Непригодные к использованию лекарственные средства: научно-методологические основы утилизации

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность проблемы. В настоящее время на фармацевтическом рынке многих стран, в том числе Российской Федерации, имеются в обращении непригодные к медицинскому использованию лекарственные средства (фальсифицированные, бракованные, с истекшим сроком годности, а также утратившие потребительские качества по иным причинам), которые представляют опасность для здоровья человека.

По данным экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), все более угрожающие масштабы на мировом фармацевтическом рынке приобретает проблема обращения фальсифицированных лекарственных средств. Доля фальсифицированных лекарственных препаратов на рынках развивающихся стран составляет от 10 (данные FDA) до 25% (данные ВОЗ). Приведенные оценки значительно разнятся ввиду отсутствия научно-обоснованной методологии мониторинга фальсифицированных лекарственных препаратов, а также единых подходов к определению и интерпретации данных, которыми оперируют различные эксперты. По оценкам Научного центра экспертизы средств медицинского применения Росздравнадзора (Багирова В.Л. и др., 2006), в последние годы наблюдается тенденция увеличения количества бракованных лекарственных препаратов. Официальные данные по количеству лекарственных средств с истекшим сроком годности, а также утративших потребительские качества по иным причинам, отсутствуют.

Непригодные к медицинскому использованию лекарственные средства относятся к опасным отходам из-за угрозы здоровью людей и состоянию окружающей природной среды. В соответствии с Федеральным законом от 08.08.2001 № 128-ФЗ выполнение работ по обращению с опасными отходами включено в перечень видов деятельности, подлежащих лицензированию.

Однако до сих пор не проведена оценка экологического риска и классификация фармацевтических отходов по классам опасности для окружающей природной среды. В Федеральном классификационном каталоге отходов, утвержденном Приказом Министерства природных ресурсов РФ от 02.12.2002 г. № 786, отходы фармацевтической продукции, ее производства и потребления не дифференцированы по группам принадлежности, характеризующим происхождение, состав и класс опасности отходов для окружающей природной среды. Определение класса опасности отходов регламентируют «Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности…», утвержденные Министерством природных ресурсов (приказ от 15.06.2001 г. № 511), и «Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления» (СП 2.1.7.1386-2003), при использовании которых получаемые расчетные данные по отходам соответствующего вида часто не совпадают. Это затрудняет обоснование выбора способа утилизации непригодных к медицинскому использованию лекарственных средств.

Способы утилизации фармацевтических отходов - сжигание, слив в промышленную канализацию и размещение на санитарных полигонах, регламентируемые соответствующими инструкциями (Приказы МЗ РФ от 15.12.2002 № 382, 28.03.2003 № 127), не являются экологически безопасными. Так, при сжигании образуются токсичные продукты, во избежание загрязнения атмосферы которыми требуются закрытые специализированные модули, обеспечивающие температурный режим не ниже 11000С. Последнее весьма затратно и труднодоступно для регионов. Слив в промышленную канализацию может использоваться только для препаратов, содержащих растворимые в воде лекарственные вещества, после стократного разбавления их водой. При этом рекомендуемая степень разбавления не всегда учитывает предельно допустимую концентрацию в воде, которая сегодня для большинства лекарственных веществ не определена. На санитарных полигонах разрешено размещение отходов только с низкой (IV и V класс) степенью опасности для окружающей среды. В этой связи актуален поиск более экологически приемлемых способов уничтожения непригодных к использованию лекарственных средств, в том числе инновационных технологий, основанных на использовании микроорганизмов. В настоящее время одной из наиболее разрабатываемых групп в биотехнологии являются непатогенные актинобактерии рода Rhodococcus. Типично бактериальный, а не мицелиальный характер роста родококков, способность их расти на минимальных средах и усваивать многие труднодоступные для других микроорганизмов органические субстраты в широком диапазоне концентраций, специфика многоцелевых оксигеназных ферментных систем и активность в экстремальных условиях внешней среды (Ившина И.Б. и др., 1987, 1997; Warhurst A.M., Fewson C.A., 1994) - всё это делает применение данной группы актинобактерий технологически перспективным в качестве биокатализаторов процессов деструкции лекарственных средств.

Перспективным является не только поиск новых технологий утилизации непригодных для медицинского применения лекарственных средств, но и получение на их основе новых биологически активных соединений. Поиск способов переработки фармацевтических отходов с целью их вторичного использования соответствует концепции комплексного подхода к решению проблемы отходов. Данная концепция признана правительствами многих европейских стран, официально принята Агентством по охране окружающей среды США. Однако в России вопросы использования фармацевтических отходов пока не находятся в сфере централизованного государственного управления (Опарин П.С., 2007).

Следует отметить, что в последние годы в РФ ведутся исследования по проблеме обращения непригодных к медицинскому использованию лекарственных средств, в том числе по разработке термического способа утилизации лекарственных средств с истекшим сроком годности (Бернадинер М.Н., 2001), разработке организационных подходов к изъятию из обращения фальсифицированных лекарственных средств (Солонинина А.В. и др., 2002), выявлению фальсифицированных препаратов с использованием современных аналитических методов (Арзамасцев А.П. и др., 2004), совершенствованию законодательной базы путем введения обособленной уголовной и административной ответственности за фальсификацию лекарственных средств (Максимов С.В. и др., 2006), разработке единой информационной системы, консолидирующей данные о качестве находящихся в обращении лекарственных средств (Юргель Н.В., 2008) и т.д. Однако вопросы комплексного подхода к проблеме обращения непригодных для медицинского использования лекарственных средств до сих пор остаются нерешенными. В связи с этим разработка новых концептуально-методологических подходов и эколого-технологических решений проблемы обращения фармацевтических отходов, а также эффективных технологий их утилизации и вторичной переработки является важной народно-хозяйственной задачей.

