Так, недостаток витамина С тормозит гидроксилирование пролина и лизина и служит причиной такого тяжелого заболевания, как цинга. В случае других нарушений синтеза коллагена возникают такие заболевания, как ревматоидный артрит, остеоартроз, склеродермия и ряд других не менее тяжелых заболеваний
Нарушения синтеза коллагена лежат в основе таких наследственных заболеваний, как дерматоспораксис у животных, латиризм, синдром Элерса-Данлоса, врожденный остеогенез (болезнь стеклянного мужчины, врожденный рахит, врожденная ломкость костей), болезнь Марфана. Характерным проявлением этих заболеваний является повреждение связочного аппарата, хрящей, костной системы, наличие пороков сердечных клапанов.
Болезни коллагена, в том числе так называемые коллагенозы, возникают из-за множества причин. Это возможно из-за мутации в гене, приводящей к изменению формы коллагеновой молекулы, или ошибки в пострансляционной модификации коллагена. Также болезни могут быть вызваны недостатком или «неправильной работой» ферментов, вовлеченных в биосинтез коллагена – дефицит ферментов гидроксилирования, гликозилтрансфераз, N-проколлагеновой и С-проколлагеновой пептидаз, лизилоксидаз с последующим нарушением поперечных сшивок, дефицит меди, витаминов В6, C. При приобретенных болезнях, таких как цинга, восстановление баланса ферментов до нормального может привести к полному излечению.
Практически любая генная мутация, ведет к утрате или изменению функций коллагена, что, в свою очередь, отражается на свойствах тканей и органов. Генные мутации в коллагеновом домене могут привести к изменению формы тройной спирали, путем вставки/делеции аминокислоты или замены Gly на другое основание.
Мутации в неколлагеновых доменах могут привести к неправильной сборке α-цепей в надмолекулярные структуры (фибриллы или сети), что также ведет к утрате функций. Мутантные a-цепи способны образовывать трех-спиральный комплекс с нормальными a-цепями. В большинстве случаев, такие комплексы не стабильны и быстро разрушаются, однако такая молекула может и нормально выполнять свою роль, если не затронуты функционально важные области. Большинство болезней, вызванных мутациями в коллагеновых генах, являются доминантными. [7]
Перспективным вспомогательным веществом в технологии мазей, суппозиториев, растворов для инъекций, глазных лекарственных пленок и других лекарственных форм является коллаген. Предполагается, что лекарственное вещество, попадая в «петли» молекул коллагена, образует соединение – включение типа клатратов, обеспечивая тем самым пролонгированное действие.
Вспомогательные вещества должны отвечать основному требованию – раскрыть всю гамму фармакологических свойств препарата, обеспечить оптимальное действие лекарственного вещества. Правильный выбор вспомогательных веществ позволяет снизить концентрацию лекарственного вещества при сохранении терапевтического эффекта.
Одна из перспективных задач в технологии лекарств – это поиск новых вспомогательных веществ из числа биоадекватных природных полимеров. Такие вспомогательные вещества близки по структуре тканям и жидкостям организма, могут легко метаболизироваться и утилизироваться организмом. [1]
Кроме того многие белки понижают токсичность ряда лекарственных веществ, что позволяет вводить эти препараты в значительно большей дозе. В качестве такого биоадекватного полимера целесообразно использовать коллаген, наиболее распространенный и доступный белок животного мира.
Медико-биологические свойства коллагена – способность ускорять заживление ран, усиливать адгезию тромбоцитов и вызывать гемостаз и другие свойства при отсутствии антигенности обусловили его широкое применение в реконструктивной хирургии.
Физико-химические свойства и изменчивость их в зависимости от содержания белка, влаги, рН среды, наличия сшивающих агентов, различных электролитов и других веществ, температуры позволяют изучать коллаген в качестве вспомогательного вещества в технологии различных лекарственных форм.
Введение в фармацевтическую технологию нового вспомогательного вещества требует, прежде всего, наличия его стандартной субстанции. С этой целью для получения лекарственных форм на основе коллагена разработаны и стандартизированы следующие субстанции:
- 2%-ный раствор коллагена
- масса коллагеновая
- коллаген сухой фармацевтический.
