RU2760274C1 - Method for obtaining nanoscale systems of low molecular weight biologically active compounds based on amphiphilic copolymers of n-vinylpyrrolidone with branched structure dimethacrylates for cosmeceutical applications - Google Patents

Abstract

FIELD: nanotechnology; cosmetology.

SUBSTANCE: group of inventions relates to the fields of nanotechnology and cosmetology. A method is disclosed for obtaining nanoscale systems of low molecular weight biologically active compounds (BAC) of various nature by introducing them into spherical nanoparticles of amphiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone, which are 3D structures with a core consisting of (di)methacrylate fragments and a shell of linear chains of N-vinylpyrrolidone, the introduction of BAC is carried out by direct dissolution in two stages, at the first stage a solution of polymer particles in isopropyl alcohol is used, into which drops at constant pressure when stirring , a BAC solution is added in an organic solvent or in water, at the second stage, after solvent drying, dry films of copolymers with BAC are dissolved in aqueous buffer solutions at room temperature to obtain homogeneous optically transparent or heterogeneous opalescent solutions of polymer particles stable in time. The use of nanoscale systems of low molecular weight BAC as ingredients for cosmeceutical formulations is also disclosed.

EFFECT: group of inventions provides an increase in the bioavailability of BAC.

4 cl, 10 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области нанотехнологии и косметологии, а именно к способам получения наноразмерных систем низкомолекулярных биологически активных соединений (БАС) на основе амфифильных сополимеров N-винилпирролидона с (ди)метакрилатами разветвленного строения, в которые введены растворимые, низкорастворимые или нерастворимые в воде низкомолекулярные БАС. Изобретение призвано обеспечить наноразмерную форму и повышенную растворимость в воде БАС и связанное с этим повышение биодоступности БАС.The invention relates to the field of nanotechnology and cosmetology, in particular to methods for producing nanoscale systems of low molecular weight biologically active compounds (BACs) based on amphiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone with branched (di) methacrylates, into which soluble, low-soluble or water-insoluble BACs are introduced. The invention is intended to provide a nanoscale form and increased solubility in water of BAS and the associated increase in the bioavailability of BAS.

Из уровня техники известно, что для повышения биодоступности и эффективности действия БАС их вводят в состав полимерных наноматериалов, например, наночастиц биосовместимых линейных полимеров (полиэтиленгликоль, полимолочная кислота и др.), ветвящихся полимеров (дендримеров), а также липосом [Rajesh S. et al. Nanoparticle-based targeted drug delivery // Experimental and Molecular Pathology. - 2009. - Vol. 86. - No. 3. -Р. 215-223].It is known from the prior art that to increase the bioavailability and effectiveness of BASs, they are introduced into the composition of polymer nanomaterials, for example, nanoparticles of biocompatible linear polymers (polyethylene glycol, polylactic acid, etc.), branching polymers (dendrimers), as well as liposomes [Rajesh S. et al. Nanoparticle-based targeted drug delivery // Experimental and Molecular Pathology. - 2009. - Vol. 86. - No. 3. -R. 215-223].

В патенте [US 6322805 B1] описана лекарственная композиция, содержащая гидрофобное лекарственное средство (ЛС) с носителем, представляющим собой полимерные мицеллы на основе амфифильного блок-сополимера структуры БА, АБА или БАБ, где Б - гидрофильный полиалкиленоксидный компонент, А - биоразлагаемый гидрофобный полимерный компонент из ряда: поли(молочная кислота), поли(гликолевая кислота), сополимер молочной и гликолевой кислот, поликапролактон.The patent [US 6322805 B1] describes a medicinal composition containing a hydrophobic drug (LS) with a carrier, which is a polymer micelle based on an amphiphilic block copolymer of the structure BA, ABA or BAB, where B is a hydrophilic polyalkylene oxide component, A is a biodegradable hydrophobic polymer component from the series: poly (lactic acid), poly (glycolic acid), copolymer of lactic and glycolic acids, polycaprolactone.

В патенте [RU 2166934] описана композиция, включающая противоопухолевое ЛС и полиэфирный блок-сополимер, включающий множество линейных полимерных сегментов, повторяющиеся единицы которых имеют молекулярные массы в диапазоне от 30 до 500 дальтон, в которых не менее 80 процентов связей, соединяющих повторяющиеся единицы каждого из полимерных сегментов, включают простую эфирную связь.The patent [RU 2166934] describes a composition comprising an antitumor drug and a polyester block copolymer comprising a plurality of linear polymer segments, the repeating units of which have molecular weights in the range from 30 to 500 daltons, in which at least 80 percent of the bonds connecting the repeating units of each of polymer segments include an ether bond.