Цель настоящей работы - разработка методологических подходов к обращению непригодных для медицинского использования лекарственных средств, а также экологически безопасных способов их утилизации и вторичной переработки.

Основные задачи исследования:

1. Провести анализ динамики выявления фальсифицированных и бракованных лекарственных средств и порядка обращения с ними в Российской Федерации.

2. Разработать концептуальную схему и систему управления фармацевтическими отходами.

3. Разработать организационные подходы к изъятию из обращения фальсифицированных лекарственных средств.

4. Разработать классификацию лекарственных средств по классам опасности для окружающей природной среды, критерии сортировки и выбора рационального способа утилизации.

5. Оценить возможность использования актинобактерий рода Rhodococcus для биодеструкции лекарственных средств. Разработать методологический подход к утилизации лекарственных средств с применением биотехнологий и методов математического моделирования.

6. Исследовать возможность вторичного использования изъятых из обращения лекарственных средств в качестве реагентов для синтеза новых биологически активных соединений.

Научная новизна. Разработаны концептуальная схема и система управления фармацевтическими отходами. Сформулированы принципы обращения с непригодными к использованию лекарственными средствами. Разработаны организационные подходы к процедуре изъятия из обращения фальсифицированных лекарственных средств. Разработана классификация лекарственных средств по классам опасности для окружающей природной среды, система критериев и методика выбора рационального способа утилизации. Экспериментально обоснована возможность использования актинобактерий рода Rhodococcus для биодеструкции лекарственных средств, производных фенола, бензойной кислоты и азотсодержащих гетероциклических соединений. Исследованы основные стадии и образующиеся продукты биодеструкции изучаемых исходных субстратов. Обоснована возможность интенсификации процесса биодеструкции лекарственных средств с использованием иммобилизованных клеток родококков. На примере парацетамола разработана математическая модель процесса биодеструкции лекарственных средств, производных фенола. Разработан методологический подход к утилизации лекарственных средств с использованием биологических технологий и математического моделирования. На примере дротаверина обоснована возможность вторичного использования изъятых из обращения лекарственных средств в качестве фармакологических матриц для получения новых биологически активных соединений.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан методологический подход к осуществлению направленного поиска рациональных способов утилизации непригодных к использованию лекарственных средств, а также получения на их основе новых биологически активных соединений. Разработан эффективный биокатализатор и оригинальный технологический способ утилизации лекарственных средств с использованием актинобактерий рода Rhodococcus. Создана математическая модель процесса биодеструкции парацетамола, позволяющая прогнозировать поведение исходного субстрата и продуктов его разложения, а также окончание процесса по изменению концентрации наиболее токсичного продукта. В результате химической модификации молекулы дротаверина получены новые биологически активные соединения, проявляющие прокоагулянтное и прямое антикоагулянтное действие (Патент РФ на изобретение № 2330850 от 10.08.2008). Разработан порядок изъятия из обращения фальсифицированных лекарственных средств, положенный в основу проекта Инструкции «О порядке изъятия из обращения фальсифицированных лекарственных средств в субъектах РФ» (Акт Департамента государственного контроля лекарственных средств и медицинской техники МЗ РФ, Москва, от 18.04.2002). Разработан «Классификатор фармацевтических отходов (непригодных к использованию лекарственных средств) по классам опасности для окружающей природной среды и рекомендации по их уничтожению», Пермь, 2008, который используется предприятиями, образующими и утилизирующими фармацевтические отходы, а также органами государственного экологического контроля и др. (Акты ОАО «Медисорб», Пермь, от 26.03.2008, ФГУН Институт токсикологии ФМБА России, Санкт-Петербург, от 22.04.2008, ФГУ УралНИИ «Экология», Пермь, от 03.09.2008, Региональный центр по уничтожению фармацевтических отходов Оренбургской области, Оренбург, от 04.06.2008); разработаны методические рекомендации по уничтожению конкретных наименований непригодных для медицинского применения лекарственных средств, которые используются Региональным центром Пермского края для уничтожения опасных, в том числе фармацевтических отходов (7 актов внедрения от 07.06.2006, 02.05.2007 и т.д.), а также предприятиями ОАО «Медисорб», Пермь (Акт от 30.01.2007), ЗАО «Обнинская химико-фармацевтическая компания», Калужская обл., Обнинск (Акт от 05.04.2008); разработан лабораторный образец биокатализатора процесса деструкции парацетамола, отвечающий требованиям промышленной биотехнологии; Лабораторный регламент и Технологические схемы утилизации парацетамола в виде фармацевтической субстанции и таблеток с использованием разработанного биокатализатора. Процесс утилизации парацетамола апробирован в ЗАО «Медисорб», Пермь с использованием автоматизированной ферментационной установки (Акт от 04.11.2007), а также в ОАО «Пермфармация» (Акт от 20.05.2008). Результаты диссертационной работы используются в лекционных и практических курсах для интернов и слушателей факультета дополнительного профессионального образования Пермской государственной фармацевтической академии (Акты от 17.05.2005, 20.11.2007), а также магистрантов Пермского государственного университета (Акт от 15.09.2008).

Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» (номер госрегистрации темы НИР 01.9.50 007417) и планом НИР Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (номер госрегистрации темы НИР 01.9.70 005279).

