Размещено на http://www.allbest.ru/

Академія медичних наук України

Інститут мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова

УДК 615.28; 579.87012/018

03.00.07 - мікробіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Протимікробна активність та біологічна дія

гідразонів солей хінолінію

Молєва Вікторія Ігорівна

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в лабораторії протимікробних засобів Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова АМН України.

Науковий керівник: доктор медичних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Волянський Юрій Леонідович, Інститут мікробіології та імунології ім. І. І. Мечникова АМН України, директор.

Офіційні опоненти:

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

доктор біологічних наук, професор Руденко Ада Вікторівна, Інститут урології та нефрології АМН України, керівник лабораторії мікробіології, вірусології і мікології.

Провідна установа: Київський науково-дослідний інститут епідеміології та інфекційних захворювань ім. Л.В. Громашевського МОЗ України, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться " 25 " cічня 2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 64.618.01 при Інституті мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова АМН України за адресою: 61057, м. Харків, вул. Пушкінська, 14.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова АМН України, 61057, м. Харків, вул. Пушкінська, 14.

Автореферат розісланий " 25 " грудня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат медичних наук Кучма І.Ю.

Анотації

Молєва В.І. Протимікробна активність та біологічна дія гідразонів солей хінолінію. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.07 - мікробіологія. - Інститут мікробіологіі та імунології ім. І.І. Мечникова АМН України, Харків, 2000.

Дисертація присвячена проблемі пошуку нових протимікробних сполук в рядах гідразонів солей хінолінію та споріднених їм фенілгідразонів акридинію і фенантридинію. Досліджено протимікробну активність та ступінь впливу щодо стійких до хіміотерапевтичних засобів форм збудників інфекційних та гнійно-запальних захворювань 89 нових хімічних сполук. Вивчено їх вплив на макромолекулярний синтез і ферментативну активність прокаріотів. Досліджено токсичність, ефекти кумуляції, подразнюючу та алергізуючу дію найбільш активних сполук. Проведено комп`ютерний аналіз залежності протимікробної активності і токсичності від хімічної структури в рядах похідних хінолінію, що дозволило здійснити прогноз для синтезу сполук із завданими властивостями. На моделях експериментальних стафілококової і синьогнійної інфекцій встановлено профілактичну і терапевтичну активність двох найбільш активних сполук у порівнянні з декаметоксином і антибіотиками.

Ключові слова: мікроорганізми, гідразони солей хінолінію, протимікробна активність, токсичність, антимікробні препарати.

Молева В.И. Противомикробная активность и биологическое действие гидразонов солей хинолиния. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.07 - микробиология. - Институт микробиологии и имунологии им. И.И. Мечникова АМН Украины, Харьков, 2000.

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 гидразонов солей хинолиния. В работе проведено исследование 89 новых химических соединений, принадлежащих к группе хинолиновых производных - гидразонов солей хинолиния и родственных им фенилгидразонов оксотетрагидроакридиния и тетрагидрофенантридиния. Исследование соединений с целью отбора наиболее активных среди них проведено на основании изучения их антимикробной активности in vitro по отношению к большому количеству возбудителей инфекционных и гнойно-воспалительных заболеваний, изучения механизма влияния гидразонов солей хинолиния на макромолекулярный синтез и ферментативную активность грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, определения параметров токсичности, эффектов кумуляции, аллергизирующего действия. На основе использования методов математического моделирования с помощью компьютерной программы изучены связи "химическая структура - противомикробная активность - токсичность" в ряду 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 гидразоны солей хинолиния весьма активны по отношению к устойчивым к химиотерапевтическим препаратам формам возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний. Выявлена высокая активность гидразоновых производных хинолиния, акридиния 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. Показано, что гидразоны солей хинолиния специфически не ингибируют синтез белка, РНК и ДНК грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов под действием бактериостатических доз, в бактерицидных концентрациях проявляют выраженное тормозящее влияние на активность некоторых дегидрогеназных ферментов (глюкозооксидазы и сукцинатдегидрогеназы) клеток прокариот, и по механизму действия они достаточно близки к детергентам. 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 гидразонов 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. На моделях экспериментальных стафилококковой и псевдомонадной инфекций установлено весьма выраженное профилактическое и терапевтическое действие двух наиболее активных гидразонов хинолиния в сравнении с декаметоксином и другими антибиотиками. Доказана перспективность дальнейшего изучения хинолиниевых производных с целью их использования в будущем для создания новых высокоэффективных и малотоксичных медицинских препаратов для профилактики и лечения инфекционных и гнойно-воспалительных заболеваний.

