Учебный файл

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ИСПОЛ ЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ 1. Общая характеристика , свойст ва и способы получен ия алкалоидов Алкалоиды — азотсодержащие органические основания , встречающиеся чаще в сего в растениях и , как правило , обладающи е активным биологическим действием. Алкалоидсодержащие растения издавна применялись в народной мед ицине . В конце XVIII в . ряд ученых (Фуркруа , Бомэ , Дерозн ) предпринимали попытки извлечения алк алоидов из растений . В 1804 г . французский фар мацевт Сеген выделил из опия неочищенный морфин . Немецкий фармацевт Сертюрнер в 1806 г . получил морфин в чистом ви д е и изучил его свойства. Одним из первых русских исследователей алкалоидов хинной корки был Ф.И . Гизе . В 1820 г . хинин был изучен ф ранцузскими химиками Пельтье и Кавенту , котор ыми открыты в 1818 г . также алкалоиды стрихни н и бруцин. В последующие годы были проведены широкие исследования в област и алкалоидов , в результате которых выделены кофеин , никотин , кониин , атропин , кодеин и др . Большая заслуга в этом принадлежит отечественным ученым . В 1842 г . A.A. Воскресенский отк рыл алкалоид теобромин , в 1847 г . Ю. Ф . Фр итче выделил гармин. Важная роль в установле нии структуры алкалоидов принадлежит созданной А.М . Бутлеровым теории химического строения органических соединений . Работая вместе со св оим учеником А.Н . Вышнеградским над исследован ием алкалоидов , выделенны х из коры хин ного дерева , A . M . Бутл еров установил наличие хинолина в молекуле хинина , а А.Н . Вышнеградский высказал гипоте зу о том , что все алкалоиды являются п роизводными пиридина и хинолина . Несмотря на то что эта гипотеза оказалась не сов сем верной , она способствовала открытию н овых алкалоидов и разработке способов синтеза производных пиридина . Первый синтез алкалоид а кониина был осуществлен в России в 1881 г . С этого времени начинается следующий этап в исследовании алкалоидов — разработка методов их си н теза. Несмотря на значительный вклад русских ученых в исследование химии алкалоидов , производство их в России прак тически не осуществлялось до начала Первой мировой войны , а потребность покрывалась за счет импорта . Только в 1915 г . А.Е . Чичибаб иным совмест но с В.М . Родионовым , Н.Г . Пацуковым и другими было налажено промышле нное производство алкалоидов опия , тропановых , пуриновых и некоторых других алкалоидов . В 1917 г . в России был пущен первый алкалоидн ый завод. Новое направление в обл асти химии алкалоидов создано А.П . Орехов ым (1881-1939). На базе открытого в 1928 г . алкалоидног о отдела ВНИХФИ он организовал исследование растений , произрастающих в нашей стране , на содержание алкалоидов . Основываясь на мате риалах ежегодных ботанических экспедиций , руковод и м ых П.С . Массагетовым , А.П . Орехов вместе с учениками исследовал более 1500 видов растений и выявил более 250 алкалоидоносных растений . В 1936 г . сессия АН СССР констатир овала , что в результате этих исследований наша страна стала мировым центром по изуч ени ю алкалоидов. Многих последователей насчи тывает школа , созданная акад . А.П . Ореховым . Его ученики P.A. Коновалова , Н.Ф . Проскурнина , Г.П . Меньшиков , Л.М . Уткин , A.C. Садыков , С.Ю . Юнусов открыли и изучили целый ряд новых алка лоидов . В Институте химии растит ельных веществ АН Узбекистана в результате фундамен тальных исследований флоры Средней Азии обнар ужено 1912 видов алкалоидоносных растений , определена химическая структура более 100 алкалоидов . Круп нейшие исследования в области установления хи мической стру к туры и синтеза алкал оидов выполнены школой проф . Московского инст итута тонкой химической технологии H.A. Преображенск ого (1896-1968). Им впервые осуществлен в 1933 г . ориги нальный синтез пилокарпина , синтезированы алкалои ды эметин , цинхонамин , курарин и д р. К настоящему времени из вестно несколько тысяч различных алкалоидов , некоторые из них представляют собой ценнейшие ЛВ или служат источниками их получения. Б ольшинство алкалоидов являются третичными (реже — вторичными ) аминами . Основания алкалоидов предста вляют собой бесцветные или слабо окр ашенные в желто-бурый цвет твердые , иногда жидкие (никотин , анабазин и др .), горькие на вкус вещества . Они растворимы в органических растворителях (спирт , эфир , бензо л и др .) и , как правило , практически нер астворимы или мало растворимы в воде. Соли алкалоидов — белые кристаллические вещества, растворимые в воде, как правило, практически