Раствор коллагена 2%-ный представляет собой продукты растворения в 0,2 – 0,5м уксусной кислоте щелочно-обработанной дермы крупного рогатого скота. Молекулы коллагена в этом растворе сохраняют характерную для нативного белка трехспиральную структуру и находятся в форме димеров, тримеров и т. д., температура денатурации 44°, характеристическая вязкость 12 – 16 дл/г, изоэлектрическая область осаждения находится в интервале рН 4,2 – 8,5 в зависимости от ионной силы. Уксусная кислота обладает бактерицидными свойствами, и при концентрации более 0,25м растворы коллагена сохраняют свойства при комнатной температуре длительное время.
Масса коллагена – это механически диспергированная нейтральная щелочно-обработанная дерма с концентрацией белка – 6 – 10%. Сохраняют ее в замороженном состоянии; она легко растворяется в уксусной кислоте и обладает всеми свойствами раствора коллагена. [19]
Коллаген сухой фармацевтический – это лиофильно высушенная и дополнительно размельченная до мелких волоконец масса коллагена. Он легко регидратируется в водно-солевых растворах с образованием соответствующих субстанций.
Вспомогательные вещества в технологии лекарств должны нести определенные формообразующие функции. С этой точки зрения изучены реологические, поверхностно-активные (отношение к жирам, нерастворимым порошкам) и пленкообразующие свойства диспергированного коллагена.
Реологические свойства слабо кислых и слабо щелочных дисперсий коллагена были изучены с помощью вискозиметра при скорости деформации сдвига в диапазоне 0,2–1,3 • 10-3 с-1. Дисперсии коллагена при концентрации белка выше 1,5% представляют тиксотропные вязкопластичные системы, течение которых начинается после приложения некоторого напряжения сдвига. Реологические свойства дисперсий коллагена близки к таковым основ, применяемых в технологии мазей и линиментов (Тенцова А. И., Грецкий В. М.).
Для оценки поверхностно-активных свойств дисперсий коллагена Определяли их способность совмещаться с различными жирами и порошкообразными веществами, нерастворимыми в воде. Установили, что диспергированный коллаген в концентрации выше 0,5% образует стойкие эмульсии типа M/B с рыбьим жиром, персиковым, подсолнечным, облепиховым, вазелиновыми маслами. Эмульсии, полученные механическим и ультразвуковым диспергированием, не расслаиваются в течение года, обладают вязко-пластическими свойствами, при небольших усилиях равномерно распределяяются на поверхности кожи и слизистых оболочек.
Высоковязкие дисперсии коллагена являются хорошими стабилизаторам и суспензионных систем. Они хорошо совмещаются с гидрофильными (костный порошок) и гидрофобными (стрептоцид) веществами, 1,6 – 2,5% – ные дисперсии коллагена способны инкорпорировать до 600% (на сухой белок) костной муки или стрептоцида. Образуемая суспензионная система устойчива в течение длительного времени. [3]
Диспергированный коллаген обладает выраженной пленкообразующей способностью. При сушке на воздухе или в обезвоживающей среде тонкого слоя дисперсии получают прозрачные нехрупкие пленки. После замораживания с последующей сублимацией растворителя получали высокопористые структуры – губки, плотность которых зависела от исходной концентрации белка.
Результаты исследования реологических, поверхностно-активных, пленкообразующих свойств диспергированного коллагена указывают на перспективность применения его в качестве вспомогательного вещества в технологии мягких, жидких и твердых лекарственных форм.
На основе стандартных субстанций с учетом их физико-химических свойств и применением различных технологических приемов получены и изучены такие лекарственные формы, как губки, плеши, порошки, мази, растворы.
Одним из критериев оценки влияния вспомогательного вещества на активность готового лекарственного средства является определение его способности высвобождать лекарственный препарат из лекарственной формы. В опытах in vitro (метод диализа через полупроницаемую мембрану) установлено, что лекарственные препараты, не имеющие электрически заряженных групп, не взаимодействуют с коллагеном (не образуют прочных связей) и практически полностью диффундируют из лекарственной формы в диализную среду. [5]
Пролонгированный эффект действия этих лекарственных препаратов определяется в основном лекарственной формой на основе коллагена и структурной стабильностью в ней коллагена. В случае химического взаимодействия коллагена с лекарственным веществом или введения в коллагеновую основу биологически активных веществ высокой молекулярной массы возможно более длительное их высвобождение, связанное со скоростью лизиса коллагена в организме.
Все изложенное позволяет заключить, что коллаген по физико-химическим и биологическим свойствам может быть использован в качестве вспомогательного вещества в технологии различных лекарственных форм.
Уникальная молекулярная структура коллагена, наличие на его поверхности большого количества активных функциональных группировок позволяют использовать его в качестве матрицы для иммобилизации различных биологически активных и лекарственных веществ.