Вивчення спорідненості до мембран допоміжних речовин й фармакологічно активних інгредієнтів методами флуоресцентних і спінових зондів

Abstract

Мета дослідження – порівняльне вивчення спорідненості до ліпосом з фосфатидилхоліну низки гідрофільних неводних розчинників пропіленгліколю (ПГ), поліетиленгліколей (ПЕГ) з молекулярною масою 400 і 1500 (ПЕГ-400 і ПЕГ-1500), що успішно застосовуються за створення м’яких лікарських форм як допоміжні речовини. Проведено аналіз результатів, отриманих за допомогою методу флуоресцентних зондів, і розрахунок константи дисоціації (Кд) неводних розчинників ПГ, ПЕГ-400 і ПЕГ-1500 з мембранами ліпосом з фосфатидилхоліну графічним методом у зворотних координатах. Показано, що Кд = 2,5 моль/л для ПГ і Кд = 4 • 10-1 моль/л для ПЕГ-400. Аналіз спектрів електронно-парамагнітного резонансу (ЕПР) у зворотних координатах дозволив оцінити Кд для ПЕГ-1500, що дорівнює 10-1 моль/л. Досліджено вплив ПГ і ПЕГ-400 на мембрани ліпосом. ПГ і ПЕГ-400 ефективно зв’язуються з мембраною ліпосом, витісняючи флуоресцентний зонд з мембрани в воду. Це може бути одним із механізмів впливу ПГ і ПЕГ-400 на біодоступність, коли фармакологічно активні інгредієнти (ФАІ) можуть витиснятися в воду молекулами допоміжних речовин, сповільнюючи процес всмоктування ФАІ. Введення ПЕГ-400 у суспензію ліпосом призводить до розпушення мембран, тобто, до зменшення щільності упаковки фосфоліпідів у мембранах, що може призводити до зміни їхньої проникності та підвищенню біодоступності. Дія ПГ на мембрани є більш м’якою, ніж ПЕГ-400. Вочевидь у зоні всмоктування ФАІ на мембрані паралельно відбувається процес всмоктування низькомолекулярних допоміжних речовин, наприклад, неводних розчинників. Причому всмоктування ліпофільних ФАІ може відбуватися в оточенні розчинників (допоміжних речовин), що призводить до збільшення біодоступності ФАІ. У разі конкуренції за місця зв’язування на мембранах клітин біоповерхонь між ФАІ і неводними розчинниками більш низька (на кілька порядків) спорідненість розчинників до мембран компенсується значною кількістю розчинників у м’якій лікарській формі порівняно з ФАІ. Механізмом підвищення біосумісності за допомогою ПЕГ є здатність їхніх молекул за рахунок компактизації (спіралізації) або розпушення приймати оптимальну конформацію структури, надаючи свої гідрофобні або полярні групи для оптимального зв’язування з наночастинками, лікарськими речовинами та біооб’єктами.

