Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Регенерация тканей и хитозан
.pdf
водных хитозана образовывать динамические ассоциаты с противоположно заряженными молекулами поверхностно-активных
веществ в смешанных водных растворах [225, 236, 252].
Хитозан обладает ярко выраженными водопоглощающими
свойствами. Так, одно мономерное звено способно связывать
2–5 молекул воды, что для различных образцов полимера составляет 325–440% от его исходной массы [34]. Колебания величины
связывания водной фазы зависят от структуры и методов очистки исходного материала.
А.М. Сапожников с соавт. (1984), H. Takeuchi et al. (1996),
Y. Ando T. Tsuzuki (1984), M.N. Taravel, A. Domard (1993), установили, что многие свойства производных хитина и хитозана
определяются их зарядом: адгезия на муциновом слое кишечника, взаимодействие с клетками и спорами бактерий, коллагеном.
По данным литературы, имеется ряд факторов, оказывающих
влияние на физико-химические свойства хитозана. Так, остатки
белка, несмотря на жесткие условия обработки хитина крепкой
щелочью [34], остаточные ацетильные группы, содержание которых может достигать 30% в результате неполной завершенности
реакции дезацетилирования хитина, и характер распределения
этих групп по цепи полимера заметно изменяют физические
и химические характеристики хитозана [191, 350]. Вместе с тем,
в присутствии акцепторов водородной связи таких, как мочевина
или дихлоруксусная кислота, вязкостные свойства исследуемых
растворов полимера остаются неизменными в течение длительного времени [34, 245].
Ядерно-магнитный резонансный анализ распределения ацетильных групп в хитозанах показал, что между образцами полимера, полученными гомогенными и гетерогенными способами,
практически нет различий [253]. Однако эти факты не свидетельствуют об отсутствии различий в их свойствах [191, 266].
С одной стороны, усиление структурной неоднородности
хитозана по мере его модификации может иметь положительное значение, так как связано с расширением спектра новых
структур, а также возможностью осмысленного поиска желае-
11
мых соединений с требуемыми свойствами. С другой стороны,
повышение этого свойства у производных хитозана, очевидно,
вносит неопределенность в оценку структуры этих соединений
и требует большей формализации существующих и ввода новых стандартов на исходные биополимеры и их производные.
Тем не менее, при этом появляется возможность направленного
синтеза стандартизованных веществ, которые могут стать конечной целью превращений как в цепях хитозана, так и в реакциях
с другими полимерами [42, 236, 330].
Изучение хитозана и его производных одновременно представляет особый интерес для использования этих биополимеров
в качестве экологически безопасных полимерных материалов.
Полисахаридная природа этих полимеров обусловливает их
сродство к живым организмам, а наличие реакционноспособных
функциональных групп обеспечивает возможность разнообразных химических модификаций, позволяющих усиливать присущие им свойства или придавать новые.
Особое значение из свойств полимера имеет растворимость
его при нейтральных рН, для чего исходный хитозан подвергают гидролизу с помощью реагентов или ферментов. В качестве
гидролизирующего реагента чаще всего применяется пергидроль в виде 3–10% водного раствора при умеренном нагревании
до 30–50
°С [42, 279]. Гидролиз снижает молекулярную массу
хитозана и улучшает его растворимость в слабокислых растворах. При этом получается полидисперсный по молекулярной
массе продукт, растворимый в разбавленных растворах кислот
при рН>5. Растворимость хитозана при нейтральных значениях
рН существенно расширяет сферы его применения, в том числе,
и в медицинской практике.
В настоящее время продолжаются исследования с целью
улучшения механических (эластичность, прочность) и физико-химических свойств хитозана, таких как набухаемость, селективность, биоадгезивность и другие. Для решения этих задач используются различные подходы. Так, в работе Olsen R.,
Schwartzmiller D., Weppner W., Winandy R. (1990) предложено
12
использовать для растворения хитозана не уксусную кислоту,
как это делается в большинстве технологий при получении хитозановых пленок, а молочную кислоту, что существенно улучшает как упомянутые выше свойства, так и позволяет избежать
нежелательных реакций при их использовании [328].
