Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Растворимость лекарственных соединений является одним из важных физико-химических параметров, определяющих биодоступность препарата. В связи с этим, на первом этапе работе мы определили равновесную растворимость барицитиниба (BCN), иммуномодулятора нового поколения, в буферных растворах в интервале рН от 1 до 14 при различных температурах (290.15 - 310.15 К). Обнаружено, что растворимость BCN резко (в 140 раз) снижается при повышении рН раствора от 1 до 4, в диапазоне рН 4-12 она минимальна (S0=(8.2±0.2)·10-5 моль/кг), затем при рН>12 снова резко возрастает. Наблюдаемое поведение можно объяснить ионизацией BCN (рассчитанные pKa1=3.45 и pKa2=12.07). Установлено, что катионные и анионные частицы, существующие при рН 1-4 и рН>12, более растворимы, чем нейтральные, преобладающие при рН 4-12. Сравнительный анализ рассчитанных термодинамических параметров процесса растворения показал, что растворение молекулярной формы BCN сопровождается более высокими значениями ΔsolnG по сравнению с ионизированными формами BCN. Процесс растворения контролируется энтропией в кислой и щелочной средах. Для предсказания поведения BCN in vivo было выявлено влияние состава биологических жидкостей организма на растворимость BCN. С этой целью, растворимость BCN была определена в биорелевантных средах сложного состава FaSSGF (Fasted State Simulating Gastric Fluid, pH 1.6) и FaSSIF (Fasted State Simulating Intestinal Fluid, pH 6.5), имитирующих, соответственно, среду желудка и кишечника. Определено, что растворимость и скорость растворения BCN в биорелевантных средах несколько выше по сравнению со стандартными буферными растворами, что можно объяснить включением BCN в мицеллы желчных кислот и лецитина. Растворимость BCN в воде может быть улучшена за счет использования различных солюбилизаторов. В данном исследовании в качестве солюбилизаторов были рассмотрены использующиеся в фармацевтике циклодекстрины, плюроники, гидроксипропилметилцеллюлоза, поливинилпирролидон и полиэтиленгликоль разной степени полимеризации. Обнаружено, что солюбилизирующий эффект циклодекстринов (α-CD, β-CD, γ-CD и их гидроксипропил- и метил-замещенных) более выражен в фосфатном буфере рН=6.8, где преобладает молекулярная форма BСN – в 0.01М растворах циклодекстринов при 298.15 К наблюдается повышение растворимости BCN в 3-4 раза. Напротив, в кислой среде солюбилизирующее действие циклодекстринов менее выраженное - растворимость BCN возрастает всего лишь в 1.5 раза. В ряду циклодекстринов наибольший солюбилизирующий эффект проявляют β-CD и его производные. Солюбилизация BCN циклодекстринами обусловлена образованием водорастворимых комплексов включения и, как было доказано с помощью 1Н ЯМР, проникновением гидрофобного фрагмента BCN в макроциклическую полость. Термодинамическое исследование комплексообразования BCN с циклодекстринами в солянокислом (рН=1.6) и фосфатном (рН=6.8) буферных растворах было выполнено с привлечением методов изотермического насыщения и капиллярного электрофореза. Методом Жоба была установлена стехиометрия образующихся комплексов 1:1. Сравнительный анализ рассчитанных термодинамических параметров комплексообразования показывает, что сродство всех исследованных циклодекстринов выше к молекулярной форме BCN, чем к катионной форме. Более устойчивые энтальпийно-энтропийно стабилизированные комплексы образуются с β-CD и его производными. Введение в молекулы циклодекстринов гидроксипропильных и метильных фрагментов приводит к увеличению глубины и полярности макроциклической полости и повышает комплексообразующую способность с молекулярной формой BCN. С повышением температуры до 310.15 К солюбилизирующий эффект циклодекстринов немного ослабевает, что обусловлено понижением устойчивости образующихся комплексов включения с ростом температуры. В работе было изучено солюбилизирующее действие плюроников L64, F68, F88 и F127, отличающихся количеством этиленоксидных и пропиленоксидных фрагментов и способных к мицеллобразованию в водном растворе. Было обнаружено, что солюбилизирующее действие плюроников не проявляется в кислой среде, т.е. включение катионных форм BCN в мицеллы не благоприятно. Напротив, при рН=6.8 наблюдалось заметное повышение растворимости BCN с ростом концентрации плюроников, обусловленное переходом вещества из фазы растворителя в мицеллы. Установлено, что с ростом температуры количество мицелл плюроника повышается и, следовательно, увеличивается солюбилизационная емкость. Солюбилизирующий эффект плюроников проявляется в ряду F127 > F88 > F68 > L64, который совпадает с последовательностью роста как гидрофильных, так и гидрофобных фрагментов в строении молекул плюроников. Методами 1Н ЯМР и УФ-спектроскопии было подтверждено наиболее вероятное встраивание молекулы BCN в корону мицеллы. Методом динамического рассеяния света установлено, что включение BCN не приводит к изменению размера мицелл. При изучении влияния ПВП, ПЭГ, ГПМЦ и полимерного β-циклодекстрина на растворимость BCN в фосфатном буферном растворе (рН=6.8) определено, что их солюбилизирующее действие прослеживается в ряду poly-β-CD >> ПВП > ПЭГ >> ГПМЦ. Наибольший солюбилизационный эффект (повышение растворимости в 8 раз при 298.15 К и в 6 раз при 310.15 К) наблюдается в присутствии полимерного β-CD, что может быть связано с кооперативностью включения молекул BCN в циклодекстриновые корзинки. На основе данных 1Н ЯМР высказано предположение, что взаимодействия BCN с ПВП и ПЭГ, вероятнее всего, реализуются за счет водородных связей. Повышение степени полимеризации ПЭГ не приводит к существенному изменению растворимости BCN, в то время как с ПВП этот эффект проявляется - возрастание