[go: up one dir, main page]

RU2494746C1 - Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан - Google Patents

Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан Download PDF

Info

Publication number
RU2494746C1
RU2494746C1 RU2012134599/15A RU2012134599A RU2494746C1 RU 2494746 C1 RU2494746 C1 RU 2494746C1 RU 2012134599/15 A RU2012134599/15 A RU 2012134599/15A RU 2012134599 A RU2012134599 A RU 2012134599A RU 2494746 C1 RU2494746 C1 RU 2494746C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chitosan
antibacterial
molecular weight
composition
kda
Prior art date
Application number
RU2012134599/15A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Куликов
Владимир Евгеньевич Тихонов
Рустэм Салахович Фассахов
Original Assignee
Федеральное бюджетное учреждение науки "Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии" Роспотребнадзора
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное бюджетное учреждение науки "Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии" Роспотребнадзора filed Critical Федеральное бюджетное учреждение науки "Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии" Роспотребнадзора
Priority to RU2012134599/15A priority Critical patent/RU2494746C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2494746C1 publication Critical patent/RU2494746C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой антибактериальную композицию на основе хитозана и загустителя, включающую поливиниловый спирт, и/или глицерин, и/или полиэтиленгликоль, и/или поливинилпирролидон, отличающуюся тем, что в качестве антибактериального вещества используют низкомолекулярный водорастворимый хитозан с молекулярной массой от 3,5 до 4,9 кДа в количестве от 0,01 до 10 мас.%, загуститель - поливиниловый спирт от 2 до 15 мас.%, и/или глицерин от 10 до 90 мас.%, и/или полиэтиленгликоль от 1 до 20 мас.%, и/или поливинилпирролидон от 10 до 50 мас.%, остальное - вода. Изобретение обеспечивает высокую растворимость и антибактериальную активность хитозана в широком диапазоне уровней кислотности среды. 5 пр., 4 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относится к области медицинской биотехнологии и относится к композиции, обладающей антибактериальной активностью, характеризующуюся тем, что она содержит активное вещество - водорастворимый низкомолекулярный хитозан, а также основу.
Хитозан - сополимер глюкозамина и ацетилглюкозамина - является продуктом дезацетилирования хитина, который содержится в экзоскелетах ракообразных и насекомых, гладиусах кальмара, клеточных стенках грибов и некоторых водорослей. Хитозан является единственным положительно заряженным полимером (поликатионом) естественного происхождения, который получают в больших количествах с высокой степенью химической чистоты, и, что немаловажно, обладающего умеренной стоимостью [1]. Мировое количество хитина оценивается на уровне 1010 тонн, что, учитывая постоянный биосинтез, делает его неистощимым источником для получения хитозана.
В последние два десятилетия значительно возрос интерес к биоцидным свойствам хитозана, которые наряду с нетоксичностью, биосовместимостью, гипоаллергенностью и биодеградируемостью, позволяют использовать его в биомедицинских целях в качестве альтернативы и/или вспомогательного вещества в антимикробной терапии, особенно по отношению к ряду бактериальных штаммов, резистентных к классическим антибиотикам [2].
Однако антибактериальные свойства хитозана сильно зависят от его молекулярно-массовых параметров [3]. Дело в том, что хитозан, являющийся сополимером глюкозамина и ацетилглюкозамина, представляет собой гетерогенную группу веществ, различающихся по молекулярной массе, степени деацетилирования, расположению остаточных ацетилированных звеньев вдоль полимерной цепи, вязкости, значению средней величины рКа [4]. В связи с широкой вариацией молекулярно-массовых параметров образцов полимера, для хитозана характерны значительные вариации в проявлении антибактериальных свойств.
Антибактериальные свойства хитозана зависят:
- во-первых, от его степени дезацетилирования, то есть от доли аминосахаридных остатков со свободной аминогруппой. Увеличение степени дезацетилирования хитозана ведет к усилению антибактериальных свойств полиаминосахарида [5].
- во-вторых, от степени протонирования свободных аминогрупп полимера, поскольку именно положительно заряженные аминогруппы во многом определяют сродство хитозана к клеткам микроорганизмов. С увеличением степени протонирования аминогрупп хитозана усиливаются антибактериальные свойства полимера. Степень протонирования полимера зависит от кислотности среды - чем более кислая среда, тем более заряжен положительно хитозановый полимер, поэтому при увеличении кислотности среды антибактериальные свойства хитозана усиливаются, а при защелачивании - уменьшаются [5].
