Полимерные композиты на основе активированной перекисью водорода целлюлозы и малеиногуанидинметакрилатом (стр. 5 из 9)

В работах [33-36] было показано, что диаллильные катионные полиэлектролиты, содержащие четвертичные аммониевые группы, оказывают бактерицидное действие на Treponemapallidum(возбудитель сифилиса).

Японскими исследователями в работах [37,38,39] изучены полимеры четвертичных аммониевых соединений и бигуанидов и исследована их сравнительная антимикробная активность в зависимости от молекулярной массы. Ими выявлено, что полимерные бигуаниды с молекулярной массой 11 900 обладали значительно более высоким бактерицидным действием в отношении золотистого стафилококка по сравнению с мономером и полимерами на основе четвертичных аммониевых соединений с молекулярной массой 14 300.

Поскольку аминогуанидиновые производные значительно эффективнее четвертичных аммониевых соединений, они находят широкое применение в качестве физиологически активных веществ: лекарств, антисептиков, пестицидов [40]. Аминогуанидиновые соединения щироко распространены в природе. К ним относятся: аминокислота аргинин, фолиевая кислота, многочисленные белки и нуклеиновые кислоты, в которые производные амино- гуанидина входят в качестве различных структурных элементов. Аминогуа- нидиновая группировка служит началом многих лекарственных веществ (сульгин, исмелин, фарингосепт) и антибиотиков (стрептомицин, бластици- дин, мильдомицин). Производные аминогуанидина представлены и среди специфических веществ, с помощью которых растения защищаются от атаки микроорганизмов [41].

Первые данные о биоцидных свойствах аминогуанидиновых производных и полимеров на их основе были опубликованы в патентной литературе [например, 38-41]. В указанных патентах описывается применение подобных соединений в качестве инсектицидов и отмечается, что соответствующие соединения особенно активны против грибковых заболеваний на фруктовых деревьях.

К наиболее сильным из известных аминогуанидиновых антисептиков относятся 1,6-бис-4,4-хлорфеноксибигуанидогексин («хлоргексидин») и низкомолекулярный полигексаметиленбигуанидин («вантоцил» или «кос- моцил») [37-40]. 9-3 Так, например, хлоргексидин используется в качестве дезинфицирующего средства в виде солей (гидрохлорида, ацетата, глюкона- та). До последнего времени хлоргексидин широко рекомендовался в виде растворов, мазей, присыпок как эффективное дезинфицирующее средство в хирургии для борьбы с внутрибольничными инфекциями, лечения кожных заболеваний и бытовых целей. Однако следует отметить, что это вещество получают по сложной 4-х стадийной технологической схеме, кроме того, при его синтезе исходным сырьем служит хлорциан, поэтому технологический процесс дорог и опасен.

В России (в ИНХС РАН) был разработан процесс производства полимерного гуанидинового антисептика - полигексаметиленаминогуанидингид- рохлорида (ПГМАГ) («полисепт») [42], исходя из гексаметилендиамина и гидрохлорида аминогуанидина.

Так как аминогруппы аминогуанидингидрохлорида имеют различную реакционную способность, то молекулярную массу и структуру «полисепта» удается регулировать, изменяя условия реакции и содержание гексаметилендиамина в исходной смеси [6, 27]. Так, при сравнительно низких температурах для процесса поликонденсации (120-130°С) в реакцию с гексамети- лендиамином вступают преимущественно одна аминогруппа аминогуанидингидрохлорида, образуя хорошо растворимый линейный олигомер с молекулярной массой (1.7-12.5) х10³. При увеличении количества гексамети- лендиамина в реакционной смеси сверх одного моля на 1 моль аминогуани- дингидрохлорида и повышении температуры до 180-200°С в реакцию может вступать третья аминогруппа и образуется разветвленный полимер, который имеет молекулярную массу (20-43) x10³.

Различные соли ПГМГ (фосфат, глюконат, сорбат, фторид, сульфат, нитрат, силикат, ацетат, стеарат, олеат, фумарат, сукцинат, адипинат, себа- цинат) были получены при действии различных кислот или их солей на основание или карбонат ПГМГ [6]. Среди указанных полимерных солей наибольшее практическое значение помимо гидрохлорида имеют фосфат и глюконат. По данным, указанным в работе [6], растворы гидрохлорида в концентрации 0.1-0.05 вес.% вызывают гибель грамположительных и грамот- рицательных микроорганизмов: коринебактерий дифтерии (с. Duphtheretiae), золотистого стафилококка (St.aureus), а также St.aibusи St. faekalis, брюшно-тифозной палочки (S.typhi), шигелл Зонне и Флекснера (ShigellaSonnae, Flexneri), кишечной палочки (E.Coli), сальмонелл Бреслау и Гертне- ра (Salmonellath.murum), вульгарного протея (ProteusVulgarus), синегной- ной палочки (Ps.aeruginosa) в течение 5-25 минут.

