Ветки в клетки: молекулярные «деревья» победят супербактерии
Исследователи из Казани изобрели простой и экономичный метод химического синтеза, позволяющий получать новое эффективное антибактериальное соединение с разветвленной древовидной структурой. Чтобы усилить противомикробные свойства такого «дерева», называемого дендримером, ученые добавили к нему фермент лизоцим из белка куриного яйца, разрушающий клеточные стенки бактерий. В итоге комплексное вещество в три раза эффективнее подавляло рост болезнетворных микроорганизмов по сравнению с каждым средством по отдельности. Эксперты считают новые молекулы перспективными, однако нужны дальнейшие исследования их эффективности и безопасности.
Глобальная проблема
Ученые всего мира борются с глобальной медицинской проблемой — растущей устойчивостью микробов к антибиотикам. Одни ищут современные препараты среди растительных веществ, другие синтезируют новые химические соединения. Чтобы средство попало в клиническую практику, ему нужно пройти долгий путь испытаний. Необходимо, чтобы лекарство не вредило собственным клеткам организма, то есть не обладало цитотоксичностью и при этом было эффективно против бактерий.
Исследователи из Казанского (Приволжского) федерального университета (КФУ) на основе коммерчески доступных соединений синтезировали новую сложную молекулу с антибактериальными свойствами. Сначала с помощью авторской методики и доступных реагентов они получили древовидные молекулы — дендримеры на основе трех разных по структуре ядер.
Младший научный сотрудник Алан Ахмедов
Затем на культурах патогенных бактерий и грибов, а также клеток печени, ученые изучили антибактериальные и токсические характеристики полученных дендримеров с разным 3D-строением ядер, чтобы понять, какие из синтезированных соединений и подавляют рост микроорганизмов и безопасны для клеток человека. Оказалось, что из всех полученных соединений выраженными антибактериальными свойствами обладала только древовидная молекула с конусовидным ядром. Кроме того, она имела низкую цитотоксичность в отношении клеток человека. Авторы решили совместить эту синтетическую молекулу с антибактериальным ферментом лизоцимом, выделенным из белка куриного яйца.
— В дальнейшем мы планируем продолжить исследования в области комбинированных антибактериальных препаратов на основе дендримеров. Особенно хотелось бы сосредоточиться на изучении полученных соединений в качестве средств доставки фармпрепаратов. Ну и, конечно, мы надеемся, что опубликованная статья заинтересует специалистов в области медицинской химии и исследование получит дальнейшее развитие, — рассказал руководитель проекта, заведующий кафедрой органической и медицинской химии КФУ Иван Стойков.
Лизоцим — природный антимикробный агент, который используется как комплексное средство для поддержания функции верхних дыхательных путей, а также для профилактики и защиты от возбудителей инфекционно-воспалительных процессов. Но лекарства на его основе часто вызывают аллергию, а также быстро разрушаются.
Перспективные соединения
Соединение лизоцима с молекулой-дендримером помогло «спрятать» белок от иммунных клеток организма и уберечь его от преждевременного разрушения. Более того, эксперименты с культурами бактерий Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк), вызывающих целый ряд заболеваний — от бронхита до менингита и сепсиса, — показали, что компоненты такого комплекса лизоцим и дендримеры усиливают антибактериальное действие друг друга примерно в три раза. Рост антимикробных свойств не повлек за собой увеличения цитотоксичности.
Дендримеры — перспективные соединениям для применения в медицине и фармации, рассказала «Известиям» директор научно-образовательного центра «Фармация» СамГМУ Минздрава РФ, доктор фармацевтических наук Татьяна Рязанова.
Аспирант Игорь Шиабиев
— Дендримерные соединения уже нашли широкое применение в качестве контрастных средств в магнитно-резонансной томографии как вещества доставки, в диагностике in vitro (в пробирке), бор-нейтрон-захватной терапии и других областях. Результаты этой работы расширяют представление об особенностях биологического действия дендримеров различного строения, их взаимодействии с лизоцимом и имеют большое практическое значение, — резюмировала эксперт.
Однако фактически это еще доклинические исследования, хотя и очень привлекательные, подчеркнул в разговоре с «Известиями» старший научный сотрудник Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН Михаил Болков. Из перспективных соединений до клинических испытаний доходят считаные препараты, так как нужно не просто подобрать удачную формулу и соединение, которая будет безвредной, но и добиться ее стабильности по качеству и дозе.
— В итоге вот такое перспективное средство может оказаться очень трудно масштабируемым в массовом производстве или дорогим.
Магистрант Дмитрий Пысин готовит образцы
Но то, что усилены антимикробные свойства без роста токсичности, это, конечно, хорошо. Безусловно, интересен сам принцип, то есть это древовидное объединение лекарств может оказаться перспективным средством доставки, о чем они и говорят, — рассказал эксперт.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в научном журнале Journal of Molecular Liquids.