Из патента [RU 2501570] известна группа трифункциональных сополимеров этиленоксида и пропиленоксида для внутриклеточной доставки БАВ. Указанный полимерный носитель представляет собой сополимеры на основе глицерина с числом мономерных единиц этиленоксида от 1 до 10, пропиленоксида от 1 до 30, и конъюгаты сополимеров с янтарной кислотой.A group of trifunctional copolymers of ethylene oxide and propylene oxide for intracellular delivery of biologically active substances is known from the patent [RU 2501570]. The specified polymeric carrier is copolymers based on glycerol with the number of monomer units of ethylene oxide from 1 to 10, propylene oxide from 1 to 30, and conjugates of copolymers with succinic acid.

Ближайшим аналогом представляемого изобретения является техническое решение, предложенное в патенте [RU 2325151 С2], а именно: способ получения систем доставки низкорастворимых и водонерастворимых БАС путем их солюбилизации амфифильными полимерами, включающими как минимум один фрагмент водорастворимого карбоцепного полимера, например поливинилпирролидона, и как минимум одну концевую гидрофобную группу, представляющую собой один или два алифатических радикала, методом самоассоциации дифильных веществ в водных средах с образованием сферических частиц размером от 5 до 1500 нм.The closest analogue of the presented invention is the technical solution proposed in the patent [RU 2325151 C2], namely: a method of obtaining delivery systems for low-soluble and water-insoluble BAS by solubilizing them with amphiphilic polymers, including at least one fragment of a water-soluble carbo-chain polymer, such as polyvinylpyrrolidone, and at least one a terminal hydrophobic group, which is one or two aliphatic radicals, by the self-association of amphiphilic substances in aqueous media with the formation of spherical particles ranging in size from 5 to 1500 nm.

Изобретение направлено на создание наноразмерных систем низкомолекулярных (с молекулярной массой менее 1 кДа) БАС различной структуры, примеры которых приведены на фиг. 1. Наноразмерные системы создаются на основе наночастиц амфифильных сополимеров N-винилпирролидона с (ди)метакрилатами, структуры которых приведены на фиг. 2. Эти сополимеры характеризуются особой топологической структурой, схематично изображенной на фиг. 3.The invention is directed to the creation of nanoscale systems of low molecular weight (with a molecular weight of less than 1 kDa) BAS of various structures, examples of which are shown in Fig. 1. Nanosized systems are created on the basis of nanoparticles of amphiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone with (di) methacrylates, the structures of which are shown in FIG. 2. These copolymers are characterized by a particular topological structure, shown schematically in FIG. 3.

Способ получения наноразмерных систем низкомолекулярных БАС включает введение БАС в наночастицы амфифильных сополимеров N-винилпирролидона с (ди)метакрилатами при концентрациях, близких к их критической концентрации агрегатообразования, в изопропиловом спирте и последующем растворении полимерных пленок с введенным БАС в водных средах. Молекулы БАС захватываются полимерными частицами, как схематично показано на фиг. 4: гидрофобные БАС находятся во внутренних полостях - малополярном ядре полимерной частицы (фиг. 4, а), а гидрофильные - в ее полярной оболочке (фиг. 4, б), состоящей из звеньев N-винилпирролидона. В первом случае БАС удерживаются полимерной частицей за счет гидрофобных взаимодействий, а во втором - посредством водородной связи, образованной их функциональными группами с С=O группами лактамного цикла звеньев N-винилпирролидона.A method for producing nanosized systems of low molecular weight BAS includes introducing BAS into nanoparticles of amphiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone with (di) methacrylates at concentrations close to their critical concentration of aggregation in isopropyl alcohol and subsequent dissolution of polymer films with the added BAS in aqueous media. BAC molecules are captured by polymer particles as schematically shown in FIG. 4: hydrophobic BAS are located in the internal cavities - the low-polarity core of the polymer particle (Fig. 4, a), and hydrophilic - in its polar shell (Fig. 4, b), consisting of N-vinylpyrrolidone units. In the first case, BACs are retained by the polymer particle due to hydrophobic interactions, and in the second, through the hydrogen bond formed by their functional groups with the C = O groups of the lactam cycle of N-vinylpyrrolidone units.