- в-третьих, от молекулярной массы (степени полимеризации) хитозана. Обычно с увеличением молекулярной массы хитозана его антибактериальные свойства усиливаются [5, 6]. Это объясняется его возрастающей способностью взаимодействовать с клетками микроорганизмов при увеличении молекулярной массы. Обычно такая зависимость прослеживается при оценке антибактериальных свойств хитозанов в кислых условиях - при низких значениях pH среды (менее 6,5). Однако, имеются сведения, которые свидетельствуют об усилении антибактериальных свойств хитозана при уменьшении его молекулярной массы, что связывают с лучшей растворимостью более низкомолекулярных форм полимера [7, 8]. Обычно такие данные получают при оценке антибактериальных свойств хитозанов в нейтральных или слабощелочных условиях - при средних значениях pH среды (от 6,5 до 8,0). Такое противоречие в зависимости антибактериальных свойств хитозана от его молекулярной массы (степени полимеризации) обуславливает актуальность поиска оптимальных по молекулярно-массовым параметрам образцов хитозана, которые бы обладали достаточно высокой антибактериальной активностью в широком диапазоне кислотности среды - как в кислых, так и в слабощелочных условиях, для последующего его включения в антибактериальную композицию.
Известен способ стабилизации косметических препаратов путем введения в них хитозана с молекулярной массой от 3 до 700 кДа. В данном случае хитозан используют в качестве консерванта, добавляя его в состав препарата в количестве от 0,005 до 0,5 мол. [9].
Известна композиция, содержащая хитозан (0,19%), аскорбиновую кислоту (0,165%) и аскорбинат натрия, применяемая в хирургической стоматологии для заживления дефектов пародонтальной ткани [10].
Известна композиция, содержащая хитозан (1-4 мас.%), глицерол (10-90 мас.%) и уксусную кислоту (1 мас.%), используемая как носитель для медикаментов анальгетиков и антибактериальных агентов [11].
Близким аналогом к нашему изобретению можно считать патент на изобретение «Гель для ухода за кожей и лечения ее заболеваний и композиция для его получения» [12]. Главным недостатком данного примера является то, что в нем используется хитозан с молекулярной массой от 10 до 500 кДа, который не обладает достаточной растворимостью в нейтральных и щелочных условиях.
Таким образом, все приведенные выше примеры подразумевают использование либо хитозана с достаточно высокой молекулярной массой, либо с молекулярными массами в широком диапазоне этого параметра не учитывающие сильные различия в проявлении антибактериального действия у образцов с различными молекулярно-массовыми характеристиками, что может привести к недостаточному использованию антимикробного потенциала этого полимера. Как указывалось выше, образцы хитозанов с более высокой молекулярной массой могут терять свою активность в нейтральных и щелочных условиях. Полидисперсные образцы, которые содержат молекулы хитозанового полимера с сильно различающейся молекулярной массой также могут обладать недостаточной эффективностью в подобных условиях ввиду потери активности входящих в их состав фракций молекул полимера с достаточно высокой степенью полимеризации (молекулярной массой).
В связи с этим целью заявленного изобретения является разработка антибактериальной композиции, включающая в свой состав водорастворимый низкомолекулярный хитозан, обладающий повышенной антибактериальной активностью в широком диапазоне уровней кислотности среды (pH от 5,50 до 8,00) и придающий это свойство композиции.
Поставленная задача достигается путем включения в состав композиции хитозана с молекулярной массой от 3,5 до 4,9 кДа (степенью полимеризации от 20 до 29), который обладает более высоким уровнем значения рКа (значение рКа соответствует значению pH среды при котором ровно половина свободных аминогрупп конкретного образца хитозана заряжена положительно), по сравнению с более высокомолекулярными образцами (табл.1). Эти образцы (с молекулярной массой от 3,5 до 4,9 кДа, и степенью полимеризации от 20 до 29, соответственно) также обладают лучшей расторимостью в нейтральных и слабощелочных условиях по сравнению с более высокомолекулярными образцами, о чем можно судить по незначительному выпадению их в осадок при повышении pH среды (рис.1) В ходе оценки антибактериальных свойств этих образцов хитоазана (с молекулярной массой от 3,5 до 4,9 кДа, и степенью полимеризации от 20 до 29, соответственно) было установлено, что они обладают антибактериальной активностью в отношении стафилококков в широком диапазоне pH среды (от 5,50 до 8,00), в отличие от более высокомолекулярных образцов, котрые были малоактивны при нейтральных и в слабощелочных условиях (рис.2 и 3). Использование олигомеров менее 3,5 кДа является нецелесообразным ввиду их слабых антибактериальных свойств (рис.2 и 3). В качестве загустителя возможно использование поливинилового спирта, глицерин, полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон.
Техническим результатом заявленного изобретения является разработка антибактериальной композиции, включающая в свой состав водорастворимый низкомолекулярный хитозан, характеризующийся повышенным уровнем рКа, а также высокой растворимостью и антибактериальной активностью в широком диапазоне уровней кислотности среды (pH от 5,50 до 8,00).