В работе Юдановой Т.Н. (2006) доказано, что активность фермента террилитина, иммобилизированного в структуру пленок
и губок на основе хитозана, составляет 80–90%, что в 2 раза превышает активность включенной в его состав коллагеназы.
Хитин и его производные обладают высокими сорбционными
свойствами к солям тяжелых металлов, веществам белкового
происхождения, полисахаридам, различным микроорганизмам
и токсинам [316, 319, 320]. При переходе от хитина к синтезу
хитозана может меняться даже порядок адсорбируемости различных металлов. Так в случае хитина это – Pb>Cd>Hg>Cr,
тогда как для чистого хитозана наблюдается другая последовательность: Hg>Pb>Cd>Cr [245, 261]. Галактозилпроизводные
хитозана, а также полимерные кетиминовые производные проявляют повышенную сорбционную способность по отношению
к тяжелым металлам [314]. Дикарбоксихитозан представляет
собой водорастворимое соединение и может использоваться как
в качестве флоккулянта, так и сорбента [104], а хитозандикарбонат является хорошим сорбентом с высокими кинетическими
характеристиками [9, 255, 354]. Получены производные хитозана
и салицилальдегида с улучшенными сорбционными характеристиками [73, 320].
Биополимеры – хитин, хитозан, а также некоторые их эфиры и соли (сульфохитин, сульфохитозан, карбоксиметилхитин
и другие) уже нашли практическое применение. На их основе
созданы сорбенты, флокулянты, иммобилизированные ферменты. Они применяются в сельском хозяйстве, биотехнологии, бумажной, текстильной, пищевой промышленности [121, 171, 247].
Хитозан используется в производстве пищевых продуктов
как сорбент, структурообразователь, консервант, биологически
активное вещество в виде 2–4% растворов в слабой уксусной
13
кислоте или твердообразного измельченного состояния [9, 10,
168]. В России экспериментально обоснованная допустимая норма хитозана составляет 0,5% массы продукта [191, 348].
Природные полимеры (хитин и хитозан) биологически совместимы и разрушаются в организме человека и животных
до обычных для них веществ (N-ацетилглюкозамин или глюкозамин). Важную роль в биологической дезинтеграции хитина
in vivo играет лизоцим. Последняя осуществляется путем гидролиза олигомеров хитина до N-ацетил-глюкозаминов и аминосахара, которые могут в дальнейшем объединяться для синтеза
гликопротеинов или выделяться, например, в виде СО
[191].
2
Большой интерес для микрокапсулирования биологически
активных веществ представляет способность гидрофобно-модифицированных производных хитозана образовывать физические гели с высокоупорядоченной внутренней наноструктукрой
мицеллярного типа [235, 237]. Такие гелеподобные материалы
могут найти применение для производства носителей лекарственных средств, ферментов и генетического материала пролонгированного действия [235, 299, 300].
Исследованиями Дубинской А.М. и Добротворского А.Е.
(1989), Chandy T. et al. (1990) установлено, что производные
хитина и хитозана с успехом используются в фармацевтической
промышленности. Их применяют для повышения скорости растворения плохо растворимых 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 степень всасывания лекарственных веществ. Производные
хитина и хитозана добавляют к фармакологическим средствам
с целью регулирования высвобождения лекарственных веществ
и создания препаратов пролонгированного действия: аспирина,
индометацина, гидрохлорида папаверина, тестостерона. В этих
условиях наблюдается замедленное высвобождение лекарств,
что объясняется гелеобразующими свойствами хитозана. В кис-
14
лой 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.