Исследования поддержаны грантами РФФИ (N. 04-04-96057, N. 07-04-96038) в период с 2004 г. по 2009 г.

Апробация работы. Результаты и основные положения работы доложены на 28 научных конференциях, включая 11 международных, 9 Всероссийских, 5 региональных и 3 межвузовских, в том числе Российской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы обращения с отходами лечебно-профилактических учреждений», Москва, 2001; Межвузовских научно-практических конференциях «Актуальные проблемы фармацевтической науки и образования: итоги и перспективы», Пермь, 2002, 2003; Региональной научно-практической конференции «Достижения, проблемы и перспективы экономики и управления здравоохранением», Курск, 2003; Российской научно-практической конференции «Рациональное использование лекарств», Пермь, 2004; IX - XIV Российских национальных конгрессах «Человек и лекарство», Москва, 2002-2007; III Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация обращения с отходами производства и потребления» Ярославль, 2003; IV-VII Международных научно-практических конференциях «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 2003-2006; II Международной конференции «Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, биопотенциал», Пермь-Казань, 2005; II Всероссийской конференции «Техническая химия. Достижения и перспективы», Пермь, 2006; Международной конференции «Микробные биотехнологии», Одесса, 2006, II и IV Международных конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2006, 2007; XV Международной межотраслевой конференции «Перспективы развития природоохранной деятельности, совершенствование экологической безопасности и природопользования», Санкт-Петербург, 2007; Международной конференции «Микроорганизмы и биосфера», Москва, 2007; Научно-практической конференции «Фармация из века в век», Санкт-Петербург, 2008 и др.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 39 научных работах, в том числе в 12 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов докторских диссертаций. Получен Патент РФ на изобретение.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Концептуальная схема и система управления фармацевтическими отходами.

2. Порядок изъятия из обращения фальсифицированных лекарственных средств.

3. Методологический подход к классификации лекарственных средств по классам опасности для окружающей природной среды и выбору рационального способа утилизации.

4. Биологический способ утилизации лекарственных средств на основе использования иммобилизованного биокатализатора.

5. Методологический подход к утилизации лекарственных средств с использованием биотехнологий и методов математического моделирования.

6. Экспериментальное обоснование возможности вторичного использования изъятых из обращения лекарственных средств: результаты синтеза и исследования фармакологической активности производных дротаверина, выделенного из лекарственных форм с истекшим сроком годности.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 309 страницах, содержит 65 таблиц, 57 рисунков, включает введение, обзор литературы (глава 1), экспериментальную часть (главы 2-7), список цитируемой литературы, содержащий 348 библиографических источников, из которых 103 на иностранных языках, и приложения.

1. Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись нормативно-правовые акты, регулирующие обращение с опасными отходами производства и потребления, статистические данные по бракованным и фальсифицированным лекарственным средствам за 2000-2008 г.г., материалы социологических исследований Центров контроля качества (сертификации) лекарственных средств 14 субъектов РФ, лечебно-профилактических учреждений (29), населения (1170), а также лекарственные и вспомогательные вещества (26), лекарственные препараты, продукты биодеструкции лекарственных средств, коллекционные штаммы актинобактерий (89) из Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов (акроним ИЭГМ, www. iegm.ru / iegmcol), Пермь.

При анализе ситуации по непригодным для медицинского применения лекарственным средствам использовали методы сравнительного и документального анализа, а также метод анкетирования. При исследовании процессов биодеструкции лекарственных средств использовали традиционные методы бактериологии, в том числе метод кометаболизма, метод трансформации веществ суспензиями неразмножающихся бактериальных клеток и иммобилизованными клетками. Оценку интенсивности адгезии бактериальных клеток на поверхности твердых носителей проводили методами инфракрасного сканирования с использованием камеры CEDIP Silver 450M, CEDIP Infrared Systems, Франция и профилометрии высокого разрешения с помощью интерференционного микроскопа New View 5000, Zygo Corporation, США. Для идентификации и количественного определения лекарственных веществ и продуктов их биодеструкции в культуральных жидкостях использовали методы высокоэффективной жидкостной хроматографии (хроматограф HP-1090, Hewlett Packard, США) с колонкой ZORBAX SB-C18 (4,6х250 мм, 5 µм), хромато-масс-спектрометрии (газовый хроматограф Aqient 6890N с квадрупольным масс-спектрометром Aqient MSD 5973N в качестве детектора и кварцевой колонкой НР-5MS SN US 15189741-1) и спектрофотометрии (спектрофотометр «LAMBDA EZ201», Perkin-Elmer, США). Оптимизацию процесса биодеструкции лекарственных средств с использованием иммобилизованного биокатализатора осуществляли в условиях лабораторного биореактора. При разработке математической модели процесса биодеструкции парацетамола численное решение системы кинетических уравнений получали с помощью метода Рунге-Кутта.

Синтез соединений с использованием основания дротаверина в качестве фармакологической матрицы осуществляли методами препаративной органической химии. Спектры ЯМР 1Н регистрировали на приборах Bruker DRX 500 (500 МГц) и Tesla BS 567 (100 МГц) в ДМСО-d6 и CDCl3, внутренний стандарт ГМДС (0,05 м.д. от ТМС), ИК спектры - на спектрометре Specord-80 в вазелиновом масле, УФ спектры - на спектрофотометре СФ-2000, масс-спектры - на приборе МАТ-311 (70 эВ, ЭУ). Влияние соединений на свертываемость крови исследовали с помощью коагулометра «Минилаб 701». Значение LD50 продуктов биодеструкции исследуемых лекарственных средств определяли по методу В.В. Прозоровского с соавт. (1978) при пероральном и внутрибрюшинном введении их белым нелинейным мышам. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью компьютерных программ Excel 2000 (Microsoft Inc., 2003), Statistica 3.4 для Windows с вычислением среднего квадратического отклонения, стандартной ошибки, доверительного интервала. При оценке степени достоверности различий средних данных использовали t-критерий Стьюдента.

