Вода, полученная обработкой электролизом в катодной камере, и способ ее получения

 

Изобретение относится к технологии получения воды, обработанной путем электролиза в катодной камере и обладающей способностью подавления метастазирования раковых клеток. Воду получают обработкой путем электролиза в катодной камере водного 0,0001-0,02 н. раствора NaOH. Водный раствор NaOH подают в катодную и анодную камеры электролизера, разделенные диафрагмой, осуществляют электролиз водного раствора и отводят воду, полученную в катодной камере. Технический эффект - получение обработанной электролизом воды, в которой отсутствуют гипохлористая кислота и газообразный хлор и которая может подавлать метастазирование раковых клеток. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится, в целом, к воде, обработанной путем электролиза в катодной камере, обладающей способностью подавления метастазированных раковых клеток. Настоящее изобретение относится также к способу получения воды, обработанной путем электролиза в катодной камере.

Описание предшествующего уровня техники В последнее время во всем мире наблюдается рост смертности от рака. Главным фактором, влекущим за собой смертельный исход при раке, являются метастазы, достигшие удаленных органов, которые во многих случаях оказываются уже пораженными в момент постановки диагноза "рак".

При современных методах лечение рака оказывается затруднительным, если опухоль успела метастазировать. Решение этой проблемы может оказаться ключевым для победы над раком.

Метастазирование раковой клетки включает сцепление, расщепление и внедрение раковой клетки в базальную мембрану, образуемую коллагеном, ламинином, фибронектином и т.п. Известно, что важную роль при метастазировании играет активизация раковой клеткой группы металлического катализатора, которую называют матриксом металлопротеазы. В настоящее время химиотерапия рака занимается лечением раковых клеток, уже ставших аномальными. Такое лечение часто демонстрирует недостаточный эффект, что связано с проблемами избирательности действия, побочными эффектами и сопротивляемостью организма раку. В связи с этим в настоящее время ведется разработка нового средства лечения рака, противоракового средства, которое может подавлять метастазирование при меньшем количестве побочных эффектов.

Известно, что внутриклеточное окисление в различных штаммах раковых клеток значительно выше, чем в штаммах нормальных клеток. Также известно, что анионный радикал перекиси (далее упоминаемый как SAR) способствует метастазированию клеток рака. Заявитель уже предлагал воду с высокой концентрацией растворенного в ней водорода, полученную путем электролиза и обладающую способностью устранять повреждения ДНК, вызванные SAR (Японская опубликованная патентная заявка 10-118653, в США порядковый 08/917336).

Для получения такой воды с высокой концентрацией растворенного водорода (т. е. воды, обработанной путем электролиза), применимой для лечения рака, подвергают электролизу водопроводную воду с растворенным в ней в качестве поддерживающего электролиз катализатора NaCl. Преимущество этого способа заключается в возможности получения не только воды, обработанной путем электролиза (на стороне катода), но и обладающей окислительными свойствами бактерицидной воды на стороне анода. Однако способ создает также проблему, заключающуюся в том, что во время электролиза раствора NaCl происходит образование в больших количествах гипохлористой кислоты и газообразного хлора и их растворение в воде, образованной путем электролиза. Вода, содержащая гипохлористую кислоту и газообразный хлор, не пригодна для питья и считается канцерогенной. Таким образом, обычный способ не позволяет получить воду, обработанную путем электролиза, высокоэффективную при лечении рака.

Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является устранение перечисленных выше проблем. Главной задачей настоящего изобретения является предложение воды, обработанной путем электролиза, в которой отсутствуют гипохлористая кислота и газообразный хлор, и которая может применяться для лечения рака. Другой задачей настоящего изобретения является предложение способа получения такой обработанной путем электролиза воды.

В целом, воду получают путем электролиза как в катодной, так и в анодной камере. Описанная здесь вода обработана путем электролиза только в катодной камере. Таким образом, предложенная в настоящем изобретении вода, обработанная путем электролиза, может быть охарактеризована как вода, имеющая отрицательное значение окислительно-восстановительного потенциала.

