Пути и методы выявления новых лекарственных растений (стр. 1 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 |
2.2.3 Пути и методы выявления новых лекарственных растений
Пути и методы выявления новых лекарственных растений: химический скрининг, филогенетический принцип (хемосистематический), изучение и использование опыта народной медицины
По подсчетам специалистов, на нашей планете обитает около 300 тыс. видов растений. В одной только Евразии их произрастает не менее 75 тыс. видов. Наиболее богата флора Центральной Азии (около 7 тыс. видов) и Кавказа (около 6 тыс. видов). Значительные богатства отечественной флоры используются пока недостаточно.
Важнейшим условием совершенствования лекарственной службы в стране является наличие каталога лекарственных средств.
При Пересмотре каталога учитывается следующее:
— исключаются малоэффективные средства, а также препараты и сырье иноземного происхождения, в импорте которых не было необходимости;
— наряду с этим включаются новые, более эффективные средства отечественного происхождения.
В итоге интенсивного изучения и производственного освоения новых лекарственных растений резко изменилась номенклатура растений, применяемых в современной научной отечественной медицине.
Количество официнальных растений увеличилось более чем в 2 раза, причем среди них остались только единичные иноземные растения (строфант, чилибуха и др.); свыше 200 видов представлены отечественными растениями (дикорастущими или культивируемыми).
В исследованиях по выявлению новых лекарственных растений ученые используют несколько методов:
1 изучение опыта народной и традиционной медицины
Известно, что почти все растения, применяемые в современной научной медицине, были заимствованы из народной медицины.
Начальными этапами изучения народной медицины являются:
а) проведение специальных или использование попутных (этнографических и др.) экспедиций для сбора сведений путем опроса населения, знакомство со знатоками растений, приобретение образцов и т. п.;
б) организация корреспондентской сети для сбора литературной информации.
Очень важно уметь из обилия собранной информации отобрать сведения, представляющие наибольший интерес для современной научной медицины и подвергнуть их планомерному изучению.
Вначале необходимо проверить правильность основных лечебных показаний для изучаемого объекта.
Если первичный фармакологический (или биологический) поиск подтвердит достоверность сведений, то целесообразно дальнейшее изучение растения:
— фармакогностическое (в первую очередь фитохимическое),
— технологическое (выделение индивидуальных веществ или создание суммарных препаратов),
— фармакологическое (углубленное на базе созданных препаратов) и, наконец, клиническое.
2 более глубокое изучение уже используемых в научной медицине растений
На этот путь исследователей часто подталкивают сведения народной медицины, ранее не известные, они возвращаются к изучению «забытых» лекарственных растений, которые в свое время были даже официнальными, а затем вышли из употребления.
3 филогенетический метод
Третий метод — поиски новых лекарственных средств по принципу фитогенетического родства. Давно подмечено, что ботанически родственные растения могут иметь аналогичный или весьма близкий химический состав, а следовательно, проявлять подобное фармакологическое действие.
Знание этих биологических закономерностей делает поиск новых лекарственных растений весьма эффективным. Наряду с возникновением исключительно закономерных, хемотаксономических явлений имеются случаи, когда нет полного параллелизма между биохимическими признаками растений и их филогенетическими отношениями.
Наблюдаются также явления химической конвергенции, т. е. возникновения одинаковых веществ в различных группах растений, филогенетически не связанных друг с другом. Однако на современном этапе развития науки о лекарственных растениях накопившихся данных по хемотаксономии уже достаточно для целенаправленного поиска новых ценных растений.
По многим сырьевым объектам напряженность с полным обеспечением растущей потребности обусловливается тем, что заготовка сырья ограничивается лишь одним видом растения, который когда-то был установлен как официнальный.
Пользуясь филогенетическим методом, нужно исследовать ближайших «родственников» и тем самым расширить видовой состав сырьевых растений. В настоящее время имеется экспериментальный материал, во многих случаях позволяющий расширить видовой состав лекарственных растений, например видов горицвета, пустырника, зверобоя, термопсиса, галпы и др.
Особенно актуален вопрос о близких видах для стран Центральной Азии и Казахстана, Дальнего Востока, во флоре которых часто отсутствуют принятые лекарственные виды, но произрастают другие близкие виды.
Филогенетические поиски могут успешно проходить и за пределами рода — внутри семейств и даже порядков. Иллюстрацией к этому могут служить, в частности, исследование советских ученых в семействах амариллисовых, лютики и маковые, что закончились выявлением ряда наиболее интересных алкалоисодержимых растений. Филогенетические закономерности, которые оказались между систематическим положением и его химическим составом, открыли новые поисковые возможности. В частности, фармакогностические – все чаще стали возвращаться к так называемым забытым растениям, химический состав которых в свое время не был раскрыт в результате недостаточности знания химии естественных веществ и несовершенства фитохимических методов исследования.
Филогенетические представления помогли провести целеустремленные фитохимические исследования и вывести «забытые» растения на путь широкого медицинского использования. Как примеры можно привести руту, петрушку, барвинок, и др.
По тем же обстоятельствам в ряде случаев весьма целесообразное возвращение к более глубокому изучению растений, которые уже используются в научной медицине. Есть много фактов, когда подобная «ревизия», проведенная на современном научном уровне, значительно расширила область медицинского использования широко известных лекарственных растений. Характерным примером может служить хотя бы солодка голая.
