ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Разработка технологии получения нового лекарственного препарата широкого спектра действия МЕТРОПОЛ

Рекомендуемая область пременения

Медицина:
- газовая гангрена,
- экстремальная военно-полевая хирургия,
- медицина катастроф,
- онкология,
- перитонит
- эмпиема, гангрена легкого
- гнойно-воспалительные заболевания поджелудочной железы
- послеоперационные осложнения
- челюстно-лицевая хирургия, пародонтоз
- раневой сепсис
Ветеринария
- антимикробная защита

Назначение, цели и задачи проекта

Предлагаемый проект относится к области химии биологически активных полимеров и медицины, более конкретно к получению пролонгированных антимикробных препаратов.

Целью проекта является получение нового комплекса 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном молекулярной массы 9000-60000 формулы (I), где n = 81-539. Полученный комплекс обладает широким спектром антимикробного действия и может применяться как лекарственный препарат в гнойной хирургии, гинекологии, челюстно-лицевой хирургии и других областях медицины.

Еще одной целью проекта является разработка новой технологии  получения указанного комплекса и разработка фармацевтической композиции на его основе.

Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:

- проведение доклинических и клиничес­ких испытаний препарата,

- доработку и оптимизацию технологии его получения

- производство но­вой иммобилизованной формы метропола.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Проект относится к области химии биологически активных полимеров и медицины, более конкретно оно относится к получению пролонгированных антимикробных препаратов.

Известно, что инфекции, вызываемые анаэробными бактериями и их ассоциациями с аэробами, являются наиболее распространенными среди гнойно-воспалительных заболеваний. Их клиническая картина многообразна, течение заболеваний тяжелое, часто с летальными исходами, а выбор лекарственных средств ограничен.

В клинической практике для лечения анаэробной и смешанной инфекции наиболее широко применяется 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазол (метронидазол, флагил) В.Н. Ивченко, В.М. Мельник "Применение метронидазола и его аналогов в хирургии". "Клиническая хирургия" 1983, N 1, стр. 45-48. М. Д. Машковский "Лекарственные средства" М. , Медицина, т. 2, с. 576. М.И. Кузин, Г.К. Вандяев, Л.А. Блатун "Хирургия", 1983, N 6, с. 106.

Его используют для лечения гнойных поражений органов грудной и брюшной полости, мочеполовых путей, при неотложной аппендэктомии, перед операцией для предупреждения возникновения инфекции. К.Н. Широкова, Р.М. Филимонова, Л. В. Полякова "Применение метронидазола в лечении больных язвенной болезнью". "Клиническая медицина" 1981, N 2, стр. 48-50.

Недостатком этого препарата является его малая растворимость в воде и сравнительно быстрая элиминация. Период полувыведения метронидазола из организма равен 6-8 часам, что требует 3-4-кратного введения в сутки для поддержания в биосредах концентраций, подавляющих рост микробов. В.А. Гусель, И. В. Маркова. "Справочник педиатра по клинической фармакологии". Л.: Медицина 1989, с. 223.

Наиболее близким по сущности к заявленному препарату является комплекс 2-ацетиламино-5-нитротиазола (нитазола) с поливинилпирролидоном, обладающий антимикробной активностью по отношению к неспорообразующей анаэробной инфекции. Авторское свидетельство N 1795646 (1992 г.).

Комплекс 2-ацетиламино-5-нитротиазола с поливинилпирролидоном получают добавлением поливинилпирролидона к водной суспензии 2-ацетиламино-5-нитротиазола при перемешивании и дальнейшем нагревании при температуре 60^oC в течение 4-5 часов. По охлаждении реакционную смесь центрифугируют, собирают жидкую фазу, в которой содержится комплекс.

Указанный прототип обладает следующими недостатками:

1. В качестве компонента комплекса в прототипе указывается поливинилпирролидон молекулярной массы 25-50 тысяч. Такое молекулярно-массовое распределение в значительной степени ограничивает области возможного применения комплекса. В частности, при инъекциях рекомендуется использовать поливинилпирролидон с молекулярной массой 10-12 тысяч.