2. Результаты исследований и их обсуждение

Организационные подходы к разработке системы управления фармацевтическими отходами. Анализ и обобщение данных отечественной и зарубежной литературы, действующих законов и иных нормативно-правовых актов позволили охарактеризовать основные аспекты требующей комплексного решения проблемы обращения непригодных к медицинскому использованию лекарственных средств (ЛС).

Как видно из рис. 1, комплексное решение данной проблемы включает анализ существующей ситуации, разработку системы управления фармацевтическими отходами, осуществление направленного поиска рационального способа их утилизации, а также экспериментальную разработку экологически безопасных технологий утилизации и вторичной переработки непригодных к медицинскому использованию ЛС.

Рис. 1. Основные направления и этапы решения проблемы обращения непригодных к медицинскому использованию ЛС

Сравнительная оценка ситуации по непригодным к использованию ЛС в Российской Федерации и Пермском крае показала тенденцию увеличения количества бракованных и фальсифицированных лекарственных средств, начиная с 2004 по 2006 гг., и достаточно высокий уровень их в последующие годы. Анализ показал, что наиболее часто фальсифицируются и бракуются препараты для лечения сердечно-сосудистых заболеваний (11,68% и 5,96%, соответственно), противомикробные средства для системного использования (11,32% и 23,48%), средства для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта и нарушений обмена веществ (21,20% и 7,39%). В списках фальсифицированных и бракованных ЛС часто встречаются препараты но-шпы (дротаверина гидрохлорида), парацетамола и др., которые были выбраны нами в качестве объектов для дальнейших исследований.

В результате проведенного анализа выявлены недостатки существующего в РФ порядка обращения с непригодными к использованию лекарственными средствами. Установлено отсутствие регламентированной процедуры изъятия из обращения непригодных к использованию ЛС; системы сбора непригодных к использованию ЛС у населения; единой системы регулярного уничтожения ЛС; централизованных мест хранения ЛС перед уничтожением; специальных комиссий по утилизации ЛС; регламентированных сроков уничтожения ЛС; научно обоснованных критериев сортировки ЛС перед уничтожением, а также экологически безопасных способов утилизации ЛС, что позволило сделать вывод о необходимости разработки комплексной системы управления фармацевтическими отходами.

Анализ и обобщение отечественных и зарубежных разработок в области обращения с опасными отходами, а также проведенные нами исследования позволили сформулировать основные принципы обращения с непригодными к использованию ЛС и разработать концептуальную схему управления ими как опасными отходами. Как видно из рис. 2, система управления фармацевтическими отходами, в соответствии с концепцией комплексного подхода к решению проблемы отходов, базируется на государственной политике в сфере здравоохранения, охраны окружающей природной среды, обращения с опасными отходами и играет важную роль как инструмент государственного регулирования изъятия из обращения и экологически безопасной утилизации (либо вторичной переработки) непригодных к медицинскому использованию ЛС.

Рис. 2. Концептуальная схема управления фармацевтическими отходами

В основу функционирования системы управления фармацевтическими отходами нами положены следующие основные принципы: минимизация образования отходов; предупреждение возможности использования непригодных ЛС в медицинских целях; вторичная переработка отходов (использование ценных компонентов и полезных свойств); применение экологически безопасных и экономически целесообразных способов утилизации с использованием механизмов экономического стимулирования; размещение в окружающей среде неутилизируемых остатков; снижение эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду; контроль соблюдения норм безопасности.

Разработанная система управления фармацевтическими отходами включает в себя управляющую, управляемую, функциональную и целевую подсистемы (рис. 3). В качестве управляющей подсистемы, ответственной за выработку стратегических решений и координацию деятельности специалистов по их реализации, выступают Федеральные службы и их территориальные органы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития, экологическому, технологическому и атомному надзору, надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, а также Министерства здравоохранения и социального развития, природных ресурсов и экологии. Управляемая подсистема представлена субъектами обращения ЛС, как то: организациями оптовой торговли ЛС, аптечными организациями, лечебно-профилактическими учреждениями и другими организациями, использующими ЛС в своей деятельности, организациями производящими, уничтожающими либо перерабатывающими ЛС, а также экспертными организациями по контролю качества ЛС. Функциональная подсистема включает сбор, систематизацию, переработку информации, принятие управленческих решений, а также стадии обращения фармацевтических отходов: изъятие их из обращения; дифференциацию на группы принадлежности к опасным отходам; вторичную переработку и использование ее продуктов; утилизацию и размещение в окружающей среде неутилизируемых остатков. Целевая подсистема предусматривает воздействие на все стадии системы обращения непригодных к медицинскому использованию ЛС, контроль соблюдения условий изъятия ЛС из обращения и последующего их уничтожения либо вторичной переработки.

Рис. 3

Разработка функциональной подсистемы управления фармацевтическими отходами. При построении функциональной подсистемы нами разработаны организационные подходы к процедуре изъятия из обращения непригодных к медицинскому использованию лекарственных средств (на примере фальсифицированных ЛС), разработаны классификация ЛС по классам опасности для окружающей природной среды и алгоритм выбора рационального способа утилизации (либо вторичной переработки) лекарственных средств.

