Синтез и контроль качества субстанции кальция хелидоната, обладающей остеогенной активностью

Введение. Применение остеогенных средств актуально при патологиях, связанных с нарушением формирования и регенерации костной ткани, осложнениях при переломах костей, использовании имплантатов и эндопротезов, возмещении объемных дефектов при опухолевых поражениях костной ткани. В доклинических экспериментах in vivo на модели экспериментального остеомиелита, in vitro и in situ на мезенхимных стволовых клетках выявлена высокая остеогенная активность хелидоната кальция, который является перспективной субстанцией для получения остеогенных лекарственных средств.

Цель. Разработка способа получения методом химического синтеза и методик стандартизации субстанции кальция хелидоната.

Материалы и методы. Синтез хелидоновой кислоты осуществляли на основе диэтилоксалата; хелидоната кальция – с использованием синтезированной хелидоновой кислоты и безводного кальция хлорида. Структуру веществ подтверждали оптическими спектральными методами, масс-спектрометрией, элементным и рентгено-структурным анализом. Оценку количественного содержания осуществляли на жидкостном хроматографе. Статистическую обработку результатов количественных измерений проводили в программе STATISTICA 8,0.

Результаты и обсуждение. В результате синтеза получена хелидоновая кислота (4-оксо-4H-пиран-2,6-дикарбоновая кислота), представляющая собой бесцветные или с кремовым оттенком кристаллы. Структура полученного соединения подтверждена спектральными характеристиками и данными элементного анализа. Отработан способ получения субстанции кальция хелидоната, при этом выход целевого продукта составил 100 ± 5 %. Методом рентгено-структурного анализа было установлено, что синтезированное соединение представляет собой кальция хелидонат тригидрат [Ca(ChA)(H₂O)₃]_n с М.м. (С₇Н₈О₉Са) 276,15. Разработаны методики установления подлинности, чистоты и определения количественного содержания субстанции. Количество примесей в полученной субстанции не превышало 0,1 %, а содержание основного компонента составило от 99,2 ± 0,20 до 100,4 ± 0,35 %.

Заключение. Ввиду ограниченности ресурсных запасов и трудоемкости процесса выделения хелидоновой кислоты из растительного сырья, предложен метод химического синтеза субстанции хелидоната кальция, обладающей остеогенной активностью. Полученные результаты дают перспективу дальнейшим исследованиям в направлении разработки и внедрения синтетического кальция хелидоната как нового остеогенного лекарственного средства при условии специфической биологической активности, сопоставимой с природным аналогом.

1. Аврунин А. С. Остеопороз и остеомаляция – клинико-диагностические проблемы. Травматология и ортопедия России. 2014;4(74):68–76. DOI: 10.21823/2311-2905-2014-0-4-68-76.

2. Лыкошин Д. Д., Зайцев В. В., Костромина М. А., Есипов Р. С. Остеопластические материалы нового поколения на основе биологических и синтетических матриксов. Тонкие химические технологии. 2021;1(16):36–54. DOI: 10.32362/2410-6593-2021-16-1-36-54.

3. James A. W., LaChaud G., Shen J., Asatrian G., Nguyen V., Zhang X., Ting K., Soo C. Review of the Clinical Side Effects of Bone Morphogenetic Protein-2. Tissue Eng. Part B Rev. 2016;22:284–297. DOI: 10.1089/ten.TEB.2015.0357.

4. Avdeeva E., Shults E., Rybalova T., Reshetov Ya., Porokhova E., Sukhodolo I., Litvinova L., Shupletsova V., Khaziakhmatova O., Khlusov I., Guryev A., Belousov M. Сhelidonic Acid and its Derivatives from Saussurea Controversa: Isolation, Structural elucidation and Influence on the Osteogenic Differentiation of Multipotent Mesenchymal Stromal Cells in Vitro. Biomolecules. 2019;9(5):189(1–12). DOI: 10.3390/biom9050189.

5. Avdeeva E., Porokhova E., Khlusov I., Rybalova T., Shults E., Litvinova L., Shupletsova V., Khaziakhmatova O., Sukhodolo I., Belousov M. Calcium Chelidonate: Semi-synthesis, Crystallography, and Osteoinductive Activity In Vitro and In Vivo. Pharmaceuticals. 2021;14(6):579(1–14). DOI: 10.3390/ph14060579.

6. Makieieva N., Kupka T., Spaleniak G., Rahmonov O., Marek A., Blazytko A., Stobinski L., Stadnytska N., Pentak D., Buczek A., Broda M. A., Kus P., Kusz J., Ksiazek M. Experimental and theoretical characterization of chelidonic acid structure. Structural Chemistry. 2022;33:2133–2145. DOI: 10.1007/s11224-022-02026-7.

7. Jeong J., Kim J. H, Shim J. H., Hwang N. S., Heo C. Y. Bioactive calcium phosphate materials and applications in bone regeneration. Biomaterials Research. 2019;23(4). DOI: 10.1186/s40824-018-0149-3.

8. Lemair, T., Naili S. Possible role of calcium permselectivity in bone adaptation. Medical Hypotheses. 2012;78(3):367–369. DOI: 10.1016/j.mehy.2011.12.005.

9. Jahnke W., Bold G., Marzinzik A. L., Ofner S., Pellé X., Cotesta S., Bourgier E., Lehmann S., Henry C., Hemmig R., Stauffer F., Hartwieg J. C. D., Green J. R., Rondeau J.‐M. A general strategy for targeting drugs to bone. Angewandte Chemie. 2015;54:14575–14579. DOI: 10.1002/anie.201507064.

10. Jadresko D., Kaksa. M., Popovic Z. Electrochemical Characteristics of 4-oxo-4H-pyrandicarboxylic Acid (Chelidonic Acid) and some of its Metal Complexes. Electroanalysis. 2017;29:538–547. DOI: 10.1002/elan.201600355.

11. Belian M. F., Silva W. E., de Sá G. F., Alves S., de Farias R. F. Synthesis and Characterization of Cr(III), Mn(II), Fe(III), Co(II), Ni(II), Cu(II), and Zn(II) Complexes With 2,6-Pyridinedicarboxilic Acid, Chelidamic Acid, and Chelidonic Acid. Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry. 2014;44:1461–1463. DOI: 10.1080/15533174.2013.809754.

12. Ребров В. Г., Громова О. А. Витамины, макро- и микроэлементы. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2008. 960 с.

13. Bae S. J., Kim H. J., Won H. Y., Min Y. K., Hwang E. S. Acceleration of osteoblast differentiation by a novel osteogenic compound, DMP-PYT, through activation of both the BMP and Wnt pathways. Scientific reports. 2017;7:8455(1–10). DOI: 10.1038/s41598-017-08190-9.