Ключевые слова: микроорганизмы, гидразоны солей хинолиния, противомикробная активность, токсичность, антимикробные препараты.

Moleva V.I. Antimicrobial activity and biological action of quinolinium salt hydrazones. - Manuscript.

Thesis for the scientific degree of candidate of biological sciences by speciality 03.00.07 - microbiology. - Institute of Microbiology and Immunology named after I.I. Mechnikov, Kharkiv, 2000.

Thesis is devoted to the problem associated with the search of a new antimicrobial compounds among hydrazones of quinolinium salts and allied phenilhydrazones of acridinium and phenantridinium. Antimicrobial activity of 89 new chemical compounds relative to pathogenes, which cause infectious and suppurative inflammatory diseases, have been studied. Their influence on macromolecular synthesis and fermentative activity is analysed. Toxity, cumulative, irritating and allergic effects induced by the most active compounds are investigated. 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. With the use of models of experimental infections due to staphylococcus and pseudomonades prophylactic and therapeutic activity of two most active compounds is determined as compared with decamethoxine and antibiotics.

Key words: microorganisms, hydrazones of quinolinium salts, antimicrobial activity, toxity, antimicrobial agents.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Непересічним досягненням біології та медицини стало впровадження в практику сульфамідів та антибіотиків різних поколінь, але по мірі розширення їх використання та у зв`язку з селекцією стійких до хіміотерапевтичних засобів збудників захворювань ефективність кожного з них неухильно знижується (Палій Г.К., 1997, Дикий І.Л., 1999, Tomanovic B., 1993). Отже, незважаючи на існування великого арсеналу засобів протиінфекційної терапії, існує нагальна потреба медицини та ветеринарії в нових антимікробних препаратах.

Похідні хіноліну широко застосовуються в медицині як високоефективні лікарські препарати. Спектр їхнього використання в сучасній медичній практиці вельми широкий, це антимікробні, фунгіцидні, антималярійні, протитуберкульозні препарати та ін. (Машковский М.Д., 2000). Хінолінові сполуки проявляють різнопланову біологічну дію, помірно токсичні, високореакційноздатні, мають необмежені можливості структурних модифікацій (Волянський Ю.Л., 1981, Гречко B.A., 2000, Raynes K., 1996). Є реальною перспектива конструювання на їхній основі більш ефективних профілактичних та лікувальних препаратів для розв`язання проблеми боротьби з інфекційними та гнійно-запальними захворюваннями (Українець І.В. та співавт., 2000). Великі потенційні можливості в цьому напрямку мають нові оригінальні сполуки - гідразони солей хінолінію та споріднені їм гідразони фенантридинію і акридинію (Franco V., 1995, Kaiser J. et al., 1996). Вивчення протимікробної активності і біологічної дії цих сполук є важливою передумовою для створення на їхній основі нових більш ефективних і малотоксичних засобів для профілактики та лікування захворювань мікробної етіології. Продовження пошуку та конструювання нових препаратів з протимікробною дією серед гідразонів солей хінолінію є актуальним не тільки для медицини та ветеринарії, а й для високих технологій в різних галузях народного господарства, харчовій, мікробіологічній та фармацевтичній промисловості.

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: "Розробити нові методи діагностики раневих інфекцій, обумовлених антибіотикостійкими мікроорганізмами" (шифр ЦФ. 3.3.96, номер держреєстрації 0197U014387), "Вивчення нових збудників опортуністичних інфекцій. Розробка методів і засобів лабораторної діагностики захворювань, обумовлених новими видами ентеробактерій" (шифр ЦФ. 7.1.96, номер держреєстрації 0197U01438), "Вивчення чутливості до сучасних антибіотиків та інші біологічні властивості госпітальних штамів збудників гнійно-запальних інфекцій" (шифр ЦФ. 4.28.98, номер держреєстрації 0199U003170) та "Вивчення молекулярних сполук, що мають антимікробну дію: скринінг і прогнозування" (шифр ЦФ.508, номер держреєстрації 0194U20642). Дисертант - виконавець перелічених тем.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - виявлення нових протимікробних сполук серед гідразонів солей хінолінію і споріднених їм гідразонів акридинію та фенантридинію, а також обґрунтування можливості створення на їхній основі профілактичних та лікувальних засобів.

