Чем заменить альгинат натрия

Место альгинатов в лечении кислотозависимой гастроэзофагеальной рефлюксной болезни

Рассмотрены подходы к лечению кислотозависимой формы гастроэзофагеальной рефлюксной болезни, включающие применение ингибиторов протонной помпы и альгинатов.

Approaches to treatment of acid-dependent form of gastroesophageal reflux disease were considered, which includes use of proton pump inhibitors and alginates.

Согласно современной классификации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ) — это хроническое рецидивирующее заболевание, обусловленное нарушением моторно-эвакуаторной функции органов гастродуоденальной зоны и характеризующееся спонтанным или регулярно повторяющимся забрасыванием в пищевод желудочного либо дуоденального содержимого, что приводит к повреждению дистального отдела пищевода с развитием в нем эрозивно-язвенных, катаральных и/или функциональных нарушений.

Есть и иные определения, но смысл их одинаков: в качестве повреждающих агентов может выступить либо кислое содержимое желудка и тогда это заболевание относят к кислото­зависимым, либо дуоденальное содержимое и тогда в качестве повреждающих агентов выступают пищеварительные ферменты, желчные кислоты, лизолецитин и другие компоненты щелочного содержимого. Это различие очень важно, потому что оно определяет лечебный подход, выбор фармакологических препаратов и всю тактику лечения, хотя морфологический субстрат поражения один (функциональные расстройства, катаральные или эрозивно-язвенные изменения дистального отдела пищевода).

В настоящем сообщении мы бы хотели остановиться на кислотозависимой форме болезни. Следует сразу оговориться, что для обеих форм существуют и единые патогенетические механизмы. К таким механизмам относятся: снижение тонуса нижнего пищеводного сфинктера (НПС), аксиальная грыжа пищеводного отверстия диафрагмы, агрессивность рефлюктата, продолжительность контакта забрасываемого содержимого со слизистой пищевода, нарушение моторики желудка, снижение клиренса пищевода, снижение резистентности слизистой оболочки пищевода и другие. Так что само разделение болезни по повреждающему фактору носит «условный» характер, но оно является главным в выборе комплекса фармакотерапии [1].

Для правильного формирования лечебных мероприятий в целом необходимо установить:

Тяжесть болезни определяется выраженностью клинических проявлений, морфологическим субстратом (катаральные изменения или эрозивно-язвенные). Морфологический субстрат зависит от агрессивности рефлюктата, определяемого интрагастральным рН и временем его экспозиции в пищеводе (определяется процентом времени с рН менее 4 при 24-часовой регистрации). От этого же показателя зависит и выраженность боли (установлена прямая корреляция [2]). Повреждение усиливается, если рН менее 2 и в рефлюктате присутствует пепсин. Установлена также отчетливая связь степени повреждения слизистой пищевода от времени экспозиции рефлюктата [1], от интенсивности очищения пищевода от рефлюктата, от частоты забросов, зависящих от несостоятельности НПС.

Установление факторов повреждения позволяет определить интенсивность лечения и выбрать фармпрепарат или комплекс лекарств с тем, чтобы максимально быстро устранить симптомы заболевания, предотвратить или уменьшить количество или интенсивность рефлюксов, снизить повреждающие свойства рефлюктата, восстановить пищеводный клиренс, повысить резистентность слизистой оболочки пищевода.

Фармакологическое лечение кислотозависимых форм ГЭРБ

В лечении используются все группы блокаторов секреции, антациды, альгинаты. Верхнюю позицию в ингибировании желудочной секреции занимают ингибиторы протонной помпы (ИПП). Их использование рекомендуется при эрозивной форме эзофагита, при осложненном течении ГЭРБ (пищевод Баррета, рецидивирующий эрозивно-язвенный рефлюкс-эзофагит, эрозивнй рефлюкс-эзофагит у пожилых и старых, ГЭРБ с внепищеводными проявлениями) [3]. Это очень важное обстоятельство, т. к. экономическая составляющая лечения обеспечивается самим пациентом.

Наш опыт курсового лечения 120 больных с ГЭРБ 0–IV степени омепразолом, эзомепразолом, рабепразолом в стандартных дозах в течение 4 недель показал высокую клиническую и эндоскопическую эффективность всех исследованных препаратов [4–7].