нерастворимые или мало растворимые в органических растворителях. Некоторые соли алкалои дов (например, папаверина гидрохлорид) растворимы в хлороформе, большинс тво растворимы в этаноле. Наличие атома азота в молекуле обусловли вает основные свойства алкалоидов. Алкалоиды — довольно слабые основа ния. Наиболее сильные основные свойства проявляет кодеин (К— 9 Ю -7 ), наиболее слабые — кофеин К— 4,1 10~ 14 ). Физические и химические свойства алкалои дов обусловливают способы их выделения из растений, разделения суммы ал калоидов на отдельные компоненты, а также способы качественного и колич ественного анализа. Алкалоиды содержатся в растениях в относ ительно малых количествах (от 1-2% до тысячных долей процента). Очень редко, н апример в коре хинного дерева, их количество достигает 10-15%. В растениях алк алоиды находятся в виде солей различных органических кислот — лимонно й, щавелевой, малоновой, янтарной, уксусной и др., реже — неорганических к ислот — серной, фосфорной. Обычно в растении находится не один, а несколь ко сходных по химическому строению алкалоидов, число их может достигать 20 и более. Для извлечения алкалоидов из предварител ьно высушенного и измельченного растительного сырья используют три сп особа. Один из них основан на отгонке с водяным паром оснований алкалоид ов, имеющих температуру кипения ниже 100°С. В двух других способах алкалоид ы извлекают экстракцией либо в виде солей, либо в виде оснований. Соли алк алоидов экстрагируют водой или спиртом после подкисления сырья органи ческими или минеральными кислотами. Полученный экстракт сгущают в ваку уме при температуре не выше 30-40°С, чтобы не допустить разложения алкалоид ов. Недостаток такого способа состоит в том, что вместе с алкалоидами изв лекается большое количество сопутствующих веществ (углеводы, белки, смо лы, дубильные вещества и т.д.). Для извлечения алкалоидов в виде основан ий сырье предварительно обрабатывают растворами аммиака или щелочи. За тем экстрагируют основания органическими растворителями (хлороформом , дихлорэтаном, бензолом и т.д.). В данном способе извлекается меньшее коли чество сопутствующих веществ. Очистку су ммы алкалоидов , полученных в виде солей ил и оснований , проводят , после довательно пере водя соли в основания , а основания в с оли . Этот процесс повторяют несколько раз , извлекая основания алкалоидов органическими раст ворителями , а соли — подкисленной водой . Более современные методы выделения и очистки алкалоидов основаны на пр и менении хроматографии . В качестве сорбентов применяю т оксид алюминия , силикагель , ионообменные смо лы , целлюлозу и др . Через них пропускают растворы солей алкалоидов , а затем осуществ ляют десорбцию (выделяя основания алкалоидов ). Выделенные из растительног о сырья или синтезированные алкалоиды применяют в медици нской практике в виде оснований или солей. 2. Витамины , кофермены и антивитамины , прим еняемые в качестве лекарственных веществ 2 .1 Общая характеристика Ви тамины представляют собой группу веществ различной химической структу ры, необходимых в малых количествах для нормальной жизнедеятельности о рганизма. Ряд витаминов входят в состав ферментных систем и являются сво еобразными биологическими катализаторами химических или фотохимичес ких процессов, происходящих в живой клетке (тиамин, рибофлавин, пиридокс ин, пантотеновая кислота и др.). В 1912 г. польский ученый К.Функ предложил тер мин «витамины», что означало «амины, необходимые для жизни». Этот термин сохранился до настоящего времени, но он не отражает химической сущности данной группы веществ. Хотя многие витамины и являются азотсодержащими соединениями, но только некоторые из них представляют собой амины. Большой вклад в исследование витаминов внесли оте чественные ученые. Эти исследования проводились в лабораториях, возгл авляемых A .B. Палладиным, М.Н. Шатерниковым, Б.А. Лавр овым, Л.А. Черкесом. Первыми в области создания методов синтеза витаминов были ученые ВНИХФИ. Здесь разработаны способы синтеза аско рбиновой кислоты, тиамина, токоферола, пир идоксина, никотиновой и фолиевой кислот. Работали в э той области такие ученые, как О.Ю. Магидсон, М.Я. Крафт, К.