2. Не все анаэробные бактерии чувствительны к нитазолу.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Целью настоящего проекта является расширение областей возможного применения комплекса 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном, в частности получение фармацевтической композиции, обладающей антимикробными действиями.

Указанная цель достигается тем, что для приготовления комплекса используют метронидазол и поливинилпирролидон с молекулярной массой от 9000 до 60000.

Структурная формула полученного комплекса:

где n = 81-539.

Строение инклюзионного комплекса поливинилпирролидона с метронидазолом доказывается физическими методами.

В ИК-спектрах образование комплекса характеризуется уменьшением интенсивности или исчезновением полосы поливинилпирролидона при -2930 см^-1, относящийся к внутримолекулярной водородной связи и смещением полосы межмолекулярной H-связи полимера из области 3430 см^-1 в 3390 см^-1.

Кроме того, в УФ-спектрах поглощения наблюдается смещение максимума, характерного для метронидазола с 319 до 325 нм.

Об образовании комплекса свидетельствует также увеличение предельной растворимости метронидазола в водных растворах при добавлении поливинилпирролидона.

Используемый в синтезе комплекса в качестве полимерной матрицы поливинилпирролидон - водорастворимый полимер, выпускаемый отечественной промышленностью, применяется в медицине в качестве плазмозаменителя - дезинтоксикатора. Н. А. Платэ, А.Е. Васильев. "Физиологические полимеры" М., Химия, 1986, стр. 13-14. Растворы поливинилпирролидона снижают токсичность кишечной палочки и протея, а также оказывают агглютинирующее действие на микробные клетки. В.Н. Мальцев, В.А. Стрельников, Я.Я. Федоровский. "Влияние поливинилпирролидона на микробные клетки" Журнал микробиологии 1987, N 4, стр. 9-11.

Комплекс 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном образуется в широком интервале соотношений, но для практического применения лучшее весовое соотношение 1:10. Использование комплекса 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном позволяет поддерживать концентрацию действующего средства - метронидазола на терапевтическом уровне в течение 3 суток. При этом поливинилпирролидон, освобождающийся из комплекса после биотрансформации 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола дополнительно выполняет роль сорбента, поглощая из раневого очага микроорганизмы и токсичные метаболиты, что положительно сказывается на общем терапевтическом эффекте.

Изложенное выше иллюстрируется следующими примерами:

1. Получение комплекса 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном
1 г 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола и 10 г поливинилпирролидона молекулярной массы 9000 (n = 81) растворяют в 100 мл воды, выдерживают в течение 6 ч в термостате при 60-70^oC. Строение комплекса доказывается ИК- и УФ-спектроскопически.

2. Получение комплекса 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном лиофильным высушиванием
1 г 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола и 10 г поливинилпирролидона молекулярной массы 35000 (n = 539) растворяют при встряхивании и нагревании до 60^oC в 100 мл воды, выдерживают при температуре 60-70^oC в течение 6 ч. Затем высушивают в лиофильной сушилке. Получают легкий пушистый порошок. Образование комплекса доказывается ИК- и УФ-спектрометрией.

3. Получение комплекса 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном в шаровой мельнице
1 г 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола и 10 г поливинилпирролидона молекулярной массы 12000 (n = 108) перемешивают в шаровой мельнице или мельнице Pulverisette в течение 12 часов. Образование комплекса доказывается физическими методами.

Определение среднего значения молекулярной массы
100 мл препарата помещают в мерную колбу вместимостью 200 мл, прибавляют 100 мл воды и встряхивают. Из полученного раствора готовят 1, 2, 3, 4 и 5% растворы препарата и определяют их концентрации рефрактометрически.

Измеряют время истечения каждого раствора (объем раствора 5 или 10 мл) при температуре 25 0.1^oC в вискозиметре Оствальда со временем истечения воды от 80 до 120 с (ГФ XI, вып. 1, с. 87). Величины приведенной вязкости рассчитывают по формуле:

_прив.= _отн.-1/C,

где C - концентрация препарата в граммах в 100 мл раствора.

Строят график, на оси абсцисс которого откладывают концентрацию препарата, на оси ординат - значение приведенной вязкости.

