Протимікробна дія метинових похідних хінолінію та математичне моделювання скринінгу біологічно активних сполук

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені О. О. БОГОМОЛЬЦЯ

УДК 615.28:615.015.11+579.8.012/018

ПРОТИМІКРОБНА ДІЯ МЕТИНОВИХ ПОХІДНИХ ХІНОЛІНІЮ ТА МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СКРИНІНГУ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН

03.00.07 - мікробіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

ВОЛЯНСЬКИЙ АНДРІЙ ЮРІЙОВИЧ

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова АМН України.

Науковий керівник:доктор медичних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Палій Гордій Кіндратович, Вінницький державний медичний університет ім. М.І. Пирогова МОЗ України, завідувач кафедри мікробіології, вірусології та імунології

Офіційні опоненти:доктор медичних наук, професор Колесніков Михайло Михайлович, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця МОЗ України, професор кафедри епідеміології

доктор медичних наук, професор Дикий Ігор Леонідович, Національна фармацевтична академія МОЗ України, завідувач кафедри мікробіології, вірусології та імунології

Провідна установа:Київська медична академія післядипломної освіти ім. П.Л. Шупика МОЗ України, м. Київ, кафедра мікробіології

Захист дисертації відбудеться 15.11.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.003.01 при Національному медичному університеті імені О. О. Богомольця МОЗ України за адресою: 03057, м. Київ, пр. Перемоги, 34, санітарно-гігієнічний корпус, аудиторія № 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного медичного університету імені О. О. Богомольця МОЗ України, 03057, м. Київ, вул. Зоологічна, 3

Автореферат розісланий 12.10.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Яворовський О.П.

Волянський А.Ю. Протимікробна дія метинових похідних хінолінію та математичне моделювання скринінгу біологічно активних сполук. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 03.00.07 - мікробіологія. - Національний медичний університет імені О. О. Богомольця МОЗ України, Київ, 2001.

Дисертація присвячена проблемі пошуку нових протимікробних сполук в рядах метинових похідних хінолінію. Досліджено протимікробну активність та ступінь впливу щодо стійких до хіміотерапевтичних засобів форм збудників інфекційних та гнійно-запальних захворювань 92 нових хімічних сполук. Вивчено швидкість формування стійких варіантів метинхінолінів до грампозитивних та грамнегативних мікроорганізмів. Досліджено токсичність, ефекти кумуляції, подразнюючу та алергізуючу дію найбільш активних сполук. Розроблено математичну модель скринінгу біологічно активних речовин та за допомогою обчислювального експерименту здійснено прогноз активності/неактивності в рядах похідних хінолінію. метинхінолін грампозитивний скринінг кумуляція

Ключові слова: мікроорганізми, метинові похідні хінолінію, протимікробна активність, токсичність, математичне моделювання, антимікробні препарати.

Волянский А.Ю. Противомикробное действие метиновых производных хинолиния и математическое моделирование скрининга биологически активных соединений. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 03.00.07 - микробиология. - Национальный медицинский университет имени А. А. Богомольца, Киев, 2001.

Диссертационная работа посвящена проблеме борьбы с инфекционными и гнойно-воспалительными заболеваниями и поиску новых эффективных противомикробных средств. Целью работы является микробиологическое обоснование возможности разработки новых профилактических и лечебных препаратов антибактериальной направленности на основе изучения биологической активности, спектра противомикробного действия и безвредности метиновых солей хинолиния. В работе проведено исследование 92 новых химических соединений, принадлежащих к группе хинолиновых производных - метиновых солей хинолиния и родственных им производных акридиния и фенантридиния. Исследование соединений с целью отбора наиболее активных среди них проведено на основании изучения их антимикробной активности in vitro по отношению к наиболее частным возбудителям инфекционных и гнойно-воспалительных заболеваний, определения параметров токсичности, эффектов кумуляции, аллергезирующего действия. На основе использования методов математического моделирования с помощью компьютерной программы изучены связи “химическая структура - противомикробная активность - токсичность” в ряду метиновых хинолиновых производных, осуществлен прогноз и намечены пути поиска и дальнейшего целенаправленного синтеза соединений этого класса с заданными свойствами.

