Инновационные технологии в фармакологии

Для стабилизации гетерогенных лекарственных систем (суспензии, эмульсии) используют загустители и эмульгаторы в виде ПАВ и ВМС.

Здесь уместно привести пример «иммобилизованных» лекарственных средств: ферментов, гормонов, мукополисахаридов, железо-производных декстранов и альбумина для лечения анемии; гамма-глобулинов, нуклеиновых кислот, интерферона и др., которые создаются с целью стабилизации и пролонгации их действия.

Не менее важной проблемой фармацевтической технологии является продление времени действия лекарственных средств, так как во многих случаях необходимо длительное поддержание строго определенной концентрации препаратов в биожидкостях и тканях организма. Это требование фармакотерапии особо важно соблюдать при приеме антибиотиков, сульфаниламидов и других антибактериальных лекарств, при снижении концентрации которых падает эффективность лечения и вырабатываются резистентные штаммы микроорганизмов, для уничтожения которых требуются более высокие дозы лекарства, а это, в свою очередь, ведет к увеличению побочного действия [3, c. 318].

Пролонгированного действия лекарств можно достигнуть использованием различных методов: физиологического, который обеспечивает изменение скорости всасывания или выведения вещества из организма. Это наиболее часто достигается путем охлаждения тканей в месте инъекции лекарства, использования кровососной банки или путем введения гипертонических или сосудосуживающих растворов, подавления выделительной функции почек; химического — посредством изменения химической структуры лекарственного вещества (путем комплексообразования, полимеризации, этерификации и пр.); технологического — за счет подбора носителя с определенными свойствами, изменения вязкости раствора, подбора вида лекарственной формы и т.п. Например, глазные капли с пилокарпином гидрохлоридом, приготовленные на дистиллированной воде, вымываются с поверхности роговицы глаза через 6-8 мин. Эти же капли, приготовленные на 1% растворе метилцеллюлозы и имеющие большую вязкость, а значит, и адгезию к поверхности всасывания, удерживаются на ней в течение 1 ч.

Заменив глазные капли мазью, можно увеличить время действия последней по сравнению с водным раствором пилокарпина гидрохлорида почти в 15 раз. Таким образом, изменяя такой технологический показатель, как вязкость или вид лекарственной формы, можно увеличить время действия препарата и его эффективность.

Существуют и другие проблемы в фармацевтической технологии, решение которых может привести к созданию более совершенных лекарственных препаратов, а следовательно, и к более высокой их терапевтической эффективности, например, создание возрастных лекарств, повышение микробной чистоты лекарств, создание более прогрессивной тары и тароукупорочных материалов, внедрение малоотходных и экологически чистых технологий, дальнейшее развитие биотехнологии и т.д., что, в свою очередь, шаг за шагом будет повышать качество и терапевтическую эффективность лекарств.

В последнее время фармакотехнологов и других специалистов привлекает проблема создания лекарств принципиально нового типа, так называемых лекарств направленного действия с заданными фар-макокинетическими свойствами, которые в отличие от традиционных или классических лекарств характеризуются:  пролонгированным действием; контролируемым высвобождением действующих веществ; их целевым транспортом к мишени [3, c. 319].

Лекарства нового поколения принято называть терапевтическими системами, которые частично или полностью отвечают вышеуказанным требованиям.

Терапевтическая лекарственная система (ТЛС) — это устройство, содержащее лекарственное вещество или вещества, элемент, контролирующий высвобождение лекарственного вещества, платформу, на которой размещена система, и терапевтическую программу.

ТЛС обеспечивает постоянное снабжение организма лекарственными веществами в строго определенный промежуток времени. Они используются как для местного, так и для системного лечения. Примером таких лекарств могут быть «Окусерт», «Прогестасерт», «Трансдерм» и другие, которые являются пассивными системами. Имеются образцы активных терапевтических систем, действие которых запрограммировано извне или самолро-граммируется. Такие терапевтические системы создаются за рубежом, дорогостоящие и поэтому не получили широкого распространения в медицинской практике.

Следует отметить, что оптимальную стратегию по созданию современных лекарственных препаратов можно выработать только на базе тщательно спланированных технологических и биофармацевтических экспериментальных исследований и квалифицированной интерпретации полученных данных.

С целью улучшения лечебных свойств традиционных лекарств усилия всех специалистов, разрабатывающих лекарственные препараты, направлены на использование новых технологий их получения, совершенствование составов, повышение специфичности и изучение как можно более полного механизма их действия на различные системы и органы человека. Продвижения в этом направлении все ощутимее и появляется надежда, что лекарственные препараты в следующем тысячелетии станут более действенными и эффективными средствами лечения многих заболеваний. Широко будут применяться лекарственные препараты в виде терапевтических систем и биопродуктов, особенно таких, как пептиды и пробелки, которые практически невозможно получить синтетически. Поэтому становится понятным возрастающее значение биотехнологии для фармацевтической промышленности.