Динамика клинической и эндоскопической картины представлена в табл. 1 и 2.

Представленные данные свидетельствуют о высокой эффективности всех использованных препаратов в лечении эрозивного эзофагита. Достоверных различий в динамике клинической картины и эндоскопических данных не наблюдали. В отдаленной перспективе различий в купировании изжоги нет. Начальные этапы терапии нередко требуют сочетанного лечения, так как для ИПП характерен длительный латентный период, что не позволяет их использовать для быстрого купирования симптомов. Принципиально эти наши выводы были подтверждены и отмечены в итоговых документах «Гастронедели» (Амстердам, 2012 г.). Несмотря на это ИПП и на сегодняшний день остаются основной группой блокаторов секреции в лечении ГЭРБ.

Этот недостаток ИПП в купированни изжоги устраняется альгинатами. У альгиновой кислоты был выявлен ряд свойств (в частности, способность стабилизировать вязкие субстанции и переходить в гелевую форму).

Альгинат-антацидные препараты оказывают смягчающее действие в пищеводе и создают прочный гелевый барьер на поверхности содержимого желудка при каждом эпизоде рефлюкса. Влияние альгинат-антацидных препаратов двоякое: во-первых, за счет содержания антацидов они обладают кислотонейтрализующим действием, а во-вторых, образуют защитный гелевый барьер, который предотвращает возникновение рефлюкса — основной причины возникновения изжоги.

В стандартах диагностики и лечения кислотозависимых заболеваний (4-е Московское соглашение, 2010 г.) отмечено, что при классическом рефлюксном синдроме (эндоскопически негативной ГЭРБ), а также при недостаточной эффективности ИПП возможна монотерапия альгинатами продолжительностью не менее 6 недель.

Единственным препаратом в РФ на основе альгиновой кислоты является Гевискон® (Гевискон®, Гевискон® форте, Гевискон® Двойное Действие), содержащий альгинат натрия, который определяет основной фармакологический эффект препарата и терапевтическую направленность. Ведущим механизмом действия альгинатов является их свойство при приеме внутрь реагировать с кислотой в просвете желудка и формировать невсасывающийся альгинатный гелевый барьер, который супрессирует заброс содержимого желудка в пищевод (рис. 1).

За счет углекислого газа, образующегося при взаимодействии бикарбоната натрия с соляной кислотой, «альгинатный плот» плавает на поверхности содержимого желудка и физически препятствует возникновению гастроэзофагиального рефлюкса. Анти­рефлюксные свойства альгинатов проявляются длительно (до 4 часов) [10, 11].

В рандомизированном открытом многоцентровом исследовании D. Williams и соавт. изучали эффективность препарата Гевискон® в симптоматическом лечении изжоги и диспепсии у 596 больных ГЭРБ. В результате был подтвержден высокий профиль эффективности препарата при ГЭРБ. Интенсивность и частота симптомов уменьшилась более чем у 82% больных [8].

Д. С. Бордин и соавт. [9] изучали влияние сочетанного лечения ИПП и альгинатами ГЭРБ и, оценивая преимущества совместного приема препаратов, установили, что комбинированная терапия ИПП и альгинатами обладает существенным преимуществом в скорости купирования изжоги и улучшения качества жизни больных с началом лечения в течение первой недели, когда ИПП не достигли оптимального антисекреторного эффекта. Они пришли к выводу, что в первые 5–7 дней лечения ИПП целесообразно сочетать с плановым назначением альгинатов (Гевискон® Двойное Действие) по 20 мл 4 раза в день через 30–40 минут после приема пищи и перед сном. На рис. 2 четко видна разница в купировании изжоги у больных, получавших лечение только ИПП и в комбинированном варианте (особенно первые 3 дня лечения).

Заключение

На сегодняшний день выделяют две формы гастроэзофагеальной рефлюксной болезни: кислотозависимую и зависимую от дуоденально-панкреатических факторов. Основную роль в лечении кислотозависимой формы играют блокаторы секреции, а среди них препаратами выбора являются ИПП. Эффект их действия (пик блокады секреции) наступает на 5–6 день лечения, и в этот критический период к проводимому лечению целесообразно добавить препараты «быстрого» действия. Максимально эффективной группой с подобным механизмом действия являются альгинаты. В РФ эту группу представляет Гевискон® (Гевискон®, Гевискон® форте, Гевискон® Двойное Действие), который следует назначать в первые 5–7 дней лечения. Гевискон® Двойное Действие отличается от препарата Гевискон® более высоким содержанием кальция карбоната, за счет которого у препарата появляется антацидное действие. Таким образом, Гевискон® Двойное Действие — комбинированный альгинат-антацидный препарат и обладает двумя эффектами: антирефлюксным и антацидным.