А. Чхиквадзе и др. Научные исследования сочетались с организацией промышленного производс тва витаминов. В 30-х гг. был создан Всесоюзный трест витами нной промышленности «Союзвитаминпром». В эти же годы Ленинградский нау чно-исследовательский институт пищевой промышленности был реорганизо ван во Всесоюзный научно-исследовательский витаминный институт (ВНИВИ). На первом этапе деятельности во ВНИВИ исследовались способы получения витаминных концентратов из доступных растительных ресурсов. В годы Вел икой Отечественной войны на основе тех же источников был организован вы пуск ряда витаминов и разработаны способы витаминизации пищевых проду ктов. Это позволило избежать в годы войны тяжелых авитаминозных заболев аний. К 40-50-м гг. нашими и зарубежными учеными были изучены практически все известные витамины и установлены их биокатали тические функции, которые осуществляются после превращения витаминов в коферменты. Большая потребность в витаминах вызвала необходимость ре шения такой важной проблемы, как разработка полного химического синтез а витаминов в промышленных условиях. Эта проблема успешно решалась в пос левоенный период учеными ВНИВИ и других институтов. В развитии исследований по синтезу витам инов активное участие принимали Московский институт тонкой химической технологии, Институт органической химии АН СССР, Институт биохимии АН У ССР и др. В результате совместных усилий ученых и практических работнико в были разработаны промышленные схемы синтеза многих витаминов, которы е внедрены в производство. В результате исследований зависимости между химической структурой и витаминной активностью синтезированы аналоги витаминов. Широким спектром фармакотерапевтическо го действия обладают ряд коферментов. Они имеют низкую токсичность, явля ются «родственными» для человеческого организма и используются в каче стве средств метаболической терапии. К числу таких коферментных ЛВ отно сятся кофермент тиамина — кокарбоксилаза, коферменты витамина В> — рибофлавина мононуклеотид и флавинат, кофермент пир идоксина — пиридоксальфосфат, ко фермент витамина В12 — ко б а мами д. Новы й препарат убинон, полученный на основе исследования коферментов, — кар диотропное и гепатопротекторное средство. Проведенные исследования позволили уста новить существование для каждого витамина одного или нескольких антив итаминов. Они, как правило, отличаются от соответствующих витаминов стру ктурой какой-либо одной функциональной группы (табл. 10.1). Витамин ы и антивитамины Витамины Антивитамины Г-аскорбиновая кислота О-аскорби новая кислота Пантотеновая кислота ю-метилпантотеновая кислота Нафтохиноиы Неодикумарин Никотинамид Пиридин -/?-сульфокислота Д-ацет опиридин Пиридоксин 5-дезоксипиридоксаль Тиамин Окситиамин Фолиевая кислота Аминоптерин Рибофлавин -6,7-диметил -9-(Г-0-рибитил )-изоалл оксазин 7-метил -8-х лор-Ю -(Г-0-рибитил )-изоалл (жсазин 7-метил -8-амино -!0-(Г-0-риби тил )-изоаллоксазин Цианокобаламин 2,5 - диметилбензи мидазол У некоторых антивитаминов строение значи тельно отличается от витаминов. Примером могут служить антивитамины на фтохинонов (неодикумарин, фенилин). Антивитамины в биокаталитических ре акциях проявляют себя как конкурентные ингибиторы. Сущность их действи я втом, что они образуют своеобразные псевдоферменты, которые подавляют действие истинных ферментов или вытесняют витамины из ферментных сист ем. Это обусловило применение антивитаминов в качестве ЛС для лечения ря да заболеваний. 2 . 2 Методы получения и биоло гической оценки витаминов Источником промышленного получения витаминов служит растительное и жи вотное сырье, а также микроорганизмы. Так, витамин С можно получать из пло дов шиповника, комплекс витаминов Р— из отходов чайной промышленности , витамины группы Π— из природных стеринов, витамин А — из рыбьих жиров, витамин Š— из растительных жиров. Чрезвычайно перспективны синтетические методы получения витаминов. Они разработаны для витаминов С, А, Е, Э, В:, Вг, Р Р и др. Преимущества этих методов заключаются в сравнительно невысокой с тоимости исходного сырья, высоких выходах конечных продуктов. Одним из в ажных этапов синтеза витаминов является разделение смесей синтезирова нных геометрических и оптических изомеров с целью выделения биологиче ски активных форм. Ряд сложных по химической структуре витаминов (наприм ер, кобаламины, менахиноны) выделяют как побочный продукт при микробиоло гическом синтезе антибиотиков. В настоящее время осуществляется произво дство нескольких сотен наименований ЛФ, содержащих витамины, ферменты, к оферменты и их производные (таблетки, драже, водные и масляные растворы, и нъекционные растворы, сиропы, лиофилизированные препараты). В производстве витаминов используются ме тоды биотехнологии, тонкого органического синтеза, фотохимические и ка талитические процессы. Особенность производства витаминов, ферментов и их производных заключается в