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

1. Визначити спектр та рівні протимікробної дії гідразонів солей хінолінію і споріднених їм фенілгідразонів акридинію та фенантридинію нового синтезу;

2. Дослідити механізм впливу деяких гідразонів хінолінію на метаболізм прокаріотів;

3. Визначити параметри токсичності в гострому і хронічному експериментах, кумулятивні властивості, подразнюючу та сенсибілізуючу дію окремих гідразонів солей хінолінію;

4. Змоделювати зв'язки "структура - протимікробна активність - токсичність" в ряду похідних хінолінію із застосуванням математичних підходів і здійснити прогноз пошуку серед них хімічних сполук із завданими властивостями; протимікробний гідразон хіноліній акридиній

5. Визначити профілактичну і терапевтичну ефективність найбільш активних гідразонів солей хінолінію на моделях експериментальних інфекцій.

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

Предмет дослідження - гідразони солей хінолінію, мікроби.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційній роботі проведено дослідження протимікробної активності 89 нових оригінальних гетероциклічних сполук - гідразонів солей хінолінію і споріднених їм гідразонів акридинію і фенантридинію. Вивчено вплив хінолінових похідних на синтез білка, нуклеїнових кислот і дегідрогеназну активність прокаріотів, що дозволило встановити основні сторони механізму протимікробної дії гідразонів хінолінію. Вперше визначено параметри токсичності у гострому і хронічному дослідах, ефекти кумуляції, подразнюючу і алергізуючу дію цих сполук. У роботі дістало подальший розвиток вивчення залежності протимікробної дії сполук від їх структури, визначено і проаналізовано структурно-функціональні зв`язки в рядах гідразонів солей хінолінію, здійснено прогноз їх біологічної активності від наявності тих чи інших фармакофорів. На моделях експериментальних стафілококової і синьогнійної інфекцій доведено досить виражену захисну і терапевтичну дію похідних хінолінію у порівнянні з декаметоксином та антибіотиками.

Виявлено високу активність гідразонових похідних хінолінію, акридинію і декаметоксину щодо гноєтворних коків, токсигенних корінебактерій дифтериту, збудників лістеріозу і рахнельозу, неспорових анаеробів, що дає можливість на основі нових сполук розробити засоби попередження і лікування обумовлених ними захворювань.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень, представлені в дисертаційній роботі, являють собою первинний етап вивчення хімічних сполук нового синтезу, що дає змогу виявити високоефективні і малотоксичні протимікробні сполуки. Доведено виражену протимікробну активність нових сполук - гідразонів, азо- і фенілгідразонів солей хінолінію, акридинію та фенантридинію, визначено спектр їхнього впливу щодо музейних та клінічних штамів збудників інфекційних і гнійно-запальних захворювань 4, 5, 17 - 20 груп (за Берджі, 1997), що відносяться до 42 родів. Розширений значно спектр протимікробної активності декаметоксину, що дозволяє більш ефективно та цілеспрямовано використовувати його в медичній практиці.

Створено програмне забезпечення обчислювального експерименту для вияву, аналізу та прогнозу зв`язків "хімічна структура - протимікробна активність - токсичність" в ряду похідних хіноліну. Алгоритми та комп`ютерна програма STRAK і MGUA депоновані за № 11 і № 382 в інформаційно-обчислювальному центрі Новокузнецького інституту удосконалення лікарів (Росія) та тиражуються.

Накопичено банк даних щодо фізико-хімічних властивостей, біологічної дії, впливу на мікробну клітину, токсичності, кумуляції, подразнюючої дії, алергізуючих властивостей та ефективності нових гідразонових похідних хінолінію на моделях експериментальних інфекцій.

