14.00-14.30 Ковалев Г.И., Фирстова Ю.Ю. Ноотропные препараты
advertisement
Ноотропные препараты: разные мишени – общий эффект Г.И.Ковалёв НИИ фармакологии им.В.В.Закусова РАМН, Москва • Симпозиум «Информация о механизме действия – качественному клиническому применению лекарств» , • Казань 15 октября 2010 г. 1 Фармакология Фармакокинетика: раздел медицины, изучающий кинетические закономерности химических и биологических процессов, происходящих с лекарственным средством в организме млекопитающего. Основные фармакокинетические процессы: всасывание, экскреция, распределение и метаболизм. Фармакодинамика: раздел фармакологии, изучающий биохимические эффекты и физиологичес-кие действия лекарств на тело человека, на микро-организмы или паразитов, находящихся внутри тела человека или снаружи. Она также изучает механизмы действия лекарств, связь между концентрацией лекарственных веществ и достигнутым ими действием. 2 Взаимозависимость фармакодинамики и фармакокинетики • фармакокинетика — это наука о реакции организма на лекарство • фармакодинамика — это наука о действии лекарства на организм 3 Что такое ноотропы? Специфический эффект ноотропных средств заключается в их способности к восстановлению высших интегративных функций мозга, включающих память, обучаемость и т.п., нарушенных различными патологическими или физиологическими факторами. Наиболее адекватные модели нарушений этих высших функций включают в себя показатели пластичности мозга, проявляющиеся на следующих уровнях: Поведенческом – условные рефлексы, ориентировочно-исследовательское поведение (Воронина, 1989; 2000; Салимов, 1988; 1996; Арушанян, 2004); Клеточном – феномен “долговременной потенциации” (Bliss & Lomo, 1973); Нейрохимическом – эффективность синаптической передачи (Ковалёв, 1993). Молекулярном – рецепторы нейромедиаторов, нейротрофинов, ферменты, ионные каналы… 4 Классификация препаратов с ноотропным действием ТОРГОВОЕ НАИМЕНОВАНИЕ Производные пирролидона пирацетам Ноотропил, пирацетамы РФ Холинергические препараты холина альфосцерат Глиатилин ГАМК-ергические препараты ГАМК ГОПК (пантогам) никотиноил-ГАМК -амино--фенил-масляная к-та фенилоксопирролидинилацетамид Аминалон Пантогам, Пантокальцин Пикамилон Фенибут Фенотропил Глутаматергические пр-ты аминоуксусная к-та (глицин) мемантин ---------------- Акатинол Мемантин Нооглютил Антиоксиданты и мембранопротекторы прямое ноотропное действие МНН Глицин этил-метил-гидроксипиридин сукцинат пиритинол Мексидол Энцефабол Косвенное ноотропное действие ГРУППА 2-диметиламиноэтиловый эфир(4-хлорфеноксил) ацетат Нейропептиды и аналоги Гинкго Билоба Блокаторы Са++ каналов Церебральные вазодилататоры "Клязьма", 03.06.2010 Комбинированные пр-ты Ацефен, Меклофеноксат гептапептид (фрагмент АКТГ) Семакс экстракт коры ГМ свиней и телят пептиды ГМ свиньи Кортексин Церебролизин гинкго билоба циннаризин нимодипин Танакан, Билобил и др. Стугерон, циннаризины РФ Нимотоп винпоцетин ницерголин Кавинтон, винпоцетины РФ Сермион, ницерголины РФ 5 Инстенон, Винпотропил, Фезам 5 Memory Learning Nootropics nAСh-R NMDA-R AMPA-R 5HT-R… 6 Специфическая мишень in vitro НООТРОПЫ РЕЦЕПТОР, IC50 (мкМ) Пирацетам ? Фенотропил ? Нооглютил ? Семакс ? Пантогам ? Ацефен ? Ноопепт ? Мемантин ? Общий эффект ex vivo и in vivo НЕЙРОХИМИЧЕСКИЙ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЙ Условно-рефлекторное поведение (УРПИ, УРАИ). ? Исследовательск ое поведение. Ориентация в пространстве. Реакция на новую обстановку 7 ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ Обучаемость Память через какие молекулярные мишени и синаптические механизмы ноотропы осуществляют своё