многостадийное™, большом разнообразии и сходного сырья, использовании периодических процессов. Модификации химической структуры различ ных витаминов привели к созданию таких новых ЛВ, как фосфотиамин, бенфот иамин, оксикобаламин, видехол, дигидротахистерол, дипромоний, метотрекс ат, пиридитол. Создание новых ЛС на основе витаминов и ферментов расширя ет область их использования в медицинской практике. Наряду с применение м в качестве профилактических и лечебных средств для коррекции гиповит аминозов и при патологических процессах, связанных с утилизацией витам инов, созданные ЛС все шире используют при самых различных заболеваниях . Так, например, оригинальные высокоэффективные препараты пантогам прим еняют в детской психоневрологии, пикамилон — средство для лечения нару шений мозгового кровообращения, астенических и депрессивных расстройс тв, бензофлавин — применяют для лечения атеросклероза, ишемической бол езни сердца и др. В Российской Федерации широкие исследова ния витаминов ведутся в научно-производственном объединении «Витамины ». Здесь создаются новые эффективные ЛС на основе витаминов и коферменто в. Разрабатываются поливитаминные комплексы и другие ЛФ. Создаются и другие объединения. Так, в апре ле 1991 г. в Москве на базе ЦНИИКВИ образовано малое научно-производственно е предприятие «Ретиноиды». Здесь объединили свои усилия ученые-химики, ф армакологи, морфологи, биохимики, иммунологи, провизоры, технологи, клин ицисты. Предприятие специализируется в области исследования ретинолов и различных их производных, создания новых Л Ф. Для качественной и количественной оценки витаминов в природных источниках используют как биологические, так и фи зико-химические методы. Принцип оценки биологической активности заклю чается в том, что животных (крыс, голубей, морских свинок) переводят на дие ту, содержащую белки, жиры, углеводы, минеральные соли и все витамины, кром е исследуемого. Затем устанавливают, какое количество испытуемого вита мина может излечить или предохранить животное от авитаминоза. Параллел ьно проводят аналогичное испытание со стандартным препаратом. Активность витаминов устанавливают в так называемых интернациональных или международных единицах (МЕ), которые п редставляют собой условное количество стандартного препарата в миллиг раммах или микрограммах (/). За одну единицу принято считать минимальное к оличество витамина, излечивающее или предохраняющее животное от авита миноза. Количество, соответствующее 1 МЕ у витаминов, различно. Например, 1 МЕ витамина А соответствует 0, 344у аксерофтола ацетата, а для витамина Э вЂ” 0,025/эрг окальциферола. Биологический метод оценки активности ви таминов очень трудоемок, точность его сравнительно невелика. Поэтому дл я испытания подлинности и количественного определения витаминов обычн о используют физические, химические и физико-химические методы. 3. Гормоны и их синтетические аналоги Гормоны — биологически активные вещества, продуцируемые железами вну тренней секреции в очень малых количествах. Они регулируют все жизненно важные процессы, протекающие в организме. Только половые гормоны оказыв ают влияние более чем на 120 функций организма. Исследования последних десятилетий открыли новую страницу в обл асти химии и перспектив применения гор мо нов. Синтезированы гормоны гипофиза, ряд г ипоталамических гормонов. Некоторые из них (рифатироин, соматостатин) рекомендованы для клинического применения. Открыты морфиноподоб ные гормоны (энкефали ны, эндорфины), гормоны памяти и сна. Это один из путей создания нов ых анальгетиков, не вызывающих привыкания. Чрезвычайно актуальными оказались иссле дования нейрогормонов, имеющих пептидную структуру. Разработаны метод ы синтеза этих гормонов и их многочисленных структурных аналогов. Оказалось, чт о некоторые из них могут воздействовать на сердце, проявляя медиаторные или модулят орные функции. Это создало предпосылки применения гормонов как средств, предупреждающих развитие таких тяжелых сердечно-сосудистых заболеван ий, как атеросклероз и инфаркт миокарда. Одно из крупнейших достижений в области химии гормонов — установление химическо й структуры и осуществление синтеза инсу лина. Эти ис следования выполнены в ряде лабораторий мира, в том числе и в нашей стране. Они имеют по ка лишь т еоретический интерес, так как выход конеч ного продукта очень мал, а затраты на выполнение синтеза огромны. Поэтому используют иные способы по лучения инсулина, в т.