Изменение кристаллического строения порошкообразного бензилпенициллина натриевой соли под воздействием импульсного магнитного поля высокой напряженности

В работе [1] описан эффект увеличения антибактериальной активности бензилпенициллина натриевой соли после обработки ее в порошкообразном состоянии импульсным магнитным полем в отношении бактерий Escherichia coli М-17 на 12-24%. Определено время сохранения эффекта при повышении антибактериальных свойств антибиотика – не менее 3 часов. Показа-

но, что обработка ИМП бензилпенициллина не вызывает изменений в острой токсичности при введении мышам обработанного ИМП антибиотика. Обработка ИМП бензилпенициллина не способствует образованию свободных радикалов.

Если будет определен механизм повышения антибактериального эффекта после воздействия на лекарственный препарат ИМП, то появится возможность управления этим процессом, будет возможность получить наиболее эффективное лекарство, снизить дозы его применения.

Высказано предположение о механизме повышения антибактериальной активности, связанное с изменением конформации молекулы бензилпенициллина. Были проведены эксперименты по изучению изменения структуры молекулы бензилпенициллина под действием ИМП с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии. Выявлено изменение валентных углов амидной группировки близ β -лактамного кольца, что подтверждает высказанное предположение [2].

В медицинской биофизике проводятся многочисленные исследования по воздействию магнитных полей на биологические объекты [310]. Представляет интерес также воздействие магнитных полей на лекарственные препараты: антибиотики, антиагреганты и противоопухолевые препараты [11-13]. Во всех этих исследованиях использовались постоянные и переменные магнитные поля, импульсные магнитные поля с параметрами, значительно отличающимися от используемых в последнее время в технике [14]. Опубликованы первые работы по применению «технических» ИМП в биологии и медицине [1517].

В работе [18] изучено структурное состояние порошковых образцов соединений Ti ₃ Al до и после воздействия гамма-облучения. Методом порошковой рентгеновской дифракции было доказано, что гамма-обработка способствует дезорганизации кристаллической решетки Ti ₃ Al. Происходит увеличение параметров структуры решетки и ее объема по отношению к необлу-ченному образцу.

Таким образом, цель настоящей работы состоит в исследовании методами рентгеновской порошковой дифракции дополнительных доказательств влияния магнитного поля на изменение структуры молекулы бензилпенициллина натриевой соли.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Бензилпенициллина натриевая соль – аптечный антибактериальный препарат, который входит в группу β -лактамных антибиотиков. Бензилпенициллин химически связан между собой наличием четырехчленного кольца, содержащего атом азота. Таким образом, основная структура бензилпенициллина включает в себя: β -лактамное кольцо, которое соединено через азот и соседний тетраэдрический углерод со вторым гетероциклом [19]. Воздействие ИМП осуществляется на порошкообразный бензилпенициллина натриевую соль (рисунок 1).

Рис. 1. Схема воздействия ИМП на бензилпенициллин

Порошкообразный бензилпенициллин (ООО «Агрофарм», Россия) засыпался тонким слоем (примерно 1-2 мм) в кювету и слегка уплотнялся. Кювета размещалась на индуктор-инструменте генерирующим импульсное магнитное поле. В момент обработки по виткам индуктора протекал переменный ток «I» порядка десятков килоампер (рисунок 2). Время действия импульсного магнитного поля на препарат (50÷100) 10-6 сек.

В зависимости от сопротивления разрядной цепи (установка-индуктор-заготовка) форма токовой кривой может быть периодической (рисунок 2, а) и апериодической (рисунок 2, б).

Рис. 2. Осциллограммы импульсного магнитного поля

Источником импульсного тока является магнитно-импульсная установка [20], блок-схема которой приведена на рисунке 3.

1 – повышающий трансформатор, 2 – выпрямитель, 3 – батареи конденсаторов, 4 – устройство для подключения индуктора, 5 – разрядник Рис. 3. Блок-схема магнитно-импульсной установки

Напряженность магнитного поля H, возникающего при обработке лекарственного препарата в момент разряда батареи конденсаторов на индуктор, зависит от запасенной в ней энергии (1).

,                         (1)

где С – емкость батареи конденсаторов, U – напряжение заряда.

Величины тока I и напряженности H в эксперименте замерялись с помощью пояса Роговского и датчика Холла [21]. На рисунке 4 показаны типичные осциллограммы тока и напряженности Н при различной энергии разряда.

Параметры МИУ-3, на которой производилась обработка бензилпенициллина ИМП приведены в таблице 1.

LeCro y

■■■■:. i lt? <     ‘^/-L- <.» i- jn. pnm

Стол -215 mV

Edfte Отриц.

