Хитин и хитозан

ХИТИН был открыт в 1811 году профессором естественной истории Анри Браконно при исследовании состава шампиньонов и получил название «фунгин». В 1823 году хитин был выделен из надкрылий насекомых и назван хитином (греч. chitоn — «одежда»). Так что это за чудесное вещество?

Ежегодно живые организмы вырабатывают несколько миллиардов тонн хитина. В организмах насекомых и ракообразных, клетках грибов хитин в комплексе с минеральными веществами, белками и меланинами образует внешний скелет и внутренние опорные структуры. Крабы, креветки и омары, а также бабочки, божьи коровки и другие насекомые содержат хитин в своих телах.

За счет широкого развития пчеловодства в нашей стране существует возможность получать сырье для производства хитина при подморе пчел (это ноу-хау российских хитинологов). По состоянию на 2000 год в Российской Федерации во всех категориях хозяйств имелось 3,5 тыс. пчелиных семей. Сила пчелиной семьи (масса находящихся в пчелиной семье рабочих пчел, измеряемая в килограммах) равна в среднем 3,5–4 кг. Летом в период активного медосбора и весной после зимовки пчелиная семья обновляется почти на 60–80%. Таким образом, ежегодная сырьевая база пчел составляет от 6 до 10 тыс. т. В 2001 году наш хитозан из пчел (пчелозан) получил большую серебряную медаль на выставке в Дурбане (ЮАР).

Хитин и хитозан

ПО СВОЕЙ природе хитин — это один из наиболее часто встречающихся полисахаридов, кроме целлюлозы и крахмала. Общеизвестно, что целлюлоза и крахмал служат основными углеводородами, которые используются растениями в качестве источника питания для построения клеточных стенок, а хитин занимает второе место (после целлюлозы) как наиболее обильное органическое соединение на Земле. Кроме того, он может перерабатываться на многие производные (дериваты), наиболее доступным из которых является хитозан.

Хитозан имеет некоторые преимущества по сравнению с хитином, так как он растворяется даже в разбавленных органических кислотах, например в водном растворе уксусной кислоты. В отличие от большинства нейтральных полисахаридов хитозан обладает положительным зарядом, который позволяет ему связываться с отрицательно заряженными поверхностями, такими, как волосы и кожа. Это делает его полезным в качестве ингредиента, входящего в состав препаратов по уходу за кожей и волосами.

Он сорбирует ионы меди, ртути, кадмия, железа, цинка, серебра и других тяжелых металлов. Хитозан биосовместим с живыми тканями, биоинертен, нетоксичен, трудногорюч, пожаро- и взрывобезопасен.

Применение в медицине

С 1961 ГОДА исследованиями хитозана начали заниматься в Москве в Институте биофизики, и основной задачей было создание противолучевых препаратов. На семи видах животных, в том числе на собаках и обезьянах, было показано его выраженное противоопухолевое действие. При внутривенном введении животным (до облучения в смертельных дозах) препарат полностью предотвращал их гибель. Введение после облучения увеличивало выживаемость на 45%. Были разработаны лекарственные формы препарата под кодовым названием РС-10 и РС-11 и получено разрешение на его медицинское применение. Однако на человеке испытать этот препарат так и не получилось. Работы носили закрытый характер и стали частично известны только в последние годы по мере снятия грифа секретности.

Сегодня ведется разработка новых методов местного лечения ран и ожогов с использованием полимерных покрытий — это одно из быстро развивающихся направлений биомедицины. Для обеспечения надежного лечебного эффекта покрытия должны удовлетворять ряду специальных требований, которые включают минимальную травматизацию раневой поверхности при наложении и снятии повязки, они должны впитывать жидкость, которая накапливается на поверхности раны, защищать от заражения извне. Покрытия на основе хитиновых соединений занимают особое место в этом списке, а первые попытки использования хитинов и хитозанов для заживления ран, в том числе ожоговых, были описаны еще в середине 1970-х гг. Дело в том, что эти соединения помимо всех перечисленных свойств имеют некоторые особо ценные качества. Например, доказано, что хитозан обладает антимикробной активностью, способен поглощать биологические жидкости, помогает тканям регенерироваться (восстанавливаться).