Полимерные наночастицы амфифильных сополимеров N-винилпирролидона с диметакрилатом триэтиленгликоля (разветвитель) и их сополимеров, модифицированных звеньями различных метакрилатов - олигоэтиленгликоль метакрилата (ОЭГМ), гексилметакрилата (ГМА), циклогексилметакрилата (ЦГМА), изоборнилметакрилата (ИБМА) и метакриловой кислоты (МАК), - получены радикальной сополимеризацией в толуоле в присутствии инициатора - азо-бис-изобутиронитрила при различных мольных соотношениях реагентов ВП/М/ДМТЭГ/П, где ВП - N-винилпирролидон, М - метакриловый сомономер (0-5 мол.%), ДМТЭГ - разветвитель диметакрилат триэтиленгликоля, П - передатчик цепи 1-декантиол (ДТ) или меркаптоэтанол (МЭ). Передатчик цепи берется в количествах, эквимолярных по отношению к разветвителю, чтобы ограничить длину полимерных цепей и избежать образования нерастворимого продукта. Сополимеры ВП-МАК-ДМТЭГ получали в этаноле, поскольку в толуоле сополимеризация мономеров носит гетерогенный характер и сопровождается фазовым разделением. Полученные наночастицы имеют сферическую форму, как показано на электронном изображении частиц ВП-ДМТЭГ, полученном с помощью просвечивающей электронной микроскопии (фиг. 5). Составы реакционных смесей, сополимеров и их физико-химические характеристики приведены в таблице 1. Мономерные составы рассчитаны из данных элементного анализа, молекулярные массы и размерность в воде определены методом динамического рассеяния света.Polymer nanoparticles of amphiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone with triethylene glycol dimethacrylate (splitter) and their copolymers modified with units of various methacrylates - oligoethylene glycol methacrylate (OEGM), hexylmethacrylate (GMA), cyclohexorilate obtained by radical copolymerization in toluene in the presence of an initiator - azo-bis-isobutyronitrile at various molar ratios of reagents VP / M / DMTEG / P, where VP is N-vinylpyrrolidone, M is methacrylic comonomer (0-5 mol%), DMTEG is a splitter triethylene glycol dimethacrylate, P - chain transmitter 1-decanethiol (DT) or mercaptoethanol (ME). The chain transmitter is taken in amounts equimolar to the branching agent in order to limit the length of the polymer chains and to avoid the formation of an insoluble product. VP-MAK-DMTEG copolymers were obtained in ethanol, since copolymerization of monomers in toluene is heterogeneous and is accompanied by phase separation. The resulting nanoparticles have a spherical shape, as shown in the electronic image of the particles of VP-DMTEG, obtained using transmission electron microscopy (Fig. 5). The compositions of the reaction mixtures, copolymers and their physicochemical characteristics are shown in Table 1. Monomeric compositions were calculated from the data of elemental analysis, molecular weights and dimensions in water were determined by the method of dynamic light scattering.

Содержание (ди)метакрилатных звеньев в сополимерах варьируется от ~3 до 18 мол.% Абсолютная средневесовая молекулярная масса сополимеров, определенная по методу Дебая динамическим рассеянием света, составляет в воде -10-100 кДа. В спиртовых, водных и водно-спиртовых растворах сополимеры существуют в виде изолированных макромолекул с гидродинамическим радиусом около 3-5 нм, а выше критической концентрации агрегатообразования (0,3-5 мг/мл) - в виде их агрегатов с гидродинамическим радиусом менее 100 нм, способных реагировать на изменение температуры и рН среды в зависимости от мономерного состава.The content of (di) methacrylate units in the copolymers varies from ~ 3 to 18 mol%. The absolute weight average molecular weight of the copolymers, determined by the Debye method by dynamic light scattering, is -10-100 kDa in water. In alcoholic, aqueous and aqueous-alcoholic solutions, copolymers exist in the form of isolated macromolecules with a hydrodynamic radius of about 3-5 nm, and above the critical concentration of aggregation (0.3-5 mg / ml) - in the form of their aggregates with a hydrodynamic radius of less than 100 nm , capable of responding to changes in temperature and pH of the medium, depending on the monomer composition.

Наноразмерные системы низкомолекулярных БАС готовятся простым и эффективным методом прямого растворения в два этапа. Во всех случаях на первом этапе использовали раствор полимерных частиц в изопропиловом спирте (1-3 мг/мл), чтобы обеспечить гомогенность среды при введении БАС, растворимых только в органических растворителях. На втором этапе сухие пленки сополимеров с активным соединением вновь растворяли в водных буферных растворах при комнатной температуре и получали прозрачные или опалесцирующие растворы полимерных частиц с разными БАС.Nanoscale systems of low molecular weight BAS are prepared by a simple and efficient method of direct dissolution in two stages. In all cases, at the first stage, a solution of polymer particles in isopropyl alcohol (1-3 mg / ml) was used to ensure the homogeneity of the medium upon the introduction of BAS soluble only in organic solvents. At the second stage, dry films of copolymers with the active compound were redissolved in aqueous buffer solutions at room temperature and transparent or opalescent solutions of polymer particles with different BAS were obtained.

Пример 1. Дигидрокверцетин (ДГ) (растворимость в воде 0.1%, М=304.25 г/моль) растворяли в изопропиловом спирте (1 мг/мл) и вводили в предварительно выдержанный при комнатной температуре (2 суток) раствор сополимера 1, 2, 14 или 15 в изопропиловом спирте (3 мг/мл). Содержание дигидрокверцетина варьировали от 1 до 15% на сополимер. После испарения изопропилового спирта сухие пленки полностью растворялись в водных буферных растворах с рН в диапазоне 5.0-9.5.Example 1. Dihydroquercetin (DH) (solubility in water 0.1%, M = 304.25 g / mol) was dissolved in isopropyl alcohol (1 mg / ml) and introduced into a solution of copolymer 1, 2, 14 preliminarily kept at room temperature (2 days) or 15 in isopropyl alcohol (3 mg / ml). The content of dihydroquercetin was varied from 1 to 15% per copolymer. After evaporation of isopropyl alcohol, the dry films were completely dissolved in aqueous buffer solutions with a pH in the range of 5.0–9.5.

