Научные руководители — Скуредина Анна Алексеевна, к.х.н., доцент кафедры химической энзимологии ХФ МГУ; Аржакова Ольга Владимировна, к.х.н., доцент кафедры высокомолекулярных соединений ХФ МГУ.
Научный консультант — Копнова Татьяна Юрьевна, студентка 5 курса ХФ МГУ.
Целью исследование является разработка материала, который будет удобен и эффективен при лечении внешних повреждений на теле человека или животного. Такой материал может представлять собой полимерная матрица с внедренным в нее антибактериальным веществом.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Получение пористой полимерной матрицы.
- Внедрение в нее антибактериального вещества.
- Исследование кинетики высвобождения вещества из матрицы в буферном растворе.
- Исследование антибактериальной активности полученного препарата.
В качестве полимерного материала был выбран полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) из-за его устойчивости в большом диапазоне температур и безопасности для человека. Антибактериальным веществом послужил фурацилин (нитрофурал) — распространенный агент местного действия, применяемый в клинической практике, а также в ветеринарии. Его механизм действия основан на восстановлении нитрогруппы микробных белков с образованием реактивных аминопроизводных, способных вызывать изменения, приводящие клетки патологических микроорганизмов к гибели.
Первым этапом исследования было получение пористой полимерной матрицы, для этого ПЭВП подвергли крейзингу. Крейзинг — это вид пластической деформации, образование упорядоченных пористых структур при вытяжке полимеров в адсорбционно-активных жидких средах (т.е. схожих по «природе происхождения” с материалом самого полимера). Данный метод является доступным и простым в исполнении.
На основе проделанных экспериментов по деформации полимеров в физически-активных средах была выявлена зависимость пористости от степени вытяжки. Наибольшая пористость достигается при степени вытяжки равной 200% (рис.1). Поэтому в ходе исследования деформацию ПЭВП проводили гептане на 200%. Затем его высушили и подвергли термической обработке.
Рис. 1. График зависимости пористости от степени вытяжки
Для внедрения антибактериального вещества в матрицу его необходимо предварительно растворить, а после пропитать раствором полимер. Полученные полимерные материалы были помещены в разные растворы фурацилина. После помещения в растворы и последующего высыхания были зафиксированы практические привесы. Экспериментально установлено, что наибольшее количество фурацилина внедрялось в матрицу посредством ее пропитки в спиртовом растворе.
Следующий этап — исследование кинетики высвобождения препарата в фосфатном буфере. Концентрация вещества при высвобождении определялась с помощью метода УФ-спектроскопии. Первоначально была построена калибровочная прямая (рис.2). Затем на основе измерений концентрации вещества в растворе с течением времени построен график зависимости степени высвобождения фурацилина из матрицы от времени (рис.3). Исходя из полученных результатов, можно утверждать, что вещество действительно высвобождается из матрицы, причем основная часть — за первые 25 минут. Дальнейшее высвобождение обеспечивает долговременное (пролонгированное) воздействие антибактериального вещества на поверхности раны.
Рис. 2. Калибровочная прямая
Рис. 3. График зависимости степени высвобождения фурацилина от времени
Заключительной частью является исследование антибактериальной активности полимерных материалов. В качестве клеточной среды выступили штаммы микроорганизмов кишечной палочки. В ходе эксперимента препарат проявлял умеренную антибактериальную активность.
Таким образом:
- Получены прочные пористые структуры на основе полиэтилена.
- Антибактериальное вещество внедрено в матрицы.
- Исследована кинетика высвобождения препарата в фосфатном буфере.
- Экспериментально установлена антибактериальная активность.
В применении такого медицинского материала есть множество плюсов. В первую очередь повязки или пластыри, разработанные на его основе, будут обладать гидрофобным свойствами, это делает использование гораздо удобнее, ведь их можно мочить без каких-либо последствий. В то же время доступ воздуха к ране не будет ограничен, так как в матрицах есть поры, не препятствующие его прохождению. А высвобождение фурацилина при контакте поверхности раны и материала будет способствовать скорому заживлению. При этом возможность пролонгированного действия антибактериального вещества обеспечивает сохранение противомикробной среды на протяжении долгового времени. Таким образом, поставленная цель была достигнута. Впоследствии исследование можно продолжать, беря за основу прочие полимерные материалы и антибактериальные вещества.
Ссылки на используемую литературу:
- Краснюк И.И, Степанова О.И., Беляцкая А.В., Король Л.А. Перспективы получения лекарственных форм на основе твердых дисперсий фурацилина // Разработка и регистрация лекарственных средств, 2015, №2, стр. 72-80.
- Ярышева Л.М., Волынский А.Л., Бакеев А.Л. Крейзинг как метод создания пористых материалов// Высокомолекулярные соединения, 1993, серия Б, том 35, №7, стр. 913-921.
- Копнова Т.Ю.., Копнов А.Ю., Якупова Л.Р. Разработка инновационных мезопористых нанокомпозиционных полимерных материалов биомедицинского назначения // Фундаментальная наука и клиническая медицина — человек и его здоровье, 2022, стр. 490-491.