На основе волокнообразующей способности хитина и хитозана были созданы саморассасывающиеся хирургические шовные материалы; их используют как заменители кровеносных сосудов, катетеров, шлангов. В отличие от других материалов хитозановые не вызывают аллергических реакций и не теряют своей прочности. Имеются предложения использовать эти вещества в качестве биоинженерных материалов, заменителей кожи, костных протезов, зубоврачебных цементов, контактных линз. Опубликованы составы, содержащие хитозан и применяемые для лечения заболеваний полости рта в лекарственных составах местного действия (пастах, гелях, мазях). В косметологии при лечении лазером такого дефекта, как келлоидные рубцы, использование хитозана очень эффективно из-за его пленкообразующего и противовоспалительного действия.

По сути, хитозан может быть отнесен к группе парафармацевтиков — природных веществ, обладающих специфической фармакологической активностью. Хитозан способен повышать скорость растворения лекарств в десятки раз. При этом повышается степень их всасывания. Производные хитина добавляют к лекарствам, когда хотят создать препараты длительного действия.

В кислой среде хитинсодержащие лекарственные формы набухают и плавают на поверхности. Благодаря этому можно избежать повреждения слизистой оболочки желудка при использовании таких лекарств, как аспирин или индометацин.

До недавнего времени подобные исследования проводились с использованием хитина и хитозана, полученного из панциря крабов. Впоследствии хитин стали выделять из средиземноморской креветки, антарктического криля, озерного рачка гаммаруса, насекомых, микроскопических грибов и других источников, ведь запасы этого вещества практически неограниченны.

Хитиновый щит

ЕЩЕ ОДНО бесценное свойство хитина и его производных — это способность к сорбированию (очистке). У живых организмов он выполняет в основном защитную функцию, предохраняя внутренние органы от проникновения всякого рода токсинов.

Хитиновые сорбенты могут успешно применяться для очистки водных растворов от самых различных загрязнений: практически от всех тяжелых металлов, многих радионуклидов, бактерий, многих органических примесей, пестицидов и других соединений. Они могут быть использованы для очистки питьевой воды, сточных вод разных производств, технологических растворов и разных других жидких систем. По ряду показателей сорбенты на основе хитина и его производных превосходят многие ныне известные сорбенты.

При применении в качестве энтеросорбента (средства очистки организма через желудочно-кишечный тракт) хитозан показывает интересные свойства. Так, перспективна его способность нейтрализовывать избыточное выделение соляной кислоты желудком, он положительно влияет на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и многое другое.

В качестве перспективной активной добавки хитин и его производные применяются в косметических препаратах.

Хитозановый «бум»

МНОГИЕ уже называют хитозан веществом XXI века, и это не случайно. Исследованиями хитозана занимаются в 15 странах, и в настоящее время известно более 70 направлений практического применения хитина/хитозана. Так, например, в Японии его используют для очистки вод благодаря его сорбирующим свойствам. В США хитин и хитозан применяют при обработке семян, при обогащении корма для животных, очистке воды и в диетических добавках. За последние два года там выдано около 100 патентов на использование и технологию получения хитозана и его производных.

За рубежом уже много лет лучшим хитинологам мира вручаются Браконновская премия и почетная медаль, названная в честь первооткрывателя хитина француза Браконно. В России премии для поддержки молодых ученых присвоено имя академика П. Шорыгина. Но, несмотря на достижения, проблем в этой области остается немало.

