57.085.11 технология использования активных форм кислорода

УДК: 57.085.11
ТЕХНОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА
КАК БИОМИШЕНЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ
ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ
ЗАБОЛЕВАНИЙ
THE TECHNOLOGY OF USING REACTIVE OXYGEN SPECIES AS
BIOLOGICAL TARGETS FOR THE CREATION OF INNOVATIVE PRODUCTS
FOR THE TREATMENT OF NEURODEGENERATIVE DISEASES
Гуреев А.П., магистр
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет»
г. Воронеж, Россия
DOI: 10.12737/6195
Аннотация: Активные формы кислорода являются основными
повреждающими факторами в клетках нервной ткани и с возрастом приводят к
различным нейродегенеративным заболеваниям. Технология использования
активных форм кислорода как биомишеней для различных химических
соединений-кандидатов в лекарственные субстанции является инновационной
в области биотехнологий. Возможность разработки новых лекарственных
средств, с известным механизмом действия на субклеточных и молекулярных
уровнях значительно повысит эффективность терапии нейродегенеративных
заболеваний, которые характеризуются высокой социальной значимостью в
современной России.
Summary: Reactive oxygen species are major factors in damaging the cells of
the nervous tissue with age leads to various neurodegenerative diseases. The
technology of using reactive oxygen species as biological targets for various
chemical compounds candidates for drug substances is an innovative biotechnology.
The possibility of developing new drugs with known mechanisms of action on the
subcellular and molecular levels will significantly increase the effectiveness of the
therapy of neurodegenerative diseases, which are characterized by high social
importance in modern Russia.
Ключевые слова: нейродегенерация, активные формы кислорода,
митохондрии, электронно-транспортная цепь.
Keywords: neurodegeneration, reactive oxygen species, mitochondrial
electron transport chain.
Нейродегенеративные заболевания (НДЗ) – комплекс заболеваний,
включающий в себя такие нарушения как болезни Альцгеймера и Паркинсона,
433
ишемический инсульт, боковой амниотический склероз, спинальная мышечная
дистрофия, кортикобазальная дегенерация, травмы головного мозга и др.
Согласно данных здравоохранения России, доля НДЗ в 2013 году составила
13% от общего числа заболеваний. Ежегодно на лечение и содержание
больных НДЗ в мире уходит более 50 млрд. долларов [1]. Все существующие
на данный момент методы лечения эффективны лишь при длительном
курсовом характере и направлены только на коррекцию симптоматики
заболевания, например, снижение тремора конечностей при болезни
Паркинсона или коррекция прогрессирующей деменции при болезни
Альцгеймера. В большинстве случаях основной причиной заболеваний
является разрушение клеток нервной ткани, причиной которого становится
гиперпродукция активных форм кислорода (АФК).
Нервная ткань потребляет до 70% свободной глюкозы и около 30%
всего кислорода, циркулирующего в артериальной крови. Это значительно
усиливает нагрузку на электронно-транспортную цепь (ЭТЦ) митохондрий.
Любые травмы головного мозга, или увеличение числа мутаций в
митохондриальной ДНК в пожилом возрасте может приводить к повышенной
генерации АФК. Помимо того, что АФК является сильным повреждающим
агентом для всех клеточных структур, они опосредуют митохондриальный, или
внутренний путь инициации апоптоза, что приводит к отмиранию нервной
ткани [2]. Требуются препараты нового поколения, базирующиеся на
понимании механизмов болезни и возможности снижения окислительного
стресса в нервной ткани. Эти могут как антиоксиданты, мягкие разобщители, а
так же вещества, обеспечивающие шунт в ЭТЦ.
Технология использования АФК в качестве биомишеней позволяет
проводить отбор биологически-активных веществ с заданной специфичностью
к тем или иным формам НДЗ. Для тестирования новых соединений будут
использоваться экспериментальные животные модели. Практической
реализацией этой задачи является создание технологии, которая позволит
тестировать различные соединения на мышах как in vivo, так и in vitro. В
первую очередь будет изучаться влияние нового химического вещества на
продукцию перекиси водорода митохондриями мозга. При тестировании
препарата in vivo будет оцениваться физиологическое состояние подопытных
животных на специальных тест-системах, таких как «открытое поле» и
«приподнятый крестообразный лабиринт» (для оценки поведения), а так же
методики изучения мышечной силы и физической утомляемости («струна»).