В спектрах поглощения водных буферных растворов полимерных частиц с различным содержанием ДГ наблюдали полосу поглощения ДГ с максимумом при длине волны 325 нм и плечом - 291 нм. Таким образом, в составе полимерной частицы он находится в нативной форме. Оптическая плотность в максимуме полосы поглощения при длине волны 325 нм ДГ в полимерных частицах была ниже, чем у свободного и зависела от мономерного состава сополимера. Гидродинамический радиус полимерных частиц, загруженных ДГ, находился в интервале 10-100 нм в зависимости от его содержания, состава, молекулярной массы и концентрации исходного сополимера и рН среды.In the absorption spectra of aqueous buffer solutions of polymer particles with different content of DH, an absorption band of DH was observed with a maximum at a wavelength of 325 nm and a shoulder of 291 nm. Thus, in the composition of the polymer particle, it is in its native form. The optical density at the maximum of the absorption band at a wavelength of 325 nm of DH in the polymer particles was lower than that of the free one and depended on the monomeric composition of the copolymer. The hydrodynamic radius of polymer particles loaded with DH was in the range of 10-100 nm, depending on its content, composition, molecular weight and concentration of the initial copolymer and pH of the medium.

Пример 2. Токоферол (ТФ) (нерастворим в воде, М=430.7 г/моль) растворяли в изопропиловом спирте (1 и 6 мг/мл). К раствору сополимера 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 или 15 добавляли по каплям раствор ТФ при постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки. После высушивания полимерные пленки растворяли в 8 мл водных буферных растворов с различным значением рН. Водные растворы полимерных наночастиц с высокой загрузкой ТФ (~28%) были малопрозрачными и нестабильными. Водные растворы полимерных частиц с загрузкой до 10 мас. % опалесцировали и были достаточно стабильными. В водных буферных растворах наноразмерных систем на основе сополимеров 9, 11, 12 и 13 имело место частичное растворение, в этом случае нерастворенная часть отфильтровывалась.Example 2. Tocopherol (TF) (insoluble in water, M = 430.7 g / mol) was dissolved in isopropyl alcohol (1 and 6 mg / ml). To a solution of copolymer 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, or 15, a TF solution was added dropwise with constant stirring using a magnetic stirrer. After drying, the polymer films were dissolved in 8 ml of aqueous buffer solutions with different pH values. Aqueous solutions of polymer nanoparticles with a high loading of TF (~ 28%) were poorly transparent and unstable. Aqueous solutions of polymer particles with loading up to 10 wt. % opalesced and were fairly stable. In aqueous buffer solutions of nanoscale systems based on copolymers 9, 11, 12, and 13, partial dissolution took place, in which case the undissolved part was filtered off.

В спектрах поглощения водных буферных растворов наноразмерной системы ТФ-сополимер 14 наблюдается полоса поглощения инкапсулированного ТФ при длине волны около 290 нм (фиг. 6), при этом интенсивность поглощения зависит как от содержания ТФ в системе (фиг. 6, а), так и от рН среды (фиг. 6, б).In the absorption spectra of aqueous buffer solutions of the TF-copolymer 14 nanoscale system, an absorption band of encapsulated TF is observed at a wavelength of about 290 nm (Fig. 6), while the absorption intensity depends both on the TF content in the system (Fig. 6, a) and on the pH of the medium (Fig. 6, b).

На фиг. 7 показаны кривые распределения по размерам частиц интенсивности рассеяния света водными буферными растворами наноразмерных систем ТФ-сополимер 1 (фиг. 7, а), ТФ-сополимер 2 (фиг. 7, б), ТФ-сополимер 7 (фиг. 7, в) при их концентрации 0.4 мг/мл при температуре 25°С. Из приведенных данных видно, что данное распределение близко к унимодальному.FIG. 7 shows the curves of the particle size distribution of the intensity of light scattering by aqueous buffer solutions of nanosized systems TF-copolymer 1 (Fig. 7, a), TF-copolymer 2 (Fig. 7, b), TF-copolymer 7 (Fig. 7, c) at a concentration of 0.4 mg / ml at a temperature of 25 ° C. It can be seen from the data presented that this distribution is close to unimodal.

Гидродинамический радиус полимерных частиц, загруженных ТФ, зависел от его содержания в системе, а также от состава, молекулярной массы, концентрации сополимера и температуры среды. С увеличением температуры до 40°С гидродинамический радиус снижался от ~100 до 70-80 нм.The hydrodynamic radius of polymer particles loaded with TF depended on its content in the system, as well as on the composition, molecular weight, copolymer concentration, and temperature of the medium. With an increase in temperature to 40 ° C, the hydrodynamic radius decreased from ~ 100 to 70-80 nm.

Пример 3. Полимерные частицы, загруженные ТФ, в смеси глицерин-вода.Example 3. Polymer particles loaded with TF in a glycerin-water mixture.