модулирующее действие на когнитивные процессы какие звенья в нейрохимическом механизме действия являются общими для всех ноотропов, а какие специфическими существуют ли универсальные для действия всех ноотропов фармакологические мишени 8 Отличительные особенности ноотропных препаратов Действие на патологию мнестических функций Накопительный характер действия Системная реакция на препарат Разнообразие по механизму действия Разнообразие по химическому строению Оптимальные способы изучения ноотропных препаратов Использовать модель неинвазивной патологии Исследовать эффекты после субхронического введения Исследовать эффекты после системного введения Изучить действие ноотропов на нейромедиаторные системы, нейротрофины, др. Исследовать ноотропные препараты из различных классификационных групп 9 Потенциальные мишени воздействия ноотропных препаратов Мышление Внимание Речь Регуляция процессов памяти и обучения •Конвергенция условных и безусловных стимулов при обучении •Отбор важных для конкретного момента сигналов •Извлечение необходимого памятного следа Регуляция эмоционального состояния Временная организация поведения 10 Пирацетам Семакс Нооглютил Фенотропил Ацефен Пантогам 11 Объекты моделирования эффектов ноотропов Поведение Ноотропы Нейрон Молекулымишени Условные рефлексы УРПИ, УРАИ Спонт. исслед. активность Лабиринты Электрофизиология ДВП Функц. нейрохимия Секреция Рецепторы, нейротрофины, ионные каналы, ферменты…. 12 Определение первичной фармакологической мишени «Corpora non agunt nisi fixata» (P.Erlich) Радиолигандный анализ in vitro позволяет выявить возможность прямого взаимодействия препарата с известным рецептором. 13 Специфическая мишень in vitro НООТРОПЫ Пирацетам РЕЦЕПТОР, IC50 (мкМ) Общий эффект ex vivo и in vivo НЕЙРОХИМИЧЕСКИЙ Никотиновый, 8.1+0.3 Фенотропил Никотиновый, 5.9+0.2 Нооглютил Глутаматный– АМПА, 6.4±0.2 Семакс Глутаматный – mGlu, 33±2.4 Пантогам ГАМК-А, 63+4.5 Ацефен ? Ноопепт Глутаматный– АМПА, ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЙ Условно-рефлекторное поведение (УРПИ, УРАИ). Исследовательск ое поведение. ? Ориентация в пространстве. Реакция на новую обстановку 80±5.6 Мемантин ГлутаматныйNMDA, 5.7±0.1 нМ 14 ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ Обучаемость Память Выявление общих характеристик в действии ноотропов Применение комплексного подхода — использование поведенческих моделей патологии высших интегративных функций с последующим радиолигандным методом ex vivo. 15 Поведенческие модели патологии ВНД Нарушение выработки условнорефлекторного поведения (обучаемости). Нарушение пространственной ориентации (лабиринты). Врождённая способность к исследованию новой обстановки. Генетические модели. 16 Схема эксперимента по изучению УРПИ - условной реакции пассивного избегания Освещённый отсек Тёмный отсек 0.3-0.6 мА 17 Влияние скополаминовой амнезии и Фенотропила на плотность рецепторов в структурах мозга крыс D1 250 200 150 nACh D2 100 * 50 0 D3 NMDA 5-HT2 18 Изучение исследовательско-ориентировочной активности в крестообразном лабиринте 1 2 4 3 "ideal learner" (1432431234213) 1 4 2 • Данный неинвазивный метод основан на использовании врожденных индивидуальных способностей животных по пространственной ориентации в новой обстановке без предшествующего обучения, что принципиально отличает его от методов УРПИ и УРАИ. • Тест способен выявлять положительный эффект психотропных препаратов на когнитивную активность (Salimov 1988, Salimov et al., 1995), а также влияние препаратов на тревожность, вызванную новизной обстановки (Salimov, 1999). 