50.0

дОУОдщ

SOOmVAtiv

4950 mV old

№01

LeCro y

1,0 кДж

0GQEBE) " S.DOV/div -5,OOVofisei

-50 mV -10.85 V -10.80 V

ct GGBBSSISI SOOmWdiv 495.0 mV of st —■   -1.000 V .......2.080 V Д*     -1.080 V

C2 0QQEBE) 5.00 VMiv -5.OOVofistf —■   -50 mV .......10.85 V Ду     -10.80 V

Развертка -138 us	?.™.?®.®.|*1.®Я№9 Стоп -215 mV Edge     Отрнц.
50,0 pstiiv 500 kS 1.0 OS*

2,6 кДж

LeCro y

?£УФ™5._._тУ2.!в СинхронммЩИЩ

50 0us/»v

500 kS 1.0 Ogi's

Стоп -215 mV

Edge Отрщ

' GQ53Q33

500 mVWiv

495.0 mV old

« iQQQaS

10O VMiv

-9.80 V offset

—  -200 mV

Рис. 4. Примеры осциллограмм разрядного тока (1) и напряженности (2) пpи различных параметрах воздействия на бензилпенициллин:

(а) – W = 0,5 кДж, f = 2,1 кГц; (б) – W = 1,0 Дж, f = 2,1 кГц; (в) – W = 2,6 кДж, f = 2,1 кГц

(a)

(b)

Таблица 1. Параметры МИУ-3

I max ? A	W max , КДЖ	L 0 , нГн	U o ,kB	f o , кГц
40	4,8	85	1^6	32

Внешний вид экспериментально-измерительного стенда показан на рисунке 5.

Программа эксперимента и параметры воздействия ИМП на порошок бензилпенициллина приведены в таблице 2. Выбор параметров обработки обусловлен предыдущими экспериментами, поскольку эксперименты показали усиление активности бензилпенициллина при напряжённостях от 0,01 ^. 10⁶ А/м до 17,2 ^. 10⁶ А/м. В качестве контроля служил не обработанный ИМП лекарственный препарат.

Условия съемки исследуемых образцов. Исследование обработанного ИМП бензилпенициллина методом рентгеновской порошковой дифракции на оборудовании ДРОН-7 (ИЦ «Буревестник», Россия). Регистрация дифракто-грамм исследуемых образцов производилась не

Рис. 5. Внешний вид экспериментального стенда более чем через 15-25 минут после обработки импульсным магнитным полем бензилпенициллина. Анализ антибиотика осуществлялся при комнатной температуре с фокусировкой по

Таблица 2. Параметры воздействия ИМП на бензилпенициллина натриевую соль

№ опытного образца	Напряжение U, кВ	Энергия W, кДж	Напряженность H, 10 6 А/м	Ток I max , кА
1-3	Контроль (без обработки ИМП)
4-6	2,1	0,5	2,0	4,4
7-9	3,2	1,0	3,0	6,3
10-12	5,1	2,6	6,0	10,4
13-15	5,9	3,5	6,9	12,0

Брэггу-Брентано (CuK α -излучение, λ = 1,5406 Å, Ni-фильтр) при 40 кВ, 30 мА в интервале углов 2 θ от 10° до 70° с шагом сканирования h _θ = 0,02º, время сканирования в точке, τ = 2 c. Для фильтрации β -излучения применялся никелевый фильтр. Для проведения съемки дифракто-грамм, их предварительной обработки, качественного анализа и индицирования использовалось программное обеспечение ООО «Синус Тета». Предварительная обработка проводилась в программе PDWin [22].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рисунке 6 представлены рентгенограммы бензилпенициллина после обработки ИМП с разной величиной напряженности.

Из рисунка 6 видно, что при воздействии ИМП с напряженностями от 2,0.106 А/м до 6,9.106 А/м на антибиотик пики (102) и (120) уменьшаются, а пик (201) увеличивается по сравнению с не обработанным препаратом. Отмеченное изменение интенсивности интерференционных линий может возникнуть при частичном ис- кажении кристаллической решетки бензилпенициллина после обработки ИМП, в частности, из-за смещения атомов от идеальных позиций.

Дезорганизация кристаллической решетки бензилпенициллина после обработки ИМП может привести к изменению параметров кристаллической решетки антибиотика, при этом изменение параметров кристаллической решетки вероятно отразится на конформации молекулы лекарственного препарата относительно направления приложенного ИМП, что может способствовать увеличению сродства к активному центру фермента транспептидазы, тем самым повышая антибактериальную активность лекарственного препарата.

Полученные результаты поискового эксперимента – это только первый шаг в данном направлении. На этом этапе отрабатывалась методика исследования (подготовка образцов, обработка порошковой композиции, регистрация дифрактограмм исследуемых образцов). Приведенные в статье результаты подлежат тщательной проверке при развороте системных исследований.

Рис. 6. Дифрактограммы бензилпенициллина натриевой соли после обработки ИМП

ВЫВОД

С помощью порошкового рентгеновского дифрактометра установлен факт дезорганизации кристаллической решетки порошкообразного бензилпенициллина под воздействием импульсного магнитного поля напряженностью ( 2-7 ) 10 6 А/м.