Известны исследования S.J. Podolski, Kuang Hsu (1999), которые показывают, что хитозан вызывает пролонгированное
действие настоев сборов лекарственных растений или их сухих
экстрактов, а также проявляет антиоксидантные свойства.
Таким образом, анализ данных литературы позволяет заключить, что полезные и ценные свойства хитозана являются
предпосылкой для изучения влияния данного природного биополимера на процессы репаративной регенерации. Поскольку
искусственно синтезированным медикаментозным средствам
присущи различные проявления побочных эффектов [96, 104,
112, 306], то исследование хитиновых препаратов в целях стимуляции заживления ран кожи в настоящее время является актуальным научно-практическим направлением.
1.2. Влияние хитозана на процессы регенерации
и клеточный метаболизм
Одним из перспективных направлений на современном этапе
развития науки следует считать изучение применения хитозана
и его производных в медицине.
В литературе имеются многочисленные данные о влиянии
хитозана на состояние иммунной системы. В исследованиях
Р.В. Петрова, Р.М. Хаитова, В.М. Манько (1981) показано, что
при использовании хитозана взаимодействие макрофага с тимоцитами является дополнительным фактором трансформации недифференцированных тимусзависимых клеток в зрелые
Т-лимфоциты. В работах В.Г. Галактионова с соавт. (1983, 1984)
установлено, что хитозан усиливает реакцию контактного взаимодействия макрофагов с тимоцитами вследствие изменения
заряда этих клеток, увеличивает количество взаимодействую-
15
щих лимфоцитов с макрофагом и тем самым оказывает влияние на один из самых ранних этапов становления иммуногенеза. Исследованиями K. Nishimura et al. (1984, 1986) доказано,
что в эксперименте на животных хитозан усиливает функцию
натуральных киллеров, увеличивает продукцию антител и клеточно-зависимую цитотоксичность. Благодаря поликатионным
свойствам хитозана происходит прикрепление тимоцитов к макрофагам в смешанной культуре клеток [121,178].
Хитозан, как природный высокомолекулярный компонент,
не является антигеном для иммунной системы организма. В работах отдельных авторов [23,24,273] показано, что хитозан у собак и мышей активирует систему комплемента по альтернативному пути. Ю.Ф. Коваль с соавт. (1992), G. Peluso, O. Petillo,
M. Ranieri et al. (1994) установили, что иммуностимулирующий
эффект хитозана обусловлен, наряду с активацией хемотаксиса
макрофагов, стимуляцией выработки ими оксида азота. В экспериментах на мышах хитозан активирует функции перитонеальных макрофагов, усиливая синтез окиси азота и альфа-фактора
некроза опухоли [276].
Особое значение имеет использование хитозана в составе комплексов, нагруженных различными веществами. Так,
Lim S.T., Forbes B., Berry D.J. et al. (2000) предложили создание
полимерных частиц на основе гиалуроновой кислоты – хитозана для назальной (через слизистые носовой полости) доставки
гентамицина, которая оказалась в 30–40 раз эффективнее, чем
доставка этого антибиотика в виде раствора или сухого порошка
[364]. Bodek K.H. (2001) использовал микрокристаллический
хитозан в виде гидрогелевых частиц в качестве эффективного
средства пролонгированной доставки кетопрофена, а также применял хитозановые носители для доставки доксорубицина при
терапии рака [361]. Janes K.A., Fresneau M.P., Marazuela A. et al.
(2001) предлагали использовать хитозановые капсулы, нагруженные противовоспалительным препаратом (5-аминосалициловой кислотой) для лечения колитов на модели у крыс [348].
Наконец, ученые занимаются разработкой хитозановых микро-
16
капсул с инкапсулированным в них инсулином для перорального
применения [312, 315].
