НАНОЧАСТИЦЫ ФЕРРИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ — ОБЪЕКТЫ МАГНИТНОЙ НАНОФАРМАЦИИ

Ведерникова Ирина Алексеевна

канд. фармацевт. наук, доцент НФаУ, г. Харьков, Украина

E-mail: 

Коваль Алла Александровна

канд. фармацевт. наук, доцент НФаУ, г. Харьков, Украина

Широкиймеждисциплинарный мир нанотехнологий приобретает значительное развитие в фармации и медицине. Создание принци­пиально новых лекарственных средств для профилактики и лечения различных заболеваний —одна из актуальнейших проблем нано медицины и нано фармации [2, 5].Целевыесистемы доставки лекарств(targeted drug delivery) разрабатываются для оптимизации практи­ческой медицины. Система основана на методе, который обеспечивает доставку терапевтического агента в поврежденный участок организма для пролонгированного терапевтического действия, избегая любого повреждения здоровых тканей действием препаратов. Системы целевой доставки лекарственных средств является высоко интегри­рованной областью науки, объединяющей различные дисциплины, такие как химия, биология, физика, медицина и фармация. В случае использования нано частиц с магнитными свойствами для таких целей (magnetic targeted drug delivery),открывается возможность создания «умных», магнитоуправляемых лекарств.

Целью данной работыявляется анализ развития нано техноло­гий в фармации, разработка условий синтеза нано частиц ферритов — компонентов лекарственных препаратов с магнитными свойствами.

Материалы и методы.Нано частицы ферритов различного структурного типа и состава были синтезированы методом химической конденсации из водных растворов солей в щелочной среде [1].

Анализ результатов. На рис. 1 приведена иллюстрация перспек­тив развития на мировом рынке товаров и услуг трех главных направлений нано технологий в медицине — результат работы ученых США и Германии, представленный в научной работе "Nanotechnology in medicine" [6, с. 26], где проанализированы результаты и представ­лены перспективы развития этого вопроса во всем мире.

Рис. 1. Перспективы развития нано технологий в медицине:
1 — целенаправленная доставка лекарств,
2 — медицинские материалы и имплантаты,
3 — диагностика (включая средства анализа и приборы)

Целенаправленная доставка лекарств занимает лидирующее положение в нано медицины сегодня, которое по прогнозам (рис. 1) до 2021 года увеличится на 80 %. Объединив два понятия (nanopharmacy и targeted drug delivery), появляется научное направление развития нано технологий в фармации — магнитная нано фармация. Использо­вание нано размерных магнитных материалов в фармацевтических препаратах является одной из распространенных тем нано фармации сегодня [8, 9].

Лекарственный препарат с магнитными свойствами решает целенаправленную доставку активного вещества, ее фиксацию в зоне патологии, открывает новые перспективы развития медицинской и фармацевтической науки. Сегодня на магнитных нано частицах сфокусировано внимание многих специалистов-исследователей наряду с другими объектами нано фармации, такими как фуллерены и карбоновые нано трубки. Подтверждением тому является чрезвычайно высокое количество публикаций, связанных с исследованием маг­нитных нано частиц, которое выросло за последние пятнадцать лет в 8 раз (анализ данных поисковой системы ScіFіnder Scholar, с исполь­зованием ключевых слов “magnetіc nanopartіcles”). Уже сегодня разра­боткой и производством магнитных микро- и нано частиц в составе лекарственных препаратов наиболее активно занимаются амери­канские и некоторые европейские фирмы: Bangs Laboratories, Polysciences Inc. Magforce Nanotechnologies AG [7].

Учитывая стремительные темпы развития магнитных нано технологий в фармации, установление условий синтеза магнитных нано частиц различного состава для фармацевтических препаратов имеет актуальное практическое значение. С этой целью были проведены комплексные исследования возможностей метода хими­ческой конденсации как метода синтеза нано частиц ферритов различ­ного состава и структурного типа.

Метод химической конденсации, в котором ферриты получают из водных растворов солей катионов металлов в щелочной среде, имеет ряд преимуществ. При смешивании и осаждении компонентов в жидкой фазе достигается высокая дисперсность и тесный контакт, обеспечивается равномерное распределение составляющих компо­нентов ферритовых частиц. Как следствие продукты синтеза характе­ризуются воспроизводимостью химического состава и свойств. Метод позволяет получать частицы нано масштабного диапазона, что соот­ветствует их супер парамагнитному состоянию.

Метод синтеза предполагает процесс магнитной сепарации продуктов синтеза в растворе. В этих условиях сопутствующие продукты реакции (учитывая их парамагнитные свойства) полностью эвакуируются из реакционной смеси. Синтезированные частицы ферритов имеют минимум примесей, что является важным для применения их в фармации и медицине. К тому же этот метод является достаточно доступным, простым и дешевым, не требует сложного и дорогостоящего химического оборудования. Основываясь на этом, метод может с успехом применяться для синтеза магнитных компонентов лекарственных препаратов.

