chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2019-14-1-25-31chemicallytech-184Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF MEDICINAL COMPOUNDS AND BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCESХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙCOMPOSITIONS BASED ON AQUEOUS SOLUTIONS OF CHITOSAN AND GLUTAR ALDEHYDE FOR EMBOLIZATION OF BLOOD VESSELSКОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ХИТОЗАНА И ГЛУТАРОВОГО АЛЬДЕГИДА ДЛЯ ЭМБОЛИЗАЦИИ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВИгнатьеваП. Е.IgnatievaP. E.

студент кафедры биотехнологии и промышленной фармации Института тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Student of the Chair of Biotechnology and Industrial Pharmacy, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies,

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

ignateva.polly@mail.ruЖаворонокЕ. С.ZhavoronokE. S.

кандидат химических наук, доцент кафедры биотехнологии и промышленной фармации Института тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Ph.D. (Chemistry), Associate Professor of the Chair of Biotechnology and Industrial Pharmacy, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

noemail@neicon.ruЛегоньковаО. А.LegonkovaO. A.

доктор технических наук, руководитель отдела перевязочных, шовных и полимерных материалов в хирургии

117997, Россия, Москва, ул. Большая Серпуховская, д. 27

Head of the Department of Dressings, Suture and Polymer Materials in Surgery, A.V. Vishnevskiy

27, Bolshaya Serpukhovskaya st., Moscow, 117997, Russia

noemail@neicon.ruКедикС. А.KedikS. A.

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой биотехнологии и промышленной фармации

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

D.Sc. (Engineering), Professor, Head of the Chair of Biotechnology and Industrial Pharmacy, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies,

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

noemail@neicon.ruМИРЭА - Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)РоссияMIREA - Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр хирургии имени А.В. ВишневскогоРоссияA.V. Vishnevsky National Medical Research Center of SurgeryRussian Federation2019280220191412531Copyright © Ignatieva P.E., Zhavoronok E.S., Legonkova O.A., Kedik S.A., 20192019Игнатьева П.Е., Жаворонок Е.С., Легонькова О.А., Кедик С.А.Ignatieva P.E., Zhavoronok E.S., Legonkova O.A., Kedik S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/184

The article investigates the aqueous solutions of food chitosan and glutaraldehyde to determine the feasibility of their use as components of an embolizing composition. It was shown on the basis of experimental flow curves, viscosity and velocity curves that test solutions have low viscosity and exhibit Newtonian flow behavior. The activation energy of viscous flow of the fluids was estimated in the temperature range of 25-37 °C within the Arrhenius - Frenkel - Eyring equation. It varies within a narrow range: 17-24 kJ/mol. When mixing the aqueous solutions of food chitosan and glutaraldehyde, chemical interaction of the solutes occurs. It is accompanied by an increase in viscosity and formation of a covalently crosslinked gel. Using a simple exponential equation the effective rate constant of the chemical process was calculated. It varies in a wide range: 1.9-82.7∙103 1/s. These values can be used when selecting an optimal region of food chitosan-glutaraldehyde ratios and concentrations of their aqueous solutions to generate embolizing agents. The conditions at which gel formation takes place over forty seconds were determined. Differential scanning calorimetry indicated a negligible thermal effect of food chitosan reaction with glutaraldehyde in the aqueous medium, which ensures no thermal burn during the formation of an embolus in the blood vessel in situ. As a result of the work elastic solid gels suitable for use as embolizing agents were obtained.

Статья посвящена исследованию водных растворов пищевого хитозана и глутарового альдегида с целью определения возможности их использования в качестве компонентов эмболизирующего состава. На основании экспериментально полученных кривых течения и вязкостно-скоростных кривых показано, что исследуемые растворы имеют низкую вязкость и проявляют ньютоновское поведение при течении. В рамках уравнения АррениусаФренкеля-Эйринга в диапазоне температур 25-37 °С оценена энергия активации вязкого течения растворов, которая изменяется в узких пределах 17-24 кДж/моль. При смешении водных растворов пищевого хитозана и глутарового альдегида происходит химическое взаимодействие растворенных веществ, сопровождающееся повышением вязкости и образованием ковалентно сшитого сетчатого геля. С использованием простого экспоненциального уравнения рассчитаны эффективные константы скорости химического процесса, которые изменяются в широком диапазоне 1.9-82.7·103 с-1. Эти значения могут быть использованы при выборе оптимальной области соотношений пищевого хитозана и глутарового альдегида, а также концентраций их водных растворов для создания эмболизирующих агентов. Определен состав композиции, при котором формирование геля происходит в течение 40 с. Данные дифференциальной сканирующей калориметрии свидетельствуют о незначительности теплового эффекта реакции между пищевым хитозаном и глутаровым альдегидом в водной среде, что обеспечивает отсутствие термического ожога при формировании эмбола в кровеносном сосуде in situ. В результате работы получены твердые эластичные гели, пригодные для использования в качестве эмболизирующих агентов.

