Хитозан – одно из самых перспективных средств в медицине XXI века
Уникальные свойства хитина и хитозана привлекают внимание большого числа специалистов самых разных специальностей. Роль полимеров в нашей жизни является общепризнанной, и все области их применения в быту, промышленном производстве, науке, медицине, культуре трудно даже просто перечислить.
Если до XX века человеком использовались полимеры природного происхождения – крахмал, целлюлоза (дерево, хлопок, лен), природные полиамиды (шелк), природные полимерные смолы на основе изопрена – каучук, гуттаперча, то развитие химии органического синтеза в XX веке привело к появлению в различных областях деятельности человека огромного разнообразия полимеров синтетического происхождения – пластмасс, синтетических волокон и т.п. Происшедший технологический прорыв не только кардинально изменил нашу жизнь, но и породил массу проблем, связанных с охраной здоровья человека и защитой окружающей среды.
Поэтому закономерным является большой интерес науки и промышленности к поиску и использованию полимеров природного происхождения, таких как хитин и хитозан.
Эти полимеры обладают рядом интереснейших свойств, высокой биологической активностью и совместимостью с тканями человека, животных и растений, не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами микроорганизмов.
В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина-N-ацетил-D-глюкозамина ацетильной группировки или реакция деацетилирования. Транс-расположение в элементарном звене макромолекулы хитина заместителей (ацетамидной и гидроксильной групп) у С2 и С3 обусловливает значительную гидролитическую устойчивость ацетамидных групп в том числе и в условиях щелочного гидролиза. Поэтому отщепление ацетамидных групп удается осуществить лишь в сравнительно жестких условиях - при обработке 40-49% -ным водным раствором NaOH при температуре 110-1400С в течение 4-6 часов.
Однако и в этих условиях степень деацетилирования (доля отщепившихся ацетамидных групп в расчете на одно элементарное звено) не достигает единицы, то есть не обеспечивается количественное удаление этих групп составляя обычно 0 8-0 9.
Реакция сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера т.е. уменьшением молекулярной массы изменением надмолекулярной структуры степени кристалличности и т.д. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе полимер D-глюкозамина содержащий 5-15% ацетамидных групп а также до 1% групп соединенных с аминокислотами и пептидами.
Хитин и хитозан по своему строению близки к целлюлозе - одному из основных волокнообразующих природных полимеров. Естественно поэтому что как и целлюлоза эти полимеры и их производные обладают волокно - и пленкообразующими свойствами. Благодаря биосовместимости с тканями человека низкой токсичности способности усиливать регенеративные процессы при заживлении ран биодеградируемости такие материалы представляют особый интерес для применения в медицине.
При лечении гнойных и ожоговых ран широкое применение приобрели ферменты, эффективность использования которых может быть повышена за счет их включения в структуру волокон и губок.
Такие полимеры как хитин хитозан карбоксиметилхитин благодаря широкому набору функциональных групп обеспечивают возможность образования между полимером-носителем и ферментом связей различной прочности что создает предпосылки для регулирования активности и стабильности фермента скорости его диффузии в рану.
В медицине для лечения и профилактики тромбозов используется природный антикоагулянт крови — гепарин по химическому строению являющийся смешанным полисахаридом.
Наиболее близкий его структурный аналог — сульфат хитозана также обладает антикоагулянтной активностью возрастающей при увеличении степени сульфатирования. Возможность реализации синергического эффекта (усиления активности гепарина при введении добавок сульфата хитозана) делает это соединение перспективным для создания все новых и новых лекарственных препаратов антикоагулянтного и антисклеротического действия.
N- и О-сульфатированные производные частично деацетилированного карбоксиметилхитина не только препятствуют свертыванию крови благодаря селективной адсорбции антитромбина но и резко уменьшают интенсивность деления раковых клеток.
Это свойство раскрывает широчайшие возможности в терапии рака, позволяя успешно бороться с онкологическими заболеваниями и достигать успехов в лечении поздних стадий онкологии.
Кроме того, хитозан относится к диетическим волокнам которые не усваиваются организмом человека а в кислой среде желудка образует раствор высокой вязкости. Как компонент пищи или как лечебно профилактический препарат, хитозан проявляет свойства энтеросорбента иммуномодулятора антисклеротического и антиартрозного фактора регулятора кислотности желудочного сока ингибитора пепсина и др.
Хитозан отличается от большинства природных и химически синтезированных гелеобразователей применяемых в косметике тем что при биологических значениях рН они имеют положительный заряд т.е. является поликатионом (если рН < б). В этом заключается их преимущество перед полианионными гелеобразователями отрицательно заряженными при биологических значениях рН. Положительно заряженный хитозан взаимодействуют с отрицательно заряженной кожей и волосами. На этой их биоадизивной способности основано их применение в составе косметических средств. Кроме того биосовместимость хитозана с растительными экстрактами и другими компонентами используемыми в качестве полезных добавок и биологически активных ингредиентов открывает перспективы их использования для разработки новых средств для введения активных компонентов в косметические рецептуры. Примером может служить технология создания гранул внутри которых содержатся биологически активные субстанции нестабильные в обычных условиях косметических производств и при их хранении.