ч. на основе животн ого сырья и использования методов генной инженерии. Важное значение для жизнедеятельности ор ганизма имеют тканевые гормоны, или кинины. Они формируются не в железах внутренней секреции, а в различных точках организма, там, где их влияние в данный момент необходимо. Кинины имеют пептидную структуру. Они регулир уют основные биохимические и физиологические процессы в организме и ок азывают влияние на многие его функции. Это явилось предпосылкой использ ования некоторых кининов в медицине и ветеринарии. Современные исследования лекарственных средств животного происхождения выполняются в нескольких направления х. Наибольший интерес вызывает изучение компонентов органов и тканей, пр едставляющих собой по химической структуре белки, гликозаминогликаны и нуклеиновые кислоты. Они отличаются широким спектром действия. В насто ящее время номенклатура ЛС, выделенных из органов и тканей животных и пр именяемых в медицинской практике, зна чит ельно расширилась за счет использования пептидных биорегуляторов (цитомединов). Получены .'!(' из вилочковой железы, простаты, трахеи, сосудов и других органов животного сырья. 4. История создания , классификация , способы получения и анализа антибиотиков 4.1 Предпосылки открытия и исследования антибиотиков Антибиотиками называют вещества, продуцируемые микроорганизмами, высш ими растениями, животными тканями в процессе их жизнедеятельности и обл адающие способностью оказывать на микроорганизмы, простейшие, некотор ые вирусы избирательное бактериостатическое или бактерицидное действ ие. Способность антибиотиков проявлять бактериостатическое или бактер ицидное действие в отношении болезнетворных микроорганизмов, не оказы вая при этом токсического действия на организм человека, используют для лечения различных заболеваний. Известно, что такого рода ЛВ относятся к числу химиотерапевтических средств. В основе действия антибиотических вещест в лежит антибиоз, т.е. явление антагонизма микроорганизмов, открытое впе рвые Л.Пастером в 80-х гг. XIX в. Сущность этого явления заключается в том, что о дни микроорганизмы выделяют в окружающую среду различные вещества, спо собные подавлять рост и размножение других микроорганизмов. Первые антибиотики были выделены из разл ичных штаммов плесени. Весьма примечательным является тот факт, что плес ень еще в X-XI вв. применялась Авиценной и в народной медицине Азерба йджана для лечения гнойных ран. Первое исследование плесени Pйnicillium notatum связыв ают с именем английского микробиолога А. Флеминга, который в 1928 г. обнаружи л ее антибиотические свойства в отношении золотистых стафилококков. Од нако А. Флемингу не удалось выделить в чистом виде антибиотик, названный им пенициллином. Только X. Флори и Дж. Чейн в 1940 г. разработали способ выделен ия пенициллина из культуральной жидкости. Заслуга в создании пенициллина в нашей ст ране, разработки способов его получения из различных штаммов плесени пр инадлежат З.В. Ермольевой, которая в 1942 г. получила вместе с Т.И. Балезиной от ечественный препарат — пенициллин-крустозин ВИЭМ. Эти исследования пр оводились в годы Великой Отечественной войны и внедрялись в практику го спиталей. Так последовательное накопление научных фактов и экспериментального материала привело к величайшему открытию XX в. — созданию принципиально нового ЛВ. Начиная с 1939 г. исследования в облас ти антибиотиков развиваются бурными темпами. В 1942 г. наши ученые Г.Ф. Гаузе и М.Г. Бражникова получили грамицидин из почвенных бактерий. В 1944 г. А. Шатц, Е . Буги и З.А. Ваксман открыли стрептомицин. Продуцирующие его лучистые гри бы в последующие годы (1951-1954) явились источником получения многих новых ант ибиотиков (канамицины, неомицины, новобиоцин и т.д.). В 1947 г. Дж.Эрлих и К.Барц в ыделили хлоромицетин. Выяснение его химической структуры позволило вскоре осуществить промышленный синтез этой группы антибиотиков. В 1948 г. открыты первые антибиотики из группы полимиксинов, а два года спустя получены тетрациютины. В последующие го ды внимание исследователей привлекла группа антибиотиков, имеющих гли козидоподобную структуру (аминогликозиды, макролиды, анзамицины). Большой вклад в развитие исследований ан тибиотиков внесли ученые М.М. Шемякин, А.С. Хохлов (Институт биоорганическ ой химии АН СССР). Следует иметь в виду, что исследования антибиотиков ста ли возможными в результате познания механизмов процессов, происходящи х на молекулярном уровне. Большой вклад в изучение молекулярных механиз мов действия антибиотиков внесли труды академиков Ю.А. Овчинникова, В.А. Э нгельгардта, А.