При этом определены участники процедуры изъятия из обращения фальсифицированных ЛС, детализированы их функции и разработан порядок изъятия из обращения фальсифицированных ЛС. В качестве участников процедуры определены оптовые фармацевтические организации, закупившие указанные ЛС для реализации на данной территории, аптечные организации, лечебно-профилактические учреждения и другие организации, использующие ЛС в своей деятельности, аккредитованные организации, осуществляющие экспертизу качества ЛС на данной территории, а также организация, уполномоченная субъектом РФ на централизованное уничтожение ЛС. Разработаны соответствующие формы документов для оформления процедуры изъятия из обращения фальсифицированных ЛС и учета движения непригодных к медицинскому использованию ЛС.

При выборе рационального способа утилизации либо вторичной переработки ЛС, а также для осуществления предварительной подготовки ЛС перед уничтожением определены критерии сортировки ЛС, как то: агрегатное состояние лекарственной формы, степень растворимости в воде лекарственного вещества, химическая природа лекарственных и вспомогательных веществ, наличие особых свойств (взрывоопасность, горючесть) и класс опасности для окружающей природной среды. Последний критерий является определяющим при размещении отходов на санитарных полигонах.

В виду отсутствия классификации ЛС по классам опасности для окружающей природной среды нами проведено определение классов опасности ЛС в соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды», утвержденными приказом Министерства природных ресурсов РФ от 15.06.2001 г. № 511. На основании систематизации имеющихся данных по токсикологическим, санитарно-гигиеническим и физико-химическим показателям ЛС создан банк данных первичных показателей опасности ЛС, включающий 462 значения LD50, ПДК и др. Установлен количественный состав фармацевтических отходов путем определения концентраций ингредиентов в лекарственных препаратах как концентраций компонентов отходов, что позволило использовать расчетный метод для определения классов опасности ЛС. С использованием разработанной математической программы установлено, что фармацевтические субстанции являются чрезвычайно опасными (I класс) и высоко опасными (II класс) для окружающей природной среды - 67,7% и 32,3%, соответственно (табл. 1). Большинство лекарственных препаратов являются умеренно опасными (42,5%) или мало опасными (37,4%).

Таблица 1. Классы опасности лекарственных средств для окружающей природной среды

К чрезвычайно опасным относятся лекарственные препараты 18 наименований (3,8%), к высоко опасным - 66 наименований (13,8%) и к практически не опасным - 14 наименований (2,5%). На основании полученных данных разработан «Классификатор фармацевтических отходов (непригодных к использованию лекарственных средств) по классам опасности для окружающей природной среды и рекомендации по их уничтожению», Пермь: ПГФА, 2008. - 118 с.

С использованием разработанных критериев сортировки ЛС предложен алгоритм выбора рационального способа утилизации либо вторичной переработки ЛС (рис. 4).

Рис. 4. Алгоритм выбора рационального способа утилизации ЛС

Согласно данному алгоритму, на первом этапе проводится сортировка ЛС по агрегатному состоянию и растворимости лекарственного вещества в воде. Далее с учетом химического строения лекарственных веществ, наличия у них особых свойств и класса опасности ЛС для окружающей природной среды производится обоснование возможности использования того или другого или нескольких способов утилизации либо вторичной переработки ЛС. При наличии нескольких возможных способов утилизации выбор наиболее рационального варианта осуществляется на основании критерия сопоставления (стоимости услуг по утилизации, в частности).

Утилизация непригодных к медицинскому применению лекарственных средств с использованием бактериальных катализаторов. С целью направленной биодеструкции лекарственных средств, широко применяемых в медицинской практике и входящих в списки бракованных или фальсифицированных препаратов 2000-2008 гг., исследован большой массив коллекционных штаммов актинобактерий рода Rhodococcus. Определены минимальные подавляющие концентрации в отношении 22 лекарственных веществ - производных азотсодержащих гетероциклических соединений (хинолина, изохинолина, фенотиазина, пиразола, имидазола, бензимидазола), а также фенола, ацетанилида, фурана, п-аминобензойной, дифенилуксусной, диэтиламинопропановой и бензойной кислот. Установлено, что родококки характеризуются наиболее выраженной деструктивной активностью в отношении парацетамола, дротаверина гидрохлорида и натрия бензоата, в частности. Отобраны штаммы R. erythropolis ИЭГМ 767, R. ruber ИЭГМ 77, R. rodochrous ИЭГМ 767, R. opacus ИЭГМ 264 - активные биодеструкторы исследуемых соединений. Методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии установлены основные стадии и образующиеся продукты биодеградации обозначенных лекарственных веществ. Показано, что лекарственные вещества, производные фенола и бензойной кислоты, используются родококками в качестве единственного источника углерода и энергии, тогда как производные изохинолина (дротаверин, в частности) метаболизируются лишь в присутствии дополнительных ростовых субстратов. В связи с этим для реализации наиболее полного разложения дротаверина подобраны специфические косубстраты. Исследовано влияние вспомогательных веществ (крахмала, талька, поливинилпирролидона, стеариновой кислоты), входящих в состав таблеток, на процесс биодеструкции лекарственных средств. По нашим данным, присутствие поливинилпирролидона способствует значительному ускорению процесса (с 20 до 5 суток) и полному разложению парацетамола свободными клетками родококков (табл. 2).