С сорбирующими свойствами хитозана связаны многие из вышеперечисленных биологических эффектов. В отличие от растительной клетчатки и других сорбентов природного происхождения, хитозан действует более эффективно благодаря своей уникальной молекулярной структуре. Молекула хитозана содержит большое количество аминогрупп, что позволяет ему связывать ионы водорода и приобретать избыточный положительный заряд. Кроме того, свободные аминогруппы и координационно связанные металлы определяют хелатообразующие (способность образовывать так называемые хелатные комплексы, прочно удерживающие металлы) и комплексообразующие свойства хитозана. Первичные аминогруппы хитозана либо его комплексов по эффективности связывание ионов тяжелых металлов и радионуклидов в десятки раз превосходят ионообменные смолы.
Этим объясняют способность хитозана эффективно выводить из организма тяжёлые металлы и оказывать радиопротекторное действие за счёт разнообразных химических и электростатических взаимодействий. Свойство хитозана, связывать тяжёлые металлы и радионуклиды, было оценено в клинических исследованиях и экспериментах. Полученные результаты показали, что хитозан, принимаемый больными, резко снижал повышенные показатели содержания в крови при отравлениях солями тяжелых металлов и цитотоксинами.
Имея мощный положительный заряд молекула хитозана вступают в связь с отрицательно заряженными молекулами жирных кислот непосредственно в пищеварительном тракте – до их усвоения. Иными словами, попадая в организм, хитозан «притягивает» липиды, связывает их, делая недоступными для усвоения, и выводит из организма, препятствую тем самым образованию жировых отложений.
Ученые называют хитозан «магнитом для жиров»: одна молекула хитозана способна связать молекул жира в 10-12 раз больше своего веса. Положительный заряд хитозана обеспечивает связывание поступающего с пищей холестерина. Кроме того хитозан соединяется с желчной кислотой (с помощью которой происходит всасывание холестерина), выводит ее и холестерин пищи с каловыми массами. При этом холестерин крови, а также холестерин, поступающий с пищей, расходуется организмом для синтеза в печени желчной кислоты. Это является очень эффективным и перспективным механизмом снижения уровня холестерина при приеме хитозана.
Препараты хитозана в последнее время становятся все более востребованными в медицине. Хитозан применяется в двух направлениях: наружно, в качестве ранозаживляющего и внутренне как энтеросорбент, противовоспалительный и бактериостатический агент, а также возможно его инъекционное введение в составе лекарственных и вакцинных препаратов. Из существующего в настоящее время широкого ассортимента полимерных покрытий на раны и ожоги рассасывающиеся покрытия в наибольшей степени отвечают всем медико-биологическим требованиям. Хитозан и его производные регулируют пролиферацию фибробластов и стимулируют нормальную регенерацию кожи.
Болеутоляющее и антимикробное действие хитозана обусловлено его уникальной способностью неспецифически взаимодействовать с болевыми рецепторами и клеточной стенкой микроорганизмов.
Одной из причин эффективности хитозана при заживлении ран является его стимулирующее воздействие на иммунную систему: его можно рассматривать как аналог липополисахаридов клеточных стенок микроорганизмов, выполняющих роль активаторов макрофагов.
Хитозан при применении внутрь обволакивает стенки слизистой кишечника, обладает способностью адсорбировать в желудочно-кишечном тракте токсины и способствует выведению их из организма, обладает бактериостатическим действием.
Хитозановые препараты позволяют ускорить и удешевить курс лечения, исключить или значительно уменьшить использование антибиотиков и сульфаниламидов, обладающих кумулятивным эффектом. В последние годы учеными различных стран проведен цикл исследований по применению в качестве адъюванта хитозана и его модификатов в составе вакцин против листериоза, псевдомоноза, бруцеллеза, туберкулеза, ящура, гриппа и других инфекций.
Доказан положительный опыт применения нанохитозана для повышения иммунного ответа при конструировании бруцеллезных вакцин. Полученные результаты в большинстве случаев указывают на перспективность активного использования хитозана в иммунопрофилактике человека.
Для стимуляции роста и микробиологической активности микроорганизмов- пробиотиков используют пребиотики- вещества приролного или искусственного происхождения. Таким является природный полисахарид хитозан.
В силу особенности химической структуры данный полимер способен во влажной среде при определенных значениях рН среды набухать и проявлять абсорбционные свойства. Эти способности в полной мере могут проявляться в кишечнике, хитозан, обволакивая ворсинки стенок, препятствует прикреплению и развитию неблагоприятной микрофлоры.
