Новая технология российских ученых позволит применять лидокаин в качестве средства для подавления кашля

Ученые Института химии растворов им. Г.А. Крестова (ИХР) РАН разработали способ синтеза лидокаина с заранее определенной кристаллической структурой, контроль которой важен при производстве фармацевтических продуктов. Новый способ основан на использовании сверхкритических флюидных технологий и заключается в применении в качестве растворителя сверхкритического диоксида углерода (скCO₂). Предложенный учеными подход позволит получать формы лидокаина, которые с успехом могут быть использованы в качестве средства, подавляющего кашель.  

Лидокаин — один из самых распространенных местных анестетиков (обезболивающих). Также это лекарственное средство может применяться как антиаритмический препарат (при нарушениях сердечного ритма). Однако, по словам ученых, лидокаин перспективен и как лекарство, подавляющее кашель. Основное его преимущество при этом — невысокая стоимость и относительная простота синтеза микронизированных форм с использованием СКФ технологий.

Для подавления кашля наиболее эффективны ингаляции микронизированной формы лидокаина. Один из наиболее перспективных способов их получения основан на применении сверхкритических флюидных (СКФ) технологий, когда в качестве растворителя выступает вещество в сверхкритическом состоянии.

«Сверхкритическое состояния вещества —это такое состояние, при котором отсутствуют различия между жидкостью и газом. Оно достигается при давлениях и температурах выше критических значений, индивидуальных для каждого соединения. При этом вещество приобретает свойства, которые можно назвать промежуточными между его свойствами в газовой и жидкой фазе. В частности, в таком состоянии вещество обладает низкой вязкостью и относительно высокой растворяющей способностью», — рассказывает старший научный сотрудник ИХР РАН, кандидат химических наук Роман Опарин.

Также в этом состоянии вещества способны растворять различные химические соединения, нерастворимые в них при нормальных параметрах. Именно это и дает возможность получения сверхчистых соединений.

Наиболее часто роль сверхкритических флюидных растворителей играют вода и диоксид углерода. СКФ растворители представляют собой безопасную, зеленую альтернативу органическим растворителям, которые используются в большинстве лабораторных и промышленных процессов.

Применение СКФ технологий в фармацевтической промышленности открывает широкие возможности для получения лекарственных соединений с высокой степенью чистоты, что не всегда возможно при использовании органических растворителей. Кроме того, СКФ технологии позволяют получать микронизированные (с частицами микронных и субмикронных размеров) формы лекарственных соединений с возможностью контроля размера частиц. В свою очередь, от размера частиц зависят такие параметры, как биодоступность и скорость растворения целевого лекарственного соединения в организме человека.

Ученые ИХР РАН на основе предложенного ими подхода синтезировали лидокаин сверхвысокой чистоты в микронизированной форме с заранее определенной кристаллической структурой. В рамках данного подхода в качестве растворителя применялся сверхкритический диоксид углерода (скCO₂).

Исследователями было установлено, что благодаря стабильной внутримолекулярной водородной связи изменение параметров состояния СКФ растворителя не приводит к критическим изменениям внутренней геометрии молекулы лидокаина. Это дает возможность получения единственной стабильной формы лидокаина высокой степени чистоты с возможностью контроля размера частиц микрокристаллической субстанции посредством вариации параметров СКФ раствора.

В экспериментальной части работы был использован уникальный комплекс оборудования «Флюид-Спектр», спроектированный сотрудниками института.

«Комплекс включает в себя спроектированную нами оптическую высокотемпературную ячейку высокого давления, позволяющую проводить исследования методом инфракрасной спектроскопии различных одно- и многофазных молекулярных и ион-молекулярных систем как в состоянии жидкости или газа, так и в состоянии сверхкритического флюида. Конструкция ячейки дает возможность изучать соединения как со слабой, так и с сильной поглощательной способностью инфракрасного излучения в широкой области параметров состояния», — добавил Роман Опарин.

Оборудование входит в состав Центра коллективного пользования и доступно также ученым других институтов. Однако, как отмечают в НИИ, оно не предназначено для рутинных исследований, так как позволяет решать спектр узкоспециализированных задач.

К его уникальным характеристикам можно отнести возможность проведения исследований в широкой области параметров состояния (температуры и давления), захватывающих область сверхкритического состояния. Поскольку в качестве СКФ растворителей может быть использован как диоксид углерода, так и вода, спроектированная ячейка, входящая в состав экспериментального комплекса, может работать при давлениях до 1000 атмосфер  и температуре до 400ºС.

Одно из важнейших преимуществ ячейки — неинвазивный характер проводимых исследований. Другими словами, исследуемое соединение не подвергается механическим воздействиям, что позволяет изучать нестабильные соединения, например, нестабильные кристаллические и аморфные субстанции.

Исследование осуществлялось по гранту Российского научного фонда «Получение микропористых материалов в среде сверхкритических флюидов» (Грант № 22-13-00257) в рамках реализации программы «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» 2022-2024 г., а также было поддержано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (контракт № 01201260481). Научная статья опубликована в Journal of Molecular Liquids.

Напомним, что формирование центров коллективного пользования (ЦКП) в стране началось еще в 90-е. В 2005–2006 гг. около 50 ЦКП стали основой для формирования региональных ячеек будущей национальной сети. В настоящее время насчитывается более 650 центров, кроме того, зарегистрировано свыше 400 уникальных научных установок и 7 установок класса «мегасайенс».

В подведомственных Минобрнауки России организациях функционирует 537 ЦКП, из них 244 в высших учебных заведениях и 293 в научных организациях. Уникальных научных установок — 316, в том числе 113 в высших учебных заведениях и 203 в научных организациях. Для развития центров коллективного пользования Минобрнауки России реализует комплекс мероприятий. В том числе, в 2021 году в порядке конкурсного отбора предоставлялись гранты государственной программы РФ «Научно-технологическое развитие Российской Федерации.