В последние 15 лет хитозан применяется в качестве различных пищевых добавок для связывания жиров и выведения из организма избыточного холестерина. Водорастворимый хитозан
(хитодез) стал использоваться в качестве лечебного и профилактического средства с 1984 года. Хитодез и фитохитодез успешно
применяются для лечения заболеваний органов дыхания и онкобольных [191,229]. Данный полимер при пероральном пути введения проявляет свойства энтеросорбента, иммуномодулятора,
антиартрозного фактора, регулятора кислотности желудочного
сока, ингибитора пепсина [9, 18, 171, 300].
У больных с почечной недостаточностью отмечалось уменьшение уровня холестерина, мочевины и креатинина, увеличение
уровня гемоглобина в сыворотке крови после четырехнедельного
употребления хитозана, а чувство физической силы, аппетит
и сон значительно улучшались. Yagi M., Kato S., Nishitoba T.
et al. (1998) показали, на модели гломерулонефрита у крыс, что
прием диальдегидцеллюлозы, покрытой хитозаном, приводил
к уменьшению белка в моче, остаточного азота и мочевины крови
до нормальных цифр к 8–9 дню от начала употребления с одновременным увеличением выведения азота [61].
Производные хитина, полученные путем сульфатирования
и частичной деградации полимера (Т- и O-сульфатированные
хитозаны), находят применение как антикоагулянты крови. Известно, что сульфатированные полисахариды как природного,
так и синтетического происхождения обладают антитромботическими и стимулирующими липолиз свойствами [171, 340].
Значительная часть исследований посвящена изучению антибактериальных свойств хитозана.
Установлено, что данный биополимер обладает высокой резистентностью к золотистому стафилококку и кишечной палочке
[331, 334]. Известно, что практически все сорбционные материалы на его основе адсорбируют на своей поверхности бактериальные клетки и проявляют бактериостатические свойства.
17
Важно также отметить, что благодаря иммунопотенцирующему
действию вещества, достигаемый антибактериальный эффект
на порядок выше при использовании водорастворимых продуктов хитина, чем водонерастворимых [105, 146]. Применение сорбентов позволяет снизить количество микроорганизмов в ране
в среднем в 100–1000 раз по сравнению с традиционными перевязочными материалами [191, 348, 334].
Хитозан обладает бактерицидным действием [121, 191, 351],
а водорастворимая его форма обнаруживает высокую агрессию
по связыванию микробных тел [121, 291]. Остановка роста патогенной микрофлоры объясняется свойством хитозана агглютинировать микробные тела. Механизм агглютинации идентичен
склеиванию эритроцитов поликатионами [253, 257].
Исследованиями Шоминой С.А. (2002) выявлена возможность использования хитозана в качестве противоинфекционного средства. Установлено, что грамположительные микроорганизмы проявляют практически 100% чувствительность к хитозану. Он активен в отношении представителей условно-патогенной
микрофлоры, в то время как нормальная микрофлора к нему
более устойчива. Вместе с тем показано, что хитозан в концентрации до 600 мкг/мл ингибирует рост непатогенных стафилококков и коринобактерий [219].
Хитозан обладает выраженной противовирусной активностью. Так, на модели гриппозной инфекции у мышей вещество
усиливает местный и системный иммунный ответ (продукцию
антител класса Ig A и IgG) к вирусу гриппа типа А и типа В при
совместном интраназальном введении с антигеном – очищенным
гемагглютинином и нейраминидазой [361]. Хитозан использовался для приготовления вакцины против респираторно-синцитиального вируса [38, 299, 300] и одновременно выявлена высокая эффективность хитозана в отношении коклюшного [332]
и дифтерийного токсинов [191, 324, 365].
В настоящее время установлено, что хитозан вызывает усиленное образование активных форм кислорода в альвеолярных
макрофагах у мышей и индуцирует продукцию гамма-интерфе-
18
рона в культуре мышиных спленоцитов [270, 359]. Интерфероны
подавляют размножение вирусов, нарушая способность вирусных мРНК к трансляции, влияя на иммунокомпетентные клетки и природные клетки-киллеры. Поэтому индукция синтеза
интерферона хитозаном является одним их важных компонентов
неспецифического иммунного ответа, направленного на ограничение и подавление вирусной инфекции [148, 290].