С. Спирина. Многие из применяемых в нашей стране анти биотиков разработаны во Всесоюзном научно-исследовательском институт е антибиотиков (ВНИИА). Создание этого института совпало со становлением отечественной промышленности антибиотиков и связано с именами ученых З.В. Ермольевой, Н.А. Красильникова, В.Н. Шапошникова, А.Н. Белозерского, С.М. На вашинаидр. ВНИИА — крупный научный центр, в котором к омплексно развиваются все разделы генетики, селекции и физиологии микр оорганизмов, биоорганической и органической химии, технологии, стандар тизации и контроля антибиотиков. В институте осуществляется система по иска новых природных антибиотиков, а также получение их методами химиче ской и микробиологической трансформации. Фундаментальные исследовани я и интенсификация методов производства антибиотиков обеспечивают как перспективные научные направления, так и интересы промышленного произ водства антибиотиков. Многие годы ВНИИА успешно руководил акад. РАМН С.М. Навашин. Широкие исследования в области полиеновы х и других антибиотиков ведутся в С.-Петербурге во Всесоюзном научно-исс ледовательском технологическом институте антибиотиков и ферментов ме дицинского назначения (ВНИТИАФ). Работами И.М. Терешина установлена возм ожность применения полиеновых антибиотиков для лечения не только гриб ковых, но также вирусных инфекций, злокачественных новообразований и да же атеросклероза. Наиболее широко применяемые в качестве Л В природные антибиотики и их полусинтетические аналоги классифицируют на следующие группы: 1. Антибиотики ал ициклического строения (группа тетрациклинов, их полусинтетические ан алоги и др.). 2. Антибиотики ароматического ряда (группа левомицети на). 3. Антибиотики гетероциклической структуры (пеницилл ины, их полусинтетические аналоги, цефалоспорины и др.). 4. Антибиотики-гликозиды: стрептомицины; антибиотики- аминогликозиды (канамицины, неомицины, гентамицины, мономицины); макроли ды (эритромицины и олеандомицин); анзамицины (рифамицины и их полусинтет ические аналоги); полиеновые антибиотики с гликозидоподобной структур ой (нистатин, амфотерицин, микогептин). 5. Антибиотики, обладающие противоопухолевым действи ем, можно классифицировать на производные ауреоловой кислоты, антрацик лины, производные хинолин-5,8-диона и актиномицины. 6. Антибиотики-полипептиды (грамицидины, полимиксины и др.). 4.2 Роль антибиотиков в развитии химиотерапии Внедрение в медицинскую практику антибиотиков помогло победить ряд тя желых заболеваний. Достаточно указать, что благодаря применению антиби отиков смертность от воспаления легких снизилась в 10 раз, острой дизенте рии — в 11 раз, заражений крови и воспалений брюшины — в 4-5 раз. Антибиотик может быть использован в каче стве ЛВ, если он проявляет антимикробную активность в человеческом орга низме и не имеет токсического действия. Именно поэтому из открытых неско льких тысяч антибиотиков лишь несколько десятков нашли применение в ме дицинской практике. Длительное использование одних и тех же антибиоти ков в качестве ЛС постепенно приводит к повышению устойчи вости первона чально чувствительных к их действию naоt) генных мик роорганизмов. Это явление — следствие радикальных изменений в геноме м икроорганизмов. Оно постепенно приводит к широкому распространению ус тойчивых к антибио тикам форм стафилококков, кишечных палочек, протеев и других микроорганизмов. Антибиотики, особенно беталактамиды и ам иногликозиды, принято разделять на ЛП I, II, III, IV поколений. Такая классификация учитывает не только время их внедрения в медицинск ую практику, но и терапевтические свойства. В последние два десятилетия в исследован иях антибиотических веществ появились новые направления. От эмпиричес ких поисков новых антибиотиков ученые перешли к глубокому и всесторонн ему исследованию процессов биосинтеза, путей различной модификации (тр ансформации) молекул известных антибиотиков, изучению новых аспектов и х фармакологического действия. В результате исследований продуктов тран сформаций природных молекул были созданы полусинтетические пеницилли ны итетрациклины, цефалоспорины и рифамицины. Эти вещества оказались бо лее эффективными, чем их природные предшественники. Значительные успех и достигнуты в области исследования антибиотиков для лечения злокачес твенных новообразований. Чрезвычайно перспективными являются исс ледования по получению новых штаммов продуцентов антибиотиков. Они поз воляют резко повысить интенсивность биосинтеза, что дает огромный экон омический эффект в промышленном производстве антибиотиков. Повышения активности продуцентов можно