Однако его антацидное действие происходит иначе, чем у антацидных препаратов. Одновременно образуется рафт (защитный барьер) над содержимым желудка, а при реакции карбоната кальция с соляной кислотой образуются гидрокарбонат-анионы, которые нейтрализуют соляную кислоту преимущественно в зоне «кислотного кармана» [12]. Это сочетание приводит к быстрому купированию изжоги и улучшает качество жизни больных.

Литература

О. Н. Минушкин, доктор медицинских наук, профессор

ФГБУ ДПО ЦГМА УДП РФ, Москва

Источник

Альгинат натрия: волшебный и безопасный ингредиент в пищевой промышленности

Альгинат натрия: волшебный и безопасный ингредиент в пищевой промышленности

Альгинат натрия или добавка под индексом Е401 — натуральный природный полисахарид, который получают из морских бурых и красных водорослей. Выход альгиновой кислоты в водорослях составляет примерно от 15 до 50%. Свойства и разновидности альгината зависят от вида растений и страны их произрастания.
Как добывают альгиновую кислоту? Для начала из массы растений экстрагируют катионы и полисахариды. Затем с помощью щелочи добывают альгиновые кислоты. Они осаждаются этанолом, а также переводом в кальциевую соль. Соли альгината натрия образуют вязкие растворы, благодаря чему добавка активно используется в качестве загустителя в различных пищевых продуктах.

Сфера применения

У добавки Е401 широкая сфера применения. Так, полисахарид активно применяют в медицине для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, кишечных инфекций. Альгиновая кислота выводит из организма тяжёлые металлы (свинец, ртуть и другие) и радионуклиды. Часто полимер используется как средство для похудения, а также для лечения ожогов и язв.
Полезная добавка нашла применение и в фармацевтической практике. Полисахарид используют для изготовления мазей, таблеток. Он увеличивает распадаемость таблеток в желудочно-кишечном тракте. Так, в 15% препаратов использована альгиновая кислота, в результате таблетка всасывается в желудочно-кишечный тракт и начинает действовать только через 30-40 минут. Если использовать сам альгинат, то лекарства будут распадаться за 10 минут. Активно используется альгинат натрия и в сфере косметологии.

Альгинат в косметологии

Уникальная пищевая добавка Е401 используется для производства шампуней, гелей душа и дезодорантах. На основе состава полимера были созданы альгинатные маски, обладающие омолаживающим эффектом. Альгиновая кислота насыщает кожу различными микроэлементами, оздоравливает ее, снимает усталость и отеки, а также стимулирует кровообращение.

Альгинат натрия в пищевой промышленности

Альгинат натрия зарекомендовал себя в качестве загустителя при производстве альгинатной икры, изделий в желе, соусах и заливках, используется как влагоудерживающий момент в хлебе и хлебобулочных изделиях. Применяется альгинат также и в сфере детского питания (пюре, муссы, соусы). Альгинат натрия активно используется в молекулярной кухне. Он выступает в качестве загустителя при взаимодействии с водой, а также обладает желирующим свойством. Часто альгинат используют для осветления и замутнения напитков.

Благодаря стабилизации и загущению стабилизаторов их рекомендовано использовать в качестве соусов, а также топпингов для мороженого. Полисахарид является отличным стабилизатором и не расслаивает эмульсии типа воды и масла, как в майонезе и других соусах. Если говорить об использовании альгиантов в напитках, то стоит отметить их способность к образованию вязкости и нейтрального вкуса. Это свойство очень эффективно при использовании во фруктовых начинках.
Пищевую добавку Е401 используют также в молочных, мясных и рыбных продуктах. Дозировка составляет от 2 до 10 г.
Альгинат натрия значительно улучшает внешний вид колбасных и фаршевых изделий. Дозировка составляет от 0,3 до 1%. Нежный вкус, стабильность и вязкость гарантированы при небольшом введении полимера во взбитые сливки.