Доказана выраженная противомикробная активность изученных соединений. Определен спектр их действия относительно музейных тест-культур и клинических штаммов микроорганизмов, установлена степень влияния этих веществ на гноеродные кокки, энтеро- и коринебактерии, бациллы и неспоровые анаэробы, листерии, рахнеллы, дрожжеподобные грибы. Показано, что метиновые соли хинолиния весьма активны по отношению к устойчивым к химиотерапевтическим препаратам формам возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний. Выявлена высокая активность метинхинолинов и декаметоксина в отношении токсигенных коринебактерий дифтерии, возбудителей листериоза и рахнеллеза, что открывает перспективу их использования в разработке лекарственных средств для предупреждения и лечения этих заболеваний. Установлен более широкий спектр действия

декаметоксина, что позволит более эффективно и целенаправленно применять его в клинической практике. В опытах in vitro при многократных пересевах на питательых средах, содержащих возрастающие количества метинхинолинов и препаратов сравнения (пенициллин, гентамицин, дегмицид, роккал) изучена скорость формирования устойчивых вариантов стафилококков, кишечной палочки, коринебактерий и кандид. Показано, что скорость формирования устойчивости у тест-микробов к метинхинолинам значительно ниже (на 2-3 порядка), чем к препаратам сравнения, за исключением роккала. В остром и хроническом опытах доказана невысокая и умеренная токсичность этих соединений, некумулятивность, отсутствие выраженных аллергизирующих свойств и раздражающего влияния на кожу и слизистые животных. С помощью вычислительного эксперимента проведен анализ зависимости противомикробной активности и токсичности от химической структуры метиновых солей хинолиния, что позволило определить четкие дифференциальные признаки активности/неактивности, осуществить прогноз для еще не исследованных соединений и оптимизировать процесс поиска и изучения потенциальных противомикробных препаратов. Математическая модель процесса скрининга биологически активных веществ универсальна и может быть использована для поиска соединений с заданными свойствами и в других отраслях народного хозяйства.

Ключевые слова: микроорганизмы, метиновые производные хинолиния, противомикробная активность, токсичность, математическое моделирование, антимикробные препараты.

Wolansky A. Antimicrobial effect of metin's derivates of quindinium and mathematical modeling of biologically active compounds screening. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of candidate of medical sciences by speciality 03.00.07 - microbiology. - National medical University named after A.Bogomolets, Kyev, 2001.

Thesis is devoted to the problem assotiated with the search of a new antimicrobial compounds among quinolinium metin derivates. Antimicrobial activity of 92 new chemical compounds relative to pathogenes, which cause infectious and suppurative inflammatory diseases, have been studied. Toxity, cumulative, irritating and allergic effects induced by the most active compounds are inverstigated. Dependence of antimicrobial activity and toxity on chemical structure of quinolinium derivatives has been analysed, which allow to perform a forecast for synthesizing compounds with predetermined properties.

Key words: microorganism, quinolinium metin derivates, antimicrobial activity, toxity, mathematical modeling, antimicrobial agents.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В боротьбі з інфекційними та гнійно-запальними захворюваннями бактеріальної, вірусної та грибкової етіології в умовах сучасної клініки ведуча роль належить антибіотикам та сульфамідам. Разом з тим, формування стійкості збудників хвороб щодо них, селекція та інтенсивне розповсюдження полірезистентних штамів в значній мірі перешкоджають ефективному використанню цих вельми цінних ліків в медичній практиці і диктують нагальну необхідність постійного пошуку нових більш надійних засобів хіміотерапії, антисептики та дезинфекції (О.П. Красильников, 1996;

Г.К. Палій, 1998; В.В. Смирнов, 1999). В останні роки в Україні агресивно проявляють себе класичні інфекції - дифтерит, холера та туберкульоз, в нових якостях показали себе лістеріоз, рахнельоз, прагніоз, значно почастішали захворювання, обумовлені аспорогенними анаеробними збудниками. З року в рік підвищується рівень захворюванності зоонозними інфекціями - туляремії, лептоспірозу, ієрсиніозів, сибірки та ін. (В.Ф. Москаленко та співавт., 2000).

Арсенал протимікробних засобів, які використовуються сьогодні в медицині та ветеринарії, далеко не повністю задовольняє повсякденну потребу в них, поцьому задача пошуку та конструювання нових більш ефективних та менш токсичних лікувальних та профілактичних препаратів, антисептиків та дезинфектантів актуальна.