Розроблені та затверджені МОЗ України методичні рекомендації "Дифференциальная микробиологическая диагностика заболеваний, вызванных листериями и патогенными коринебактериями" (Харків, 1992), "Определение активности антибактериальных средств наружного применения для лечения гнойно-воспалительных инфекций" (Харків, 1993).

Результати досліджень рекомендовані і використовуються в програмах навчання медиків, фармакологів, мікробіологів і фармацевтів на кафедрах вищих учбових закладів та в системі післядипломної освіти (Харківська державна медична академія післядипломної освіти, Харківський державний медичний університет, Буковинська державна медична академія, Національна фармацевтична академія, Донецький державний медичний університет, Сумський державний університет).

Особистий внесок здобувача. Особисто здобувачем визначено спектр протимікробної дії нових хімічних сполук та препаратів порівняння, проведені виміри і аналіз мас-спектрів досліджуваних в роботі сполук в різних режимах іонізації, проведено логіко-структурний аналіз залежності біологічної дії та токсичності від структури гідразонових похідних. Математичне моделювання зв`язків "хімічна структура - протимікробна активність - токсичність" виконано сумісно з Кліценко О.А. (кафедра медичної кібернетики Новокузнецького інституту удосконалення лікарів, Росія). Самостійно досліджено механізми дії сполук нового синтезу щодо клітин прокаріотів, визначено параметри токсичності гідразонів хінолінію, акридинію та фенантридинію, кумулятивні ефекти, подразнюючу та сенсибілізуючу дію. На моделях експериментальних інфекцій самостійно вивчено профілактичну і терапевтичну ефективність хінолінієвих похідних.

Апробація роботи. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на міжнародній науковій конференції "Идеи И.И. Мечникова и развитие современного естествознания", Харків, 1995; І Національному з`їзді фармакологів України, Київ, 1995; симпозіумі "Синтез, експериментальне вивчення та клінічне застосування четвертинних амонієвих сполук", Чернівці, 1995; міжнародних наукових конференціях "Актуальные вопросы борьбы с инфекционными заболеваниями", Харків, 1997; "Cтратегия и тактика борьбы с инфекционными заболеваниями", Харків, 1998; "Стратегия и тактика применения антисептиков в медицине", Вінниця, 2000.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових робіт, серед яких 5 статей в наукових фахових журналах, 4 роботи в матеріалах і тезах конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 172 сторінках, містить вступ, огляд літератури, розділ матеріалів і методів досліджень, п`ять розділів власних досліджень з 16 рисунками і 33 таблицями, розділ аналізу і узагальнення здобутих результатів, висновки, список використаних літературних джерел з 215 найменувань, який займає 22 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі проаналізовано стан наукової проблеми і викладено сутність наукового завдання, яке розв'язувалось при виконанні дисертаційної роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено зв'язок роботи з державними науковими програмами і темами, розкрито наукову новизну і практичне значення здобутих результатів, подано апробацію результатів дисертації, вказано структуру і обсяг дисертаційної роботи.

У першому розділі подано огляд літератури, в якому окреслено основні етапи створення протимікробних препаратів хінолінового походження, стисло викладено і проаналізовано досягнення сучасної науки в розробці і всебічному вивченні структури, біологічної дії та протимікробної активності гідразонів, похідних хіноліну, акридину і фенантридину. На основі численних даних, наведених в літературі, доведено доцільність і перспективність пошуку нових високоефективних антимікробних препаратів серед гідразонових похідних хінолінію.

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 протягом 1990-2000 рр. В результаті реалізації нашої ідеї щодо поєднання хінолінію, який має високі протимікробні властивості, з фармакологічно активними і малотоксичними гідразонами, хіміками-синтетиками С.В. Шинкоренко (кафедра органічної хімії Буковинського державного університету ім. Ю. Федьковича) та М.В. Мельник (кафедра органічної хімії Івано-Франківського інституту нафти та газу) було синтезовано 89 нових оригінальних сполук - гідразонів хінолінію та споріднених їм солей акридинію та фенантридинію.