Влияние на организм альгината натрия полностью безопасно. Полимер не вызывает аллергию. Но специалисты рекомендуют соблюдать некоторую осторожность и умеренность, так как альгинаты мешают усваивать человеческому организму кальций, магний, железо и другие важные полезные вещества и микроэлементы. Допустимая доза альгината в сутки составляет до 50 мг/кг от веса тела. Практически во всех странах эта добавка разрешена.

Альгинат натрия — загуститель для хлебобулочных изделий

Для лечебного питания в хлеб иногда добавляют альгинат натрия, так как данный полисахарид ускоряет выведение из организма радионуклидов и ионы тяжелых металлов.
Дозировка составляет от 0,3 до 2%. Альгинат замачивают в воде и держат до образования коллоидов. В смесительную машину для теста добавляют все нужные компоненты для хлеба, а затем вводят полученный раствор загустителя. Тесто должно побродить около 3 часов. Затем его помещают в формы и выпекают. По результатам исследований доказано, что такой хлеб обладает рядом функциональных свойств. Помимо профилактических медицинских целей хлеб с альгинатом натрия доказал свою стабильность и технологичность.

Взаимодействие с другими веществами

Альгиновая кислота не может образовать гель в среде, где pH ниже 3,8, поэтому довольно сложно совмещать использование загустителя вместе с лимонным соком. В таких случаях прибегают к помощи Цитрата Натрия. Полимер не растворяется в спирте. При воздействии кальция полисахарид также может образовать гель. Среди них — глюконат кальция, хлорид кальция или лактат кальция. Стабильность геля обеспечена и при взаимодействии с сахаром. Вязкость альгиновой кислоты обычно уменьшается на 10% наряду с увеличением температуры на 5%. Чем выше темперература, тем меньше вязкости.

Свойства

Альгинат натрия изобрели из индонезийских и филиппинских водорослей как химическое соединение в конце XIX века в Англии. Каждый год производится около 25 тысяч тонн альгиновой кислоты. Спрос на него растет ежедневно. Популярность морской капусты легко объясняется: в ее составе содержится альгиновая кислота.
Внешний вид альгината натрия представляет собой порошок белого или светло-коричневого цвета без запаха, в котором могут наблюдаться примеси водорослей. Иногда допускается наличие небольших комочков, которые легко рассыпаются при нажатии.

У альгината есть важные свойства, благодаря чему этот полимер нашел широкое применение. Полисахарид хорошо растворяется в воде, и входит в группу гидроколлоидов, таких как агар-агар и карраген. Сам гель полисахарида обладает высокой термостабильностью. При нагревании и охлаждении он абсолютно не меняет своих свойств, консистенция всегда остается одна и та же.
Интересное свойство полимера — вбирать в себя максимальное количество воды, весом почти в 300 раз больше собственного.
В целом можно объединить некоторые свойства альгината натрия:

Альгинат натрия производства ГК «СОЮЗСНАБ»

Холдинг «СОЮЗСНАБ» продает соли альгиновой кислоты через дистрибьютеров компании Grill & Grossman, Англия — Algogel 3001. Это известный производитель, который предлагает проверенный продукт по оптимальному соотношению цены и качества.

Альгинат натрия — природный краситель

Важное свойство Algogel 3001 — он является природным натуральным красителем. Так, у одного из клиентов — крупного предприятия была проблема на производстве, а именно — изменение цветности деликатесной рыбы в процессе хранения. Как выяснилось, для инъецирования компания использовала функциональную смесь, в состав которой входил фосфат и каррагинан. Клиента устраивал выход готовой продукции, но внешний вид после 10 суток хранения изменялся: появлялись белые пятна в зоне удара инжектора (так называемый солевой ожог), консистенция размягчалась. Специалисты предприятия «СОЮЗСНАБ» предложили попробовать изменить технологию самого процесса посола и провести эксперимент на Альгинате натрия Algogel 3001. Основой для такого применения стали различные научные исследования и разработки. Структурообразователь целесообразнее использовать в данном случае в сравнении с каррагинаном и крахмалом. Технологи решили попробовать альгинат и провели эксперимент. В итоге была проведена промышленная выработка, в результате которой для инъецирования наши клиенты стали использовать природный полисахарид — альгинат натрия.