Согласно настоящему изобретению вода получена обработкой электролизом в катодной камере водного раствора NaOH, концентрация которого находится в пределах от 0,0001 до 0,02 н.

При концентрации NaOH в указанных пределах можно осуществить реакцию электролиза приблизительно на том же уровне, что и в случае с водопроводной водой.

Кроме того, вода получена обработкой электролизом в катодной камере водного раствора NaOH и концентрация NaOH находится в пределах от 0,0001 до 0,002 н.

При концентрации NaOH в указанных пределах может быть получена вода, обработанная путем электролиза с повышенным содержанием растворенного в ней водорода.

Далее, вода, обработанная путем электролиза, имеет окислительно-восстановительный потенциал не более -50 мВ, содержание растворенного кислорода не более 9,5 млн^-1 и содержание растворенного водорода, по меньшей мере, 300 млрд^-1.

Согласно способу получения воды, обработанной путем электролиза в катодной камере, подают водный раствор, содержащий NaOH как в катодную, так и в анодную камеры, разделенные диафрагмой, пропускают электрический ток между катодом, погруженным в указанную катодную камеру, и анодом, погруженным в указанную анодную камеру для осуществления электролиза указанного водного раствора, содержащего NaOH, отводят обработанную электролизом воду, полученную в указанной катодной камере, причем концентрация указанного NaOH находится в пределах от 0,0001 до 0,02 н., причем электролиз осуществляют в полностью герметизированных катодной и анодной камерах.

Кроме того, указанный электролиз осуществляют с использованием напряжения в пределах от 5 до 100 В, силы тока в пределах от 5 мА до 2 А и периода времени от 5 до 120 мин, чтобы предотвратить образование газообразного водорода в катодной камере.

Указанные и другие задачи, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более очевидными из приведенного ниже подробного описания настоящего изобретения, а также прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана схема, демонстрирующая систему электролиза раствора NaOH в соответствии с настоящим изобретением, на фиг.2 показана схема, демонстрирующая электролитическую ванну в соответствии с настоящим изобретением, на фиг. 3 проиллюстрирован эффект подавления метастазирования раковой клетки воды, обработанной путем электролиза NaOH, на фиг. 4 проиллюстрирован результат испытания воды, обработанной путем электролиза NaOH на цитотоксичность, на фиг.5 проиллюстрирован результат анализа активности желатиназы/IV типа коллагеназы, выполненного методом зимографии.

Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения Ниже будут описаны варианты реализации настоящего изобретения.

На фиг. 1 схематически показано устройство для получения обработанной электролизом воды, не содержащей гипохлористой кислоты и газообразного хлора и эффективной при лечении рака. Конкретнее на фиг.1 показана система электролиза раствора NaOH.

Как показано на фиг.1, неочищенную воду (водопроводную воду) накачивают насосом под давлением и подвергают фильтрации на обратноосмотической мембране для получения очищенной воды. Раствор NaOH добавляют к очищенной воде насосом-дозатором. Управление насосом-дозатором для получения заданной концентрации осуществляют путем измерения удельной электропроводности раствора. Раствор NaOH поступает в электролитическую ванну через расходомер и электромагнитный клапан 1. После заполнения электролитической ванны раствором NaOH расход становится равным 0, и с расходомера в схему управления поступает сигнал остановки. В ответ на получение сигнала остановки происходит выключение насоса и насоса-дозатора, а электромагнитный клапан 1 закрывается. Происходит включение таймера и на заданный период времени происходит включение в электролитической ванне постоянного тока, используемого для электролиза. После истечения указанного периода времени открываются электромагнитные клапаны 2 и 3 для отвода соответственно полученных при этом обработанной воды и кислотной воды. После отвода полученной воды каждый электромагнитный клапан возвращается в исходное положение и поступает раствор NaOH для следующей операции электролиза.

