изобретения является материал для гемосорбента, включающий матрицу из полипропилена и химически связанную с ним полиакриловую кислоту [3]. Полипропилен брали в виде монолитных (непористых) гранул размером 3-5 мм и методом радиационной прививочной полимеризации прививали к нему полиакриловую кислоту, которую дополнительно сшивали N,N′-метилен-бис-акриламидом (МБА). Для этого гранулы помещали в водный раствор акриловой кислоты и МБА, облучали гамма-излучением 60Со в течение 5-8 ч, после чего гранулы отмывали в воде в течение 2 сут. Достоинством материала является низкая стоимость, благодаря использованию в качестве основы гранул полипропилена - одного из самых дешевых крупнотоннажных полимеров. Однако этот материал не способен избирательно сорбировать ЛПНП. Другой его недостаток - низкая удельная поверхность, а значит - и низкая сорбционная емкость. Еще одним недостатком является использование для получения материала мощного гамма-излучения, что требует повышенных мер безопасности производства, а также может приводить к послерадиационному разрушению материала при хранении.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является сорбент для удаления ЛПНП из плазмы крови, включающий матрицу из нетканого микроволокнистого материала из полибутилентерефталата, полиакриловую кислоту, ковалентно связанную с поверхностью матрицы, и гепарин, иммобилизованный на полиакриловой кислоте [4]. Полибутилентерефталатные волокна, образующие матрицу сорбента, имеют диаметр 21-24 мкм. Модификацию поверхности матрицы сорбента ковалентно связанной полиакриловой кислотой осуществляли методом фотоиндуцированной прививочной полимеризации. Для этого сначала на поверхность матрицы наносили фотоинициатор путем погружения матрицы в раствор фотоинициатора в летучем растворителе, извлечения матрицы из раствора фотоинициатора и сушки на воздухе. Затем матрицу помещали в сосуд, заполненный водным раствором акриловой кислоты, сосуд помещали в герметичную емкость, верхняя поверхность которой представляла собой пластину из кварцевого стекла, продували емкость газообразным азотом и, не прекращая продувку азотом, облучали матрицу сорбента в растворе акриловой кислоты ультрафиолетовым излучением через кварцевую пластину. Химическое связывание гепарина с полиакриловой кислотой осуществляли карбодиимидным способом. Максимальная сорбционная емкость сорбента по ЛПНП составляет 14 мкмоль/г. Основным его недостатком является низкая селективность: 1 г сорбента удаляет из 10 мл плазмы крови 60% ЛПНП, однако одновременно из плазмы удаляется 25% липопротеинов высокой плотности и 12% общего белка. Другим недостатком является усложненный синтез сорбента, связанный с тем, что помимо полиакриловой кислоты в его состав дополнительно вводят гепарин. Еще одним недостатком является неэкономное расходование мономера и необходимость создания инертной газовой среды при синтезе привитой полиакриловой кислоты.
Задачей настоящего изобретения является сорбент для удаления ЛПНП из плазмы или крови, который обладает высокой селективностью и сорбционной емкостью по отношению к ЛПНП и имеет при этом низкую стоимость, а также способ получения этого сорбента, являющийся простым, экономичным, не требующим повышенных мер безопасности производства и использования токсичных реагентов.
Поставленная задача решается тем, что в сорбенте для удаления ЛПНП из плазмы или крови, содержащем полимерную матрицу и полиакриловую кислоту, ковалентно связанную с поверхностью полимерной матрицы, в качестве полимерной матрицы берут нетканый микроволокнистый материал из полипропилена.
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения сорбента для удаления липопротеинов низкой плотности из плазмы или крови, включающем обработку матрицы сорбента раствором фотоинициатора в летучем растворителе путем погружения матрицы в раствор фотоинициатора, извлечения матрицы из раствора фотоинициатора и сушки на воздухе, и последующее облучение матрицы в водном растворе акриловой кислоты ультрафиолетовым излучением, в качестве матрицы сорбента берут нетканый микроволокнистый материал из полипропилена, после обработки матрицы раствором фотоинициатора матрицу погружают в водный раствор акриловой кислоты, извлекают из раствора акриловой кислоты, укладывают на плоское основание, накрывают сверху прозрачной для ультрафиолетового излучения пластиной и облучают ультрафиолетовым излучением через эту пластину.
Использование нетканого микроволокнистого материала из пропилена в качестве матрицы заявляемого сорбента придает ему целый ряд преимуществ по отношению к известным аналогам. Во-первых, нетканые микроволокнистые материалы из полипропилена, являясь продуктом крупнотоннажных промышленных производств во многих странах мира (в т.ч. в Беларуси), имеют низкую стоимость. Во-вторых, микроволокнистая структура матрицы (диаметр волокон 10-20 мкм) обеспечивает высокую удельную поверхность сорбента (~1000 см2/г), что является необходимым условием достижения высокой сорбционной емкости. В-третьих, фотоиндуцированная прививочная полимеризация на полиолефинах, включая полипропилен, протекает намного эффективнее, чем на других полимерах (полиалкилентерефталаты, полиакрилаты, полиамиды и т.д.). Поэтому выбор полипропилена в качестве полимера для матрицы сорбента позволяет методом фотоиндуцированной прививочной полимеризации получать высокую степень модификации матрицы ковалентно-связанным лигандом (полиакриловой кислотой), что является важным для придания сорбенту высокой сорбционной емкости и селективности. Наконец, такие известные преимущества метода фотоиндуцированной прививочной полимеризации, как простота, безопасность, экологическая чистота, отсутствие токсичных реагентов и продуктов, дополнены в заявляемом способе экономным расходованием мономера и отсутствием необходимости проведения реакции в среде инертного газа.