Нашу увагу привернули синтетичні сполуки - метинові похідні хінолінію. Їх різнопланова біологічна дія, помірна токсичність, висока реакційноздатність, малостадійність синтезу та наявність в країні всих структурних компонентів підтверджують перспективу конструювання на їх основі нових ефективних засобів протимікробної направленості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота пов'язана з плановою науковою тематикою Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова АМН України “Вивчення молекулярних сполук, що мають антимікробну дію: скринінг і прогнозування” (шифр ЦФ.508, номер державної реєстрації 0194U20642); “Розробити нові методи діагностики раневих інфекцій, обумовлених антибіотикостійкими мікроорганізмами” (шифр ЦФ.3.3.96, номер державної реєстрації 0197U014387); “Вивчення нових збудників опортуністичних інфекцій. Розробка методів і засобів лабораторної діагностики захворювань, обумовлених новими видами ентеробактерій” (шифр ЦФ.7.1.96, номер державної реєстрації 0197U01438); “Вивчення чутливості до сучасних антибіотиків та інших біологічних властивостей госпітальних штамів збудників гнійно-запальних захворювань” (шифр ЦФ.4.28.98, номер державної реєстрації 0199U003170).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - математичне моделювання процесу пошуку нових протимікробних хімічних сполук в ряду метинових похідних хінолінію та обгрунтування можливостей створення на їх основі ефективних профілактичних і лікувальних препаратів з мінімальними побічними ефектами.

Для досягнення мети в дисертаційній роботі сформульовано і розв'язано такі основні задачі:

1. Визначити спектр та рівні протимікробної дії метинових похідних хінолінію нового синтезу.

2. Вивчити в експерименті in vitro швидкість та особливості формування стійкості мікробів щодо метинових похідних хінолінію.

3. Визначити параметри токсичності в гострому і хронічному досліді деяких метинових похідних хінолінію, їх кумулятивні властивості, подразнюючу та алергизуючу дію.

4. Розробити теоретичні підступи і з допомогою комп'ютерного моделювання на основі обчислювального експерименту визначити зв'язки “хімічна структура - протимікробна активність - токсичність” в ряді метинових похідних хінолінію.

Об'єкт дослідження - інфекційні та гнійно-запальні захворювання.

Предмет дослідження - метинові похідні хінолінію, мікроби.

Методи дослідження. Робота грунтується на мікробіологічних дослідженнях 92 метинових похідних хінолінію, вивченні спектру їх активності щодо збудників інфекційних та гнійно-запальних захворювань. За допомогою математичних та біофізичних методів змодельовано процес скринінгу біологічно активних речовин і визначено напрямки подальших синтезів активних та малотоксичних протимікробних сполук в ряду хінолінів.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблені основні напрямки синтезів в ряду метинових похідних хінолінію (четвертинні солі акридинію, які містять в собі залишки диметилетилена; 2- та 4-стирилхінолінові солі; четвертинні солі стирилхінолінію; четвертинні солі n-диметиламінобензилидентетрагідро-фенантридинію; четвертинні солі n-диметиламінофенілімінотетрагідрофенантри-динію; четвертинні солі n-диметиламінобензилиденоксотетрагідрофенантридинію) та означена протимікробна активність 92 оригінальних нових сполук. Значно розширений спектр протимікробної дії відомого протимікробного засобу - декаметоксину. Теоретично обгрунтований та реалізований в обчислювальному експерименті новий підступ до оптимізації скринінгу протимікробних сполук та прогнозу активності в нових хімічних рядах за допомогою бази даних логіко-структурного аналізу, методу групового урахування аргументів, топологічних характеристик, теорії графів та таблиць рішень. Вивчені параметри токсичності, ефекти кумуляції, подразнюючої та сенсибілізуючої дії метинових похідних хінолінію.

Практичне значення одержаних результатів. Результати виконаних досліджень являють собою первинний етап вивчення хімічних сполук нового синтезу з протимікробним направленням. Доведено виражену активність метинових похідних хінолінію щодо гноєтворних коків, деяких ентеробактерій, токсигенних корінебактерій дифтериту, збудників лістеріозу і рахнельозу, неспорових анаеробів та ієрсиній, що дає можливість конструювати на основі нових сполук засоби попередження і лікування обумовлених ними захворювань. Значно розширений спектр протимікробної активності декаметоксину, що дозволяє більш цілеспрямовано та ефективно використовувати відомі його лікарські форми в медичній практиці. Створено програмне забезпечення обчислювального експерименту для вияву, аналізу та прогнозу зв'язків “хімічна структура - протимікробна активність - токсичність” в рядах похідних хіноліну, що дозволяє суттєво оптимізувати, прискорити та здешевити скринінг нових хімічних сполук. Алгоритми та комп'ютерні програми STRAK i MGUA депоновані за № 11 і № 382 в інформаційно-обчислювальному центрі Новокузнецького інституту удосконалення лікарів (Росія) та тиражуються.