На фиг.2 схематически показана электролизная ванна. Электролизная ванная включает в себя катодную камеру 2 с катодом 1 и анодную камеру 4 с анодом 3. Камеры 2 и 3 разделяются диафрагмой 5. К катодной камере 2 присоединена отводящая труба 6 катодной воды, предназначенная для отвода катодной воды (обработанной электролизом воды). К анодной камере 4 присоединена сливная труба 1, предназначенная для отвода наружу анодной воды (кислой воды). К катодной камере 2 и анодной камере 4 соответственно присоединены питающие трубы 8, предназначенные для подачи в них очищенной воды с заданным содержанием NaOH.

ПРИМЕР 1
С использованием очищенной воды, профильтрованной через обратноосмотическую мембрану или что-либо подобное, приготовили раствор NaOH с концентрацией 0,0025 н., который подвергли электролизу. Была получена восстановленная электролизом вода, в которой благодаря применению раствора NaOH полностью отсутствовали гипохлористая кислота и газообразный хлор.

При электролизе воды на стороне анода образуется газообразный кислород, а на стороне катода - газообразный водород. Газообразный водород образуется из-за образования при электролизе иона водорода, к которому присоединяется поступающий с катода электрон с образованием атомарного водорода, а два атома водорода затем соединяются с образованием газообразного водорода. Как будет описано ниже, полученная таким образом обработанная электролизом вода обладает способностью предупреждать или подавлять рост и метастазирование раковых клеток, что считается связанным с антиокислительной способностью атомарного водорода. Поэтому желательно, чтобы в воде было растворено большое количество водорода в атомарном состоянии. В катодной воде, полученной с помощью реакции электролиза с использованием большой силы тока и высокого напряжения, наблюдается тенденция к переходу большей части водорода в газообразную форму, что ведет к уменьшению количества растворенного атомарного водорода. Для того чтобы избежать такого явления, желательно осуществлять электролиз в течение длительного периода времени при условиях, позволяющих предупредить образование газообразного водорода. Иными словами, желательно осуществлять электролиз при низком напряжении и низкой силе тока в течение длительного периода времени. Обнаружено, что обработанная электролизом вода может быть получена без образования газообразного водорода, если осуществлять электролиз раствора NaOH при условиях, включающих напряжение в пределах от 5 до 100 В и силу тока в пределах от 5 мА до 2 А, в течение периода времени от 5 до 120 мин. Полученная обработанная электролизом вода обладает рН, равным 11,5 и окислительно-восстановительным потенциалом, равным -850 мВ.

В данном случае окислительно-восстановительный потенциал измеряли при комнатной температуре, применяя "прибор для измерения окислительно-восстановительного потенциала" фирмы Toa Electronics (Toa Денпа Коге) путем погружения его электродов для измерения в пробу воды для испытаний.

Характеристики полученной обработанной электролизом воды показаны в табл.1 и 2.

Приведенные в табл.1 и 2 результаты сходны между собой, однако они получены в различные дни при отборе разных проб воды. Сопоставление таблиц указывает на возможность получения данных, демонстрирующих хорошую воспроизводимость.

В табл. 3 показаны условия электролиза, т.е. значения плотности тока, соответствующие степени электролиза 1-5. Плотность тока водопроводной воды выражается как 0,0 мА/см², поскольку она не подвергается электролизу. Плотность тока, которая регулируется микрокомпьютером, является одним из наиболее важных условий электролиза. После определения плотности тока определяют напряжение и концентрацию NaOH.

В табл. 1 и 2 содержание растворенного кислорода измеряли с использованием прибора для измерения содержания растворенного кислорода типа DO-14P фирмы Toa Electronics (Toa Денпа Коге). Содержание растворенного водорода измеряли с использованием прибора для измерения содержания растворенного водорода типа DHD1-1 также фирмы Toa Electronics.

