Клатрирование глицерризииновой кислоты

 

 

Некоторые лекарственные  препараты помимо целенаправленного  положительного действия оказывают и побочные эффекты, приводящие к нежелательным последствиям при длительном медикаментозном лечении больных. К таким эффектам в первую очередь следует отнести токсичность, характерную для сильнодействующих лекарств, применяемых в химиотерапии онкологических и других тяжёлых заболеваний. В связи с этим по-прежнему актуальной остаётся проблема поиска малотоксичных фармаконов с высокой терапевтической активностью. В публикуемой ниже статье излагается сущность нового подхода к разработке низкодозных лекарственных препаратов, основанного на использовании метода клатрирования (комплексообразования) фармаконов с природными веществами, называемыми гликозидами. Созданные таким путём лекарственные композиции имеют существенно меньшую терапевтическую дозу активно действующей субстанции, а следовательно, менее токсичны и к тому же обладают рядом новых полезных свойств.

НА ПУТИ К НИЗКОДОЗНЫМ  ЛЕКАРСТВАМ

Т. Г. Толстикова, А. Г. Толстиков, Г. А. Толстиков

 

Разработка лекарственных  препаратов и освоение их практической медициной - сложные, взаимосвязанные на протяжении длительного времени процессы. Нередко выясняется, что чем перспективнее проявил себя тот или иной препарат, тем более (как это ни кажется удивительным) усиливается стремление к улучшению его свойств. Если оставить в стороне от обсуждения такие явные причины этого стремления, как желание избавиться от вредных побочных эффектов препарата или (в случае антибиотических и противовирусных средств) преодолеть устойчивость микроорганизмов и вирусов, то на передний план выступает вполне понятная и естественная тяга к надёжному закреплению достигнутого успеха.

В современной медицинской  химии определились два основных подхода к улучшению свойств лекарственных препаратов. Первый, характеризующийся бережным отношением к химической структуре "препарата-удачи", исходит из того, что не очень значительные её изменения приведут к веществам-модификантам, которые будут проявлять требуемую активность в более низких 

дозах, чем исходный препарат. Кроме  того, могут оправдаться надежды  на появление у веществ-мо-дификантов новых полезных свойств, в особенности существенного снижения токсического эффекта. Второй подход не предусматривает никаких изменений химической структуры "препарата-удачи". Он основан на создании лекарственных форм, в составе которых фармакон защищается от преждевременной деструкции под действием метаболических процессов в живом организме, обретает повышенные транспортные возможности и более чётко выраженное сродство к активным центрам рецепторов.

Критически сопоставляя  оба подхода, заметим, что первый из них, получивший широкое распространение в последние десятилетия, с большим успехом используется для усовершенствования препаратов особой социальной значимости и высокой себестоимости. Такими часто бывают препараты, синтезируемые из природного (растительного, микробиального, животного) сырья. Например, основа противоопухолевого препарата паклитаксела - алкалоид таксола, получаемый из метаболита 10-деацетилбаккатина,

 

ТОЛСТИКОВА  Татьяна Генриховна -доктор биологических наук, руководитель лаборатории фармакологических исследований Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворож-цова СО РАН. ТОЛСТИКОВ Александр Генрихович - член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института нефтехимии и катализа РАН. ТОЛСТИКОВ Генрих Александрович -академик, советник РАН.

 

867

 

868 

ТОЛСТИКОВА и др.

 

 

 

который содержится в хвое дерева тисса ягодного Taxus baccata, имеет себестоимость более 300 тыс. долл. за 1 кг. Синтетические трансформации таксола, не затрагивающие тетрациклический остов молекулы - носителя базовых фармакологических свойств, тем не менее могут отличаться сложностью структуры модифицирующего фрагмента. В частности, препарат таксопрексин (рис. 1), проходящий вторую фазу клинической апробации, получен путём довольно простой синтетической операции и является эфиром таксола и поли-еновой кислоты. Напротив, синтез испытуемого в клинике препарата DJ 927 потребовал более серьёзного изменения структуры таксола. В настоящее время существуют обнадёживающие данные клинических испытаний для десятка новых производных таксола, а более 20 производных находятся в стадии доклинических исследований. Интерес к структурным модификациям таксола обусловлен не высокой себестоимостью, а уникальностью фармакологической активности, поставившей его во главу нового класса канцеро-статиков, действующих по механизму, связанному с контролем полимеризации тубулина.