Гідразони солей хінолінію та споріднені їм фенілгідразони оксотетрагідроакридинію і тетрагідрофенантридинію являють собою дрібнокристалічні порошки різних кольорів з високою температурою плавлення (82-258 С). Будову синтезованих сполук підтверджено даними елементного аналізу, мас-спектрометрії, ультрафіолетового, інфрачервоного та видимих спектрів. Препарат для порівняння декаметоксин (декаметилен-1-10-біс/N-диметилкарбментоксіметиламоній/дихлорид) широко використовується в медичній практиці як лікарський засіб, антисептик, дезінфектант. Інші препарати порівняння - відомі антибіотики тетрациклін, блеоміцин, лінкоміцин та антигістамінні засоби - прометазин і дифенгідрамін.

Протимікробна активність нових сполук по відношенню до мікробів 4, 5, 17-20 груп (42 родів, 464 штамів) вивчена відповідно до методології та методів, що викладені в працях Машковського М.Д. (1988), а також вимогам Державного науково-експертного центру лікарських зособів МОЗ України щодо експериментального та клінічного вивчення протимікробних препаратів (1993). Характеристику простих періодичних культур мікробів вивчено згідно з Перт С.Д. (1978), виділення мікроорганізмів та їх ідентифікацію проведено загальноприйнятими методами з використанням звичайних поживних середовищ.

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. Вивчення антигенних властивостей (серологічне типування) циркулюючих в Україні культур Listeria spp. проведено доктором P. Andre в центрі "Centre de Reference de Listeria Institut d`Hygiene et d`Epidemiologie", Ministere de la Sante Publique et de L`Environment, Bruxelles (Бeльгія) 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).

Активність мікробних ферментів визначалась загальноприйнятими методами (Цвіткова Т.В., 1973; Кушнарьов В.М., 1964), вплив похідних хіноліну на макромолекулярний синтез - за допомогою мічених радіоізотопів 2 14С-валіну, 2 14С-урацилу та 2 14С-тиміну (Weinshtein M.J., 1979; Burton K., 1956; використаних в роботах Дедерер Л.Ю., 1984; Кучми І.Ю., 1995) із застосуванням газопроточного рідинного сцинтиляційного лічильника "Mark-2".

Гостру токсичність хімічних сполук при різних шляхах введення речовин тваринам визначали за максимально переносимими дозами, DL10, DL50 і DL90 (Пастушенко Т.В., 1983; Методичні рекомендації "Фармакологічний скринінг нових фізіологічно активних сполук", 1985). Вивчення токсикометричних параметрів, їх аналіз і визначення класу токсичності здійснювалося відповідно до вказівок Трахтенберга І.М. та співавт., 1970; 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 Ієвлєвої О.О., 1974, у порівнянні з 2,4-динітрохлорбензолом.

Дослідження профілактичної і терапевтичної дії гідразонів солей хінолінію - азогідразону 1-феніл-2-формилхінолінію (сполука 15) і гідразону 1-арил-2-формилхінолінію (сполука 28) виконувалось на моделях експериментальних стафілококової і синьогнійної інфекцій відповідно до рекомендацій Першина Г.М., 1971, у порівнянні з декаметоксином, гентаміцином, лінкоміцином і фурагіном. Інфікуючу дозу Staphylococcus aureus (клінічний штам) 2105 КУО/мл у вигляді змиву добової агарової культури (1 мл завису в 0,4% агарі) вводили тваринам внутрішньочеревинно. З профілактичною метою за 12 і 24 години до зараження білим мишам вводили протимікробні препарати, а з лікувальною метою - в різні строки після інфікування тварин. Моделювання генералізованої синьогнійної інфекції проведено шляхом внутрішньочеревинного введення 2DL100 штаму Рseudomonas аeruginosa (2105 КУО/мл), виділеного від хворого. При вивченні терапевтичної дії (для порівняння застосовано декаметоксин, лінкоміцин, гентаміцин) ефективність досліджуваних сполук і препаратів визначали за показниками виживання тварин і сумарної тривалості їх життя у групах впродовж строку спостереження (10 днів).

Тварини одержані з віварію Інституту мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова. 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 - 7-му розділах.