Сегодня биотехнология стремительно выдвигается на передний край научно-технического прогресса. Этому, с одной стороны, способствует бурное развитие современной молекулярной биологии и генетики, опирающихся на достижения химии и физики, а с другой стороны, — острая потребность в новых технологиях, способных улучшить состояние здравоохранения и охраны окружающей среды, а главное — ликвидировать нехватку продовольствия, энергии и минеральных ресурсов.

В качестве первоочередной задачи перед биотехнологией стоит создание и освоение производства лекарственных препаратов для медицины: интерферонов, инсулинов, гормонов, антибиотиков, вакцин, моноклональных антител и других, позволяющих осуществлять раннюю диагностику и лечение сердечнососудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных заболеваний.

Новые возможности открывает генная инженерия и другие методы биотехнологии в производстве антибиотиков, обладающих высокой избирательной физиологической активностью по отношению к определенным группам микроорганизмов. Однако антибиотики имеют и ряд недостатков (токсичность, аллергенность, устойчивость патогенных микроорганизмов и др.), которые существенно можно ослабить за счет их химической модификации (пенициллины, цефалоспорины), мутасинтеза, генной инженерии и других способов. Многообещающим подходом может служить инкапсулирование антибиотиков, в частности, включение их в липосомы, что позволяет прицельно доставлять лекарственное вещество только к определенным органам и тканям, повышает его эффективность и снижает побочное действие [3, c. 321].

С помощью генной инженерии можно заставить бактерии вырабатывать интерферон — белок, выделяемый клетками человека в низких концентрациях при попадании в организм вируса. Он усиливает иммунитет организма, подавляет размножение аномальных клеток (противоопухолевое действие), используется для лечения болезней, вызываемых вирусами герпеса, бешенства, гепатитов, цитомегаловирусом, вызывающим опасное поражение сердца, а также для профилактики вирусных инфекций. Вдыхание аэрозоля интерферона позволяет предупредить развитие ОРЗ. Интерфероны оказывают лечебное действие при заболевании раком груди, кожи, гортани, легких, мозга, а также рассеянного склероза. Они полезны при лечении лиц, страдающих приобретенными иммунодефицитами (рассеянной миеломой и саркомой Капоци).

 Использование различных  извлечений из растительного  сырья известно с глубокой древности и не потеряло своего значения до настоящего времени. Препараты из растений являются основными средствами для лечения многих заболеваний. На долю препаратов растительного происхождения приходится 90% лекарств, применяемых для лечения сердечнососудистой системы, 80% средств для лечения гинекологических заболеваний и 79% — для лечения дыхательных путей.

Возросший в последнее время интерес к фитотерапии неслучаен, поскольку лекарства растительного происхождения имеют ряд преимуществ перед химиотерапевтическими препаратами. В состав лекарственных растений входят природные вещества, необходимые организму для нормальной жизнедеятельности: витамины, углеводы, макро- и микроэлементы, ферменты, гормоны и др. Комплекс веществ, содержащийся в растениях, действует поливалентно, стимулируя различные системы организма или компенсируя их недостаточную функцию. Это действие (более мягкое, пролонгированное), как правило, не вызывает аллергических заболеваний и осложнений. Кроме того, лекарственные растения обладают антиоксидантным действием и способностью выводить токсические вещества и продукты метаболизма. За счет диуретического действия большинство из них может повышать антитоксическую функцию печени, стабилизировать мембраны клеток желудочно-кишечного тракта. Весьма важными моментами являются простота и дешевизна способов получения лекарств из растений, а также доступность лекарственного растительного сырья. Сложность применения фитотерапии заключается в том, что не всегда известно действие лекарственных растений на молекулярном уровне (в сравнении с химиотерапией) и химический состав биологически активных веществ. Вместе с тем химический состав растений непостоянен и зависит от климатических, почвенных, экологических условий произрастания. При сушке и неправильном хранении растения теряют биологически активные вещества, а их фармакологическая ценность резко падает. Водные извлечения нестабильны при хранении; в них возможны явления гидролитического расщепления, окислительно-восстановительные реакции, микробная порча; их трудно стандартизировать.

Однако нельзя противопоставлять лечение лекарственными растениями или препаратами из них терапии синтетическими веществами. В острой стадии заболевания, когда необходимо срочное воздействие лекарства, следует применять синтетические препараты. Затем больному назначают лекарственные препараты раститель­ного происхождения. Применение лекарств растительного происхождения (фитопрепаратов) совместно с синтетическими дает возможность уменьшить или полностью нивелировать побочные действия последних.

Различают фитопрепараты из свежих растений (натуральные и сгущенные соки и извлечения) и высушенного сырья (настойки, экстракты, максимально очищенные препараты и индивидуальные вещества).

