Области применения хитина и хитозана

Кафедра иностранных языков

Реферат на тему:

«Гиалуроновая кислота и хитозан – биополимеры для материалов медицинского назначения»

Москва 2016

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Хитозан………………………………………………………………..6

1.1 Происхождение……………………………………………………6

1.2 Области применения хитина и хитозана………………………..7

2. Гиалуроновая кислота………………………………………….…….11

2.1 Происхождение……………………………………………….…..11

2.2 Области применения……………………………………………..13

Выводы

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Медицина и химия, две науки, которые с давних времен неотрывно связаны друг с другом. Человек вплоть до XX века использовал материалы лишь органического происхождения, такие как – природные полиамиды (шёлк), каучуки – природные полимерные смолы на основе изопрена, целлюлозу, полученную из дерева, льна или хлопка, эфирные масла и пр. С развитием химии органического синтеза появилось большое количество полимеров искусственного и синтетического происхождения и материалов на их основе – волокон, пластмасс, с измененными или заданными в процессе получения новыми свойствами. Это привело к появлению и развитию новой области в медицинской науке, связанной с разработкой и применением полимеров медицинского назначения.

Но, к сожалению, такой научный прорыв привел к возникновению многих технологических и экологических проблем, пагубно воздействующих на здоровье человека и окружающую среду. Синтетические полимеры, изделия из них, наряду с благоприятными свойствами, могут оказывать и негативное воздействие на живые организмы в процессе получения конечного продукта, или, при потери своих функциональных свойств, зачастую становясь «полимерным мусором», который накапливается в промышленных и населенных областях, так как не подвергается естественному природному разложению и, тем самым, становится прямой угрозой для настоящих и последующих поколений не только человечества, но и всего биогеоценоза.

Основная задача современного полимерного материаловедения заключается в поиске новых полимеров, способных к разложению в природной среде, новый взгляд на уже ранее изученные полимеры природного происхождения, разработка безопасных и экологичных процессов выделения полимеров из исходного сырья и их дальнейшей переработки, получение готового продукта, соответствующего нормам и требованиям соответствующей области его использования.

В связи с этим, особое значение имеет разработка новых биодеградируемых материалов медицинского назначения, предназначенных для контакта со средой живого организма и необходимых для изготовления инновационных лекарственных форм, восстановления поврежденных тканей, повышения биосовместимости шовных нитей и других материалов медицинского назначения. Наибольшее распространение среди биоразлагаемых полимеров получили синтетические алифатические сложные полиэфиры, такие как полилактид, полигликолид и сополимеры на основе лактонов, полиэфиры микробного происхождения – полигидроксибутират и другие полигидроксиалканоаты, полисахариды гиалуроновая кислота и хитозан. Эти биополимеры стоит рассмотреть подробнее.

Биополимеры хитозан – продукт деацетилирования полимера природного происхождения хитина и гиалуроновая кислота (ГК) — полисахарид, входящий в состав соединительной, эпителиальной и нервной тканей и обладающий способностью воздействовать на процессы регенерации живых тканей - обладают биологической активностью, способностью к биодеградации, совместимостью с тканями, животных и человека, антимикробными и ранозаживляющих свойствами. Растворителями для хитозана являются водные растворы одноосновных кислот, а ГК растворяется в воде, поэтому материалы на их основе не содержат токсичных растворителей и являются безвредными для организма. На основе хитозана создаются раневые покрытия, хирургические нити, пленки, предназначенные для использования в качестве сорбентов, покрытий лекарственных веществ, обеспечивающих направленную доставку лекарства внутрь организма или пролонгированное их выделение, или матриц для тканевой инженерии.

Помимо этого, хитозан и ГК - полиэлектролиты, образующие нерастворимые в воде полиэлектролитные комплексы, поэтому их совместное использование позволит формировать на различных материалах поверхностные слои. Это будет способствовать улучшению биосовместимости материалов и позволит создавать на их основе системы с пролонгированным выделением лекарственных веществ.

Хитин и хитозан

Происхождение

Впервые, биополимер хитин обратил на себя внимание ученых еще в XIX веке. Тогда, в 1811 году, профессор естественной истории при Академии наук в Нанси (Франция), Генри Бреконнот (H. Braconnot), при работе с высшими грибами выделил новое вещество, присвоив ему имя «fungina» (фунгин) [1]. В 1823 году, французский ученый А. Одье (A. Odier) щелочной экстракцией выделил из жуков нерастворимое соединение, которое назвал хитином (от греч. покрытие, оболочка) [2]. В 1834 году А. Одье представил примерную эмпирическую формулу хитина. Профессор С.Роже (С.Rouget) в 1859 [3] доказал, что при обработке хитина гидроксидом калия получается «модифицированное соединение», растворимое в органических кислотах. И лишь в 1886 году Феликс Хопп (F.Hoppe-Seyle) обнаружил, что при сплавлении хитина с гидроксидом калия при температуре 180°С, получается хорошо растворимый в уксусной и соляной кислотах продукт, который выпадает в осадок при добавлении щелочей. Этот продукт получил название «хитозан».

На протяжении столетия было проведено множество фундаментальных исследований этих соединений. Первые 50 лет XX века ознаменованы повышенным интересом к этим веществам, систематические публикации по изучению хитина и его производных, большое количество патентов, однако, дефицит соответствующих производственных мощностей и конкуренция со стороны синтетических полимеров помешали коммерческому развитию применения хитина и хитозана.