Через точки проводят прямую до пересечения с осью ординат, точка пересечения определяет величину характеристической вязкости.

Величина характеристической вязкости [ ] должна быть от 0.088 до 0.112. Среднее значение молекулярной массы препарата рассчитывают по формуле Шольтана:

[ ] = 1.4 х 10^-4 х  M⁰_w^.7

Среднее значение молекулярной массы должно быть 12600 2700.

Определение среднего значения молекулярной массы
Около 10 г субстанции (точная навеска) помещают в мерную колбу вместимостью 200 мл, прибавляют 100 мл воды и встряхивают. После растворения субстанции доводят объем раствора водой до метки и перемешивают. Из полученного раствора готовят 1, 2, 3, 4 и 5% растворы субстанции и определяют их концентрации рефрактометрически.

Измеряют время истечения каждого раствора (объем раствора 5 или 10 мл) при температуре 25 0.1^oC в вискозиметре Оствальда со временем истечения воды от 80 до 120 с (ГФ XI, вып. 1, с. 87). Величины приведенной вязкости рассчитывают по формуле:

_прив.= _отн.-1/C,

где C - концентрация субстанции в граммах в 100 мл раствора.

Строят график, на оси абсцисс которого откладывают концентрацию субстанции, на оси ординат - значение приведенной вязкости.

Через точки проводят прямую до пересечения с осью ординат, точка пересечения определяет величину характеристической вязкости.

Величина характеристической вязкости [ ] должна быть от 0.191 до 0.234. Среднее значение молекулярной массы субстанции рассчитывают по формуле Шольтана:

[] = 1.4х 10^-4х M⁰_w^.7

Среднее значение молекулярной массы должно быть 35000 5000.

Количественное  определение

0.5 г Субстанции (точная навеска) помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл, прибавляют 50 мл воды и встряхивают. Доводят объем раствора водой до метки. 2 мл Полученного раствора пипеткой помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят объем раствора 0.1 М раствором кислоты хлористоводородной до метки и перемешивают.

Измеряют оптическую плотность полученного раствора на спектрофотометре при длине волны 277 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм.

В качестве раствора сравнения используют 0.1 М раствор кислоты хлористоводородной.

Содержание метронидазола в субстанции в процентах (X) вычисляют по формуле:



где D - оптическая плотность испытуемого раствора;

a - навеска субстанции в граммах;

380 - удельный показатель метронидазола при 277 нм.

Значение величины n для полученного комплекса находится по формуле:

n = M/m

где n - число звеньев в полимере

M - молекулярная масса поливинилпирролидона

m - молекулярная масса звена

Определение параметров острой токсичности

Параметры острой токсичности определяли на беспородных белых мышах обоего пола массой тела 20-24 г при внутрибрюшинном и внутривенном введении комплекса 1% метронидазола с ПВП молекулярной массой 12600 и 35000 в соответствии 1: 10. Концентрация комплексов 900 мг/кг не вызывала гибели животных. По внешнему виду и по поведению подопытные особи не отличались от контрольных в течение двухнедельного наблюдения.

Изучение антибактериальной активности

Изучение антибактериальной активности 1%-ного водного раствора комплекса метронидазола с поливинилпирролидоном in vitro проводили стандартными методами с использованием серийных разведений в жидкой тиогликолевой или полужидкой среде AC, а также серийных разведений в плотной питательной среде - 5% кровяном анаэробном гемагаре с гемином и менадионом (в соответствии с требованиями Международной фармакопеи). Для тестирования использовали взвесь микроорганизмов по оптическому стандарту мутности. Учет результатов проводили через 24 ч для аэробов и через 2-7 сут для облигатных анаэробов.

Как видно из таблицы, минимальная ингибирующая концентрация находится в пределах 0,5-50 мкг/мл для облигатных анаэробов и 10-150 мкг/мл для факультативных. Комплекс особенно активен в отношении клостридиальной флоры.