По сравнению с другими катионными полиэлектролитами использование гуанидинсодержащих биоцидных полимеров имеет еще одно положительное преимущество. При использовании синтетических биоцидных полимеров следует учитывать их биодеградируемость в живом организме. В случае использования небиодеградируемых синтетических полимеров существенное значение имеет их молекулярная масса, поскольку полимеры с молекулярной массой выше 50000 не могут выводиться через почки, а накапливаются в почечных канальцах, вызывая выраженные токсические эффекты. В этом отношении биоцидный эффект аминогуанидиновых соединений может оказаться физиологичным, т.к. в живом организме имеются ферментные системы, способные вызывать деградацию этих соединений, предотвращая их кумуляцию [43]. Однако, как уже отмечалось, для каждого нового аминогуанидинсодержащего соединения данный факт требует отдельной проверки.

С учетом вышесказанного и приведенных примеров, разработка новых биоцидных препаратов, несомненно, является актуальной задачей. По аналогии с предложенными в работе [31] критериями, применяемыми в подходе к лекарственным препаратам, значительная часть которых является и биоцидными препаратами, можно эти ключевые моменты рассматривать в применении к противомикробным средствам, именуемыми также биоцидными и бактерицидными.

Биоцидное вещество должно обладать высокой активностью, избирательностью и продолжительностью своего действия;

Оно должно быть чистым и иметь высокую стабильность при хранении;

Оно должно быть доступным, а доходность его на рынке биоцидных препаратов - достаточно высокой;

Все эти факторы при правильном сочетании будут определять время жизни данного препарата среди применяемых аналогично действующих биоцидных средств.

Стратегия и тактика создания новых биоцидных веществ может опираться на следующие ключевые моменты [44].

Принцип химического модифицирования структуры известных синтетических и природных биоцидных веществ, при этом предполагается, что биологическая активность нового соединения окажется более высокой.

Принцип молекулярного моделирования, в котором учитывается пространственное строение биоцида и биорецепторного участка его захвата.

Стратегия пробиоцида, когда действующее начало доставляется к месту действия некоей комбинированной молекулой, из которой в необходимом месте выделяется собственно биоцидное вещество.

Концепция антиметаболитов, веществ, которые подменяют метаболит в естественных биореакциях и нарушают их нормальное протекание, т.к. не могут в полном объеме заменить природный объект.

Принцип использования полимерной матрицы или полимерного вещества, который в первую очередь приводит к пролонгированному действию и контролю подачи необходимого биоцида.

1.6 Механизм биоцидного действия полиэлектролитов

Под собственной физилогической активностью полимеров обычно понимают активность, которая связана с полимерным состоянием и не свойственна низкомолекулярным аналогам или мономерам [45]. С учетом сказанного выше, механизмы проявления собственной физиологической активности могут включать в себя как важнейшую составляющую физические эффекты, связанные с большой массой, осмотическим давлением, конфор- мационными перестройками и др., а также могут быть связаны с межмолекулярными взаимодействиями и с биополимерами организма. Многие биополимеры организма являются полианионами (белки, нуклеиновые кислоты, ряд полисахаридов), а биомембраны также имеют суммарный отрицательный заряд. Взаимодействие между противоположно заряженными полиэлектролитами протекают кооперативно, причем образующиеся в результате поликомплексы достаточно прочны. Известно, что наибольшее значение имеют при таких взаимодействиях плотность заряда и молекулярная масса [4, 5, 17-19]. Если же говорить о биоцидных свойствах, то важную роль в этом случае играет знание механизма действия.

Последовательность элементарных актов летального действия полиэлектролита на бактериальные клетки может быть представлены следующим образом [5]:

В первую очередь, это касается поликатионов, так как биомембраны имеют отрицательный суммарный заряд, хотя отрицательно заряженные в целом клеточные мембраны имеют изолированные поликатионные области, на которых могут сорбироваться полианионы [45].

При изучении влияния различных факторов на уровень антимикробной активности катионных полиэлектролитов было показано [46], что их активность возрастает с увеличением числа ионогенных групп в макромолекуле [5]; молекулярная масса и характер распределения ионогенных групп по цепи не влияют существенно на уровень антимикробной активности. Использование полиэлектролитов с люминисцентной меткой [47] при изучении взаимодействия полимеров с эритроцитами и бактериальными клетками показало, что полимер быстро связывается клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной, а затем уже проникает в цитоплазму и ядро клетки. При этом увеличивается проницаемость клеточной мембраны как для низкомолекулярных [5, 30, 31], так и высокомолекулярных веществ [48]. Повышение концентрации полиэлектролитов до 50-100 мкг мл"¹ и более приводит к интенсивному повреждению клеточной мембраны, обнаруживаемому по выделению из клеток белков и нуклеиновых кислот [49-50].