Особое значение имеет противоопухолевая активность хитозана. Так, Alvarez O.A. (2000) описал ингибирующее действие
этого производного на клетки меланомы [229]. Хитозан индуцирует апоптоз раковых клеток мочевого пузыря, и, следовательно,
используется при лечении рака [252, 357]. Возможно, поэтому
производные хитина и хитозана считают перспективными биоматериалами будущего.
Современные проблемы учения о регенерации связаны с поиском новых биологических стимуляторов, обеспечивающих оптимизацию и ускорение процессов заживления различных тканей.
Одним из перспективных направлений в этой области следует
считать изучение и применение хитозана и его производных.
В литературе имеются данные о стимуляции регенерации костной ткани под влиянием хитозана [269, 353]. В исследовании
Im S.Y., Cho S.H., Hwang J.H., Lee S.J. (2003) отмечают наличие
большого количества остеобластов, которые имеют выраженные
ультраструктурные изменения этих клеточных элементов [287].
Использование хитозана в комплексе кальциевых систем при
повреждениях лучевой и большеберцовых костей у кроликов показало, что они биологически совместимы в организме животных
и индуцируют более быстрое заживление костных дефектов [249,
262]. В экспериментах на собаках обнаружено, что коллагенновые губки, содержащие хитозан, оказывают стимулирующее влияние на периодонтальную регенерацию, а также способствуют
благоприятному заживлению альвеолярной кости и увеличению
количества цементного вещества зубов [267, 270, 308].
В исследованиях на животных Park J.S. et al. (2003) доказали, что применение хитозановой губки с хондроитин-сульфа-
19
том усиливает функцию остеобластов и тем самым стимулирует регенерацию кости [274]. Использование губок с хитозаном
и трикальциевым фосфатом приводит к ускорению заживления
периодонтальной ткани [105, 308]. В работах Арзыматова Р.К.
(2005) показано стимулирующее влияние хитозанового геля
на регенерацию кости при лечении закрытых переломов костей
голени [7]. В дальнейшем положительное влияние хитозана отмечено при наложении сухожильного шва [352, 369, 370]. Хитозан предотвращает развитие послеоперационной контрактуры
и не оказывает каких-либо побочных эффектов в эксперименте.
Стимулирующее влияние хитозана описано и при регенерации нервов [284, 344]. Доказано, что коллаген-хитозановая губка
ускоряет заживление нервов, а также усиливает нейротрофические функции в экспериментальной модели глубоких и обширных
ожогов. Shahabuddin M. (1999), Suzuki M. et al. (2003) in vivo
доказали стимулирующий эффект хитозана при регенерации
седалищного нерва [335, 346]. Вместе с тем, Sall K.N. et al. (1987)
в экспериментах на кроликах не обнаружили статистически достоверных различий о стимулирующем влиянии хитозана на заживление роговичных ран [345].
Особого внимания заслуживают исследования отдельных
авторов, показавших влияние хитозана на активность различных клеточных элементов, в том числе, нейтрофилов, макрофагов, фибробластов и медиаторов воспаления, участвующих
в заживлении тканей. Muzzarelli R.A. A. (1977) установил, что
применение хитозана значительно усиливает функциональную
активность макрофагов и способствует пролиферации фибробластов [316]. Известно, что хитозан активирует клетки перитонеального эксcудата [297], особенно макрофаги [253, 275, 278].
В этих условиях подавляющее большинство функций макрофагов активируется, включая супероксидную продукцию и синтез
цитокинов: интерферонов, интерлейкина-1, колониестимулирующего фактора [3, 246, 256, 259].
При трансплантации хитозана под кожу собакам после операции наблюдается активный хемотаксис макрофагов, усиленная
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]