Розроблені та затверджені МОЗ України методичні рекомендації “Дифференциальная микробиологическая диагностика заболеваний, вызванных листериями и патогенными коринебактериями”, Харьков, 1992; “Лабораторна діагностика гастритів, виразкової хвороби шлунку та дванадцятипалої кишки, які викликані Helicobacter pylori”, Харків, 1995; “Мікробіологічна діагностика рахнельозів (захворювань, спричинених Rahnella aquatilis)”, Харків, 1997; “Застосування хлорофіліпту для лікування та запобігання лістеріозної інфекції”, Харків, 1997; “Лабораторна діагностика гнійно-запальних захворювань, обумовлених аспорогенними анаеробними мікроорганізмами”, Харків, 2000.

Результати дослідження рекомендовані і використовуються в програмах навчання лікарів, фармацевтів і біологів на кафедрах вищих учбових закладів та в системі післядипломної освіти (Харківська державна академія післядипломної освіти, Харківський державний медичний університет, Національна фармацевтична академія, Буковинська державна медична академія, Сумський державний університет, Луганський державний медичний університет).

Особистий внесок здобувача. Особисто здобувачем визначено спектр та рівні протимікробної дії нових хімічних сполук та препаратів порівняння, проведені виміри і аналіз мас-спектрів досліджуваних сполук в різних режимах іонізації, визначено топологічні індекси метинових похідних хінолінію, проведено логіко-структурний аналіз залежності біологічної дії та токсичності від їх структури. Самостійно виконані дослідження щодо формування стійких до хіміотерапевтичних препаратів та похідних хіноліну варіантів мікроорганізмів. Особисто виконані токсикологічні експерименти, означені кумулятивні ефекти, подразнююча та алергізуюча дія.

Рівні чутливості метинових похідних хіноліну щодо мікробів І-ІІ груп небезпечності виконані сумісно з Петровим М.О. (лабораторія протимікробних засобів Іркутського протичумного інституту Сибіру та Далекого Сходу, Росія), математичне моделювання зв'язків “хімічна структура - протимікробна дія - токсичність” - сумісно з Кліценко О.А. (кафедра медичної кібернетики Новокузнецького інституту удосконалення лікарів, Росія) та Лісняком Ю.В. (лабораторія математичного моделювання Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова).

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на міжнародних наукових конференціях: “Идеи И.И. Мечникова и развитие современного естествознания”, Харьков, 1995; “Lazers at the dawn of the third millenium”, Афины, 1996; “Актуальные вопросы борьбы с инфекционными заболеваниями”, Харьков, 1997; “Стратегія і тактика боротьби з інфекційними захворюваннями”, Харків, 1998; “Біологія і патологія опорно-рухового апарату”, Харків, 2000; “Стратегія і тактика застосування антисептиків в медицині”, Вінниця, 2000; симпозиумі “Синтез, експериментальне вивчення та клінічне застосування четвертинних амонієвих сполук”, Чернівці, 1995.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 наукових робіт, серед них 6 статей в наукових фахових журналах, одна монографія, три патенти.

Структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 140 сторінках, містить вступ, огляд літератури, розділ матеріалів і методів досліджень, три розділи власних досліджень з 21 рисунком і 32 таблицями, розділ аналізу і узагальнення здобутих результатів, висновки, список використаних джерел літератури з 188 найменувань, який займає 16 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі проаналізовано стан проблеми пошуку нових протимікробних сполук і викладено сутність мети та наукових завдань, які розв'язувались при виконанні дисертаційної роботи, обгрунтовано актуальність теми дисертації, визначено зв'язок роботи з державними науковими програмами і темами, розкрито наукову новизну і практичне значення здобутих результатів, апробацію результатів дисертації, вказано її обсяг і структуру.

У першому розділі подано огляд літератури, в якому окреслено основні етапи створення протимікробних препаратів хінолінового походження, стисло викладено і проаналізовано досягнення сучасної світової науки в розробці та всебічному вивченні структури, біологічної дії, протимікробної активності та фармакологічних ефектів похідних хіноліну. На основі численних даних літератури доведено доцільність і перспективу пошуку нових високоефективних протимікробних препаратів серед метинових похідних хінолінію, акридинію та фенантридинію.

Матеріали, методи і обсяг досліджень наведено у другому розділі. Основний обсяг робіт виконано в лабораторії протимікробних засобів Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова на протязі 1994-2000 рр. В результаті реалізації нашої ідеї щодо конденсації хіноліну з фармакологічно активними та малотоксичними метинами хіміком-синтетиком С.В. Шинкоренко (кафедра органічної хімії Буковинського державного університету ім. Ю. Федьковича) синтезовано 92 нові оригінальні сполуки - метинові похідні хінолінію та споріднені ним солі акридинію та фенантридинію.

