В последние годы, уделяется большое внимание поиску средств повышения биодоступности и растворимости лекарственных препаратов для повышения их терапевтического эффекта. Компания ООО «НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РТА», осуществляющая разработку новых полиморфных модификаций лекарственных веществ и их сокристаллов, недавно предложила новые схемы по модификации глицина и янтарной кислоты, основанные на технологии криохимической перекристаллизации органических веществ.

Как отмечается в [1], в результате перекристаллизации изменяется растворимость, текучесть, смачиваемость, температура плавления, скорость растворения и, как следствие, повышается биодоступность модифицированных лекарственных форм в сравнении с основными.

Янтарная кислота входит в состав растительных и животных тканей. Она широко используется медицине [2, 3], в частности, в терапии кардиологических, неврологических и эндокринных заболеваний, а также в токсикологии. Глицин, как препарат, используется в неврологической практике для устранения повышенного мышечного тонуса, улучшения обмена веществ и предотвращения гибели клеток мозга после инсульта [4]. Также, в исследовании [5] доказано, что глицин при приеме перорально в достаточно больших дозировках (3-9 г) способствует улучшению качества сна и не оказывает серьезных побочных эффектов.

Технология получения модифицированных форм глицина и янтарной кислоты, разработанная ООО «НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РТА», является технологией криохимической перекристаллизации органических веществ и состоит из нескольких определяющих стадий: 1) растворение вещества до образования истинного раствора; 2) получение молекул в высокоэнергетических конформациях, что достигается за счет воздействия на раствор температуры, лазерного или ультрафиолетового излучения; 3) охлаждение/заморозка раствора; 4) лиофильная сушка.

Как показали экспериментальные исследования, проведённые в ООО «НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РТА», после модификации происходит значительное изменение морфологии кристаллов глицина и янтарной кислоты. Исследования морфологических характеристик выполнялось на сканирующем электронном микроскопе TESCAN MIRA3 (Чехия) при разрешении до 5 мкм (3.0 кВ). Было обнаружено существенное увеличение удельной площади поверхности веществ: для глицина с 0,08 м²/г перед модификацией до 6,3 м²/г после модификации; для янтарной кислоты с 1,28 м²/г перед модификацией до 4,54 м²/г после модификации. В ходе эксперимента были получены фотографии, подтверждающие, что наночастицы веществ подверглись реструктуризации в ходе криохимической перекристаллизации. Спектры инфракрасного излучения регистрировались на ИК Фурье спектрометре Spectrum Two в диапазоне 600 - 4000 см-1 с разрешением 2 см-1 при температуре 20 оС.

Для подтверждения экспериментальных данных, было произведено численное моделирование структуры и ИК спектра молекулярных комплексов исследуемых веществ как отдельно, так и с последовательным присоединением молекул воды к мономерам и полимерам глицина и янтарной кислоты. Моделирование структуры и расчёт спектров молекул и их комплексов осуществлялись на основе методов теории функционала плотности (ТФП) с использованием функционала B3LYP и базисного набора 6-31++G (3D2F,3P2D) [6]. Все процедуры молекулярного моделирования, включая оптимизацию молекулярных структур и расчёт ИК спектров, проведены на основе программного комплекса Gaussian.

На основе расчетов структуры и ИК спектров мономера, димера и тетрамера глицина проведена качественная оценка его комплексообразования с водой. Анализ показал, что при увеличении количества молекул воды и глицина образуется большое количество водородных связей, частота которых совпадает с основными частотами спектра воды. При этом наблюдается хорошее согласие рассчитанного и экспериментально измеренного спектра модифицированного глицина.

Аналогичное исследование ИК спектров и структуры янтарной кислоты показало, что в модифицированной янтарной кислоте присутствуют не только цепочечные ассоциаты, но и мономеры янтарной кислоты, что говорит о возможности разрыва цепочек связей в результате процедуры перекристаллизации. Из сравнения рассчитанного и экспериментального ИК спектров хорошо заметно присутствие воды и её влияние на физико-химические свойства модифицированной янтарной кислоты.

Можно сделать вывод, что при перекристаллизации глицина и янтарной кислоты, несмотря на лиофильную сушку, остаются единичные молекулы воды. что приводит к изменениям физико-химических свойств модифицированных веществ, выражающимся в сверхвысокой скорости растворения и к изменению ИК спектра рассматриваемых веществ.

Список литературы:

1. Javadzadeh S. Y., Dizaj M. D., Vazifehasl Z., Mokhtarpour M. Recrystallization of Drugs — Effect on Dissolution Rate // Recrystallization in Materials Processing. London, United Kingdom: IntechOpen, 2015. P. 191-211

2. Смирнов А.В., Нестерова О.Б., Голубев Р.В. Янтарная кислота и ее применение в медицине. Часть I. янтарная кислота: метаболит и регулятор метаболизма организма человека // Нефрология. 2014 T. 18, №. 2, C. 33-41

3. Смирнов А.В., Нестерова О.Б., Голубев Р.В. Янтарная кислота и ее применение в медицине. Часть II. Применение янтарной кислоты в медицине // Нефрология. 2014 T. 18, №. 4, C. 12-24.

4. Громова О.А., Торшин И.Ю., Гусев Е.И., Никонов А.А., Лиманова О.А. Молекулярные механизмы воздействия аминокислот в составе церебролизина на нейротрансмиссию. Нейротрофические и нейропротективные эффекты аминокислот // Трудный пациент. 2010 Т. 8, №. 4, С. 25-31.