Пример 1. Антибактериальная композиция, включающая в свой состав: хитозан водорастворимый низкомолекулярный с молекулярной массой от 3,5 до 4,9 кДа (степенью полимеризации от 20 до 29) от 0,01 до 10 мас.%, поливиниловый спирт от 2 до 15 мас.%, остальное - вода.
Композиция в виде геля обладает антибактериальной активностью в отношении различных видов бактерий в широком диапазоне pH. Полученные результаты антибактериального теста заявляемой композиции представлены в таблицах 2-4.
Пример 2. Антибактериальная композиция, как и в примере 1, но вместо поливинилового спирта включающая в себя глицерин от 10 до 90 мас.%.
Пример 3. Антибактериальная композиция, как и в примере 1, но вместо поливинилового спирта включающая в себя полиэтиленгликоль от 1 до 20 мас.%.
Пример 4. Антибактериальная композиция, как и в примере 1, но вместо поливинилового спирта включающая в себя поливинилпироролидон от 10 до 50 мас.%.
Пример 5. Антибактериальная композиция, как и в примере 1, но кроме поливинилового спирта от 2 до 15 мас.%., включающая и глицерин от 10 до 90 мас.%, и полиэтиленгликоль от 1 до 20 мас.%, и поливинилпироролидон от 10 до 50 мас.%.
Таблица 1
Характеристика образцов хитозана
№ образца Молекулярная масса, кДа СП ИП СД, моль.% рКа
1 0,7 4 1,41 95 7,1
2 1,5 8 1,39 93 6,7
3 2,2 13 1,34 97 6,6
4 3,5 20 1,71 95 6,5
5 4,2 24 1,38 97 6,5
6 4,9 29 2,28 78 6,5
7 8,3 49 1,44 97 6,4
8 15,0 87 1,61 94 6,4
9 19,9 116 1,66 98 6,4
СП - средняя степень полимеризации
ИП - индекс полидисперсности
СД - степень деацетилирования
Рис.1. Значения рКа хитозанов определенные с помощью кондуктометрического титрования
Таблица 2
Антибактериальная активность в отношении S. aureus заявляемой композиции, по сравнению с композициями в состав которых входят другие образцы хитозана. Состав композиций: хитозан - 1 мас.%, поливиниловый спирт - 5 мас.%, остальное - вода
pH Зона ингибирования роста микроорганизмов на твердой питательной среде, мм
Хитозан от 3,5 до 5,5 кДа Хитозан 2 кДа Хитозан 20 кДа
5,50 10 3 12
5,75 11 3 10
6,00 11 3 11
6,25 10 3 11
6,50 10 3 10
6,75 10 3 9
7,00 8 3 5
7,25 8 3 3
7,50 8 2 0
7,75 7 0 0
8,00 5 0 0
Таблица 3
Антибактериальная активность в отношении Е. coli заявляемой композиции, по сравнению с композициями в состав которых входят другие образцы хитозана. Состав композиций: хитозан - 1 мас.%, поливиниловый спирт - 5 мас.%, остальное - вода.
pH Зона ингибирования роста микроорганизмов на твердой питательной среде, мм
Хитозан от 3,5 до 4,9 кДа Хитозан 2 кДа Хитозан 20 кДа
5,50 14 5 15
5,75 13 5 15
6,00 14 5 14
6,25 13 4 13
6,50 12 4 12
6,75 12 4 10
7,00 12 4 3
7,25 11 2 0
7,50 11 1 0
7,75 8 0 0
8,00 4 0 0
Таблица 4
Антибактериальная активность в отношении S. epidermidis заявляемой композиции, по сравнению с композициями в состав которых входят другие образцы хитозана. Состав композиций: хитозан - 0,01 мас.%, поливиниловый спирт - 5 мас.%, остальное - вода.
pH Зона ингибирования роста микроорганизмов на твердой питательной среде, мм
Хитозан от 3,5 до 4,9 кДа Хитозан 2 кДа Хитозан 20 кДа
5,50 15 12 17
5,75 15 10 17
6,00 15 11 16
6,25 15 11 15
6,50 15 10 15
6,75 15 10 15
7,00 15 3 14
7,25 15 1 6
7,50 11 1 1
7,75 10 0 0
8,00 7 0 0
ЛИТЕРАТУРА
1. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение / Под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. - М.: Изд-во Наука, 2002. - 368 с.
2. Tin S., Sakharkar K.R., Lim C.S., Sakharkar M.K.. // Int. J. Biol. Sci. 2009. V. 5. N2. P.53-60.
3. Куликов С.Н., Тюрин Ю.А., Фассахов Р.С., Варламов В.П. / Антибактериальная и антимикотическая активность хитозана: механизмы действия и роль структуры // Журнал Микробиологии Эпидемиологии и Иммунобиологии, 2009, №5, с.91-98.
4. Tharanathan R.N., Kittur F.S. Chitin - the undisputed biomolecule of great potential. Crit. Rev. Nutr. 2003. V.43. P.61-87.
5. Liu X.F., Guan Y.L., Yang D.Z., Li Z., Yao K.D. Antibacterial action of chitosan and carboxymethylated chitosan. J. Appl. Polym. Sci. 2001. V.79. P.1324-1335.
6. Eaton P., Femandes J.C., Pereira E. et al. Atomic force microscopy study of the antibacterial effects of chitosans on Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Ultramicroscopy. 2008, 108 (10): 1128 - 1134.
7. Герасименко Д.В., Авдиенко И.Д., Банникова Г.Е. и др. Антибактериальная активность водорастворимых низкомолекулярных хитозанов в отношении различных микроорганизмов. Прикл. биохим. микробиол.2004,40 (З): 301 - 306.
8. Kumar A.B.V., Varadaraj M.C., Tharanathan R.N. Low molecular weight chitosan - preparation with the aid of pepsin, characterization, and its bactericidal activity. Biochim. Biophys. Acta. 2004, 1670 (2): 137 - 146.
9. Патент RU №2028138, 1995. Способ стабилизации косметических препаратов
10. Muzzarelli R, Biagini G, Pugnaloni A, Filippini 0, Baldassarre V, Castaldini C, Rizzoli С./ Reconstruction of parodontal tissue with chitosan. // Biomaterials, 1989, v.10, N 9, p.598 603
11. Пат. США 4659700, AG1K 31/725, 1987.
12. Патент RU №2085187, 1997. Гель для ухода за кожей и лечения ее заболеваний и композиция для его получения.