достигнуть, используя методы генной инженерии, в ча стности слиянием протопластов. Это дает возможность в дальнейшем перей ти к получению «гибридных веществ», сочетающих действие нескольких ант ибиотиков, например свойства аминогликозида и макролида. Такие веществ а будут иметь более широкий спектр антибактериального действия. В последнее время обнаружена возможность применения некоторых антибиотиков для нормализации функции сердца. Из бактерий рода Streptomyces выделен антибиотик, который проявляет фармак ологическое действие ионофора кальция. Результаты исследований, совме стно проведенных нашими и американскими учеными, свидетельствуют о выс окой эффективности этого антибиотика при сердечной недостаточности. 4.3 Способы получения а нтибиотиков Более половины из известных антибиотиков продуцируют лучистые грибы рода Streptomyces — актином ицеты (стрептомицеты). К этой группе относя тся стрептомицин и другие антибиотики-гл икозиды (неомицины, канамици ны), тетрациклины, лево мииетин, антибиотики-макролиды (эритроми цин, олеандомицин) и анзамицины (рифамицин), полиеновые антибиотики (нистатин) и др. Д ругим важным продуцентом являются лучистые (плесневые) грибы — ра зличные виды рода Pйnici llium. Они осуществляют биосинтез пенициллинов, а также некоторых противоопухолевых и противовирусных антибиотиков. Бактерии, главным образом рода Bacillus, продуцирую т большинство антибиотиков- полипептидов . Они, как правило, высокотоксичны, но некот орые из них применяют в медицине (грамицидин, полимиксин и др.). Способы получения антибиотиков можно под разделить на три основные группы. I. Микробиологи ческий синтез на основе плесневых или луч истых грибов. Этим способом получают анти биотики тет рациклинового ряда, природные пенициллины, антибиотики-гликозиды, макр олиды и др. II. Химический синтез из простых органических веществ. Его используют для получения антибиотиков, имеющих несложную химическ ую структуру (левомицетин и его производные). III. Сочетание микробиологического и химического синте за. На основе трансформации молекул природных антибиотиков получают по лусинтетические антибиотики (полусинтетические пенициллины, цефалосп орины, тетрациклины и др.). По лучение большинства природных антибиотиков основано на биосинтезе, ос уществляемом в клетке микроорганизма. Микробная клетка выполняет роль сл ожнейшей химической лаборатории, в которой происходят очень тонкие про цессы, недоступные пока для органического синтеза, причем для их провед ения не требуется высоких температур, повы шенного давления, кат ализаторов. Получение а нтибиотиков с помощью микробиологического синтеза включает такие осно вные этапы, как изыскание высокопроизвод ительных штаммов продуцентов, подбор пит ательных сред, процесс ферментации, выделение и очистка антибиотика. Биосинтез выполняют в специальных аппаратах — ферменте рах — вместимостью в несколько десятков тысяч литров . Ферментацию проводят «глубинным способом» , который заключается в том , что рост плесени и образование антибиотика происх одят по всей толще ферментационной массы . Каждый из микроорганизмов требует специальн ых условий ферментации : температуры , подачи во здуха (аэрации ), определенной продолжительности про цесса . Для обеспечения жизнедеятельности микроорг анизма и максимального накоплен и я антибиотика необходимы специальные питательные с реды . Регулируя качественный и количественный состав ингредиентов питательных сред , можно с ущественно влиять на выход антибиотика . Питат ельные среды вначале подают в посевные ап параты (через установки непр е рывной стерилизации ). Здесь происходит выращивание кул ьтур . Затем смесь культуры и питательной с реды перемещают в ферментер , где происходит процесс биосинтеза . В ферментер добавляют т акже пеногасители во избежание образования пе ны при аэрации. Антибиотики выделяют и з культуральной жидкости осаждением , с помощь ю адсорбционной или ионообменной хроматографии , экстракцией различными органическими растворителя ми или при различных значениях среды . Очистку антибиотика-сырца осуществляют хроматограф ическим методо м или противоточной экстрак цией с последующей перекристаллизацией . Выделенны й кристаллический антибиотик подвергают тщательн ому химическому и биологическому контролю . Ве сь процесс производства антибиотиков осуществляю т в строго соблюдаемых асептических ус л овиях. 