С применением растворов сополимера 5 (3 мг/мл) и токоферола (1 мг/мл) в изопропиловом спирте получали наноразмерную систему ТФ-сополимер 5 по методу, описанному в Примере 2. Сухую полимерную пленку с 5% содержанием ТФ в расчете на сополимер растворяли в 8 мл воды. К 3 мл глицерина по каплям и постоянном перемешивании добавляли 1 мл водного раствора полимерных частиц, загруженных ТФ. Получали стабильные наноразмерные системы токоферола на глицериновой основе.Using solutions of copolymer 5 (3 mg / ml) and tocopherol (1 mg / ml) in isopropyl alcohol, a TF-copolymer 5 nanoscale system was prepared according to the method described in Example 2. A dry polymer film with 5% TF content per copolymer was dissolved in 8 ml of water. To 3 ml of glycerol, 1 ml of an aqueous solution of polymer particles loaded with TF was added dropwise with constant stirring. Received stable nanoscale systems of tocopherol on a glycerol basis.

Пример 4. Фолиевую кислоту (ФК) (нерастворима в воде, М=441.4 г/моль) растворяли в ДМСО. К раствору сополимера 14 добавляли по каплям раствор ФК при постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки. Максимальное содержание ФК составляло 10% в расчете на сополимер. Раствор высушивали на воздухе и под вакуумом до полного испарения растворителей. Полимерные пленки растворяли в 4 мл водного буферного раствора с рН=6.8.Example 4. Folic acid (FA) (insoluble in water, M = 441.4 g / mol) was dissolved in DMSO. The FA solution was added dropwise to a solution of copolymer 14 with constant stirring using a magnetic stirrer. The maximum FA content was 10% based on the copolymer. The solution was dried in air and under vacuum until the solvents completely evaporated. Polymer films were dissolved in 4 ml of an aqueous buffer solution with pH = 6.8.

В спектре поглощения водных буферных растворов наноразмерных систем ФК-сополимер 14 имеются типичные для ФК полосы поглощения. Оптическая плотность полосы поглощения при длине волны 285 нм растет нелинейно с повышением концентрации ФК, что указывает на ее взаимодействие с сополимером. Гидродинамический радиус полимерных частиц, загруженных 5 и 10% ФК, составляет около 70 нм при 25°С и существенно не изменяется с ростом температуры. Значения дзета-потенциала этих наноразмерных систем в водном буферном растворе, равные +76 и +106 мВ, свидетельствуют об их высокой стабильности.The absorption spectrum of aqueous buffer solutions of nanosized systems PC-copolymer 14 contains absorption bands typical of PCs. The optical density of the absorption band at a wavelength of 285 nm increases nonlinearly with an increase in the concentration of PA, which indicates its interaction with the copolymer. The hydrodynamic radius of polymer particles loaded with 5 and 10% FA is about 70 nm at 25 ° C and does not change significantly with increasing temperature. The zeta potential values of these nanoscale systems in an aqueous buffer solution, equal to +76 and +106 mV, indicate their high stability.

Пример 5. Полимерные частицы, загруженные ФК, в смеси глицерин-вода.Example 5. Polymer particles loaded with FA in a glycerin-water mixture.

Готовили водный раствор полимерных частиц с ФК аналогично Примеру 4. Для этого использовали растворы сополимера 5 (3 мг/мл) в изопропиловом спирте и ФК в ДМСО (2 мг/мл). Сухую полимерную пленку с 5% содержанием ФК в расчете на сополимер растворяли в 8 мл воды. К 3 мл глицерина по каплям и постоянном перемешивании добавляли 1 мл водного раствора полимерных частиц, загруженных ФК. Получали стабильные наноразмерные системы ФК на глицериновой основе.An aqueous solution of polymer particles with FA was prepared similarly to Example 4. For this, solutions of copolymer 5 (3 mg / ml) in isopropyl alcohol and FA in DMSO (2 mg / ml) were used. A dry polymer film with 5% FA content per copolymer was dissolved in 8 ml of water. To 3 ml of glycerol, 1 ml of an aqueous solution of polymer particles loaded with FA was added dropwise under constant stirring. Received stable nanosized PC systems on a glycerol base.

Пример 6. 5, 10, 15, 20-тетра-фенил-21H,23H-порфиринат цинка (ZnTФП) (нерастворим в воде, М=678.1 г/моль) растворяли в толуоле (0.7 мг/мл). В спиртовый раствор сополимеров 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 14 или 15 с концентрацией 3 мг/мл вводили раствор ZnTФП при постоянном перемешивании с помощью магнитной мешалки. Максимальное содержание ZnTФП в расчете на сополимер составляло около 1.8%. Растворы сушили от органических растворителей на воздухе и в вакууме. Полимерные пленки, содержащие ZnТФП, растворяли в 8 мл свежеприготовленного буфера с рН=6.8. Концентрация сополимеров в водном буферном растворе составляла от 1.5 до 2.5 мг/мл.Example 6 5, 10, 15, 20-tetra-phenyl-21H, 23H-zinc porphyrinate (ZnTPP) (insoluble in water, M = 678.1 g / mol) was dissolved in toluene (0.7 mg / ml). In an alcoholic solution of copolymers 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 14, or 15 with a concentration of 3 mg / ml, a ZnTFP solution was introduced with constant stirring using a magnetic stirrer. The maximum content of ZnTFP per copolymer was about 1.8%. The solutions were dried from organic solvents in air and in vacuum. Polymer films containing ZnTPP were dissolved in 8 ml of freshly prepared buffer with pH = 6.8. The concentration of copolymers in the aqueous buffer solution was from 1.5 to 2.5 mg / ml.