У третьому розділі з метою попереднього скринінгу хімічних сполук визначено ступінь впливу гідразонових похідних хінолінію, акридинію і фенантридинію щодо музейних штамів грампозитивних і грамнегативних тест-культур мікробів, які представляють основні групи збудників інфекційних і гнійно-запальних захворювань. Встановлено, що активність гідразонів і азогідразонів формилхінолінію 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 фенілгідразонів акридинію і фенантридинію 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), дорівнювала 1,0-2,0 мкг/мл).

Для подальшого детального вивчення відібрано найбільш активні сполуки 15, 28, 42, 55, 66 та 76, 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 гідразонових похідних щодо мікроорганізмів різних груп.

У четвертому розділі наведено дані щодо впливу синтетичних протимікробних сполук і декаметоксину на основні показники росту і розмноження простих періодичних культур стафілокока і кишкової палички, дії похідних хінолінію на синтез макромолекул та інші процеси метаболізму грампозитивних і грамнегативних мікроорганізмів. Доведено, що гідразони хінолінієвих солей (на прикладі сполуки 28 (гідразон 1-арил-2-формилхінолінію)) не виявляють специфічного інгібування синтезу білка, РНК та ДНК еталонних мікробів в бактеріостатичній концентрації (рис. 1); в бактерицидній дозі - різко пригнічують активність глюкозооксидази та сукцинатдегідрогенази. За сукупністю показників впливу на клітини мікробів та відсутністю вибіркової дії на макромолекулярний синтез механізм протимікробної активності гідразонів солей хінолінію досить близький до такого ж у детергентів.

У п`ятому розділі наведено результати вивчення токсичності деяких гідразонових солей при однократному та місячному режимах введення сполук в організм тварин різними шляхами. Токсичність гетероциклічних сполук, які містять хінолінові ядра з гідразоновими замісниками, коливається в достатньо широких межах. Меншу токсичність виявила сполука 28, яка містить метилові групи в положенні 6 ядра хіноліну та біля гетероатома азоту, а також метоксил в гідразоновому заміснику. Більш виражена токсичність гідразонових солей, які містять нафтильний радикал та зв`язаний з азотом метоксил в положенні 5 хінолінового кільця.

Таблиця 1. Ступінь бактеріостатичної дії гідразонів солей хінолінію щодо збудників інфекційних та гнійно-запальних процесів

Примітка. Дек* - декаметоксин.

Узагальнюючи результати дослідження гострої і хронічної токсичності гідразонів солей хінолінію та споріднених їм солей акридинію і фенантридинію, враховуючи також кумулятивність 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 гідразонових 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 15 і 28 на поліетиленоксидній основі на депільовану ділянку шкіри кролів щоденно протягом місяця до подразнення шкіри не призводило. В аналогічних умовах досліду гідразон 1-арил(алкіл)-4-формилхінолінію (сполука 66) та фенілгідразон солі оксотетрагідроакридинію (сполука 76) 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 гідразонів 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 66 та 76. При цьому підтверджено відсутність специфічного та неспецифічного сенсибілізуючого ефекту у сполук 15 та 28. 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 гідразонів солей хінолінію, для чого застосовано класичну модель гіперчутливості уповільненої дії (анафілактичний шок за Безредко). Як препарати порівняння взято відомі антигістамінні засоби - прометазин та дифенгідрамін. Результати дослідів (табл. 2) свідчать про наявність у гідразонів хінолінію десенсибілізуючої дії на рівні взятих для порівняння препаратів.

У шостому розділі на основі логіко-структурного аналізу даних будови і біологічної дії похідних хіноліну з використанням теорії графів в масиві вивчених сполук за допомогою розроблених алгоритмів і програм STRAK і MGUA сформовані критерії активності/неактивності хімічних сполук та здійснено прогноз в пошуці потенційних протимікробних засобів. Одержані дані дають можливість здійснити прогноз для ще недосліджуваних щодо токсичності і кумулятивності хімічних сполук.

Моделювання ефектів кумуляції для групи гідразонових похідних хінолінію проведено із застосуванням програми MGUA. Комплексний аналіз прогнозу властивостей вивчених сполук за допомогою таблиць рішень дозволяє вважати перспективним подальше дослідження гідразонових похідних хінолінію. Проведеними дослідженнями доведено можливість оптимізації скринінгу та пошуку речовин із завданими властивостями на основі сучасних високопродуктивних економічних технологій синтезу та вивчення хімічних сполук з урахуванням їх топологічних та конформаційних характеристик, аргументів структури та властивостей, біологічної дії, токсичності тощо.