Синтезовані сполуки являють собою дрібнокристалічні різнокольорові порошки з високою температурою плавлення (80-264оС), будову їх підтверджено даними елементного аналізу, мас-спектрометрії, ультрафіолетового, інфрачервоного та видимих спектрів. Препарат для порівняння декаметоксин (декаметилен - 1-10-біс/ N-диметилкарбментоксіметиламоній/дихлорид) в медичній практиці вже широко використовується як лікарський засіб, антисептик, дезінфектант. Інші препарати порівняння - відомі антибіотики (пеніцилін, гентаміцин), дезинфектанти (дегміцид, рокал) та антигістамінний засіб - дифенгідрамін.

Протимікробна активність нових сполук щодо мікробів 8 сімейств вивчена відповідно методології і методів, що викладені в працях Машковського М.Д. (1986), Красильникова О.П., (1994), а також вимогам Державного науково-експертного центру лікарських засобів МОЗ України щодо експериментального (1995) та клінічного (2000) вивчення протимікробних препаратів.

Обчислювальний експеримент щодо аналізу зв'язків “хімічна структура - протимікробна активність - токсичність” і прогнозу в цілеспрямованому пошуці потенційних протимікробних засобів виконаний разом з Кліценко О.А. (кафедра медичної кібернетики Новокузнецького інституту удосконалення лікарів (Росія) та Лісняком Ю.В. (лабораторія математичного моделювання Інституту мікробіології та імунології АМН України). Вивчення антигенних властивостей (серологічне типування) циркулюючих в Україні культур Listeria spp. проведено доктором Р. Аndre в центрі “Сеntre de Reference de Listeria Institut d'Hygiene et d'Epidemiologie”, Ministre de la Sante Publique et de L'Environment, Bruxelles (Бельгія) та доктором S. Peggy в “National Centre For Infection Diseases” Division of Bacterial and Mycotic Diseases, Atlanta (США). Рестрикційний аналіз ДНК цих штамів проведено Тартаковським І.С. в лабораторії легіонельозу Інституту епідеміології та мікробіології імені почесного академіка М.Ф. Гамалеї (Москва).

Гостру токсичність хімічних сполук при різних шляхах введення речовин тваринам визначали за максимально переносимими дозами, DL10, DL50 і DL90. Вивчення токсикометричних параметрів, їх аналіз і визначення класу токсичності здійснювалося відповідно до вказівок Заугольникова С.Д. та співавт. (1970); Гацури В.В. (1974) і Голікова С.Н. та співавт. (1975). Розрахунки параметрів токсичності проведено методом пробіт-аналізу за Litchfield, Wilcoxon, описаному Біленьким М.Л., 1963. Рівні кумуляції і зворотність токсичного ефекту вивчали за методом Чернова В.А., викладеним

Першиним Г.М. (1971). Подразнюючу та алергізуючу дію сполук враховували за допомогою модифікованого нами методу Ієвлевої О.О. (1974), у порівнянні з 2,4-динітрохлорбензолом.

Тварини одержані з віварію Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова та “Білий мох” (Москва). Добір тварин і заплановані дослідження проведено згідно з Міжнародними рекомендаціями щодо проведення медико-біологічних досліджень з використанням тварин (Хроніка ВОЗ, 1985).

Результати експериментів проаналізовано за допомогою методів статистичної обробки за Урбахом В.Ю., 1963; Біленьким М.Л., 1963;

Рокицьким П.В., 1967.

Результати власних досліджень наведено у 3-му - 5-му розділах.

У третьому розділі з метою попереднього скринінгу хімічних сполук визначено ступінь впливу метинових похідних хінолінію щодо музейних штамів грампозитивних і грамнегативних тест-культур мікробів, які відображають основні групи збудників інфекційних і гнійно-запальних захворювань. Встановлено, що активність метинхінолінів по відношенню до стафілококів знаходилась у межах 0,5-31,2 мкг/мл, кишкової палички і псевдомонад -15,6-250 мкг/мл, протею - 31,2-250 мкг/мл і кандід - 7,8-62,5 мкг/мл. Всі досліджувані сполуки з групи метинових похідних хінолінію виявились досить активними щодо взятих у дослід тест-культур, серед них були також сполуки з більш високою активністю по відношенню до грампозитивних мікробів, особливо кандід (мінімальна концентрація, що затримувала ріст мікробів (МЗК), на рівні 1,0-2,0 мкг/мл).