Весьма поучительна  история разработки препаратов для лечения малярии. Согласно статистике, малярией болеют несколько сот миллионов человек, а около 2 млрд. постоянно находятся в зоне риска. Драматизм ситуации заключается в том, что возникает всё большее число штаммов возбудителя этой болезни Plasmodium falciparum, устойчивых к таким зарекомендовавшим себя препаратам, как хинин, хлорохин, мефлохин. Значительный успех достигнут в рамках программы борьбы с малярией, объявленной правитель- 

ством Китайской Народной Республики в конце минувшего столетия. Изучив средства традиционной медицины, описанные в III—IV в. н.э., китайские исследователи установили, что широко распространённое на азиатском материке растение полынь однолетняя Artemisia annua L. генерирует метаболит, названный впоследствии артемизи-нин. Это вещество действует против любых штаммов возбудителя малярии. Механизм действия, связанный с наличием в молекуле артеми-зинина перекисной (-0-0-) группировки, полностью исключает всякую возможность обороны со стороны возбудителя.

Об особом месте в  ряду противомалярийных средств, которое  быстро занял артемизинин, можно  судить по тому, что его производство из дикорастущей полыни в Китае и  Вьетнаме превысило 10 т в год. Объём заготовок и переработки растительного сырья легко оценить с учётом содержания в нём целевого соединения на уровне 0.1-0.2% от сухого веса. Нелишне заметить, что однолетняя полынь весьма оперативно введена в культуру США.

Производимый в промышленном масштабе артемизинин преимущественно используется для получения синтетических модификаций с повышенной растворимостью в воде и, как следствие, более сильной активностью. Как и в случае таксола, введение заместителей, обеспечивающих во-дорастворимость, не затрагивает базовый остов молекулы артемизинина (рис. 2). Исследования, связанные с синтетическими модификантами артемизинина, получили в мире широкий размах. Даже в странах благополучной Европы оценили потенциальную опасность возврата давних времён, когда малярия уносила здоровье и жизни десятков и сотен тысяч европейцев.

При всей успешности методов  усовершенствования лекарственных препаратов на основе первого подхода, нужно иметь в виду, что модифи-канты - это новые препараты, требующие полного цикла фармакологических исследований. Привлекательность второго подхода состоит в том, что используются композиции известных, клинически обстоятельно апробированных препаратов с нетоксичными веществами. Последние, обычно не обладая базовой активностью, служат для того, чтобы, связываясь в комплекс с фармаконом, обеспечить ему защиту от метаболизма, более совершенный транспорт и повышенное сродство к рецепторам. Чрезвычайно важным является то обстоятельство, что применение известных веществ позволяет резко снизить затраты на доклинические исследования и клиническую апробацию композиций.

Согласно последним  данным, тщательные исследования проходят комплексы таксола и других дорогостоящих растительных канцеростатиков с

 

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК     том 77      № 10      2007

 

НА ПУТИ К  НИЗКОДОЗНЫМ ЛЕКАРСТВАМ 869

 

 

природными и синтетическими полимерами гиа-луроновой и поли-L-глутаминовой кислотами, полиакриламидами, поливинилпирролидоном, а также олигосахаридами. Среди последних особо следует отметить циклодекстрины (чаще всего β-циклодекстрин) и их производные с катионоид-ными или анионоидными группировками. Однако практическая реализация препаратов, включающих циклодекстрины, часто вызывает настороженное отношение, что связано с определённо существующими и не до конца изученными токсическими свойствами этих циклоолигосахаридов.

Корень солодок голой  и уральской (Glycyrrhy-га glabra L., Gl. uralensis) относится к числу наиболее древних из описанных в хрониках лечебных средств. Главный метаболит корня - тритерпено-вый гликозид глицирризиновая кислота, содержание которой в сырье доходит до 25%, - обладает удивительно разнообразной фармакологической активностью и низкой токсичностью. Этим обусловлен неугасающий интерес исследователей к её химии и фармакологии. Немаловажной причиной интереса является также доступность глицирризиновой кислоты, определяемая весьма существенными объёмами заготовок солодкового корня. Например, в 1987 г. один из главных поставщиков корня на мировой рынок - СССР - заготовил более 20 тыс. т корня [1].

На протяжении ряда лет  исследуя химию и фармакологию глицирризиновой  кислоты, мы пришли к выводу, что  она принадлежит к пока ещё  малочисленной группе биологически активных природных метаболитов, имеющих уникальное сочетание свойств [2]. Как типичный (весьма вероятно, и выдающийся) представитель веществ этой группы глицирризиновая кислота, с одной стороны, продемонстрировала редкую отзывчивость на структурные изменения, позволяющие получать модификанты с богатым выбором фармакологических свойств, с другой - проявила себя как комплексообразователь фармаконов. Таким образом, эта кислота является почти идеальным объектом для приложения обоих подходов, призванных улучшить фармакологические свойства препаратов.