Дозировка альгината натрия зависит от состава продукта и рецептуры, в основном, в пределах 0,05 –0,15 г/кг. Упакован продукт в бумажные мешки с полиэтиленовым вкладышем по 25 кг. Хранить альгинат необходимо вдали от тепла и влаги, предпочтительно ниже 25° С и относительной влажности 65%. При соблюдении этих условий продукт сохраняет свои свойства минимум 1 год.

Технологические рекомендации

Для растворения без комкообразования альгината нужно предварительно смешать альгинат с другими сухими компонентами и медленно всыпать полученную смесь в воду при включенной мешалке. Продолжать перемешивание до полного растворения смеси в воде и получения гомогенного, однородного раствора. В случае использования высокоскоростных мешалок, можно растворять в воде без предварительного смешивания. Желирует в присутствие солей кальция.

Методы гелеобразования альгината натрия

Существуют два метода гелеобразования — внешнее и внутреннее гелеобразование. Внешнее используется в случае непрерывного выдавливания из альгинатов хлорида кальция. Такой метод применим при получении объемных гелей за счет регуляторов кислотности. В этом случае часто применяются фосфаты кальция. Эти соли являются малорастворимыми, поэтому равномерно распределяются в системе. Окисление приводит к образованию однородного по своему составу и происхождению геля.

Метод внутреннего гелеобразования используется в молекулярной кухне для создания реструктурированных фруктов, а также для приготовления различных начинок в кондитерских изделиях. При таком методе мы используем помимо альгината натрия еще и соль кальция, а также фрукты или пюре из них. Смешение смесей происходит на очень высоких скоростях с использованием блендера. Реструктуризация дает возможность получить молекулы ягод, аналоги икры рыбы. Дозировка альгината в таких случаях составляет от 0,3 до 2,5%.
Процесс гелеобразования для получения десертов происходит при охлаждении. Сначала все ингредиенты смешиваются с горячей водой, а затем полученную смесь необходимо охладить. Именно при охлаждении получается нужная гомогенная структура геля.

Сегодня альгинат натрия, агар-агар и каррагинан стоят в одной линейке перспективных и безопасных загустителей и стабилизаторов, использование которых зарекомендовало себя в пищевой промышленности и не только. Консистенция продукта помогает улучшить вкусовые качества, продлить срок хранения, а также придать привлекательный внешний вид изделию. И чтобы достичь необходимого результата, необходимо использовать стабилизаторы и эмульгаторы. Получение альгиновой кислоты — безопасно, полностью без химических ингредиентов. А сам метод извлечения (с помощью щелочного раствора) альгината их водорослей относится к категории натуральных. Щелочь вся вымывается, а продукт подвержен распылительной сушке.

Заказать альгинат натрия наших дистрибьюторов вы можете на сайте или через форму обратной связи, связавшись с нашим менеджером.

Источник

Чем заменить альгинат натрия

Морская среда, в которой существуют водоросли, обладает большим таксономическим разнообразием и синтезирует метаболиты различной структуры с интересной биологической активностью [1]. Пищевые волокна, незаменимые жирные кислоты, витамины и минералы являются богатым источником биологически активных соединений, полученных из морских водорослей [2]. Более того, их экстракты обладают сильной антиоксидантной активностью. Замечено, что у бурых водорослей она выше, чем у зеленых и красных [3].

Морские водоросли содержат большое разнообразие неорганических и органических веществ, которые могут быть использованы в медицине, например полифенолы, каротиноиды и токоферолы, терпены, аскорбиновая кислота, алкалоиды [4]. Эти соединения проявляли антиоксидантную активность в различных исследованиях in vitro [5].

Альгинаты образуют основной структурный полисахарид многих морских бурых водорослей (40% сухого веса). Они широко используются в производствах ткани и бумаги. В пищевой промышленности применяют альгинат пропиленгликоля [6].

Исследования химического состава морских водорослей показали, что они представляют собой богатый источник белков, липидов, углеводов, минералов и микроэлементов. Содержание белка в бурых водорослях обычно в пределах от 5 до 15% сухого веса [7]. Было замечено, что содержание белка в водорослях зависит от сезона, условий роста и окружающей среды [8]. Кроме того, бурые водоросли обладают незаменимыми аминокислотами [9].