В работе частицы магнетита получали при соосаждении солей железа (II) и (III) в среде аммоний гидроксида по уравнению реакции:

Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH-=Fe₃O₄+4H₂O

Используя структуру магнетита Fe²⁺Fe₂⁺³O₄ как базовую, замещения катиона ферума (II) другим двухвалентным катионом металла (Ме) приводит к получению полностью Me²⁺Fe₂O₄ или частично замещенного Me_x²⁺Fe_1-x²+Fe₂³⁺O₄ магнетита. Легирование магнетита катионами других металлов позволит одновременно решить несколько задач. Многокомпонентная ферро частица в этом случае является депо не только железа, но и других микроэлементов, что обеспечивает синергизм их действия. Использование ферритов различного состава, а также их смесей открывает перспективы создания магнитных материалов, которые будут иметь заранее прогнозируемыесвойства.

Полная заменаионов Fe²⁺в структуремагнетитадругимидвух­валентнымиионамипри синтезеферритовметодомхимическойкон­денсацииприводит к замедлениюстаренияосадка инеобходимости егопрокаливаниядля завершения процессаферритизации(формирова­ниеопределеннойкристаллической решеткии магнитныхсвойств). Установлено [4], что получениечастицполностьюзамещенногомагне­тита шпинельной структуры скатионамиCu²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, а также частиц гексаферрита Bа²⁺может быть проведенов две стадии:соосажденияисходных веществв щелочнойсреде ивысокотемпе­ратурнаяферитизацияпродуктовсоосаждения:

Ме²⁺+2 Fe³⁺+8 OH-=МеO´2Fe(OH)₃+H₂O

МеO×2Fe(OH)_3------>МеFe₂O₄+3H₂O

Синтезвысокодисперсных частицферритовчастично замещен­ного магнетиташпинельной структурыпроводили с использованиемкатионовцинка идвухвалентных катионовтриадыферума. Схематично, реакция имеет вид:

2Fe³⁺+yFe²⁺+xMe²⁺+(6+x+2y)OH-→Me_xFe_yFe₂O₄ +(6+x+y)H₂O

Частичная замена катионов ферума (II), позволяет проводить реакцию синтез магнитных частиц в одну стадию без дополнительной высокотемпературной ферритизации. Частицы синтезированные по такой схеме имеют размер до 20—30 нм при наличии высоких магнитных параметров. При изучении функциональных параметров синтезированных ферритов, был установлен экстремальный характер зависимости содержания катиона-заместителя в структуре ферритов от его свойств с максимумом при х=0.4.

В результате проведенных исследований была установленауниверсальнаяметодологиясинтеза частичнозамещенныхчастиц магнетиташпинельнойструктуры типаМе_xFe_3-xO₄, обоснована целесообразность введениякатиона-заместителя концентрацией40 % дляполучения эффективныхизменений функциональныхсвойств синтезированныхструктур.

Установленная совокупность высоких функциональных характе­ристик синтезированных частиц ферритов — высокая намагниченность при размере частиц несколько нанометров, позволяет рекомендовать полученные частицы для использования в составе лекарственных препаратов с магнитными свойствами.

Выводы

Научное направление развития современной нано фармации —создание магнитных лекарственных препаратов, безусловно, имеет перспективу своего развития во всем мире. Это подтверждается многочисленными публикациями и международными конференциями по этому вопросу. Как показывает мировая практика, длинный тернистый путь «от идеи до разработки и последующего внедрения в производство» существенно может быть сокращен сотрудничеством в рамках научных программ и проектов. При такой кооперации вклад медико-биологических и фармацевтических нано технологий, которые зародились на рубеже ХХ и ХХI веков, согласно прогнозам [3], достигнет наивысшего уровня в 2025—2035 годах.

Список литературы:

1. Берковский, Б. М. Магнитные жидкости / Б. М. Берковский, В. Ф. Медведев, М. С. Краков. — М.: Химия, 1989. — 239 с.
2. Головенко, М. Я. Наномедицина: досягнення та перспективи розвитку новітніх технологій у діагностиці та лікуванні (огляд літератури) / М.Я. Головенко // Журн. АМН України. — 2007. — Т. 13, № 4. — С. 617—635
3. Гусев, А. И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства / А. И. Гусев. — Екатеринбург: УрО РАН, 1998. — 199 с.
4. Коваль, А. О. Синтез, дослідження фізико-хімічних властивостей феритів як компонентів магнітокерованих лікувальних та діагностичних засобів / А. О. Коваль: дис. … канд. фарм. наук: 15.00.02. — Харків, 2009. — 154 с.
5. Нанонаука, нанофармакологія, нанофармація: перспективи досліджень, впровадження у медичну практику / В. Ф. Москаленко, І. С. Чекман, В. П. Чернихта ін. // Клінічна фармація. — 2010. — Т. 14, № 11. — С. 6—12.
6. Bialojan, S. Nanotechnologyinmedicine/ S. Bialojan// Mannheim, Germany: Ernst& YoungAG, 2008 —52 p.
7. Enabling individualized therapy through nanotechnology/J. Sakamoto, B. Godin, E. Blanco et. al. // Pharmacol.Res. —2010. —Vol. 62, № 2. —P. 57—89.
8. Koppisetti, V. Magnetically Modulated Drug Delivery Systems / V. Koppisetti, B. Sahiti//Int. J. Drug Dev. & Res. —2011. —Vol. 3, № 1. —P. 260—266.
9. Krishnan, K. Biomedical nanomagnetics: a spin through possibilities in imaging, diagnostics, and therapy/ K. Krishnan // IEEE Transactions on magnetic. — 2010. — Vol. 46, № 7. — P. 2523—2558.