Таблиця 2. Вплив гідразонів солей хінолінію на перебіг та наслідки анафілактичного шоку у морських свинок

Примітка. Прометазин - N,N--триметил-10-етанаміно-10/2-диметиламінопропіло/фенотіазин; Дифенгідрамін - 2-дифенілметокси-N,N-диметилетиламін.

У сьомому розділі на підставі відомостей про антимікробну активність і токсичність сполук вивчено профілактичну і терапевтичну дію похідних хінолінію. Дослідження проведено на моделях генералізованої стафілококової інфекції білих мишей (септицемії), стафілококової пневмонії у морських свинок і синьогнійної інфекції білих мишей у порівнянні з декаметоксином, гентаміцином, лінкоміцином і фурагіном.

Результати експериментів свідчать, що найбільшу профілактичну активність виявила сполука 28, яка при введенні (в дозі 10,0-25,0 мг/кг) за 12 годин і одночасно із зараженням захищала від загибелі від 73,3 до 95,3% інфікованих стафілококом тварин, що знаходиться на рівні і навіть перевищує (в дозі 25,0 мг/кг) аналогічні показники для декаметоксину і лінкоміцину. Азогідразон формилхінолінію (сполука 15) в тій самій дозі на моделі стафілококової пневмонії морських свинок виявляє виражений терапевтичний ефект, про що свідчать показники виживання і сумарної тривалості життя тварин у порівнянні з фурагіном. Доведено ефективність гідразону формилхінолінію (сполука 28) при лікуванні експериментального псевдомонозу білих мишей. Порівняння показників виживання виявило статистичну незначимість різниці в ефективності різних доз сполук 15 і 28, декаметоксину ( > 0,05) та гентаміцину ( > 0,05). Дещо ефективніше досліджувані препарати діяли при введенні за 12 годин після зараження. Встановлено виражену терапевтичну дію сполуки 28 у поєднанні з гентаміцином (82,6% виживання) в дозах 25,0 і 1,0 мг/кг, відповідно, і гентаміцину з декаметоксином (83,0%), як це показано на рис. 2, що свідчить про перспективність використання цих препаратів з лікувальною метою після завершення поглибленого вивчення сполук. Дослідження проведено у порівнянні з диметилсульфоксидом (ДМСО), декаметоксином (Дек) і гентаміцином (Ген).

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

У висновках наведено основні наукові результати роботи.

Висновки

В дисертаційній роботі на підставі теоретичного аналізу та експериментального дослідження обгрунтовано новий напрямок пошуку і створення протимікробних препаратів на основі гідразонів солей хінолінію. Встановлені їх переваги перед існуючими препаратами, визначені шляхи подальшого поглибленого дослідження і перспективи клінічного впровадження. На основі аналізу здобутих результатів досліджень зроблені такі наукові висновки:

1. Визначено спектр протимікробної дії 89 нових оригінальних гідразонів солей хінолінію та споріднених їм гідразонів акридинію і фенантридинію. Встановлено їх виражений вплив на гноєтворні коки (МЗК дорівнює 0,5-31,2 мкг/мл), ентеро- і корінебактерії (1,0-62,5 мкг/мл), бацили і неспорові анаероби (0,5-31,2 мкг/мл), лістерії, рахнели, дріжджеподібні гриби (0,25-31,2 мкг/мл). Гідразони солей хінолінію вельми активні щодо стійких до хіміотерапевтичних препаратів форм збудників гнійно-запальних захворювань.

Рис. 2. Терапевтична дія сполук 15, 28 і антибіотиків при введенні препаратів за 12 годин після зараження:

а) К - ДМСО 10%; сполуки 15, 28 і декаметоксин - в дозі 25 мг/кг;

гентаміцин - 1,0 мг/кг;

б) К - ДМСО 10%; сполуки 15, 28 і декаметоксин - в дозі 50 мг/кг;

гентаміцин - 5,0 мг/кг;

в) сполуки 15, 28 і декаметоксин (25 мг/кг) у поєднанні з гентаміцином (1,0 мг/кг).