Углеводы представляют собой один из важных компонентов метаболизма и обеспечивают организм энергией, необходимой для дыхания и других обменных процессов. Типичными углеводами в бурых морских водорослях являются фукоидан, ламинаран, целлюлоза и альгинаты. Согласно исследованию, проведенному Marinho-Soriano и соавторами, синтезу углеводов в водорослях благоприятствуют как интенсивность света, так и температура, но при этом снижается содержание белков и липидов [10]. В бурых морских водорослях также были обнаружены различные типы антиоксидантов [11].

Цель исследования: исследовать и определить варианты использования, актуальность применения морских производных альгиновой кислоты и препаратов на её основе в медицине и фармации.

Материал и методы исследования

Объектом настоящего исследования являются представители низших растений – морские водоросли. Предметом исследования было влияние альгинатов из бурых водорослей на живые организмы. Исследование проводилось с помощью поисково-информационных (eLibrary, Googlescolar, CyberLeninka, ResearchGate) и библиотечных баз данных методом анализа и интерпретации материала.

Результаты исследования и их обсуждение

Альгинаты являются одним из полисахаридов, естественным образом присутствующих в стенках клеток морских бурых водорослей. Ученые указывают на важность вязкости альгината для его биологических свойств. Исследования in vivo доказали противоопухолевую активность двух альгинатов с различной вязкостью, извлеченных из бурых водорослей Sargassum vulgare, против клеток саркомы 180, пересаженных мышам [12].

Было доказано, что сульфатированные полисахариды обладают противовирусной активностью. Hidari и соавторы установили, что фукоидан из коричневой морской водоросли Cladosiphon okamuranus тормозит серотип вируса DEN2, вызывающего болезнь денге [13].

В присутствии зарядов полисахариды могут вести себя как полиэлектролиты с особой способностью ионизироваться в водных средах. Ионизация способствует растворению полиэлектролитов, а также отвечает за их уникальные свойства. Следует отметить, что растворение полиэлектролита несравнимо с растворением простой соли, поскольку не вырабатываются ионы, то есть катион/анион, с сопоставимым размером и независимой подвижностью, но растворяются с образованием полииона и противоионов. В частности, полиионы обладают подвижностью и удерживают большое количество зарядов в непосредственной близости, так что отдельные заряды прочно прикреплены к макромолекулярному остову.

Альгинат представляет собой полианионный полисахарид, нетоксичный, биосовместимый, высоко гидрофильный, обычно используемый в качестве стабилизатора, загустителя и гелеобразующего агента в пищевой, текстильной, фармацевтической и биотехнологической промышленности [14]. Он является основным структурным компонентом морских бурых водорослей, который придаёт им силу и гибкость, но также присутствует в капсулярных компонентах почвенных бактерий в качестве защиты от высыхания и механических нагрузок.

Альгиновая кислота получается путем кислотной экстракции из водорослевой ткани с последующей нейтрализацией щелочью и осаждением путем добавления хлорида кальция или минеральной кислоты. Она превращается в альгинат натрия путем щелочной обработки. Хауг и др. выяснили структуру альгиновой кислоты путем частичного кислотного гидролиза, показав, что альгинат получают как связанные блоком β-D-маннуроновую (М) и α-L-гулуроновую кислоты (G), которые чередуются в разных формах полимеров. Альгинат характеризуется последовательными остатками G (G-блок), последовательными остатками M (M-блок) и чередующимися остатками MG в равной пропорции (MG-блоки) или неравной пропорции (GGM- и MMG-блоки), особенно в зависимости от организма и ткани, из которой он был выделен. Как и другие полисахариды, альгинат представляет собой полидисперсную систему, и его молекулярная масса характеризуется широким распределением молекулярных масс, что подтверждается индексом полидисперсности более 1,1.

Каждый альгинат имеет собственное значение pH в зависимости от химического состава, концентрации альгината и ионной силы геля-растворителя. Кроме того, альгиновая кислота полностью не растворяется ни в одном растворителе, включая воду, в то время как альгинат натрия растворим в воде. При повышении pH растворы альгината натрия могут вести себя двумя различными способами: быстрое увеличение количества катионов, то есть H + в растворе, обеспечивающее осаждение альгиновой кислоты, или медленное увеличение с образованием альгиновой кислоты. Сравнивая кривые осаждения альгината из разных источников, Haug и соавторы продемонстрировали, что индуцированное рН осаждение альгината может быть различным в зависимости от молекулярной массы полимера [15].