Сорбционные характеристики образцов заявляемого сорбента, доказывающие его высокую селективность и высокую сорбционную емкость по отношению к ЛПНП, приведены в таблице.
В нижеследующем описании примера реализации изобретения используются следующие материалы, реагенты и оборудование. В качестве матрицы сорбента использовали промышленный нетканый микроволокнистый материал из полипропилена с поверхностной плотностью 30 г/м2 и средним диаметром волокон 15 мкм. Материал предварительно очищали от возможного технологического загрязнения поверхности волокон экстракцией ацетоном. Акриловая кислота и фотоинициатор (бензофенон), были приобретены у «Sigma-Aldrich», имели чистоту не менее 99% и использовались без дополнительной очистки. Источником УФ излучения служили две спаренные ртутные лампы ДРТ-400. Излучение на линии 365 нм выделяли с помощью полосового фильтра УФС-6. Плотность мощности излучения на линии 365 нм измеряли прибором "StarLite" с фотодиодным сенсором PD300 ("Ophir Optronics LTD", Израиль).
Пример.
Образец нетканого микроволокнистого материала из полипропилена размером 12×4 см2 погружают в 100 мл 1% раствора бензофенона в ацетоне, через 5 мин образец достают из раствора и сушат на воздухе в течение 20 мин. Затем образец погружают на 1 мин в 100 мл 20% водного раствора акриловой кислоты, извлекают из этого раствора, не отжимая, укладывают на поверхность стеклянной пластины, накрывают сверху пластиной из кварцевого стекла и облучают УФ излучением с длиной волны 365 нм и плотностью мощности 13-15 мВт/см2 в течение 12 мин. После этого образец промывают в 200 мл дистиллированной воды, нагретой до 40-50°С, при постоянном перемешивании в течение 8 ч с трехкратной заменой воды и сушат 12 ч на воздухе.
Результаты анализа эффективности удаления ЛНПН из плазмы крови полученным сорбентом приведены в таблице. Для анализа использованы 0,5 г сорбента и 15 мл плазмы. Продолжительность сорбции 30 мин. Определение концентрации основных компонентов плазмы до и после сорбции выполнено на клиническом биохимическом анализаторе Konelab 30 ("Thermo Clinical Labsystems", Финляндия) с использованием реагентов и контрольных материалов фирмы "BioSystems" (Испания). Из приведенных в таблице данных видно, что заявляемый сорбент удаляет из плазмы крови преимущественно ЛПНП, практически не затрагивает белки, включая важнейший транспортный белок альбумин, и лишь в относительно небольшом количестве сорбирует антиатерогенные липопротеины (липопротеины высокой плотности). Сорбционная емкость сорбента по ЛПНП, рассчитанная как разность концентраций ЛПНП в плазме до и после сорбции, деленная на массу сорбента, составляет 57 мкмоль/г. Это в 4 раза превосходит значение данной характеристики для сорбента [4], выбранного в качестве прототипа.
| Таблица | ||||
| Сорбционные характеристики сорбента | ||||
| Компоненты плазмы | Концентрация | Процент сорбции | ||
| Единица измерения | До сорбции | После сорбции | ||
| Общий белок | г/л | 52.2 | 48.4 | 7.3 |
| Альбумин | г/л | 34.9 | 33.4 | 4.3 |
| Общий холестерин | ммоль/л | 3.69 | 1.78 | 51.8 |
| Триглицериды | ммоль/л | 1.14 | 0.97 | 14.9 |
| Липопротеины высокой плотности | ммоль/л | 0.72 | 0.62 | 13.9 |
| Липопротеины низкой плотности | ммоль/л | 2.38 | 0.46 | 80.7 |
Источники информации
1. Bosch Т., Lennertz A., Kordes В., Samtleben W. Low Density Lipoprotein Hemoperfusion by Direct Adsorption of Lipoproteins from Whole Blood (DALI Apheresis): Clinical Experience from a Single Center. Ther. Apher. Dial. Vol. 10. - 2006. - P. 210-218.
2. Патент США 5476715, 1995.
3. Патент РБ 14216, C1, 2011.
4. Cao Y., Wang H., Yang C., Zhong R., Lei Y., Sun K., Liu J. In vitro studies of PBT Nonwoven Fabrics adsorbent for the removal of low density lipoprotein from hyperlipemia plasma. Appl. Surf. Sci. Vol. 257, № 17. - 2011. - P. 7521-7528.
1. Сорбент для удаления липопротеинов низкой плотности из плазмы или крови человека, содержащий полимерную матрицу и полиакриловую кислоту, ковалентно связанную с поверхностью полимерной матрицы, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы он содержит нетканый микроволокнистый материал из полипропилена.
2. Способ получения сорбента для удаления липопротеинов низкой плотности из плазмы или крови человека, включающий обработку матрицы сорбента раствором фотоинициатора в летучем растворителе путем погружения матрицы в раствор фотоинициатора, извлечения матрицы из раствора фотоинициатора и сушки на воздухе, последующее облучение матрицы в водном растворе акриловой кислоты ультрафиолетовым излучением, отличающийся тем, что в качестве матрицы сорбента берут нетканый микроволокнистый материал из полипропилена, после обработки матрицы раствором фотоинициатора матрицу погружают в водный раствор акриловой кислоты, извлекают из раствора акриловой кислоты, укладывают на плоское основание, накрывают сверху прозрачной для ультрафиолетового излучения пластиной и облучают ультрафиолетовым излучением через эту пластину.