Таблица 2. Содержание остаточного парацетамола в присутствии вспомогательных веществ таблеток

Примечание. Каждый результат представляет среднее из 3-х значений. *За 100% принято 0,2 г введенного парацетамола. Вспомогательные вещества, входящие в состав таблеток, взяты в количестве 10 % от массы парацетамола. В экспериментах использовали клетки R. erythropolis ИЭГМ 767.

С целью сокращения продолжительности процессов биодеструкции лекарственных средств использованы различные приемы, в частности, предварительное выращивание клеток родококков в среде, обогащенной структурным аналогом лекарственного вещества: фенолом в случае парацетамола, бензойной кислотой в случае натрия бензоата и изохинолином в случае дротаверина гидрохлорида. Установлено, что использование адаптированных к соответствующему структурному аналогу клеток родококков сокращает продолжительность процесса биодеструкции парацетамола с 5 до 3 сут (рис. 5), натрия бензоата - с 3 до 2 сут, дротаверина гидрохлорида - с 60 до 30 сут (рис. 6, 7).

Рис. 5. Изменение содержания парацетамола (1, 2) и п-аминофенола (3, 4) в процессе биодеструкции парацетамола с использованием клеток R. erythropolis ИЭГМ 767, неадаптированных (2, 4) и предварительно адаптированных к фенолу (1, 3)

Рис. 6. Изменение содержания дротаверина гидрохлорида в процессе биодеструкции неадаптированными (1) и адаптированными к изохинолину (2) клетками R. rhodochrous ИЭГМ 647

Рис 7. Изменение содержания дротаверина гидрохлорида в процессе биодеструкции клетками R. rhodochrous ИЭГМ 647, предварительно адаптированными к изохинолину в присутствии косубстратов: 1- глюкоза, 2 - сахароза, 3- этанол, 4 - глицерин

Еще более значительного повышения скорости превращения лекарственных веществ удалось достичь при использовании иммобилизованных клеток родококков. В качестве носителей испытаны криогель поливинилового спирта и твердые органические носители (древесный опил, в частности). С целью повышения сродства поверхности твердых адсорбентов к бактериальным клеткам впервые использован прием гидрофобизации поверхности носителя. Как видно из табл. 3, наиболее эффективным оказалось использование древесного опила, гидрофобизованного олифой или Rhodococcus-биосурфактантом.

Таблица 3. Иммобилизация клеток родококков на природных органических носителях

Примечание. *Соотношение носителя и олифы; АСВ - абсолютно сухое вещество.

Проведена оценка интенсивности адгезии бактериальных клеток на модифицированной поверхности твердых носителей и экспериментально обоснована возможность оптимизации процесса иммобилизации клеток родококков с использованием Rhodococcus-биосурфактантов. Полученные с помощью интерференционного микроскопа изображения свидетельствуют о том, что иммобилизация родококков имеет монослойный характер, клетки располагаются по всей поверхности носителя. При этом существует предел насыщения носителя бактериальными клетками, после которого скорость адсорбции снижается, и клетки практически не оседают на его поверхности. На основании полученных данных определена оптимальная концентрация клеток родококков в бактериальной суспензии при проведении процедуры иммобилизации, которая составляет 107 клеток /мл.

Получен лабораторный образец биокатализатора, характеризующийся высокой каталитической активностью закрепленных клеток, стабильностью при хранении в течение 3 месяцев и возможностью повторного использования.

Из данных табл. 4 следует, что скорость разложения парацетамола с использованием разработанного биокатализатора составляет 116 мг/л/ч.

Таблица 4. Технологические параметры биокатализатора на основе адсорбированных на модифицированном опиле клеток родококкков

Использование иммобилизованных на модифицированном опиле клеток родококков, предварительно адаптированных к фенолу, позволяет существенно сократить продолжительность процесса разложения парацетамола - до 12 и 16 часов, соответственно, в случае использования таблеток и фармацевтической субстанции (табл. 5).

Таблица 5. Содержание парацетамола и п-аминофенола в процессе биодеструкции парацетамола в виде субстанции и таблеток иммобилизованными клетками R. erythropolis ИЭГМ 767

Примечание. Каждый результат представляет среднее из 3-х значений. *За 100% принято 0,2 г введенного парацетамола.

Оптимизацию процесса биодеструкции парацетамола с использованием разработанного биокатализатора, представляющего собой иммобилизованные на модифицированном древесном опиле клетки R. erythropolis ИЭГМ 767, проводили в условиях лабораторного биореактора. С помощью математического моделирования определены оптимальные значения температуры в интервале от 28 до 35оС и скорости перемешивания среды от 160 до 200 об/мин, обеспечивающие максимальную величину константы скорости реакции разложения парацетамола (рис. 8).

Рис. 8. Зависимость константы К1 скорости реакции разложения парацетамола от скорости перемешивания и температуры среды в лабораторном биореакторе

Установлено, что продолжительность процесса биодеструкции парацетамола в лабораторном биореакторе с использованием разработанного биокатализатора составляет 30 часов в виде субстанции и 24 часа - в виде таблеток. Применение иммобилизованного биокатализатора для биодеструкции натрия бензоата позволяет сократить продолжительность процесса с 48 до 24 часов, а дротаверина гидрохлорида - с 30 до 16 суток.

Разработаны лабораторный регламент и технологическая схема утилизации лекарственных средств с использованием иммобилизованного биокатализатора. Технологическая документация реализована при проведении процесса утилизации парацетамола на автоматизированной ферментационной установке.