длины полимерной цепочки вызывает повышение растворимости BCN. Возможно, реализуется большее количество водородных связей между ПВП и BCN и, кроме этого, молекула лекарственного соединения «обволакивается» цепочкой водорастворимого полимера, что благоприятно для растворения. Проницаемость – это свойство, определяющее способность растворенного лекарственного соединения проходить через стенку кишечника и достигать системный кровоток. Проницаемость считается одной из важнейших характеристик, определяющих биодоступность. В связи с этим, возникла необходимость оценить влияние исследуемых солюбилизаторов на коэффициенты проницаемости BCN через модельную мембрану. Установлено, что введение в раствор рассматриваемых солюбилизаторов приводит к уменьшению коэффициента проницаемости BCN. В системах циклодекстрин/BCN лимитирующим фактором является устойчивость образующихся комплексов - чем больше устойчивость комплексов CD/BCN, тем значительнее повышение растворимости и понижение проницаемости. В системах полимер/BCN изменение коэффициента проницаемости обусловлено несколькими факторами, а именно 1) возможными взаимодействиями BCN-полимер, 2) изменением вязкости раствора за счет добавления полимера, 3) способностью образующихся комплексов проходить через мембрану. Таким образом, проведенное исследование показало, что по сравнению с полимерами, циклодекстрины следует рассматривать как более эффективные солюбилизаторы BCN, поскольку они образуют комплексы включения с разными формами BCN, повышая тем самым растворимость лекарства, и их влияние на мембранную проницаемость является менее выраженным.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Цель второго года реализации проекта заключалась в разработке эффективных лекарственных форм барицитиниба, предназначенных для перорального применения. В ходе выполнения проекта были рассмотрены циклодекстринсодержащие металл-органические каркасы (CD-MOF) как системы доставки барицитиниба (BCN). Методами гидротермального синтеза и диффузии паров органического антирастворителя были получены CD-MOF на основе a-, b- и g-циклодекстринов и ионов калия. BCN был инкапсулирован в CD-MOF методами сорбции из спиртового раствора и соосаждения. Установлено, что сорбционная способность CD-MOF в отношении BCN увеличивается в ряду bCD-MOF < aCD-MOF << gCD-MOF. Обнаружено, что BCN практически не включается в aCD-MOF и bCD-MOF, и содержание BCN в данных композитах не превышало 0.2 масс.%. Напротив, загрузка BCN в gCD-MOF оказалась более эффективной и составила 1.5 масс.%. Адсорбция BCN на gCD-MOF описывается моделью Фрейндлиха, показатели которой указывают на то, что включение лекарства в данный носитель затруднено, вероятно, из-за стерического фактора. Исследованы фармакологически значимые свойства BCN, инкапсулированного в gCD-MOF. Обнаружено, что высвобождение BCN, включенного в gCD-MOF, происходит очень быстро (за 2 минуты) в фосфатном буферном растворе pH=6.8, т.е. является «рапид-ретард». Для повышения гидролитической стабильности gCD-MOF/BCN и пролонгирования высвобождения из него лекарства, использовался плюроник F127. Показано, что добавление плюроника F127 в состав композита приводит к замедлению высвобождения BCN, что связано с образованием гелевого слоя, который препятствуют диффузии воды в композит и выходу из него BCN. Профили высвобождения BCN из gCD-MOF лучше всего описываются кинетической моделью Корсмейера-Пеппаса, количественные показатели которой указывают на диффузионный механизм процесса. Разработка твердых дисперсий является одним из способов повышения растворимости и биодоступности лекарственных соединений. Твердые дисперсии BCN с bCD были приготовлены методами кристаллизации из раствора и замешивания из пастообразного состояния, а затем охарактеризованы методами РФА, ДСК, СЭМ и ИК-спектроскопии. Содержание BCN в твердой дисперсии, полученной методом кристаллизации из раствора, составляло не более 1 масс.%. Замешивание из пастообразного состояния позволяет получить твердые дисперсии с желаемым содержанием BCN, в которых лекарство равномерно распределено в матрице циклодекстрина и не образует с ней химических связей. Свойства BCN, находящегося в составе твердой дисперсии с bCD, были исследованы in vitro. С привлечением метода изотермического насыщения определено повышение растворимости BCN в составе твердой дисперсии, обусловленное образованием комплексов включения с bCD в растворе. Установлено, что распределение BCN в составе твердых дисперсий приводит к увеличению скорости высвобождения лекарственного вещества в буферных растворах с физиологическим значением рН (рН=1.6 и рН=6.8). Более быстрое высвобождение происходит в кислой среде, когда в раствор переходят протонированные формы BCN, проявляющие большее сродство к водной среде. Однако рН среды не оказывает влияния на механизм высвобождения BCN. Для проведения биологических исследований in vivo была выбрана твердая дисперсия BCN с bCD, которая была получена методом замешивания и обладала наиболее оптимальными физико-химическими свойствами. Установлено, что при пероральном введении образцов лабораторным крысам максимальная и суммарная за период наблюдения концентрации BCN в плазме крови были выше в сравнении с исходным BCN. При этом, скорость удаления BCN из плазмы снизилась, а период полувыведения и продолжительность нахождения BCN в плазме крови увеличились. В итоге, применение BCN в твердой дисперсии с bCD приводит к повышению биодоступности и улучшению фармакокинетики лекарственного средства. Таким образом, в течение второго этапа реализации проекта были разработаны научные основы получения лекарственных форм BCN для перорального применения с наиболее оптимальными свойствами.