Ионное сшивание является более простой процедурой для образования трехмерных альгинатных сетей путем диффузии двухвалентных ионов, то есть кальция, цинка, между полимерными цепями. Альтернативно ионы, которые просто присутствуют в альгинатной сети, могут высвобождаться контролируемым образом вследствие изменения растворимости, вызванного изменением рН микроокружения [16]. В этих случаях не требуется никаких вспомогательных молекул или катализатора для взаимодействия ионов между полярными группами. Исходя из этого подхода, могут быть изготовлены более сложные системы, такие как полиэлектролиты, для более точного контроля механических и вбирающих свойств. Поскольку альгинаты с ионной сшивкой имеют очень ограниченную стабильность in vivo – из-за механизма ионного обмена, происходящего в физиологических условиях, – полисахариды также модифицируются химическим путем для получения полимеров с улучшенными биологическими свойствами, опосредованными большой протяженностью функциональных групп вдоль их молекулярной цепи.

Чтобы реализовать более эффективные системы доставки лекарств в ткани с более высоким терапевтическим эффектом, необходимо применять чувствительные к раздражителям полимеры. Раздражители окружающей среды могут быть классифицированы следующим образом:

— физиологические, такие как pH, ферментативная активность, окислительно-восстановительный потенциал и концентрация глюкозы;

— внешние раздражители, такие как температура, свет, магнитное поле и механическая сила [17].

Кроме того, разработка систем, реагирующих на раздражители, требует более точного контроля скорости разложения полисахаридов, происходящего посредством расщепления гликозидных связей и деполимеризации полисахаридов, путем точного определения концентрации реагентов и температуры синтеза. Следовательно, необходимо правильно понимать механизм деградации полисахаридов в физиологических условиях и/или при наличии ферментативной активности.

Способность некоторых полисахаридов реагировать на условия pH представляет интересный способ направить лекарственный препарат в определенную ткань или клеточное образование. Например, разложение альгинатов сильно зависит от рН. Деградация альгината из Laminaria digitata при разных значениях pH продемонстрировала, что альгинат стабилен только в диапазоне значений pH от 5 до 10.

Контролируемая доставка лекарств по требованию становится возможной благодаря разработке систем, реагирующих на факторы, которые распознают свою микросреду и реагируют динамично. Этот подход в основном интересен для тканевой инженерии благодаря возможности точной настройки высвобождения биологически активных молекул для динамического соответствия потребностям растущих тканей.

Использование полисахаридов с контролируемыми скоростями деградации может обеспечить правильное соответствие скорости роста ткани с целью постепенного формирования ее в месте каркаса, а именно пористой платформы с определенной архитектурой, обеспечивающей основные функции клеток (то есть адгезию, пролиферацию, дифференцировку) [18].

В последние годы различные полисахариды использовались для создания пористых каркасов для изучения роста тканей в трехмерных (3D) моделях in vitro. Например, Li и соавторы подготовили 3D-каркас из хитозан-альгината для стимулирования пролиферации клеток хондроцитов и выработки коллагена типа II для улучшения восстановления и регенерации хряща [19]. Совсем недавно хитозан-альгинатные каркасы были разработаны для воспроизведения сложной трехмерной микросреды опухоли, поэтому они представляют новую интересную платформу для разработки и изучения противоопухолевой терапии [20].

В этом контексте параметры окружающей среды, такие как рН, могут поддерживать деградацию полимерной матрицы, подтверждающую активность ферментов in vivo. В частности, pH может инициировать высвобождение молекул или способствовать проникновению полимерных наночастиц в цитоплазму клетки, компенсируя тем самым все специфические изменения микроокружения, связанные с изменением специфических ферментов (таких как протеазы, фосфолипазы или гликозидазы) при патологических состояниях, таких как ишемия, воспалительные заболевания или рак [21].