На фиг. 8 представлены спектры поглощения водных буферных растворов наноразмерных систем, включающих ZnТФП (1.75%) и сополимеры 1-6 (фиг. 8, а) и водных буферных наноразмерной системы ZnТФП-сополимер 2 при разном содержании ZnТФП (фиг. 8, б). В спектрах поглощения всех водных растворов наноразмерных систем имеется характерная полоса поглощения красителя с максимумом при длине волны 425 нм, т.е. в полимерных частицах ZnТФП находится в нативном состоянии и его структура не изменяется. Вместе с тем, включение ZnТФП в полимерные частицы различного типа отражается на величине оптической плотности полосы Соре. Ее значение является максимальным для ZnТФП, инкапсулированного в сополимер 3. Значение оптической плотности полосы Соре снижалось в ряду наноразмерных систем ZnТФП-сополимер 3 > ZnТФП-сополимер 5 > ZnТФП-сополимер 1 > ZnТФП-сополимер 4. Минимальные значения оптической плотности полосы поглощения Соре показывали водные растворы систем ZnТФП-сополимер 2 и ZnТФП-сополимер 6. Инкапсулированный краситель в водных растворах флуоресцировал в области 600-650 нм.FIG. 8 shows the absorption spectra of aqueous buffer solutions of nanosized systems, including ZnTPP (1.75%) and copolymers 1-6 (Fig. 8, a) and aqueous buffer nanosized systems ZnTPP-copolymer 2 at different contents of ZnTPP (Fig. 8, b). The absorption spectra of all aqueous solutions of nanosized systems have a characteristic dye absorption band with a maximum at a wavelength of 425 nm, i.e. in polymer particles, ZnTPP is in the native state and its structure does not change. At the same time, the inclusion of ZnTPP in various types of polymer particles is reflected in the optical density of the Soret band. Its value is maximum for ZnTPP encapsulated in copolymer 3. The optical density of the Soret band decreased in the series of nanosized systems ZnTPP-copolymer 3> ZnTPP-copolymer 5> ZnTPP-copolymer 1> ZnTPP-copolymer 4. The minimum values of the optical density of the Soret absorption band aqueous solutions of the systems ZnTPP-copolymer 2 and ZnTPP-copolymer 6. The encapsulated dye in aqueous solutions fluoresced in the range of 600-650 nm.

Кривые динамического рассеяния света водных буферных растворов наноразмерных систем ZnТФП-сополимер 7 и исходного сополимера носят унимодальный характер. Для унимодальных полимерных частиц 7 рассчитаны массовое и числовое распределение частиц по размерам при температуре 30 и 34°С. Гидродинамический радиус R_h в максимуме пика составляет 88 нм.The curves of dynamic light scattering of aqueous buffer solutions of nanosized systems ZnTPP-copolymer 7 and the initial copolymer are unimodal. For unimodal polymer particles 7, the mass and numerical particle size distributions were calculated at temperatures of 30 and 34 ° C. The hydrodynamic radius R _h at the maximum of the peak is 88 nm.

На фиг. 9 представлены кривые распределения интенсивности рассеяния света водными буферными растворами системы ZnТФП-сополимер 14 и исходного сополимера 14 при 25 и 37°С и концентрации сополимера 1.5 мг/мл. Видно, что при обеих температурах распределение интенсивности рассеяния света по размерам частиц системы ZnTФП-сополимер 14 является практически унимодальным в отличие от исходного сополимера. С увеличением температуры положение пика на кривой динамического рассеяния света системы ZnTФП-сополимер 14 практически не изменяется, т.е. в растворе присутствуют стабильные структуры.FIG. 9 shows the curves of the distribution of the intensity of light scattering by aqueous buffer solutions of the ZnTPP-copolymer 14 system and the initial copolymer 14 at 25 and 37 ° С and a copolymer concentration of 1.5 mg / ml. It can be seen that, at both temperatures, the distribution of the light scattering intensity over the particle size of the ZnTFP-copolymer 14 system is practically unimodal, in contrast to the initial copolymer. With increasing temperature, the position of the peak on the dynamic light scattering curve of the ZnTFP-copolymer 14 system practically does not change; stable structures are present in solution.

Пример 7. Полимерные частицы, загруженные красителем, в смеси глицерин-вода.Example 7. Polymer particles loaded with a dye in a glycerin-water mixture.