Для подальшого детального вивчення відібрано найбільш активні сполуки 9, 22, 43, 60, 71, 76, 85, визначено спектри їхньої протимікробної дії щодо збудників інфекційних та гнійно-запальних захворювань, в тому числі і полірезистентних до хіміотерапевтичних препаратів.

Дані табл. 1 ілюструють виражену активність метинових похідних хінолінію щодо мікроорганізмів різних груп.

В умовах in vitro при багаторазових пересівах тест-культур на середовищах з підвищенням дози протимікробного препарату визначена швидкість формування стійких варіантів метинхінолінів в порівнянні з відомими антибіотиками (пеницілин, гентаміцин) та антисептиками (дегміцид, рокал). До метинових похідних хінолінію (сполуки 43 та 76) стійкість стафілококу, кишкової палочки, корінебактерій та кандид формувалась лише через 30 - 50 пасажів, рівні цієї стійкості були значно (на 2 - 3 порядки) нижчі, ніж у препаратів порівняння, окрім рокалу. Дійсно, до рокалу резистентність мікробів формується повільно, що дає йому певну перевагу перед другими антисептиками, та протимікробна його дія на рівні 62,5 - 1000,0 мкг/мл щодо більшості збудників інфекційних та гнійно-запальних захворювань вже сама по собі ставить під сумнів доцільність його широкого використання в медичній практиці.

У четвертому розділі приведено теоретичне обгрунтування оптимізації пошуку протимікробних сполук на основі математичного моделювання зв'язків “хімічна структура - протимікробна дія - токсичність” з використанням логіко-структурного та статистичного аналізу, методів квантової хімії і молекулярної механіки, топології, теорії графів, таблиць і обчислювального експерименту. Означені топологічні характеристики молекул метинхінолінів та проведений статистичний аналіз з використанням пакету “Statgraphiсs” (версія 2.6) кореляцій “протимікробна активність - топологічний індекс”, що дозволило вивести регресійні залежності Lg Ci (де Ci - відображає рівень МЗК) від топологічних індексів 2К (рис. 1). Вказаним показано чітку кореляційну залежність між рівнями протимікробної активності досліджуваних сполук і їх молекулярними характеристиками, вагомий внесок в яку вносить індекс 2К (регресія по 2К пояснює до 87 % варіацій активності метинхінолінів). Визначені особливості внутрішньомолекулярної взаємодії в рядах метинових похідних хінолінію, методом молекулярної механіки охарактеризовані поверхні потенціальної енергії молекул досліджуваних речовин з метильним, бутильним та ізобутильним замісниками в положенні 1 ядра хіноліну, що дозволило означити стабільні конформації з кутами обертання циклічних систем (хіноліну і фенілу) навкруг одинарних зв'язків диметинової групи - СН = СН - . Дійсно, завдяки наявності великої кількості конформерів з невеликим розбігом енергетичного потенціалу, молекулі сполуки метилхіноліну значно легше підібрати просторову конфігурацію, комплементарну реакційній зоні рецептора мікробної клітини.

Математичне моделювання процесу пошуку активних і малотоксичних протимікробних сполук реалізовано з використанням обчислювального експерименту, в якому прогноз направлено синтезованих 36 похідних хінолінію по протимікробній активності та гострій токсичності підтверджено в 92 % випадків.

У п'ятому розділі наведено результати вивчення токсичності деяких метинхінолінів при однократному та місячному режимах введення сполук в організм тварин різними шляхами. Токсичність гетероциклічних сполук, які містять хінолінові ядра з метиновими замісниками, коливається в достатньо широких межах (рис. 2). Меншу токсичність виявила сполука 43, яка містить метилові групи в положенні 6 ядра хіноліну та біля гетероатома азоту, а також метоксил в гідразоновому заміснику. Більш виражена токсичність похідних хіноліну, які містять нафтильний радикал та зв'язаний з азотом метоксил в положенні 5 хінолінового кільця.

Узагальнюючи результати дослідження гострої і хронічної токсичності метинхінолінів та споріднених їм солей акридинію і фенантридинію, враховуючи також некумулятивність та її зворотність, досліджені сполуки слід віднести до помірно та малотоксичних (V - VI класи шкідливих речовин згідно з класифікацією Заугольникова С.Д.).