Лечебный эффект комплекса

Лечебный эффект 1%-ного водного раствора комплекса метронидазола с поливинилпирролидоном был изучен на модели острого абсцесса легких, полученного у кроликов. Ограниченный абсцесс легкого развивался на 5-7 сут после введения взвеси анаэробной культуры (клинический штамм) в катетер, введенный в правое легкое через микротрахеостому. На фоне выраженной клинической картины острого абсцесса легкого подопытным кроликам вводили через катетер по 2 мл комплекса через сутки (группа 10 животных). Контрольная группа кроликов (10 особей) также с абсцессом легкого получала обычный метронидазол по 500 мг 3 раза в день p/os. Контрольные животные, как правило, погибали на 5-9 сутки от прогрессирующего абсцесса в легком. Из подопытной группы 5 кроликов выжили, у них нормализовался вес тела, формула крови и показатель НСТ, снизилось количество лейкоцитов в периферической крови. Остальные 5 кроликов погибли на 19-23 сутки от начала заболевания. В контрольной группе погибли все животные.

Таким образом, предлагаемый объект обладает выраженной антибактериальной активностью в отношении широкого спектра неспорообразующих бактерий, обладает пролонгированным действием и может применяться как препарат выбора при гнойно-воспалительных заболеваниях анаэробной и смешанной этиологии, в том числе при гнойных ранах как в стационарах, так и в поликлинических отделениях хирургического профиля.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Применение инновационной технологии позволит обеспечить:

Снижение себестоимости конечной продукции в 2 раза, а также энергозатрат и транспортных расходов за счет применение легкодоступных реагентов.

Применение новой технологии позволяет снизить эксплуатационные расходы, исключить поставку дорогостоящих реагентов (основа получения метропола – доступный комплекс метронидазола с полимерной матрицей), что сэкономит до 10 млн. рублей в год.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

• Разрабатываемая технология не требует создания нового технологического оборудования. Она может быть реализована на любом химико-фармацевтическом предприятии.

• В качестве исходного сырья используется легко доступный и экологически безопасный комплекс 1-(2-гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазола с поливинилпирролидоном, что позволяет поддерживать концентрацию действующего средства - метронидазола на терапевтическом уровне в течение 3 суток.

• Совместное использование Метропола с антибиотиками позволяет снизить дозы последних в 1.5-2 раза, сохраняя при этом их бактерицидные свойства.

Новые потребительские свойства продукции

Продукция относится к товарам с высокой степенью необходи¬мости.
Она будет востребована во многих отраслях медицины и ветеринарии.
Фармакологический эффект от применения МЕТРОПОЛа длится в течение 48 часов (у применяемых в настоящее время препаратов в среднем 3-4 часа).
МЕТРОПОЛ обладает выраженной активностью против ана¬эробных микробов. Минимальная ингибирующая концентрация (МИК) для Cl. novji не превышает 5 мкг/мл, для Cl perfingens cocтавляет от 2.5 до 10 мкг/мл, для О. septicum от 10 до 40 мкг/мл.
МЕТРОПОЛ также активен и по отношению к не споро образующей анаэробной микрофлоре: МИК для Вас. Melaninogenicus составляет 0.5-10 мкг/л, для F Nucleatum 0.25-5.0 мкг/мл.
Ингибирующее действие МЕТРОПОЛА на анаэробную микрофлору обнаруживается через 30-40 часов после однократного введения животным внутривенно.
Не иммобилизованный на полимере метронидазол выводится через 6-8 часов.
Высокая эффективность технологического процесса обеспечивается за счет снижения эксплуатационных расходов, расходов на ремонт, исключения применения дорогостоящих реагентов.
Экологическая безопасность. Технология проста в техническом исполнении и не требует большого набора химических реагентов.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

Пакеты документов, включая временные Фармакопейные статьи, акты испытаний сроков годности и другие документы переданы и зарегистрированы в Фармакологическом и Фармакопейном комитетах Минздрава РФ.
Освоена технология производства субстанции Метропола
Выпущена опытно-промышленная партия лекарственной формы для внутривенного введения в ампулах и флаконах в количестве необходимом для проведения доклинических и клинических испытаний.

Предлагаемые инвестиции

24,6 млн. руб.

Рынки сбыта

Российская федерация: все регионы, Китай, Корея, Монголия

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

23.05.2007