Обладая противовирусной  активностью, в том числе свойствами ингибитора репродукции вирусов иммунодефицита человека (ВИЧ-1), человеческого герпеса (HHV-6, HHV-7), гепатитов В и С, глицирризиновая кислота показала высокую способность изменять противовирусные свойства в зависимости от характера модификации. Например, введение ацильных заместителей в гидрок-сильные группы углеводной части (рис. 3, путь А) позволило получить новые агенты (один из них назван нами ниглизин), составившие первую группу высокоэффективных ингибиторов репро-

 

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК     том 77     № 10     2007

 

870 

ТОЛСТИКОВА и др.

 

 

 

Однако особенно интересные результаты были получены, когда, руководствуясь принципами второго подхода, мы использовали глицирризи-новую кислоту в качестве комплексообразователя фармаконов. По мере исследования этих свойств гликозида солодки быстро пришло убеждение, что открывающиеся возможности превосходят самые смелые ожидания. Изучение фармакологических свойств фармаконов, вводимых в организм животных вместе с глицирризиновой кислотой, привело к выводу о возникновении in vivo комплексов (клатратов) с различным молекулярным соотношением компонентов, что определяется по оптимуму базовой активности фар-макона. Чем в первую очередь привлекательны клатраты, так это проявлением базовой активности в дозах существенно (до 100 крат) ниже известных терапевтических. Кроме того, в ряде случаев отмечено усиление вторичных фармакологических свойств фармакона, а также появление новых для данного препарата полезных свойств. Таким образом, можно вести речь об образовании in vivo своеобразных супрамолекулярных структур с участием глицирризиновой кислоты, выступающих как самостоятельные фармакологически активные агенты, взаимодействующие с рецепторами по специфическому механизму.

О строении этих супрамолекулярных структур сегодня можно сказать следующее. Молекула глицирризиновой кислоты, равно как и молекулы других гликозидов, состоит из агликона - липо-фильного фрагмента, и углеводной цепи - гидрофильного фрагмента (см. рис. 3) Изобилие полярных групп (ОН, СО₂Н) не только обусловливает стремление молекул к самоассоциации, но и обеспечивает прочное связывание фармаконов в вод- 

ных растворах (следовательно, и в  живых организмах).

Исследование водных растворов глицирризиновой кислоты методом малоуглового рентгеновского рассеяния показало, что при концентрации  
1 мМ эта кислота образует ассоциаты в _оформе стержней радиусом 14 А и длиной до 600 А. Введение фармакона, вступающего в комплексооб-разование с глицирризиновой кислотой, вызывает разрушение ассоциата и формирование прочных комплексов. Например, согласно данным метода ЯМР-спектроскопии, антигипертензив-ный препарат нифедипин, имеющий основный (щелочной) азотистый фрагмент, образует с глицирризиновой кислотой (ГК) тороидальный комплекс молекулярного состава ГК: фармакон = 2:1. Стабильность комплекса обеспечивается как водородными связями, возникающими внутри торо-ида между ОН-группами углеводного фрагмента глицирризиновой кислоты и полярными NО₂, СО₂СН₃-группировками молекулы нифедипина, так и кислотно-основным взаимодействием карбоксильных групп гликозида и азотистого фрагмента нифедипина (рис. 4).

Как будет показано далее, максимальная эффективность действия фармаконов, связанных с глицирризиновой кислотой, приходится на молекулярные соотношения ГК: фармакон = 4 : 1 и даже 8:1. По всей видимости, в растворах и in vivo существуют более крупные структуры (клатраты), не только обеспечивающие оптимальные показатели базовой активности фармакона, но и определяющие появление новых или усиление плейотропных свойств.

Судя по результатам  опытов, влияние, оказываемое комплексообразованием (клатрировани-ем) с глицирризиновой кислотой, распространяется на фармакологические свойства препаратов различного действия. В частности, мы обнаружили это влияние, имеющее, на наш взгляд, практическое значение, для комплексов глицирризиновой кислоты с известными препаратами психотропного (флуоксетин, фенибут), кардиотропного (нифедипин, аллапинин), противовоспалительного (ацетилсалициловая кислота, бутадион, индометацин, ортофен, анальгин) и лютеолитического (проста-гландин клопростенол) действия [1].

С целью лучшего восприятия материала мы позволим себе напомнить  о таких характеристиках лекарственных препаратов, как ЛД₅₀, ЕД₅₀ и ШТИ. Величина ЛД₅₀, или среднесмертельная доза, определяется для всех лекарственных препаратов прежде всего на экспериментальных животных и характеризует дозу, при которой 50% их погибает, другими словами - дозу острой токсичности препарата. При оценке основного свойства