В 8 мл раствора сополимера 5 в изопропиловом спирте (4 мг/мл) добавляли по каплям 0.4 мл раствора ZnТФП в толуоле (0.7 мг/мл). Сушили от органических растворителей в вакууме и добавляли к полимерной пленке 8 мл бидистиллята. К 5 мл глицерина добавляли 1.6 мл раствора ZnТФП-сополимер 5 при постоянном перемешивании магнитной мешалкой при комнатной температуре. Полученные растворы были прозрачными, имели желтоватый цвет и показывали высокую стабильность во времени, в спектрах поглощения наблюдали характерную для красителя полосу поглощения Соре при 425 нм, растворы флуоресцировали в области 600-650 нм.In 8 ml of a solution of copolymer 5 in isopropyl alcohol (4 mg / ml), 0.4 ml of a solution of ZnTPP in toluene (0.7 mg / ml) was added dropwise. It was dried from organic solvents in a vacuum and 8 ml of bidistillate was added to the polymer film. To 5 ml of glycerol, 1.6 ml of a solution of ZnTPP-copolymer 5 was added with constant stirring with a magnetic stirrer at room temperature. The resulting solutions were transparent, had a yellowish color and showed high stability over time, the absorption spectra showed a Soret absorption band characteristic of the dye at 425 nm, the solutions fluoresced in the 600-650 nm region.

Пример 6. Биотин (БТ) (растворим в воде, М=244.3 г/моль) и сополимеры 1, 2, 3, 4, 5, 7, или 14 растворяли в изопропиловом спирте (3 мг/мл). К спиртовому раствору сополимера при перемешивании магнитной мешалкой добавляли по каплям коллоидный раствор БТ (0.8 мг/мл) в изопропиловом спирте при различных объемных соотношениях растворов. Сушили от органических растворителей на воздухе и в вакууме. Полученные пленки растворяли в 4 мл водного буферного раствора с рН=6.8. Максимальная загрузка БТ в расчете на сополимер - 12.5%. С увеличением содержания БТ в полимерных частицах БТ-сополимер 7 возрастала опалесценция водных буферных растворов. Растворы полимерных частиц БТ-сополимер 14, содержащие от 1 до 12% БТ, оставались прозрачными. Для обеих систем с ростом концентрации БТ в полимерных частицах нарастала вязкость растворов.Example 6. Biotin (BT) (soluble in water, M = 244.3 g / mol) and copolymers 1, 2, 3, 4, 5, 7, or 14 were dissolved in isopropyl alcohol (3 mg / ml). A colloidal solution of BT (0.8 mg / ml) in isopropyl alcohol was added dropwise to the alcoholic solution of the copolymer under stirring with a magnetic stirrer at various volumetric ratios of the solutions. Dried from organic solvents in air and in vacuum. The resulting films were dissolved in 4 ml of an aqueous buffer solution with pH = 6.8. The maximum BT load, calculated on the copolymer, is 12.5%. With an increase in the BT content in the BT-copolymer 7 polymer particles, the opalescence of aqueous buffer solutions increased. Solutions of BT-copolymer 14 polymer particles containing from 1 to 12% BT remained transparent. For both systems, with an increase in the BT concentration in the polymer particles, the solution viscosity increased.

На фиг. 10 представлена зависимость значения R_h рассеивающих центров водных буферных растворов БТ-сополимер 7 (0.2 мг/мл) и БТ-сополимер 14 (3 мг/мл) от концентрации БТ, измеренные при 25°С (фиг.10, а) и зависимость R_h исследованных систем от температуры (фиг. 10, б). Видно, что в случае системы БТ-сополимер 7 с ростом температуры заметно снижается размер рассеивающих центров во всем исследованном температурном диапазоне. Для системы БТ-сополимер 14 вначале наблюдается резкое снижение размера частиц, а затем их размер остается постоянным. В области физиологически важных температур (36-40°С) обе системы имеют близкие размеры частиц -около 80 нм.FIG. 10 shows the dependence of the value of R _{h of the} scattering centers of aqueous buffer solutions BT-copolymer 7 (0.2 mg / ml) and BT-copolymer 14 (3 mg / ml) on the BT concentration, measured at 25 ° C (Fig. 10, a) and the dependence R _{h of the} investigated systems on temperature (Fig. 10, b). It can be seen that, in the case of the BT-copolymer 7 system, the size of the scattering centers noticeably decreases with increasing temperature over the entire temperature range studied. For the BT-copolymer 14 system, a sharp decrease in the particle size is initially observed, and then their size remains constant. In the region of physiologically important temperatures (36-40 ° C), both systems have similar particle sizes - about 80 nm.