Claims (1)

  1. Антибактериальная композиция на основе хитозана и загустителя, включающая поливиниловый спирт, и/или глицерин, и/или полиэтиленгликоль, и/или поливинилпирролидон, отличающаяся тем, что в качестве антибактериального вещества используют низкомолекулярный водорастворимый хитозан с молекулярной массой в диапазоне от 3,5 до 4,9 кДа в количестве от 0,01 до 10 мас.%, загуститель - поливиниловый спирт от 2 до 15 мас.%, и/или глицерин от 10 до 90 мас.%, и/или полиэтиленгликоль от 1 до 20 мас.%, и/или поливинилпирролидон от 10 до 50 мас.%, остальное - вода.
RU2012134599/15A 2012-08-13 2012-08-13 Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан RU2494746C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134599/15A RU2494746C1 (ru) 2012-08-13 2012-08-13 Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134599/15A RU2494746C1 (ru) 2012-08-13 2012-08-13 Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2494746C1 true RU2494746C1 (ru) 2013-10-10

Family

ID=49302831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012134599/15A RU2494746C1 (ru) 2012-08-13 2012-08-13 Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2494746C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2667130C1 (ru) * 2017-07-18 2018-09-14 Сергей Рудольфович Утц Хитозансодержащий гидрогель и способ косметического ухода за кожей с его использованием
WO2018185321A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 Thomas Crouzier Reinforcement of mucus barrier properties
EP3804695A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-14 Cirqle Biomedical Contraception IVS A vaginal contraceptive composition for reinforcement of mucus barrier properties