3 "poor learner" (1241412314321) 19 Частотное распределение числа заходов в отсеки в течении первого патрулирования лабиринта мышами линии 1CR 140 Тип ВЭИП 120 Ч и сл о ж и во тн ы х 100 80 Тип НЭИП 60 40 20 0 4 5 6 7 8 9 10 11 Число заходов Критерий χ2 (df=6) = 33,6, p=0,00001 20 12 13 Схема эксперимента Общая популяция мышей линии 1CR Л а б и р и н т Cубпопуляция с НЭИП Контрольная группа (физ.р.р) Опытная группа (препарат) Л Д Cortex Hippo E x Субпопуляция с ВЭИП е к а а Cortex Контрольная группа (физ.р.р) б и п и Hippo v i v o "Клязьма", BDNF NMDA nACh nACh 03.06.2010 BDNF NMDA р и т а ц Cortex E x nACh н Опытная группа (препарат) т и я Hippo v BDNF NMDA Cortex i v Hippo o 21 BDNF nACh NMDA Влияние субхронического введения ноотропных препаратов на количество заходов при 1-ом патрулировании у мышей линии 1 СR с низкой (НЭИП) и высокой (ВЭИП) эффективностью исследовательского поведения (m±SEM) 11 9 (число заходов) Длина 1-го цикла патрулирования 10 * 8 7 # * * * * * 6 5 4 3 Контроль Фенотропил Пантокальцин Пирацетам Меклофеноксат Семакс Нооглютил Группы t-критерий Стьюдента: * p<0, 05; # р<0, 0005 22 НЭИП ВЭИП Влияние субхронического введения пирацетама (200 мг/кг/день, в/б) на характеристики связывания [G-3H] МК-801 с NMDA-рецепторами гиппокампа мышей 1СR с различной ЭИП ex vivo. 3500 3000 2500 2000 График Скетчарда 500 1500 Bound/free Связывание [G3H]МК-801 (фмоль/мг) 4000 1000 НЭИП 400 НЭИП-пирацетам 300 ВЭИП 200 ВЭИП-пирацетам 100 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Bound 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Концентрация [G3H]МК-801, нM НЭИП Bmax =2710±162 Kd= 9.4±1.3 ВЭИП НЭИП-пирацетам Bmax =3875±182** Kd=11.2±1.7 ВЭИП-пирацетам Bmax =3670±339 Kd= 12.0±2.5 Bmax =3835±332 # Kd= 8.3±1.8 F-критерий Фишера: # p<0.01, ** p<0.001 23 Effects of Drugs on [3H]MK-801 binding 7000 * 5000 # * * * * * 4000 3000 2000 1000 Н оо гл ю ти л С ем ак с П ир ац ет ам Ф ен от ро пи М л ек ло ф ен ок са т П ан то ка ль ци н 0 Ко нт ро ль Bmax(фмоль/мг) 6000 24 НЭИП ВЭИП Выводы по NMDA-рецепторам • • Гиппокампы мышей с НЭИП характеризуется меньшим количеством мест связывания NMDAрецепторов, чем у субпопуляции с ВЭИП Установлено, что после субхронического введения большинства ноотропных препаратов (пирацетама, фенотропила, пантокальцина, семакса, нооглютила, кроме меклофеноксата) позитивное модулирование плотности NMDAрецепторов наблюдается лишь в гиппокампах субпопуляции с НЭИП. 25 Влияние субхронического введения пирацетама (200 мг/кг/день, в/б) на характеристики связывания [G-3H]Никотина с nACh-рецепторами коры мозга мышей 1СR с различной ЭИП ex vivo. 175 150 125 100 График Скетчарда 15 75 50 25 0 НЭИП НЭИП Bm a x1 / Kd1 Bm ax2/ Kd2 НЭИП-пир НЭИП-пир Bound/free (фмоль/мг) 3 Связывание[G- H]-Никотина 200 B max1/Kd1 B max2/Kd2 ВЭИП ВЭИП 10 B max2/Kd2 B max1/Kd1 ВЭИП-пир B max1/Kd1 ВЭИП-пир B max2/Kd2 5 0 0 200 400 600 Bound, fmol/mg 0 10 20 30 40 3 Концентрация [G H]Никотина, нМ НЭИП Bmax1 = 201±25 Kd1 = 64±8 Bmax2 = 506±39 Kd2 = 57±7 НЭИП-пирацетам Bmax1 = 137±22* Kd1 = 43±5 Bmax2 = 305±24** Kd2 = 42±5 ВЭИП Bmax1 = 140±22 Kd1 = 54±7 Bmax2 = 405±34# Kd2 = 50±6 ВЭИП-пирацетам Bmax1 =129±21 Kd1=46±6 Bmax2 =290±23* Kd2=45±5 F-критерий Фишера: * p<0.01; #- p<0.01 26 Effects of Drugs on [3H]Nicotine Binding 1000 * 900 700 * 600 500 # 400 * 300 200 * * * * * * * * НЭИП-1 НЭИП-2 ВЭИП-1 Н оо гл ю ти л С ем ак с П ан то ка л ьц ин М ек л оф ен ок са т Ф ен от ро пи л 0 П ир ац ет ам 100 Ко нт ро ль Bm ax(фмоль/мг) 800 ВЭИП-2 27 • • Выводы по влиянию на н-АХрецепторы Кора мозга мышей с НЭИП характеризуется большим количеством мест связывания низкоаффинного сайта (α7) nACh- рецепторов, чем субпопуляция с ВЭИП. Обнаружено, что модулирующий эффект на никотиновые холинорецепторы коры мозга мышей с НЭИП осуществляется пирацетамом и фенотропилом через воздействие на плотность как высокоаффинного сайта (α4β2), так и низкоаффинного сайта (α7), а меклофеноксатом и семаксом - только на плотность низкоаффинного сайта (α7). 