2. Дія гідразонів солей хінолінію на клітини прокаріот проявляється у впливі на процеси дихання, в бактеріостатичних дозах вони не інгібують специфічно синтез білка, РНК і ДНК. По механізму протимікробної дії гідразони солей хінолінію вельми близькі до детергентів.

3. Гідразони солей хінолінію, акридинію та фенантридинію в цілому помірно та малотоксичні (V-VI класи згідно класифікації Заугольникова С.Д.). Азогідразон 1-феніл-2-формилхінолінію (сполука 15) і гідразон 1-арил-2-формилхінолінію (сполука 28) некумулятивні, їх 1% розчин при інстиляції в кон`юнктивальний лантух не призводить до подразнення слизових оболонок очей кролів та морських свинок; ці сполуки у вигляді 2% мазі при аплікації на депільовану шкіру кролів протягом місяця не викликають реакції запалення, не дають "спалаху" на облігатний алерген 2,4-динітрохлорбензол, проявляють десенсибілізуючу дію на рівні прометазину та дифенгідраміну.

4. Аналіз залежності протимікробної активності та токсичності від хімічної структури гідразонів солей хінолінію, проведений за допомогою логіко-структурних досліджень і математичного моделювання з урахуванням аргументів, теорії графів і таблиць рішень, дав змогу визначити чіткі диференційні ознаки біологічної активності / неактивності і шляхом постійно діючого обчислювального експерименту оптимізувати процес пошуку та вивчення потенційних протимікробних сполук.

5. На експериментальних моделях інфекцій у білих мишей і морських свинок, спричинених стафілококами та псевдомонадами, доведено превентивну та терапевтичну ефективність сполук 15 та 28, які в окремих випадках дещо перевищували за ефективністю препарати порівняння - лінкоміцин, гентаміцин, фурагін, декаметоксин.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Молєва В.І. Біологічна дія та антимікробна активність гетероциклічних похідних хіноліну // Клінічна фармація. - 1997. - Т. 1, № 1. - С. 32 - 35.

2. Молєва В.І. Вплив похідних хіноліну і четвертинного амонію на метаболічні процеси мікробної клітини // Інфекційні хвороби. - 1997. - № 3. - С. 26 - 29.

3. Молева В.И. Прогноз биологической активности в ряду производных хинолиния на основе выявления связей "химическая структура - противомикробная активность - токсичность" в вычислительном эксперименте // Провизор. - 1998. - № 15. - С. 24 - 25.

4. Молєва В.І. Терапевтична ефективність деяких похідних хінолінію в експерименті // Буковинський медичний вісник. - 2000. - Т. 4, № 2. - С. 188 - 191.

5. Суходуб Л.Ф., Косевич М.В., Шелковский В.С., Боряк О.А., Волянский Ю.Л., Молева В.И., Чумаченко Т.А. Идентификация бис-четвертичных аммониевых соединений с помощью мягкоионизационной масс-спектрометрии // Антибиотики и химиотерапия. - 1990. - Т. 35, № 2. - С. 10 - 12.

6. Молєва В.І. Протимікробна активність нових похідних хінолінію // Тез. І націон. з'їзду фармакологів України "Сучасні проблеми фармакології". - Київ. - 1995. - С. 114.

7. Молева В.И. Поиск новых противомикробных соединений среди производных хинолиния // Тез. междунар. научн. конф. "Идеи И.И. Мечникова и развитие современного естествознания ". - Харьков. - 1995. - С. 205 - 206.

8. Молева В.И. Противомикробная активность гидразонов 1-арил-2-формилхинолиния // Тез. междунар. научн. конф. "Идеи И.И. Мечникова и развитие современного естествознания ". - Харьков. - 1995. - С. 206 - 207.

9. Комплексний підхід до вивчення залежності "структура - біологічна дія" серед похідних піридинію та хінолінію / Шульга Н.Н., Кучма І.Ю., Кліценко О.А., Гелла І.М., Вакула В.М., Молєва В.І. // Матеріали симпозіуму "Синтез, експериментальне вивчення та клінічне застосування четвертинних амонієвих сполук". - Чернівці. - 1995. - С. 81.

Размещено на Allbest.ru