5. M. Bannai, N. Kawai. New therapeutic strategy for amino acid medicine: glycine improves the quality of sleep // J. Pharm. Sci. 2012 Vol. 118. № 2. P. 145-148. DOI:10.1254/jphs.11r04fm

6. Becke A.D. Density‐functional thermochemistry. III. The role of exact exchange // Journal of Chemical Physics. 1993. Vol. 98. № 7. P. 5648-5652. https://doi.org/10.1063/1.464913

In recent years, much attention has been paid to the search for means to increase the bioavailability and solubility of drugs to increase their therapeutic effect. The company "SCIENTIFIC CENTER OF THE MOUTH" LLC, which develops new polymorphic modifications of medicinal substances and their co-crystals, recently proposed new schemes for the modification of glycine and succinic acid based on the technology of cryochemical recrystallization of organic substances.

As noted in [1], as a result of recrystallization, solubility, fluidity, wettability, melting point, dissolution rate change and, as a consequence, the bioavailability of modified dosage forms increases in comparison with the main ones.

Succinic acid is a part of plant and animal tissues. It is widely used in medicine [2, 3], in particular, in the treatment of cardiac, neurological and endocrine diseases, as well as in toxicology. Glycine, as a drug, is used in neurological practice to eliminate increased muscle tone, improve metabolism and prevent the death of brain cells after a stroke [4]. Also, the study [5] proved that glycine, when taken orally in sufficiently large dosages (3-9 g), improves the quality of sleep and does not have serious side effects.

The technology of obtaining modified forms of glycine and succinic acid, developed by the SCIENTIFIC CENTER OF THE MOUTH LLC, is a technology of cryochemical recrystallization of organic substances and consists of several defining stages: 1) dissolution of the substance to form a true solution; 2) obtaining molecules in high-energy conformations, which is achieved by exposing the solution to temperature, laser or ultraviolet radiation; 3) cooling / freezing of the solution; 4) freeze drying.

As shown by experimental studies conducted at the SCIENTIFIC CENTER OF THE MOUTH LLC, after modification, there is a significant change in the morphology of glycine and succinic acid crystals. Morphological characteristics were studied using a TESCAN MIRA3 scanning electron microscope (Czech Republic) with a resolution of up to 5 microns (3.0 kV). A significant increase in the specific surface area of substances was found: for glycine from 0.08 m2/g before modification to 6.3 m2/g after modification; for succinic acid from 1.28 m2/g before modification to 4.54 m2/g after modification. During the experiment, photographs were obtained confirming that the nanoparticles of substances underwent restructuring during cryochemical recrystallization. Infrared radiation spectra were recorded on the Spectrum Two IR Fourier spectrometer in the range of 600 - 4000 cm-1 with a resolution of 2 cm-1 at a temperature of 20 °C.

To confirm the experimental data, numerical modeling of the structure and IR spectrum of molecular complexes of the studied substances was performed both separately and with the sequential addition of water molecules to monomers and polymers of glycine and succinic acid. Modeling of the structure and calculation of the spectra of molecules and their complexes were carried out on the basis of density functional theory (DFT) methods using the B3LYP functional and the basic set 6-31++G (3D2F,3P2D) [6]. All molecular modeling procedures, including optimization of molecular structures and calculation of IR spectra, were carried out on the basis of the Gaussian software package.

Based on calculations of the structure and IR spectra of the monomer, dimer and tetramer of glycine, a qualitative assessment of its complexation with water was carried out. The analysis showed that with an increase in the number of water and glycine molecules, a large number of hydrogen bonds are formed, the frequency of which coincides with the main frequencies of the water spectrum. At the same time, there is a good agreement between the calculated and experimentally measured spectrum of modified glycine.

A similar study of the IR spectra and structure of succinic acid showed that modified succinic acid contains not only chain associates, but also succinic acid monomers, which indicates the possibility of breaking chains of bonds as a result of the recrystallization procedure. From the comparison of the calculated and experimental IR spectra, the presence of water and its effect on the physicochemical properties of modified succinic acid are clearly noticeable.

It can be concluded that during recrystallization of glycine and succinic acid, despite lyophilic drying, single water molecules remain. this leads to changes in the physicochemical properties of modified substances, expressed in an ultra-high rate of dissolution and to a change in the IR spectrum of the substances under consideration.

List of literature:

1. Javadzadeh S. Y., Dizaj M. D., Vazifehasl Z., Mokhtarpour M. Recrystallization of Drugs — Effect on Dissolution Rate // Recrystallization in Materials Processing. London, United Kingdom: IntechOpen, 2015. P. 191-211

2. Smirnov A.V., Nesterova O.B., Golubev R.V. Succinic acid and its application in medicine. Part I. succinic acid: metabolite and regulator of metabolism of the human body // Nephrology. 2014 Vol. 18, №. 2, P. 33-41

3. Smirnov A.V., Nesterova O.B., Golubev R.V. Succinic acid and its application in medicine. Part II. The use of succinic acid in medicine // Nephrology. 2014 Vol. 18, №. 4, P. 12-24.

4. Gromova O.A., Torshin I.Yu., Gusev E.I., Nikonov A.A., Limanova O.A. Molecular mechanisms of the effect of amino acids in the composition of cerebrolysin on neurotransmission. Neurotrophic and neuroprotective effects of amino acids // Difficult patient. 2010 Vol. 8, №. 4, P. 25-31.

5. M. Bannai, N. Kawai. New therapeutic strategy for amino acid medicine: glycine improves the quality of sleep // J. Pharm. Sci. 2012 Vol. 118. № 2, P. 145-148. DOI:10.1254/jphs.11r04fm

6. Becke A.D. Density‐functional thermochemistry. III. The role of exact exchange // Journal of Chemical Physics. 1993. Vol. 98. №. 7, P. 5648-5652. https://doi.org/10.1063/1.464913