Вивчення подразнюючої дії метинових солей хінолінію показало, що інстиляція протягом тижня 1 % розчину цих сполук в кон'юнктивальний лантух кролів та морських свинок не зумовлювала візуально констатуючих ознак подразнення слизових оболонок. Нанесення 2 % мазі сполук 43 і 76 на поліетиленоксидній основі на депільовану ділянку шкіри кролів щоденно протягом місяця до подразнення шкіри не призводило. В аналогічних умовах досліду четвертинна сіль акридинію (сполука 22) та стирилхінолінію (сполука 65) вже на другий тиждень з початку аплікації мазі викликали почервоніння шкіри, набряк та перифокальну реакцію, що розцінено нами як наслідок їхньої первинно-токсичної та сенсибілізуючої дії. Вказане зумовило необхідність більш детального вивчення можливої алергізуючої дії і у інших метинових солей хінолінію. Додаткові досліди виконано з використанням модифікованої нами методики Ієвлєвої О.О. (1974), враховуючи реакцію тварин на облігатний алерген 2,4-динітрохлорбензол після їх сенсибілізації досліджуваною сполукою.

В результаті експерименту доведено наявність алергізуючої дії у сполук 22 та 65. При цьому підтверджено відсутність специфічного та неспецифічного сенсибілізуючого ефекту у сполук 43 та 76. Цей вельми цікавий факт, з одного боку, і дані літератури (Раков І.М. та співавт., 1972, Бурденюк І.П., 1972, Палій Г.К., 1993, Кучма І.Ю., 1995), з іншого, виявили необхідність визначення ступеня десенсибілізуючої дії метинових солей хінолінію, для чого застосовано класичну модель анафілактичного шоку за Безредко. Як препарат порівняння взято відомий антигістамінний засіб дифенгідрамін. Результати дослідів свідчать про наявність у гідразонів хінолінію десенсибілізуючої дії на рівні взятих для порівняння препаратів.

У розділі аналізу і узагальнення результатів досліджень в стислій формі наведено підсумки проведених експериментів, результати реалізації поставленої мети і задач дисертаційної роботи.

В дисертаційній роботі на підставі теоретичного аналізу та експериментального дослідження обгрунтовано новий напрямок пошуку і конструювання протимікробних препаратів на основі метинових похідних хінолінія. Встановлені їх переваги перед існуючими препаратами, визначені шляхи подальшого поглибленого дослідження і перспективи клінічного впровадження. Математичне моделювання процесу скринінгу протимікробних сполук серед похідних хінолінію, акридинію та фенантридинію дозволяє оптимізувати пошук і здійснювати прогноз активності / неактивності хімічних речовин, які ще не вивчені, або ще не синтезовані.

ВИСНОВКИ

На основі аналізу здобутих результатів досліджень зроблені слідуючі наукові висновки:

1.Визначено спектр протимікробної дії 92 нових оригінальних метинових похідних хінолінію та споріднених ним акридинію та фенантридинію. Встановлено їх виражений вплив на гноєтворні коки (МЗК - від 0,5 до

62,5 мкг/мл), ентеро- і корінебактерії (МЗК - від 0,5 до 125,0 мкг/мл), бацили і неспорові анаероби (МЗК - від 1,0 до 31,2 мкг/мл), лістерії, рахнели, дріжджеподібні гриби (МЗК - від 0,25 до 62,5 мкг/мл).

2.Метинові похідні хінолінію вельми активні щодо стійких до хіміотерапевтичних препаратів варіантів збудників інфекційних та гнійно-запальних захворювань. Природну стійкість до метинхінолінів мають до 4 % охарактеризованих штамів мікроорганізмів. В умовах in vitro до сполук 43 і 76 резистентні варіанти стафілококів, кишкової палички, корінебактерій та кандид формуються значно повільніше, ніж до пеніциліну, гентаміцину, дегмициду.

3.Метилхіноліни в цілому помірно та малотоксичні (V - VI класи небезпечності згідно класифікації Заугольникова С.Д.). Сполуки 43 і 76 некумулятивні, при інстиляції 1 % водного розчину в кон'юнктивальний лантух не призводять до подразнення слизових оболонок очей кролів та морських свинок; у вигляді

2 % мазі при аплікації на депільовану шкіру кролів протягом місяця не викликають запалення та не дають “спалаху” на облігатний алерген 2,4-динітрохлорбензол, проявляють десенсибілізуючу дію на рівні дифенгідраміну.

4.Розроблений, запропонований та апробований раціональний підступ щодо оптимізації скринінгу та прогнозу в пошуці протимікробних сполук шляхом математичного моделювання зв'язків “хімічна структура - протимікробна активність - токсичність” з використанням топологічних і конформаційних характеристик, теорії графів та таблиць рішень. Система прогнозу біологічної активності на основі постійно діючого обчислювального експерименту універсальна і може використовуватись для рішення інших задач медицини, фармації, природознавства, техніки і екології, пов'язаних з створенням сполук з завданими якостями.