Что касается доставки лекарств, то носители на основе полисахаридов могут по-разному работать в различных условиях рН, как правило, под воздействием микроокружения in vivo, таким образом, защищая активные вещества от желудочного сока или преждевременного метаболизма, чтобы сохранить лекарство до места цели. В связи со снижением метаболизма альгината специфическими ферментами у человека, возможно объединение с другими фазами с целью создания гибридных наноносителей с чувствительностью к рН для замедленного высвобождения доксорубицина с целью ингибирования рака. Аналогичные подходы были также доказаны в разработке капсул с лекарственными препаратами для лечения заболеваний желудка (рН 1,0–3,0) [22].

Альтернативно альгинаты широко использовались для разработки систем высвобождения лекарств с ингибированием молекулярной диффузии на желудочном уровне (кислотный рН) вследствие превращения альгината натрия в нерастворимую альгиновую кислоту и быстрого высвобождения лекарственного средства на кишечном уровне (более высокий рН), приписываемого повторному превращению альгиновой кислоты в растворимый вязкий альгинат [23]. Чтобы преодолеть некоторые ограничения из-за выраженного выброса альгинатов, другие полисахариды могут быть использованы в качестве покрытия или внешней оболочки для более эффективного контроля скорости высвобождения лекарственного средства [24].

В то время как хитозан ионизируется и растворяется в условиях сильной кислоты желудка, он имеет особенность быстро набухать, образуя ионный гель при нейтральном pH кишечника, таким образом, высвобождая терапевтические молекулы в результате деградации полимера [25]. Совсем недавно чувствительное к рН поведение хитозана также было использовано для разработки инновационных систем противораковой доставки лекарств. Действительно, небольшое различие в рН, существующее между здоровыми тканями (7,4) и внеклеточной средой опухоли (6,5–7,2), является одним из параметров, которые стимулируют аномальную активность опухолевых клеток, обеспечивая более быстрый дефицит как питательных веществ, так и кислорода, таким образом, смещая метаболизм в сторону гликолиза.

В этом контексте наночастицы хитозана способны изменять свой поверхностный заряд – переключаться с почти нейтрального на положительный – вокруг внеклеточного рН опухоли, чтобы способствовать их внедрению в клеточную мембрану с пониженной токсичностью, тем самым отмечая большой потенциал для терапии рака [26]. Альтернативно хитозановые каркасы, содержащие антиангиогенные агенты, были успешно использованы при раке головного мозга для создания системы контролируемого высвобождения, для преодоления существующих ограничений в транспорте лекарств через гематоэнцефалический барьер [27]. Feng и соавторы приготовили чувствительные к рН коацерватные хитозан/альгинатные микрокапсулы для перорального введения доксорубицина (DOX) с низкой толерантностью к рН для повышения стабильности альгинатного ядра в желудке и его быстрого высвобождения в тонкой кишке. По мере того как увеличивается время контакта между поверхностью капсулы и слизистой оболочкой тонкой кишки, поглощение DOX может усиливаться, тогда как использование структуры LayerByLayer дает возможность доставлять несколько лекарств, инкапсулируя разные лекарства отдельно, в ядре и слоях соответственно, для комбинированной молекулярной терапии [28].

Заключение

Таким образом, быстрое развитие области биомедицинского применения альгинатов стимулировало исследования для изучения новых биосовместимых материалов, подходящих для лучшего контроля взаимодействия клеток с материалами и контролируемого высвобождения, и нацеливания лекарственного средства. В этом контексте полисахариды продемонстрировали, что они представляют собой класс макромолекул, доступных из возобновляемых источников и характеризующихся широким спектром физических свойств (то есть ответом на раздражители окружающей среды), которые должным образом определяются химическими модификациями. Это открывает возможность использовать полисахариды и их производные для разработки инновационных устройств в качестве «умных» систем доставки, способных высвобождать захваченное лекарственное средство в ответ на определенные физиологические раздражители, с помощью соответствующих способов высвобождения во времени и пространстве. Это будет обеспечиваться набором свойств полимера, точно подобранных по концентрации методом сшивания (т.е. физическими, химическими или обеими реакциями) для изготовления полу- или полностью взаимопроникающих полимерных сетей, способных воспроизводить пористую матрицу, подходящую в качестве каркаса для клеточной культуры, с улучшенными свойствами молекулярного высвобождения. В перспективе могут быть разработаны многокомпонентные системы доставки лекарств с целью терапевтических и диагностических применений.

Источник