4.4 Методы анализа а нтибиотиков Количественное определение большинства антибиотиков осуществляют би ологическим методом, основанным на сравнительной оценке угнетения рос та тест-микроорганизмов. Активность устанавливают диффузионным или ту рбидиметрическим методами. ГФ XI рекомендует для количественного опреде ления метод диффузии в агар, заключающийся в сравнении действия определ енных концентраций испытуемого и стандартного образцов антибиотика на тест-микроорганизм (ГФ XI, в. 2, с. 210). Это испытание основано на способности ан тибиотиков угнетать рост микроорганизмов. Определение проводят методо м диффузии в агар на плотной питательной среде путем сравнения размеров зон угнетения роста тест-микробов испытуемым препаратом и Государстве нным стандартным образцом (ГСО) антибиотика. Активность ГСО устанавливают, ка к правило, в соответствии с Международными биологическими или химическ ими стандартами. Поскольку состав агаровой среды и услови я выполнения биологического испытания одинаковы, величина зоны диффуз ии (в которой развитие тест-микроорганизма подавляется антибиотиком) за висит только от химической природы антибиотика и его концентрации. Проц есс инкубации осуществляют в течение 16-18 ч при 36-38°С. Расчет биологической активности произво дят по стандартной кривой, предварительно построенной на основании рез ультатов определения пяти концентраций стандартного препарата. Умноже нием полученной концентрации (ЕД/мл) на степень разведения вычисляют акт ивность (содержание ЕД) антибиотика в 1 мг препарата. Точность определени й колеблется от 5 до 25%. Единица действия (ЕД) представляет собой м еру, которой выражается биологическая активность антибиотиков. За ЕД пр инимают минимальное количество антибиотика, подавляющего развитие тес т-микроорганизма в определенном объеме питательной среды. Количествен ное выражение 1 ЕД отличается у различных антибиотиков. Например, у натри евой соли бензилпенициллина 1 ЕД соответствует 0,5988 мкг химически чистого вещества, а у стрептомицина основания, тетрациклина и его производных 1 Е Д соответствует 1 мкг химически чистого вещества. В последние годы разработаны ускоренные биологические методы определения антибиотиков в биологических жидкос тях. Для установления концентрации антибиоти ков аминогликозидов в крови больных применяют более простой модифицир ованный метод диффузии в агар. Ускорение определения до 2-6 ч вместо 16-18 ч дос тигается за счет создания максимально благоприятных условий для роста тест-микроорганизмов (уменьшения слоя питательной среды, оптимизации т емпературы инкубации и т.д.). К ускоренным микробиологическим методам относят методы, основанные на подавлении изменений рН питательной сред ы в процессе роста тест-микроорганизмов. Концентрацию определяют сравн ением изменений рН в средах испытуемых и стандартных образцов через 1,5 ч п осле начала инкубации. На этом принципе основан так называемый уреазный метод, заключающийся в наблюдении за изменением рН жидкой питательной с реды, содержащей 2% мочевины. Выделяющийся в процессе роста микроорганиз ма аммиак вызывает изменение рН среды. Точность определений около 46%. Ферментативный метод основан на инактива ции аминогликозидов в крови специфическими ферментами (аденилтрансфер аза и ацетилтрансфераза), продуцируемыми грамотрицательными микроорга низмами, устойчивыми к антибиотикам этой группы. Эти ферменты катализир уют процесс аденилирования или ацетилирования аминогликозидов в прису тствии 14 С- аденозинтрифосфата или 14 С-ацетилкоэнзима А. Они являются источником радиоак тивности. Затем способом подсчета радиоактивности делают заключение о концентрации антибиотика. Определение занимает 1-2 ч. Радиоиммунный метод основан на сравнител ьной оценке конкуренции антибиотика, меченного тритием, и испытуемого а нтибиотика по отношению к специфическим антителам иммунной сыворотки. Метод отличается очень высокой чувствительностью (0,003-0,01 мкг/мл), результат ы получают в течение 1-2 ч, точность высокая (коэффициент вариации 4-5%). На точность биологических методов оказыв ают влияние целый ряд факторов (характер питательной среды, условия инку бации, точность измерения зон угнетения роста и т.д.). Поэтому понятно стре мление исследователей к замене биологических методов контроля химичес кими и физико-химическими. При этом обязательно должна соблюдаться адек ватность предлагаемых методик по отношению к результатам биологическо го контроля. Использование различных химических и физ ико-химических методов рассмотрено далее на примерах испытаний на подл инность и количественного определения ЛВ, относящихся к числу антибиот иков и их полусинтетических аналогов.

Приложенные файлы


Добавить комментарий