5.Враховуючи фізико-хімічні якості, доступність напівпродуктів та малостадійність синтезу, виражену протимікробну активність, низьку токсичність і відсутність кумуляції, наявність десенсибілізуючого ефекту слід вважати метинові похідні хінолінію за перспективні щодо розробки на їх основі профілактичних та лікувальних протимікробних засобів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Палій Г.К., Кочет Т.О., Палій В.Г., Мруг В.М., Желіба М.Д., Ковальчук В.П., Вовк І.М., Волянський А.Ю. Антисептики у профілактиці і лікуванні інфекцій. - Київ: Здоров'я, 1997. - 201 с.

2.Волянський А.Ю. Кібернетичні аспекти цілеспрямованого пошуку нових антимікробних засобів //Клінічна фармація. - 1997. - Т.1, № 1. - С. 79-85.

3.Волянский А.Ю. Комплексная оценка свойств потенциальных противомикробных средств с использованием таблиц решений //Провизор. - 1998. - № 16. - С. 35-36.

4.Антоненко О.В., Левітін Е.Я., Блажеєвський М.Є., Шульга Н.М.,

Волянський А.Ю. Застосування пероксиду бензоїлу в дерматології. Антимікробна активність пероксидних похідних заміщених бензольних кислот //Вісник фармації. - 1999. - № 2(22). - С. 50 - 52.

5.Москаленко В.Ф., Васильєв Н.В., Волянский Ю.Л., Джурович Р., Гречко В.А., Кучма И.Ю., Волянский А.Ю. Экологические аспекты медицинской микробиологии и перспективы борьбы с инфекционными заболеваниями //Проблеми медичної науки і освіти. - 1999. - № 1. - С. 79-82.

6.Кучма И.Ю., Волянский А.Ю. Некоторые проблемы борьбы с инфекционными заболеваниями в Украине на стыке веков // Проблеми медичної науки і освіти. - 2000. - № 2. - С. 77 - 81.

7.Гайдаш І.С., Флегонтова В.В., Шевченко М.Ю., Суглобов Є.В.,

Волянський А.Ю. Видовий склад збудників внутрішньогоспітальних інфекцій //Галицький лікарський вісник. - 2000. - № 2. - С. 90-92.

8.Волянский А.Ю. Топологическая характеристика молекул производных четвертичного амония и бензодиоксанов //Тр. междунар. конф. “Идеи И.И. Мечникова и развитие современного естествознания”. - Харьков. - 1995.- С. 60-61.

9.Волянський А.Ю. Протимікробна активність метинових похідних хінолінію //Тези конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. - Харків. - 1996. - С. 11-12.

10.Кучма И.Ю., Живоглазова Л.Е., Симеренко Л.Л., Волянский А.Ю.,

Палий В.Г. Противомикробная активность и биологическое действие хиноацетилированных сахаров //Препринт ФТИНТ НАН Украины. - Харьков. - 1991. - 36 с.

11.Кліценко О.А., Волянський А.Ю., Колісник В.В., Макій Н.П., Коляда Т.І., Васильєв М.В. Кібернетичні концепції пошуку протимікробних засобів //В кн.: Синтез, експериментальне вивчення та клінічне застосування четвертичних амонієвих соплук. - Чернівці. - 1995. - С. 29-30.

12.Лиманська О.Ю., Волянський А.Ю., Лиманський О.П. Спосіб типування патогенних і непатогенних лістерій //Деклараційний патент на винахід. - Україна. - № 2001010093 від 15.06.2001. - Бюл. № 5.

13.Бірюкова С.В., Дяченко В.Ф., Старобінець З.Г., Марющенко А.М.,

Давидова С.М., Волянський А.Ю., Москаленко В.Ф., Тарасов О.О.,

Кучма І.Ю., Джурович Р., Доброскок О.І., Шаповал В.Ф., Альсабан Абдульхакім. Спосіб приготування живильного середовища для виділення облігатних анаеробних коків //Деклараційний патент на винахід. - Україна. -№ 99105432 від 15.06.2001. - Бюл. № 5.

14.Лиманський О.П., Волянський А.Ю., Лиманська О.Ю. Спосіб детекції лістерій L.monocytogenes, L. innocua, L. Grayi, L. ivanovii, L. seeligeri,

L. welshimeri // Деклараційний патент на винахід - Україна - № 2000126876 від 16.07.2001. - Бюл. № 5.

Размещено на Allbest.ru