Табл. 1 и 2 содержат также результаты, демонстрирующие присутствие или отсутствие водородных радикалов. Значок х показывает, что водородные радикалы не включены; значок о показывает, что водородные радикалы включены. Присутствие или отсутствие водородных радикалов (атомарного водорода) было подтверждено с использованием особенностей оксида вольфрама (в форме пластины). Оксид вольфрама обладает способностью особым образом поглощать водородные радикалы, а после поглощения водородных радикалов он становится голубым. Полученная обработанная электролизом вода вводилась в контакт с оксидом вольфрама для того, чтобы получить количественную характеристику присутствия или отсутствия водородного радикала.

ПРИМЕР 2
Далее будут описаны результаты оценки эффекта "подавления метастазирования раковой клетки обработанной электролизом водой (при степени электролиза 5 в табл.1).

На фиг. 3 показан эффект подавления обработанной электролизом водой сильно метастатических клеточных штаммов саркомы человеческих волокон НТ1080 на динамической модели in vitro. В данном случае применялись клетки НТ1080, поступавшие из банка клеток (например, банк клеток JCRB или АТСС (в США).

Клетки НТ1080 выращивали в 10% фетальной бычьей сыворотке с добавлением минимальной поддерживающей среды при температуре 37^oС в атмосфере из 5% СО₂ и 95% воздуха. Хемотаксельный фильтр (с порами размерами 8 мкм) был покрыт матригелем в количестве 25 мг/фильтр. Субконфлюентные клетки НТ1080 были взвешены в минимальной поддерживающей среде, содержащей 0,1% альбумина бычьей сыворотки (BSA), а количество клеток поддерживали на уровне •10⁵/мл. 200 мкл полученного раствора добавили в камеру в верхней ее части. Сразу после добавления клеток в нижнюю часть камеры (имеющую пластину с 24 отверстиями) (24 отверстия на стороне пластины) добавили 700 мкл MEM (минимальной поддерживающей среды; среды, содержащей, по меньшей мере, возможное количество питательных ингредиентов), содержащих 10 мкг/мл фибронектина, после чего осуществили выращивание в термостате с атмосферой из углекислого газа. Через шесть часов камеру извлекли. Клетки удалили с верхней поверхности фильтра ваткой и перенесли на пластину с 24 отверстиями, содержащую WST-1 (индикатор, меняющий свой цвет в зависимости от метаболической способности, присущей живым клеткам, или от количества живых клеток). После выращивания в течение 16 часов измерили поглощательную способность при длине волны 450 нм. На фиг.3 словом "контрольн" обозначен результат, полученный при использовании очищенной воды, а слово "смесь NaOH" обозначает результат, полученный при использовании обработанной электролизом воды при степени электролиза 5, показанной в табл. 1. Как показано на фиг.3 при сопоставлении варианта со смесью NaOН с контрольным вариантом выясняется, что агрессивное метастазирование клеток НТ1080 резко сокращается. Это означает, что обработанная электролизом вода подавила агрессивное метастазирование клеток саркомы человеческих волокон.

На фиг.4 показан результат проводившегося в течение одной недели испытания на цитотоксичность. Клетки НТ1080 выращивали в 10% фетальной бычьей сыворотке с добавлением минимальной поддерживающей среды, приготовленной с использованием очищенной воды или обработанной электролизом воды (со степенью электролиза 5). После выращивания в течение одной недели добавили WST-1 и измерили количество живых клеток по поглощательной способности при длине волны 450 нм. Не было обнаружено заметных различий между результатом, полученным при использовании очищенной воды (контрольн) и результатом, полученным при использовании обработанной электролизом воды (смесь NaOH). Это означает, что обработанная электролизом вода не оказывает отрицательного влияния на рост здоровых клеток. Таким образом, результаты, приведенные на фиг.3 и 4, показывают, что обработанная электролизом вода с NaOH может подавлять агрессивное метастазирование, не проявляя при этом цитотоксичности.

На фиг.5 показан анализ матрикса металлопротеазы (ММР), играющего важную роль в метастазировании раковых клеток, причем особое внимание среди прочих уделено ММР2 и ММР9, которые, как известно, особенно глубоко вовлечены в метастазирование рака.