Значение рН оказывает сильное влияние на распределение частиц по размерам в водных растворах системы БТ-сополимер 14. В бидистилляте оно близко к унимодальному, первый пик, соответствующий частицам малого размера, практически исчезает. При рН 6.8 интенсивность первого пика соизмерима со вторым. Гидродинамический радиус рассеивающих центров зависит от рН среды и снижается от 120 (рН 5.0) до 100 нм (рН 9.5).The pH value has a strong effect on the particle size distribution in aqueous solutions of the BT-copolymer 14 system. In the bidistillate, it is close to unimodal; the first peak corresponding to small particles practically disappears. At pH 6.8, the intensity of the first peak is comparable to the second. The hydrodynamic radius of scattering centers depends on the pH of the medium and decreases from 120 (pH 5.0) to 100 nm (pH 9.5).

Таким образом, на основе амифифильных сополимеров N-винилпирролидона с (ди)метакрилатами получены стабильные в водных растворах наноразмерные системы низкомолекулярных БАС разной структуры (жиро- и водорастворимые витамины, антиоксиданты) с размером частиц менее 100 нм. Полученные данные по свойствам наноразмерных систем показывают, что они позволяют повысить стабильность водонерастворимых БАС в водных растворах. Размерные диапазоны полученных наноразмерных систем и повышенная стабильность в водных растворах, в свою очередь, связаны с повышением биодоступности. В этой связи, полученные наноразмерные системы БАС могут применяться в качестве ингредиентов в составе космецевтических средств различного назначения.Thus, based on amiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone with (di) methacrylates, nanoscale systems of low molecular weight BACs of different structures (fat- and water-soluble vitamins, antioxidants) with a particle size of less than 100 nm, stable in aqueous solutions, were obtained. The data obtained on the properties of nanoscale systems show that they can improve the stability of water-insoluble BAS in aqueous solutions. The size ranges of the obtained nanoscale systems and the increased stability in aqueous solutions, in turn, are associated with an increase in bioavailability. In this regard, the obtained nanosized BAS systems can be used as ingredients in the composition of cosmeceuticals for various purposes.

Claims (4)

1. Способ получения наноразмерных систем низкомолекулярных биологически активных соединений (БАС) различной природы - жиро- и водорастворимых, путем их введения в сферические наночастицы амфифильных сополимеров N-винилпирролидона, представляющих собой 3D-структуры с ядром, состоящим из (ди)метакрилатных фрагментов, и оболочкой из линейных цепей N-винилпирролидона, при этом введение БАС осуществляют прямым растворением в два этапа, т.е. на первом этапе используют раствор полимерных частиц в изопропиловом спирте, в который по каплям при постоянном перемешивании добавляют раствор БАС в органическом растворителе или в воде, а на втором этапе после высушивания растворителей сухие пленки сополимеров с БАС растворяются в водных буферных растворах при комнатной температуре с получением стабильных во времени гомогенных оптически прозрачных или гетерогенных опалесцирующих растворов полимерных частиц.1. A method of obtaining nanoscale systems of low molecular weight biologically active compounds (BAS) of various nature - fat- and water-soluble, by introducing them into spherical nanoparticles of amphiphilic copolymers of N-vinylpyrrolidone, which are 3D structures with a core consisting of (di) methacrylate fragments, and shell of linear chains of N-vinylpyrrolidone, while the introduction of BAS is carried out by direct dissolution in two stages, i.e. at the first stage, a solution of polymer particles in isopropyl alcohol is used, to which a solution of BAC in an organic solvent or in water is added dropwise with constant stirring, and at the second stage, after drying the solvents, dry films of copolymers with BAS are dissolved in aqueous buffer solutions at room temperature to obtain stable in time homogeneous optically transparent or heterogeneous opalescent solutions of polymer particles. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сополимеры N-винилпирролидона содержат звенья (ди)метакрилатов в количестве 3-18 мол.%, имеют абсолютную средневесовую молекулярную массу 10-100 кДа и гидродинамический радиус отдельных макромолекул 2-5 нм, а при концентрации выше критической концентрации агрегатообразования (0.3-5 мг/мл) образующие агрегаты с гидродинамическим радиусом менее 100 нм, и реагируют на изменение температуры и рН среды.2. The method according to claim 1, characterized in that the copolymers of N-vinylpyrrolidone contain units of (di) methacrylates in an amount of 3-18 mol%, have an absolute weight average molecular weight of 10-100 kDa and a hydrodynamic radius of individual macromolecules of 2-5 nm, and at a concentration above the critical concentration of aggregation (0.3-5 mg / ml), forming aggregates with a hydrodynamic radius of less than 100 nm, and react to changes in temperature and pH of the medium. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве БАС берут соединения, выбранные из группы: дигидрокверцетин, токоферол (витамин Е), фолиевая кислота, биотин (витамин В7).3. The method according to claim 1, characterized in that the BAS is a compound selected from the group: dihydroquercetin, tocopherol (vitamin E), folic acid, biotin (vitamin B7). 4. Применение наноразмерных систем низкомолекулярных БАС по пп. 1, 2 в качестве ингредиентов для космецевтических составов.4. The use of nanoscale systems of low molecular weight BAS according to PP. 1, 2 as ingredients for cosmeceutical formulations.

Images