Ученые из подведомственного Минобрнауки России Института химии растворов имени Г. А. Крестова (ИХР) РАН с помощью компьютерного моделирования изучили возможность инкапсулирования («закрепления») карбамазепина, предназначенного для лечения эпилепсии, в полимерную матрицу. Технология позволяет улучшать биодоступность препаратов, имеющих низкую растворимость в воде.
Фото: Анатолий Жданов, Коммерсантъ
Фото: Анатолий Жданов, Коммерсантъ
С помощью хорошо зарекомендовавшего себя метода молекулярной динамики они установили, как температура, давление и добавка сорастворителя влияют на процесс пропитки карбамазепином полимера полилактида, а также получили данные о процессе последующего высвобождения лекарства из полимера в различных по природе растворителях.
Как сообщает Минобрнауки России, это исследование поможет усовершенствовать создание лекарственных средств с повышенной биодоступностью. В отличие от традиционных методов, технология, которую исследовали ученые ИХР РАН, позволит отказаться от использования вредных органических растворителей и избежать необходимости проведения процесса при высоких температурах.
Одно из наиболее важных свойств любого лекарства — его биодоступность, то есть количество лекарственного вещества, которое доходит до места действия препарата, поэтому повышение биодоступности представляет собой важную научную задачу. Одним из направлений ее решения стало компьютерное моделирование с использованием современных программных продуктов.
Ученые Института химии растворов РАН с использованием ресурсов Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН и суперкомпьютера cHARISMa НИУ ВШЭ изучили процесс пропитки биоразлагаемого, биосовместимого полимера полилактида лекарственным препаратом карбамазепином в среде сверхкритического диоксида углерода на молекулярном уровне.
«Улучшение биодоступности лекарственных препаратов происходит за счет того, что в полимерной матрице соединение находится преимущественно в молекулярной форме и, соответственно, высвобождаться из полимера оно будет в виде отдельных молекул (то есть как будто процесс растворения уже прошел). Компьютерное моделирование было применено для исследования возможности инкапсуляции определенного лекарства в определенный полимер с использованием зеленой технологии (то есть на основе сверхкритического диоксида углерода). Было показано, что карбамазепин, проникая внутрь полимерной матрицы полилактида, распределяется в нем в виде молекул, а значит, и высвобождаться будет также в молекулярной форме в различных растворителях. Мы использовали стандартное программное обеспечение, которое находится в свободном доступе. Однако сама возможность проведения такой большой расчетной работы (моделирование ансамбля, содержащего несколько сотен тысяч атомов) стала возможной только благодаря привлечению ресурсов суперкомпьютерных центров, позволяющих реализовывать технологию расчета на графических процессорах (то есть на видеокартах, что существенно ускоряет расчеты)»,— рассказывает кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории ЯМР-спектроскопии и численных методов исследования жидких систем Дарья Гурина.
Дарья Гурина
Дарья Гурина
Ученые установили, что с помощью компьютерного моделирования можно проверить, будут ли лекарственные соединения проникать в полимерную матрицу, и определить параметры состояния (температуру и давление), которые будут способствовать интенсификации этого процесса. Главное, чтобы лекарство пусть и слабо, но растворялось в сверхкритическом диоксиде углерода. Улучшить растворимость лекарственного препарата в диоксиде углерода позволяют небольшие добавки полярных растворителей, таких как этанол (который и был использован в работе в качестве сорастворителя).
Исследование осуществлялось по гранту «Дизайн кристаллических форм лекарственных соединений нейродегенеративных заболеваний с использованием сверхкритических флюидных технологий» в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2021 годы», поддержанной Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.
Материал подготовила Валерия Маслова
Научная статья опубликована в журнале Journal of Molecular Liquids (Q1)