На фиг.5 проиллюстрирован результат анализа активности желатиназы/IV типа коллагеназы, выполненного методом зимографии. А именно, клетки НТ1080 выращивали в течение 48 часов в хемотаксельной камере, после чего перед извлечением надосадочную жидкость подвергли очистке в центрифуге. 12 мкл надосадочной жидкости добавили к 10% полиакриламидному гелю, содержащему 1 мг/мл желатина. После электрофореза в геле гель в течение одного часа промывали Triton X-100 и в течение 60 часов выдерживали при температуре 37^oС. После этого гель окрасили 0,1% Ponceau S для обнаружения активности желатиназы, что было представлено белой полосой на окрашенном фоне. На фиг.5 чем больше ширина белой полосы, тем выше активность ММР, способствующего метастазированию раковых клеток.

Результаты анализа показывают, что обработанная электролизом вода с NaOH не влияет на проявление ММР2 и ММР9, но значительно подавляет активацию ММР2.

Из описанных выше результатов становится ясно, что обработанная электролизом вода с NaOH обладает эффектом подавления метастазирования клеток рака за счет подавления активации ММР2.

Подавление механизма метастазирования клеток рака является важным не только в отношении предупреждения самого метастазирования, но и в отношении подавления васкуляризации, связанной с агрессивной активностью клеток рака, а также в отношении предупреждения превращения клеток рака в злокачественные. Кроме того, средство для подавления метастазирования рака должно сохранять свой эффект в течение длительного периода времени и обладать минимально возможными побочными эффектами. В настоящем изобретении доказано, что обработанная электролизом вода с NaOH может подавлять метастазирование раковых клеток, не подавляя клеток. Это позволяет предполагать, что ежедневное применение такой воды в качестве питьевой может предупредить развитие рака и, таким образом, может оказать большое влияние на лечение рака в будущем.

Как показано выше, обработанная электролизом вода, полученная согласно настоящему изобретению, является разновидностью воды, демонстрирующей антиоксидационные свойства и не содержащей оксидов типа гипохлористой кислоты и газообразного хлора, т.е. она не только применима для медицинских целей, но пригодна также для питья и других видов использования.

Хотя настоящее изобретение подробно описано и проиллюстрировано, очевидно, что все это приведено только в качестве иллюстрации и примера, и не может рассматриваться в качестве ограничения, поскольку существо и объем изобретения ограничиваются только прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Вода, полученная обработкой электролизом в катодной камере электролизера водного раствора NaOH, концентрация которого составляет от 0,0001 до 0,02 н.

2. Вода по п.1, полученная обработкой электролизом водного раствора NaOH, концентрация которого составляет от 0,0001 до 0,002 н.

3. Вода по п.1, имеющая окислительно-восстановительный потенциал не более -50 мВ, содержание растворенного кислорода не более 9,5 млн^-1 и содержание растворенного водорода, по меньшей мере, 300 млрд^-1.

4. Способ получения воды, обработанной путем электролиза в катодной камере, при котором подают водный раствор, содержащий NaOH, как в катодную, так и в анодную камеры, разделенные диафрагмой, пропускают электрический ток между катодом, погруженным в указанную катодную камеру, и анодом, погруженным в указанную анодную камеру, для осуществления электролиза указанного водного раствора, содержащего NaOH, отводят воду, полученную обработкой электролизом в указанной катодной камере, причем концентрация указанного NaOH находится в пределах от 0,0001 до 0,02 н.

5. Способ по п.4, в котором указанный электролиз осуществляют в полностью герметизированных катодной и анодной камерах.

6. Способ по п.4, в котором указанный электролиз осуществляют с использованием напряжения в пределах от 5 до 100 В, силы тока в пределах от 5 мА до 2 А и периода времени от 5 до 120 мин, чтобы предотвратить образование газообразного водорода в катодной камере.

7. Способ по п.4, дополнительно содержащий этап фильтрации неочищенной воды для получения чистой воды и этап добавления раствора NaOH к чистой воде, профильтрованной на этапе фильтрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6