Ситуация сегодня у нас в стране такова, что, несмотря на море информации об удачном применении хитозана в лечебных целях почти во всех направлениях медицины, в государственном реестре лекарственных средств пока нет ни одного лекарственного препарата, содержащего хитозан. Учитывая сложность оформления и дороговизну оплаты всех процедур по регистрации лекарственных препаратов (особенно клинические испытания, которые по времени занимают от 2 до 3 лет, а по стоимости составляют не один десяток тысяч долларов), многие махнули рукой на это дело и выпускают препараты под маркой БАДов и косметических средств. Дешевле и проще. В общем, как всегдаНАША СПРАВКА Полезные свойства хитозана

• биосовместимость и биоразрушаемость до безопасных для организма человека веществ;
• иммуномоделирующее действие;
• противомикробное действие;
• противогрибковое действие;
• противоопухолевое действие;
• ранозаживляющее действие;
• малая токсичность;
• способность сорбировать (поглощать) ионы тяжелых металлов;
• липотропное действие (способность уменьшать накопление жира в печени);
• защита от вредных излучений.

Деацетилированная аминогруппа хитозана при рН<7 положительно заряжена. Таким образом, хитозан является поликатионом. Отсюда вытекают два важных свойства хитозана — растворимость в воде и способность связываться с поверхностью клеток, которые, как известно, несут отрицательный заряд, а так же с отрицательно заряженными клеточными мембранами белков, гликопротеинов и фосфолипидов, расположенных на поверхности кожи и волос. Ацетилированная аминогруппа хитина не имеет заряда и отвечает за гидрофобные взаимодействия.

Для связывания хитозана с кожей и волосами важны как электростатические, так и гидрофобные свойства. Они обуславливают взаимодействие хитозана с белками и липидами, которые входят в состав не только клеточных мембран, но и межклеточного вещества. Взаимодействуя с белками и липидами эпидермиса и образуя связанную с ними пленку, хитозан образует прекрасное влагоудерживающее покрытие, которое позволяет коже свободно дышать. Проникая в кожу, хитозан активизирует процессы регенерации и способствует ее омоложению. Также обеспечивает доставку других активных ингредиентов крема в глубокие слои кожи, не снижая их (ингридиентов) эффективности. Обладает хорошей проницаемостью, мягким антибактериальным действием, и оптимально подходит для средств по уходу за кожей и волосами.

В продукции для волос используется способность хитозана формировать защитную пленку на поверхности волоса. По сравнению с пленками, образованными большинством синтетических полимеров, хитозановые пленки более стабильны в условиях повышенной влажности. Обработка волос средствами, содержащими хитозан, снимает электростатический заряд, придает блеск, улучшает расчесывание.

В силу своей способности формировать плотные, связывающие воду биосовместимые пленки хитозан заслуживает внимания как противоожоговый агент. Хитозановые пленки формируются прямо на ожоговой поверхности при нанесении водного раствора ацетата хитозана. Этот раствор, несмотря на то, что является кислым, обладает охлаждающим и смягчающим эффектом. Другой важной особенностью хитозановой пленки является и то, что она пропускает воздух и позволяет коже “дышать”. Кроме того, хитозановая пленка впитывает воду, что с одной стороны предотвращает кожу от высыхания, а с другой — не дает ране (ожогу) “намокнуть”. Важно и то, что хитозановая пленка разлагается естественным путем под действием ферментов организма, поэтому нет необходимости ее убирать и лишний раз травмировать пораженный участок.

Области применения:

• Фармацевтика: В качестве ранозаживляющего, регенерирующего, гипохолестеринемического, гастропротекторного средства.
• Биодобавки: В качестве общеукрепляющего, гипохолестеринемического средства и др.
• Пищевая промышленность: В производстве молочных напитков, белковых концентратов, пудингов, муссов, желе, кисломолочных продуктов, как структурообразователь и консервант.
• Косметология: Широко применяется в качестве увлажняющего компонента в различных косметических средствах, шампунях и бальзамах. Используется в качестве эмолента, эмульгатора, пленко- и гелеобразователя. Хитозан является неплохим стабилизаторам эмульсий, что важно при разработке косметических средств; будучи гидроколлоидом, может сам по себе удерживать воду.

Концентрация в косметике: 0,1-2.0%

Хранение: в прохладном, сухом месте, вдали от света и тепла 3 года.