Разработка методологического подхода к утилизации ЛС с использованием биотехнологий и математического моделирования (на примере парацетамола). На примере парацетамола разработан единый методологический подход к утилизации фармацевтических отходов, который может быть реализован на других лекарственных средствах. Установлено, что процесс биодеструкции парацетамола происходит по схеме (рис. 9).

Рис. 9. Схема биодеструкции парацетамола с использованием клеток R. ruber ИЭГМ 77

При этом гидролиз парацетамола, последующее дезаминирование и окисление п-аминофенола являются реакциями первого порядка и протекают в открытой системе, в которой происходит обмен реагентов и продуктов реакций с окружающей средой (воздухом и культуральной жидкостью). Установлено, что процесс биодеструкции парацетамола описывается более адекватно, если считать «константы» скорости указанных реакций линейными функциями времени.

Возможность прогнозирования поведения исходного лекарственного вещества и продуктов его разложения позволяет математическая модель, построенная на основании схемы биодеструкции (рис. 9) и представляющая собой систему дифференциальных уравнений 1-го порядка, которая имеет вид:

(1)

с начальными условиями = 0, где х1, х2, х3, х4 - концентрации парацетамола, п-аминофенола, уксусной кислоты и остальных продуктов разложения парацетамола, соответственно; коэффициенты b, k, c, d - параметры «констант» скорости реакций разложения парацетамола и п-аминофенола, полученные эмпирическим путем; , , - нетипичные эмпирические поправки для открытой системы, рассчитанные на основании закона сохранения молекулярных масс участвующих в реакциях соединений.

Результаты решения системы уравнений (1) для компонентов реакции методом Рунге-Кутта в сравнении с экспериментальными данными представлены на рис. 10.

Рис. 10. Экспериментальные (точки) и теоретические (линии) зависимости от времени концентрации парацетамола х1, п-аминофенола х2 и остальных продуктов разложения х4 в процессе биодеструкции парацетамола иммобилизованными клетками R. erythropolis ИЭГМ 767

Примечание. Пунктирными линиями обозначены время окончания процесса и соответствующее ему содержание п-аминофенола.

Как видно из рис. 10, разработанная модель адекватно описывает процесс биодеструкции парацетамола и позволяет прогнозировать его окончание по уменьшению концентрации п-аминофенола - наиболее токсичного для клеток родококков по сравнению с парацетамолом и другими продуктами его разложения. Так, парацетамол и п-аминофенол в используемых концентрациях относятся к I классу опасности для окружающей среды, то есть являются чрезвычайно опасными отходами. Культуральная жидкость по достижении в ней концентрации п-аминофенола, равной 0,0005 г/мл, становится мало опасным отходом (IV класс опасности для окружающей среды) и может быть размещена на санитарном полигоне. Следовательно, процесс биодеструкции парацетамола при использовании иммобилизованных клеток родококков может быть завершен через 19 часов (рис. 10). Образующийся при биодеструкции осадок мало токсичен (LD50 > 4000 мг/кг), относится к V классу опасности (практически не опасен) для окружающей среды и наряду с культуральной жидкостью может быть размещен на санитарном полигоне.

Таким образом, разработанный методологический подход к утилизации фармацевтических отходов с использованием биологических технологий и методов математического моделирования предусматривает: (1) отбор наиболее активных штаммов-деструкторов используемого соединения на основании скрининга; (2) подбор рациональных условий проведения процесса биодеструкции ЛС (состав среды, концентрация исходного субстрата, использование нативных или иммобилизованных клеток, температура инкубации, интенсивность перемешивания, добавка косубстрата и др.); (3) установление механизма реакции разложения лекарственного вещества; (4) проведение ограниченного ряда экспериментов для определения константы скорости реакции разложения исследуемого вещества и его основных продуктов; (5) построение математической модели для исходного субстрата и продуктов его разложения с учетом особенностей открытой системы; (6) проверка адекватности предложенной модели в условиях эксперимента; (7) разработка лабораторного регламента и технологической схемы утилизации лекарственного средства; (8) определение значений технологических параметров (температуры, скорости вращения мешалки и др.) для проведения процесса биодеструкции лекарственного вещества в полупромышленных и промышленных условиях.

Синтез новых биологически активных соединений как способ вторичной переработки лекарственных средств, производных изохонолина (на примере дротаверина). Дротаверина гидрохлорид (но-шпа), препараты которого занимают одно из первых мест в списках фальсифицированных и бракованных ЛС, был использован в качестве фармакологической матрицы для синтеза новых биологически активных соединений.

Химическая модификация основания дротаверина 1, выделенного из лекарственных форм (таблеток и раствора) с истекшим сроком годности, осуществлялась известными методами. Алкилирование основания 1 йодистыми алкилами привело к образованию четвертичных солей 2а - г. Гидрирование гетероцикла соединения 1 действием литийалюмогидрида привело к основанию 3, которое при взаимодействии с йодистыми алкилами образовало соли 4а - в. В результате восстановления этоксигрупп в дротаверине действием HBr получено производное норлауданозина 5.

R = Me (2a,4a), Et (2б,4б), i-Pr (2в,4в), СН2СО2Ме(2г)

Показана возможность реакции азосочетания основания дротаверина 1 с солями диазония, что явилось доказательством структурной особенности молекулы дротаверина, обеспечивающей переход иминоформы в форму енамина.

X = H (а), п-NO2 (б), м-NO2 (в), п-СО2Et (г), м-Сl (д), п-Me (е), п-МеО (ж).