Цель исследования – сравнительное изучение сродства к фосфатидилхолиновым липосомам ряда гидрофильных неводных растворителей: пропиленгликоля (ПГ), полиэтиленгликолей (ПЭГ) с молекулярной массой 400 и 1500 (ПЭГ-400 и ПЭГ-1500), которые применяются при создании мягких лекарственных форм в качестве вспомогательных веществ. Проведен анализ результатов, полученных при помощи метода флуоресцентных зондов, и расчет констант диссоциации (Кд) неводных растворителей – ПГ, ПЭГ: ПЭГ-400 и ПЭГ-1500 с мембранами фосфатидилхолиновых липосом графическим методом в обратных координатах. Установлено, что Кд равна 2,5 моль/л для ПГ и 4 • 10-1 моль/л для ПЭГ-400. Анализ спектров электронно-парамагнитного резонанса в обратных координатах показал, что Кд для ПЭГ-1500 равна 10-1 моль/л. ПГ и ПЭГ-400 эффективно связывались с мембраной липосом, вытесняя флуоресцентный зонд из мембраны в воду. Это может быть одним из механизмов влияния ПГ и ПЭГ-400 на биодоступность, когда фармакологически активные ингредиенты (ФАИ) могут вытесняться в воду молекулами вспомогательных веществ, замедляя процесс всасывания ФАИ. Введение ПЭГ-400 в суспензию липосом приводит к разрыхлению мембран, то есть, к уменьшению плотности упаковки фосфолипидов в мембранах, что может приводить к изменению проницаемости мембран клеток и повышению биодоступности ФАИ. Действие ПГ на мембраны является более мягким, чем ПЭГ-400. Очевидно в зоне всасывания ФАИ на мембране параллельно происходит процесс всасывания низкомолекулярных вспомагательных веществ, например, неводных растворителей. При этом всасывание липофильных ФАИ может происходить в окружении растворителей (вспомогательных веществ), что приводит к увеличению биодоступности ФАИ. При конкуренции за места связывания на мембранах клеток биологических поверхностей между ФАИ и неводными растворителями, более низкое на несколько порядков сродство растворителей к мембранам компенсируется большим количеством растворителей в мягкой лекарственной форме по сравнению с ФАИ. Показано, что механизмом повышения биосовместимости с помощью ПЭГ является способность молекул ПЭГ за счет компактизации (спирализации) или расширения молекул принимать оптимальную конформацию структуры, предоставляя свои гидрофобные или полярные группы для оптимального связывания с наночастицами, лекарственными веществами и биообъектами. Эти результаты, вместе с данными о Кд для различных лекарственных веществ, помогут спрогнозировать степень конкурентных отношений между ФАИ и вспомогательными веществами на мембранах в лекарственных формах и изменение биодоступности лекарств.

The aim of the study was a comparative research of the phosphatidylcholine liposomes affinity for some hydrophilic non-aqueous solvents: propylene glycol (PG), polyethylene glycol (PEG) with mol. m. 400 and 1500 (PEG-400 and PEG-1500), which are used to create soft dosage forms as excipients. The dissociation constant (Cd) of non-aqueous solvents of PG and PEG: PEG-400 and PEG-1500 with phosphatidylcholine liposome membranes was graphically analyzed in the inverse coordinates based on results of fluorescent probes method. It was found that Cd is 2,5 M for propylene glycol and Cd = 4 • 10-1 M for PEG-400. An analysis of the electron-paramagnetic resonance spectra parameters in reverse coordinates showed that the Cd for PEG-1500 is 10-1 M. The effect of propylene glycol and PEG-400 in liposome membranes was studied. Propylene glycol and PEG-400 bind efficiently to the liposome membrane, displacing the fluorescent probe from the membrane into water. This may be one of the mechanisms of the influence of PG and PEG-400 on bioavailability, when pharmacologically active ingredients (FAI) can be displaced into water by excipient molecules, slowing down the absorption process of FAI. The introduction of PEG-400 into a suspension of liposomes leads to a decrease in the packing density of phospholipids in the membranes, which can resulf to change in the permeability of cell membranes and increase the bioavailability of FAI. The action of PG on membranes is milder than PEG-400. Obviously, in the absorption zone of the FAI on the membrane, the process of absorption of low molecular weight auxiliary substances, for example, nonaqueous solvents, takes place in parallel. In this case, the absorption of lipophilic FAI can occur surrounded by solvents (excipients), which leads to an increase in the bioavailability of FAI. When competing for binding sites on biological membranes of cell surfaces between FAI and non-aqueous solvents, the affinity of solvents lower by several orders of magnitude is compensated by a large number of solvents in a soft dosage form compared with FAI. It has been shown that the mechanism of biocompatibility increasing by PEG is the ability of their molecules (due to compaction (spiralization) or the expansion of molecules) to take the optimal conformation of the structure, providing their hydrophobic or polar groups for optimal binding to nanoparticles, medicinal substances, and biological objects. These results, together with data on Cd for various medicinal substances, will help to assess and predict the degree of competition between FAI and excipients on membranes in dosage forms and predict changes in the bioavailability of drugs.