В настоящее время, несмотря на определенные успехи в области получения экстракционных средств, многие традиционные технологические процессы, широко используемые на фармацевтических производствах (особенно на фармацевтических фабриках), малоэффективны, длительны по времени и требуют больших расходов сырья. Отсутствие инженерных расчетов процесса экстрагирования, несовершенство используемой аппаратуры и методов экстракции снижает качество экстракционных лекарств и создает условия для загрязнения окружающей среды. Указанное выше определяет пути совершенствования производства экстракционных средств. Это, прежде всего, дальнейшая разработка теоретических основ процесса экстрагирования растительного сырья, создание методик инженерного расчета процесса экстрагирования и использование математических методов для расчета оптимальных условий технологий; поиск и применение новых экстрагентов, интенсификация методов экстракции и использование более совершенной аппаратуры, а также внедрение безотходных технологий производства лекарственных средств.

Одним из путей совершенствования производства экстракционных средств из растительного сырья является поиск и применение новых экстрагентов [5, c. 184].

Экстракция сжиженными газами известна давно, но не получила пока широкого применения в фармацевтическом производстве по ряду причин, в том числе из-за отсутствия специальной аппаратуры для экстракции. Сжиженные газы, обладая хорошей смачивающей и проникающей способностью, а также низкой вязкостью, способны легко и быстро проникать в сырье и извлекать до 88-98% действующих веществ, что значительно больше, чем при использовании известных методов экстрагирования: мацерации, перколяции и др. Кроме того, сжиженная углекислота легко и быстро отгоняется из экстракта при комнатной температуре, что особенно важно при производстве экстрактов из сырья, содержащего термолабильные вещества и эфирные масла. Высокая избирательная способность сжиженных газов позволяет получать нативные экстракты. Процесс извлечения проходит в несколько раз быстрее, чем при использовании других экстрагентов, что экономически более выгодно и часто характеризуется почти полным отсутствием водорастворимых балластных веществ. Поскольку процесс идет в замкнутом пространстве, это позволяет предохранить окружающую среду от вредных выбросов.

Однако биологически активный комплекс, извлекаемый сжиженными газами, отличается от извлекаемого классическими растворителями, характеризуется повышенным содержанием жирорастворимых и меньшим содержанием водорастворимых веществ. Поэтому сжиженные газы чаще используют для извлечения липофильных комплексов из растительного сырья (например, для производства облепихового масла). Чтобы получить извлечение комплексного состава, включающего все биологически активные вещества, присутствующие в исходном сырье, предлагается использовать смесь растворителей на базе сжиженных газов или же после экстрагирования сжиженным газом оставшийся шрот подвергать дополнительному извлечению водой с последующим упариванием и объединением извлечений.

Поскольку многие традиционные методы экстрагирования, получившие практическое применение, неоптимальны, а потери действующих веществ и связанные с ними потери лекарственного сырья из-за несовершенства технологии весьма существенны, то основной задачей экстракционных производств является интенсификация и оптимизация технологии экстрагирования сырья.  

Как отмечалось ранее, гидродинамические условия оказывают существенное влияние на процесс экстрагирования.

Метод вихревой экстракции или турбоэкстрации является одним из видов гидродинамического воздействия, сущность которого заключается в перемешивании смеси экстрагента и сырья с очень высокой скоростью. Быстроходные мешалки, снабженные острыми лопастями, осуществляют не только перемешивание, но и частичное измельчение сырья в процессе экстрагирования. Высокая скорость перемешивания создает условия неравномерного давления на поток обрабатываемой смеси, и возникающие эффекты пульсации и кавитации в системе повышают скорость внутренней диффузии. Время экстрагирования сырья сокращается до нескольких минут.

Использование роторно-пульсационного аппарата (РПА) совмещает операции экстрагирования и диспергирования сырья. Экстрагирование с применением РПА основано на циркуляции обрабатываемой среды при различной кратности твердой и жидкой фаз. При использовании РПА происходит интенсивное механическое воздействие на частицы сырья, возникает эффективная турбулизация и пульсация потока, процесс повторяется до получения концентрированного извлечения. Повышается производительность процесса и увеличивается выход действующих веществ. Применение РПА эффективно в производстве облепихового масла, настоек валерианы, календулы, комплекса каротиноидов из плодов шиповника, оксиметилантрахинонов из коры крушины, танина из листьев скумпии и т.д.

Установлено, что кратковременное (5-10 мин) воздействие электрического тока на 30-40% увеличивает выход резерпина по сравнению с его экстракцией методом мацерации. При этом выход алкалоидов из сырья в количестве 93,5% достигался через 2 ч 10 мин. А для выхода алкалоидов в количестве 90% с применением метода противотока и периодического настаивания необходимо 4 дня.