Продуктами реакции являются гидразоны 6а - ж, представляющие собой оранжевые или красные кристаллические вещества, идентифицированные в виде гидрохлоридов (6а, в - ж)•HCl, за исключением п-нитропроизводного 6б, для которого устойчиво основание. Исследованы УФ-спектры поглощения соединений 6а - ж. Показано, что положение К-полосы поглощения коррелирует с гамметовскими константами заместителя.

Взаимодействие основания 1 с п-бромфенацилбромидом представляет собой вариант реакции Чичибабина, при этом образуется производное пирроло[2,1-a]изохинолина 7:

Ранее установлено, что основание дротаверина реагирует в качестве енамина с оксалилхлоридом с аннелированием пиррольного цикла и образованием соединения 8, основу которого также составляет система пирроло[2,1-a]изохинолина. Кипячение диоксопирролина 8 с о-фенилендиамином в среде ледяной уксусной кислоты приводит к конденсированному хиноксалину 9. Структура полученных соединений доказана данными элементного анализа, спектров ЯМР 1Н, ИК спектров и масс-спектрометрии.

При изучении влияния веществ на свертываемость крови можно использовать только растворимые в воде соединения. Этим свойством обладают соединения 2 - 5 и гидрохлорид конденсированного хиноксалина 9. По данным фармакологических исследований, дротаверин и его производные, в отличие от папаверина, ускоряют свертываемость крови. Наиболее выраженным прокоагулянтным действием обладают N-метилированное производное дротаверина 2а, N-изопропилпроизводное гидрированного дротаверина 4 и полифенольное соединение 5, понижающие время свертываемости крови на 16 - 24%. Соединение 8·HCl, представляющее собой 1-(3,4-диэтоксифенил)-2,3,5,6-тетрагидро-(3,4-диэтоксибензо)[g]хиноксалино[2,3-b]индолизина гидрохлорид, проявляет прямое антикоагулянтное действие, достоверно увеличивая на 35,6% время свертывания цитратной крови в концентрации 1мг/мл. Препарат сравнения папаверина гидрохлорид (ближайший аналог по строению) увеличивает время свертываемости крови лишь на 16,8%. Острая токсичность (ЛД50) соединения 8·HCl при внутрибрюшинном введении его белым нелинейным мышам составляет 355,0 (310,4400,9) мг/кг, папаверина гидрохлорида ? 96,0 (78,0119,0) мг/кг.

Таким образом, соединение 8·HCl проявляет прямое антикоагулянтное действие, не уступающее по уровню активности аналогу по структуре папаверина гидрохлориду при меньшей токсичности, и поэтому может найти применение в медицине в качестве антикоагулянта прямого действия.

Заключение

1. На основе анализа ситуации по непригодным к медицинскому использованию лекарственным средствам установлено значительное количество бракованных и фальсифицированных лекарственных средств на российском фармацевтическом рынке; выявлены наименования лекарственных средств, наиболее часто встречающихся в списках недоброкачественных препаратов; установлено отсутствие единой системы обращения с непригодными к использованию лекарственными средствами как опасными фармацевтическими отходами.

2. Разработана концептуальная схема управления фармацевтическими отходами, сформулированы основные принципы обращения с фармацевтическими отходами. Разработана и определены цели, роль и структура системы управления фармацевтическими отходами, позволяющей оптимизировать обращение непригодных к медицинскому использованию лекарственных средств в соответствии с концепцией комплексного управления отходами.

3. Разработаны организационные подходы к изъятию из обращения фальсифицированных лекарственных средств, предусматривающие определение участников данной процедуры, детализирование их функций, разработку порядка изъятия из обращения фальсифицированных лекарственных средств. Разработаны соответствующие формы документов для оформления процедуры изъятия, а также учета движения непригодных к использованию лекарственных средств в субъектах их обращения.

4. На основании систематизации имеющихся данных по токсикологическим, санитарно-гигиеническим и физико-химическим показателям лекарственных средств создан банк данных первичных показателей опасности лекарственных средств, включающий 462 значения LD50, ПДК и др. Разработан классификатор лекарственных средств по классам опасности для окружающей природной среды, включающий 942 наименования лекарственных средств, из которых 35,1% представлены чрезвычайно опасными, 22,9% - высоко опасными, 21,7% - умеренно опасными, 18,9% - мало опасными и 1,4 % - практически неопасными для окружающей природной среды. Разработаны критерии сортировки лекарственных средств перед уничтожением: агрегатное состояние, степень растворимости в воде лекарственного вещества, химическая природа лекарственных и вспомогательных веществ, наличие особых свойств (взрывоопасность, горючесть), класс опасности для окружающей природной среды. Предложен алгоритм выбора рационального способа утилизации лекарственных средств.

5. Экспериментально обоснована пригодность использования актинобактерий рода Rhodococcus для утилизации лекарственных средств, производных ароматических углеводородов и гетероциклических азотсодержащих соединений. На примере парацетамола разработаны технологическая схема и лабораторный регламент утилизации фармацевтических отходов биотехнологическим способом. На основе методов математического моделирования разработан алгоритм процесса биодеструкции лекарственных средств, содержащих фенольную гидроксильную группу, и методологический подход к утилизации лекарственных средств с использованием актинобактерий, обеспечивающий возможность превращения опасных фармацевтических отходов в безопасные для окружающей природной среды.

6. Экспериментально обоснована возможность вторичного использования непригодных к медицинскому применению лекарственных средств, производных изохинолина (дротаверина, в частности), для синтеза биологически активных соединений. Получены новые соединения, обладающие прокоагулянтным действием, а также прямым антикоагулянтным действием, не уступающим по уровню активности аналогу по структуре папаверина гидрохлориду при меньшей токсичности.