28 Уровень содержания BDNF (пг/мкг) в гиппокампе мышей линии 1CR с различной ЭИП после субхронического введения препаратов 0,22 0,20 # 0,18 BDNF (пг/мкг) 0,16 * 0,14 ** * ** 0,12 0,10 0,08 0,06 Контроль Фенотропил Семакс Меклофеноксат Пирацетам Пантокальцин Нооглютил Группы t-критерий Стьюдента:* р<0.05; **р<0.005; # <0.0005 29 НЭИП ВЭИП Уровень содержания BDNF (пг/мкг) в коре мозга мышей линии 1CR с различной ЭИП после субхронического введения препаратов 0,11 ** 0,10 * BDNF (пг/мкг) 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 Контроль Фенотропил Семакс Меклофеноксат Пирацетам Пантокальцин Нооглютил Группы t-критерий Стьюдента: * р<0.05; **р<0.005 30 НЭИП ВЭИП Нейрохимические профили мозга мышей 1 CR с НЭИП и ВЭИП до и после введения ноотропов BDNF NMDA nACh nACh NMDA BDNF Нейрохимический профиль субпопуляции с НЭИП Нейрохимический профиль субпопуляции с ВЭИП Нейрохимический профиль субпопуляций с НЭИП после субхронического введения ноотропов: BDNF nACh BDNF NMDA 1. пирацетам, фенотропил, 1.1 меклофеноксат, семакс nACh NMDA 2. пантокальцин BDNF nACh 3. нооглютил 31 NMDA Ноотропы: общее и специфическое. Nootropics: different targets - common objective. Меклофеноксат Нооглютил Семакс Пирацетам Пантокальцин Фенотропил BDNF + a4 B2 trkB - Shc B2 B2 a7 a4 PLCγ MK-801 Mg2+ NMDA Nicotine nACh 32 a7 a7 a7 a7 Специфическая мишень in vitro НООТРОПЫ Пирацетам РЕЦЕПТОР, IC50 (мкМ) Никотиновый, 8.1+0.3 Фенотропил Никотиновый, 5.9+0.2 Нооглютил Глутаматный– АМПА, 6.4±0.2 Семакс Глутаматный – mGlu, 33±2.4 Пантогам ГАМК-А, 63+4.5 Ацефен ? Ноопепт Глутаматный– АМПА, 80±5.6 Мемантин ГлутаматныйNMDA, 5.7±0.1 нМ Общий эффект ex vivo и in vivo НЕЙРОХИМИЧЕСКИЙ NMDAрецепторы. Никотиновы е холинорецеп -торы. Уровни нейротроф и-нов. ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЙ Условно-рефлекторное поведение (УРПИ, УРАИ). Исследовательск ое поведение. Ориентация в пространстве. Реакция на новую обстановку ………….. 33 ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ Обучаемость Память Выводы 1. 2. 3. Все исследованные ноотропные препараты (пирацетам, фенотропил, ацефен, пантокальцин, семакс, нооглютил) оказывают положительный модулирующий эффект на спонтанное ориентировочное поведение мышей 1СR лишь с исходно низкой эффективностью исследовательской активности (НЭИП) в крестооб-разном лабиринте. В нейрохимических исследованиях установлено, что после субхронического введения ноотропных препаратов (пирацетама, фенотропила, пантокальцина, семакса, нооглютила, но не аце-фена) позитивное модулирование плотности NMDA- рецепторов наблюдается лишь в гиппокампах субпопуляции с исходным дефицитом спонтанного исследовательского поведения. Обнаружено, что модулирующий эффект на н-холинорецепторы коры мозга мышей с низкой эффективностью исследователь-ского поведения осуществляется пирацетамом и фенотропи-лом через воздействие на плотность как высокоаффинного сайта (α4β2), так и низкоаффинного сайта (α7), а ацефеном и семаксом - только на плотность низкоаффинного сайта (α7). 34 Благодарю коллектив лаборатории: И.Зимина, Н.Сухорукову, Ю.Фирстову, Е.Васильеву, Е.Кондрахина, Р.Салимова 35 Спасибо за внимание! Thank you ! Список последних публикаций – в разделе Лаборатории радиоизотопных методов исследований на сайте НИИ фармакологии www.academpharm.ru 36