Области применения хитина и хитозана

Хитозан, или [поли - b - (1-4) – 2 – амино -2 – дезокси – D – глюкопираноза] – существует в небольших количествах в природном хитине, и образуется с различной степенью деацетилирования при воздействии на хитин концентрированной щелочи и нагревании выше 60°С. Так же, хитозан встречается в естественном виде в некоторых грибах, но всегда содержится в меньших количествах, чем хитин [4].

Большое количество научных публикаций, патентов, интернет сайтов в наше время говорит о больших успехах в производстве и применении хитина и хитозана. Благодаря функциональным и физико-химическим свойствам возможно использование их в самых различных отраслях, таких как сельское хозяйство, пищевая промышленность, косметология, медицина, биотехнология и многих других.

Благодаря нерастворимости хитина в большинстве растворителей он наиболее применим в тех областях, в которых он используется в твердом состоянии. Это комплексообразование и адсорбция [5]. Хитин – превосходный флокулянт. Он связывается с поверхностью клеток, а так же обладает способностью к образованию мембран при взаимодействии с полифосфатом или альгинатом.

Bough [6] показал, что с помощью хитина возможно удалять твердые взвешенные вещества из сточных вод, поступивших после обработки овощей. В Японии хитин был впервые исполь­зован для очистки сточных вод от ртути, кадмия и свинца из-за его металлосвязующих свойств [7].

Хитозан является единственным природным катионным полисахаридом. Это придает ему особые свойства, объясняющие его столь широкое применение. Хитозан не растворим в воде, он растворяется в слабых растворах органических кислот (уксусная, соляная), однако, существуют определенные методы получения хитозанов, растворимых в воде. Так, Kurita и др. [8] получили продукт, растворимый в воде, обработав хитозан раствором, содержащим уксусную кислоту, метанол и пиридин.

Так как хитозан в отличие от хитина может быть использован в виде раствора, это расширяет возможности его применения. Гидроксильная и аминогруппы хитозана вступают в различные химические реакции, придавая готовому продукту специфические и полезные свойства. Sandford и Steiner [9] выявили, что хитозан обладает рядом биологических свойств: кровеостанавливающие, бактерицидные, фунгицистатические, противоопухолевые.

К настоящему времени известно более 70 направлений практического применения хитозана [10-12]:

1. Биологически активные добавки к пище, как источник пищевых волокон. Хитозан способен подавлять чувство голода и как следствие нормализация веса, проявляет гиполипидемическое и желчегонное действие

2. Косметические препараты на основе хитозана впервые появились в 1970 годы. Хитозан положительно заряженный полимер и способен взаимодействовать с отрицательно заряженными биологическими тканями – кожей и волосами.

3. Хитозан можно использовать как сорбент и флокулянт для очистки воды в водоемах, фильтровать питьевую воду для бытового потребления, приготовления пива и алкогольных напитков, проводить детоксикацию промышленных стоков

4. В сельском хозяйстве хитозан используется как средство для борьбы с болезнями растений. Обработка растений хитозаном индуцирует болезнеустойчивость, утолщает стебель и способствует укреплению корневой системы

5. Применение хитозана в медицине. По своему строению близок к целлюлозе и поэтому, как и целлюлоза обладает волокно- и пленкообразующими свойствами. Используется в составе лекарственных средств: мазей, гелей, кремов, перевязочных материалов, хирургических саморассасывающихся нитей. В комбинации с другими веществами благодаря набору функциональных групп образует прочные связи с действующими компонентами, играет роль депо. Использование в качестве природного каркаса для разработки биодеградируемых повязок. Создание биодеградируемых носителей антибиотиков, противоопухолевых, противовирусных препаратов в виде пленок, применение которых обеспечивает пролонгирование их действия. Хитозан способен повышать неспецифическую резистентность животных при физических нагрузках, гипоксии, тем самым способствует усилению адаптационных возможностей организма животных в условиях максимальной физической работы и психоэмоционального стресса

Вследствие своих гелеобразующих свойств хитозан в составе лекарственных форм способен предохранять кожу и слизистую оболочку желудка от вредных воздействий химических веществ, а также, применяется в онкологии благодаря способности тормозить рост раковых клеток. Оказывает влияние на процессы посттравматической регенерации кожи, стимулирует регенеративные процессы, ускоряет очищение ран от мертвых клеток, активируя нейтрофильные лейкоциты и макрофаги. Увеличивается количество фибробластов в ране и синтез коллагена в дерме, что отражается в ускоренном течении заживления раны. Способствует заживлению ткани с минимальным образованием рубца. Проявляет антитоксическое, антибактериальное и противовирусное действие, используется в многокомпонентных препаратах с целью увеличения срока годности.

В работе [13] предложено использовать хитозан в качестве биоразлагаемой матрицы для синтеза кожной ткани, что очень актуально для использования в эстетической хирургии.

В настоящее время мировое производство хитина и хитозана оценивается в 30 тысяч тонн, и с каждым годом все новые и новые исследования в области применения этого биополимера доказывает его универсальность, в то время как синтетические соединения теряют свою привлекательность.