эмболизацияэмболизирующий агентвязкостьтермореактивная системахитозанглутаровый альдегидводный растворembolizationembolizing agentviscositythermosetting systemchitosanglutaraldehydeaqueous solutionReferencesVarghese K., Adhyapak S. Therapeutic Embolization. Bangalore, 2017. 133 p.Varghese K., Adhyapak S. Therapeutic Embolization. Bangalore, 2017. 133 p.Chabrot P., Boyer L. Embolization. Springer, 2013. 472 p.Chabrot P., Boyer L. Embolization. Springer, 2013. 472 p.Дан В.Н., Сапелкин С.В. Ангиодисплазии (врожденные пороки развития сосудов). М.: Вердана, 2008. 200 с.Dan V.N., Sapelkin S.V. Angiodysplasia (congenital vascular malformations). Moscow: Verdana Publ., 2008. 200 p. (in Russ.)Кедик С.А., Суслов В.В., Малкова А.П., Шняк Е.А., Домнина Ю.М. Гелеобразующие полимеры для создания жидких эмболизатов // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2017. № 4 (21). С. 38-45.Kedik S.A., Suslov V.V., Malkov A.P., Shnyak E.A., Domnina Yu.M. Gelling polymers to create a liquid embolic agents. Razrabotka i registratsiya lekarstvennykh sredstv (Development and Registration of Medicines). 2017; 4(21): 38-45. (in Russ.)Дан В.Н., Сапелкин С.В., Легонькова О.А., Цыганков В.Н., Варава А.Б., Кедик С.А., Жаворонок Е.С., Панов А.В. Материалы и методы эндоваскулярного лечения артериовенозных мальформаций: возможности и проблемы // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. Медицинская химия. 2016. № 7. С. 49-51.Dan V.N., Sapelkin S.V., Legonkova O.A., Tsygankov V.N., Varava A.B., Kedik S.A., Lark E.S., Panov A.V. Materials and methods of endovascular treatment of arteriovenous malformations: Opportunities and challenges. Voprosy biologicheskoy, meditsinskoy i farmatsevticheskoy khimii. Meditsinskaya khimiya (Questions of Biological, Medicinal and Pharmaceutical Chemistry. Medicinal Chemistry). 2016; 7: 49-51. (in Russ.)Левитин С.В. Разработка методов получения и исследование структуры и свойств наночастиц хитозана: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2015. 150 с.Levitin S.V. Development of methods for preparation and study of the structure and properties of the chitosan nanoparticles: Ph.D. (Eng.) thesis. Moscow, 2015. 150 p. (in Russ.)Апяри В.В. Новые подходы в анализе методами оптической молекулярной абсорбционной спектроскопии с использованием гетерогенных аналитических систем: дис. ... д-ра хим. наук. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016. 391с.Apyari V.V. New approaches to molecular analysis by optical absorption spectroscopy using analytical heterogeneous systems: D.Sc. (Chem.) thesis. Moscow,Чернышова Е.Б., Тужиков О.И., Невестенко М.А., Березин А.С., Юдин В.Е., Добровольская И.П. Исследование модификации хитозана низкомолекулярными и полимерными альдегидами // Известия ВолгГТУ, серия Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов. 2015. № 7 (164). С. 125-129.391 p. (in Russ.)Кильдеева Н.Р., Перминов П.А., Владимиров Л.В., Новиков В.В., Михайлов С.Н. О механизме реакции глутарового альдегида с хитозаном // Биоорганическая химия. 2009. Т. 35. № 3. С. 397-407.Chernyshova E.B., Tuzhikov O.I., Nevestenko M.A., Berezin A.S., Yudin V.E., Dobrovol'skaya I.P. Study of chitosan modification by low molecular weight and polymeric aldehydes. Izvestiya VolgGTU, seriya Khimiya i tekhnologiya elementoorganicheskikh monomerov i polimernykh materialov (News of VolgGTU, series Chemistry and Technology of Organometallic Monomers and Polymeric Materials). 2015; 7(164): 125-129. (in Russ.)Bhattarai N., Gunn J., Zhang M. Chitosan-based hydrogels for controlled, localized drug delivery // Adv. Drug Deliv. Rev. 2010. V. 62. P. 83-99.Kil'deyeva N.R., Perminov P.A., Vladimirov L.V., Novikov V.V., Mikhaylov S.N. About mechanism of chitosan cross-linking with glutaraldehyde. Russ. J. Bioorganic Chemistry. 2009; 35(3): 360-369.Малкин А.Я., Куличихин С.Г. Реология в процессах образования и превращения полимеров. М.: Химия. 1985. 240 с.Bhattarai N., Gunn J., Zhang M. Chitosan-based hydrogels for controlled, localized drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 2010; 62: 83-99.Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения. СПб.: Профессия. 2007. 560 с.Malkin A.Ya., Kulichikhin S.G. Rheology in the processes of formation and transformation of polymers. Moscow: Khimiya Publ., 1985. 240 p. (in Russ.)Malkin A.Ya., Isayev A.I. Rheology: concepts, methods, and applications. Saint-Petersburg: Professiya Publ., 2007. 560 p. (in Russ.)Malkin A.Ya., Isayev A.I. Rheology: concepts, methods, and applications. Saint-Petersburg: Professiya Publ., 2007. 560 p. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.