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050271598A1 (en) * 2002-10-25 2005-12-08 Foamix Ltd. Body cavity foams
RU2270646C2 (ru) * 2004-04-02 2006-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Фолиум" Перевязочное средство
RU2440122C1 (ru) * 2010-07-01 2012-01-20 Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Препарат, ускоряющий заживление ран

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050271598A1 (en) * 2002-10-25 2005-12-08 Foamix Ltd. Body cavity foams
RU2270646C2 (ru) * 2004-04-02 2006-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Фолиум" Перевязочное средство
RU2440122C1 (ru) * 2010-07-01 2012-01-20 Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Препарат, ускоряющий заживление ран

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С.Н. Куликов и др. АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ХИТОЗАНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ, 01.04.2009, найдено в Интернет на сайте http://www.bio.bsu.by/proceedings/articles/2009-4-1-95-100.pdf. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018185321A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 Thomas Crouzier Reinforcement of mucus barrier properties
RU2667130C1 (ru) * 2017-07-18 2018-09-14 Сергей Рудольфович Утц Хитозансодержащий гидрогель и способ косметического ухода за кожей с его использованием
EP3804695A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-14 Cirqle Biomedical Contraception IVS A vaginal contraceptive composition for reinforcement of mucus barrier properties
WO2021069046A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-15 CIRQLE BIOMEDICAL CONTRACEPTION ApS A vaginal contraceptive composition for reinforcement of mucus barrier properties
CN114828827A (zh) * 2019-10-11 2022-07-29 赛可勒生物医学避孕法有限公司 用于粘液屏障性增强的阴道避孕组合物
CN114828827B (zh) * 2019-10-11 2025-05-30 赛可勒生物医学避孕法有限公司 用于粘液屏障性增强的阴道避孕组合物

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lequeux et al. Addition of antimicrobial properties to hyaluronic acid by grafting of antimicrobial peptide
Pérez-Rafael et al. Nanoparticle-driven self-assembling injectable hydrogels provide a multi-factorial approach for chronic wound treatment
Fernandez-Saiz et al. Optimization of the biocide properties of chitosan for its application in the design of active films of interest in the food area
Hoyo et al. Multifunctional ZnO NPs-chitosan-gallic acid hybrid nanocoating to overcome contact lenses associated conditions and discomfort
Ahmed et al. Chitosan: a natural antimicrobial agent-a review
AU2012318331B2 (en) Antimicrobial compositions and methods employing same
Cheng et al. In situ gelling polysaccharide‐based hydrogel for cell and drug delivery in tissue engineering
Riccucci et al. Polyphenols from grape pomace: functionalization of chitosan-coated hydroxyapatite for modulated swelling and release of polyphenols
Escobedo-Lozano et al. Physical properties and antibacterial activity of chitosan/acemannan mixed systems
EP3380536B1 (en) A polymeric composition
CN104546717A (zh) 一种高抗菌壳聚糖成膜喷剂及其制备方法
CN106491633A (zh) 一种生物相容性良好的抗微生物消毒剂
JP2020514500A (ja) 抗菌性ポリマー及び抗菌性ヒドロゲル
AU2017251217A1 (en) Anti-infective compositions comprising phytoglycogen nanoparticles
US20180055481A1 (en) Coating-type contact medium for ultrasound diagnosis
RU2494746C1 (ru) Антибактериальная композиция, включающая водорастворимый низкомолекулярный хитозан
Del Pozo et al. Lysozyme-responsive hydrogels of chitosan-streptomycin conjugates for the on-demand release of biofilm-dispersing enzymes for the efficient eradication of oral biofilms
Dey et al. Stimuli-responsive release-active dressing: A promising solution for eradicating biofilm-mediated wound infections
Tantala et al. ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF CHITOSAN AND CARBOXYMETHYL CHITOSAN FROM DIFFERENT TYPES AND SOURCES OF CHITOSAN.
RU2648230C1 (ru) Гель антисептический ранозаживляющий с пролонгированным действием
Fras Zemljic et al. Viscose material functionalized by chitosan as a potential treatment in gynecology
Kašparová et al. Low-molecular weight chitosan enhances antibacterial effect of antibiotics and permeabilizes cytoplasmic membrane of Staphylococcus epidermidis biofilm cells
CN106727669A (zh) 一种高效温和的皮肤消毒凝胶及其制备方法
CN113398311B (zh) 一种荷载纳米抗菌肽的多聚复合防护膜、制备方法及应用
CN111973801B (zh) 一种抗炎修复的水凝胶及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140814