Некоторые методы идентификации потенциальных веществ для
434
лечения НДЗ запатентованы в таких странах, как США, Франция,
Великобритания. Например, оценка экспрессии белка TDP-43 на животных
моделях бокового амиотрофического склероза “Methods to identify candidate
compounds and compounds for treating neurodegenerative disease” (CA 2839777
A1.) Оценка активности антиоксидантных систем организма на основании
активности
супероксиддисмутазы
(SOD1,2)
“Early
diagnostic
of
neurodegenerative diseases” (WO2013068432 A1). Так же есть запатентованные
методы диагностики НДЗ, основанные на выявлении аномалий
эндоплазматических ретикуломов, связанных с митохондриальными
мембранами. “Methods for diagnosis and treatment of neurodegenerative diseases
or disorders” (WO 2009158148 A1).
В России не имеется аналогичных запатентованных методик,
которые оценивают эффективность того или иного препарата на
доклинических этапах исследования. Принципиальное отличие нашей
технологии от зарубежных аналогов заключается в том, что производится
количественное определение скорости продукции АФК, то есть
непосредственно основных повреждающих агентов в большинстве клеток, в
том числе и клеток нервной ткани. Еще одним преимуществом нашей
технологии является комплексный подход к изучению потенциально
эффективных соединений. Химические соединения, претендующие на
эффективность, должны не только снижать скорость продукции АФК, но и
оказывать позитивные изменения в поведенческих особенностях животных.
У нас имеется опыт работы с изолированными препаратами
митохондрий мозга мышей. Мы протестировали in vitro метиленовый синий,
который, согласно данным Atamna [3] шунтирует NADH и цитохром с.
Проведенные нами исследования показали, что метиленовый синий,
восстанавливаюсь, передает электрон на комплекс III, а не на цитохром с, так
как этот процесс ингибируется антимицином, который блокирует передачу
электронов между гемом b556 и убихиноном (Q). Имеющийся научный задел
доказывают эффективность нашей инновационной технологии в изучении
механизма действия различных химических соединений на продукцию АФК и,
как следствие, показывают эффективность терапии НДЗ.
У нас имеется письменное соглашение с ООО «Технохим». Данная
компания обладает большим опытом в разработке препаративных методов
синтеза
и
изготовление
опытных
образцов
новых
классов
полифункциональных гетероциклических соединений с широким спектром
практически полезных свойств для нужд медицины. ООО «Технохим»
435
согласны поставлять нам новые опытные образцы для исследования их
эффективности в терапии НДЗ.
В течение 3-4 лет исследований можно будет провести доклинические
испытания целого ряда препаратов для дальнейших клинических стадий
исследования. Потенциальными покупателями фармацевтических субстанций
станут организации, занимающиеся проведением клинических исследований
для дальнейшей регистрации новых лекарственных средств.
Рынок спроса готовой продукции представляют собой главным образом
пожилые люди в возрасте от 50 до 75 лет. Эта возрастная категория чаще всего
подвержена НДЗ. Стоимость препаратов от болезней Паркинсона и
Альцгеймера колеблется в пределах от 800 до 3000 тыс. рублей.
Хирургические методы лечения очень дорогостоящие и их цена находится в
пределах 500-650 тыс. рублей. Медикаментозное лечение заболеваний путем
снижения выработки активных форм кислорода, сопровождаемое улучшением
общего физиологического состояния организма становится самым
приоритетным направлением в терапии многих заболеваний, в том числе и
нейродегенеративных.
Пожилые люди, страдающие НДЗ, не способны обслуживать себя,
требуют постоянного наблюдения родственников или медицинских
работников. Ввиду распространенности ряда НДЗ, содержание больных и
симптоматические методы лечения требует значительных затрат. Эти
обстоятельства диктуют необходимость тщательного изучения этиологии и
патогенеза нейродегенеративных заболеваний, а так же поиск радикально
новых патогенетических методов лечения.
Список литературы
1. Федеральная служба государственной статистики Здравоохранение в
России - 2013 г. (http://www.gks.ru/bgd/regl/b13_34/Main.htm)
2. Andreyev A.Y., Kushnareva Y.E., Starkov A.A. Mitochondrial metabolism
of reactive oxygen species //Biochemistry (Moscow). – 2005. – Т. 70. – №. 2. – С.
200-214.
3. Atamna H., Kumar R. Protective role of methylene blue in Alzheimer's
disease via mitochondria and cytochrome c oxidase //Journal of Alzheimer's Disease.
– 2010. – Т. 20. – С. 439-452.
436