При филогенетическом методе следует учитывать наследственную изменчивость накопления, эволюцию ферментных систем вторичного метаболизма.
Наследственная изменчивость накопления, эволюция ферментных систем вторичного метаболизма. Генотипическая изменчивость, обусловленная различиями в генотипе между отдельными особями или разными популяциями одного вида, также характерна для состава и содержания вторичных метаболитов, как и для любых других признаков, используемых в систематике растений.
Так, при изучении наследственной изменчивости накопления антоцинанов у девяти линий вида Mathiola incana, отличающихся качественным составом этих соединений, было показано, что внутри линий обнаруживаются значительные различия в количественном содержании антоцианов. Поскольку все изученные растения выращивались в идентичных условиях, такое различие может быть только следствием небольших различий в генотипе между особями одной линии.
На примере растений рода Mentha было показано, что биосинтез терпеноидов находится под контролем относительно простой генетической системы: доминантная аллель гена Lm блокирует модификацию лимонена в дальнейшие продукты биосинтеза, такие как: ментон, ментол и метилацетат – соединения, обычно накапливаемые растениями рода Mentha, у которых данный ген находится в рецессивном состоянии. Кроме того, в M. citrata был обнаружен ген I, доминантная аллель которого блокирует биосинтез терпеноидов на еще более ранних стадиях, чем ген Lm, что приводит к накоплению предшественника лимонена – линалина и его ацетатов. Таким образом, один ген может препятствовать накоплению целого спектра соединений одного класса.
В процессе эволюции может происходить различная модификация ферментов, отвечающих за биосинтез вторичных метаболитов, что приводит к появлению большого разнообразия структур одного класса соединений. Так, в настоящее время известно более 6000 различных алкалоидов, около 1400 секвитерпеноидов, не менее 300 небелковых аминокислот. Разнообразие структур соединений одного класса, накапливаемых в изучаемой группе растений, отражает разнообразие существующих путей биосинтеза, знание которого необходимо при построении таксономической гипотезы.
При анализе информации о наличии и отсутствии вторичных метаболитов в изучаемой группе растений, необходимо учитывать, что эти соединения образуются в результате сложного пути биосинтеза, в который вовлечено большое число различных ферментов. Ход биосинтеза одних и тех же соединений может оказаться разным у разных групп растений, что является результатом конвергентной эволюции.
4 Уровень накопления вторичных метаболитов как таксономический маркер
Кроме знания внутривидовой изменчивости большое значение при объяснении закономерностей распространения вторичных метаболитов имеют данные об их качественном и количественном составе, знание путей биосинтеза этих соединений и биологической активности.
Во многих фитохимических работах приводятся данные о наличии и отсутствии какого-либо соединения в изученной выборке видов. Однако этого зачастую недостаточно, так как таксономическим маркером может являться уровень накопления этого соединения.
Так, способность к синтезу никотина считалась присущей только видам рода Nicotiana, которые накапливают это соединение в значительных концентрациях. Применение высокочувствительных методов позволило обнаружить следовые количества никотина в филогенетически удаленных родах, таких как Equsetum, Licopodium, Asclepias, Acacia и Mucuna. Очевидно, что способность к биосинтезу этих соединений появилась независимо в нескольких группах растений, но это не уменьшает значение никотина как таксономического маркера рода Nicotiana, который по этому признаку четко отделяется от других родов семейства Solanaceae.
На основании данных о распространении небелковых аминокислот высказано предположение, что многие или даже все растения способны синтезировать эти соединения в предельно низких концентрациях, ниже порога чувствительности используемых методов.
Источник
Способы поиска лекарственных растений
В настоящее время на отечественном фармацевтическом рынке существует большое количество лекарственных препаратов, имеющих различное происхождение – синтетическое, полусинтетическое, природное. Наиболее востребованными из них являются препараты, произведенные и/или изготовленные из лекарственного растительного сырья. В современной научной медицине используются свыше 250 видов лекарственных растений, важнейшие из которых внесены в Государственную фармакопею РФ [1]. Они обладают различным терапевтическим действием, которое определяется содержащимися в лекарственном растительном сырье биологически активными веществами. Наиболее значимой группой таких веществ являются алкалоиды.
Алкалоиды – это группа азотсодержащих органических веществ природного происхождения, обладающих выраженной физиологической активностью. В растительном мире они наиболее распространены среди отдела Angiospermae (Magnoliophyta), реже – среди отдела Gymnospermae. Ими богаты семейства Papaveraceae, Solanaceae, Fabaceae, Campanulaceae, Ranunculaceae, Apocynaceae, Rutaceae, Loganiaceae, Ephedraceae, Malvaceae, Taxaceae и другие. Алкалоиды способны накапливаться в различных органах растения, локализуясь в клетках в виде солей органических и неорганических кислот. Содержание их как биологически активных веществ мало – оно составляет сотые и десятые доли процента [2]. Обычно растение имеет в своем химическом составе не один, а несколько видов алкалоидов, расположенных в разных его частях. Например, клубни Stephania glabra (Roxb.) Miers содержат сумму алкалоидов, в состав которых входят гиндарин, ротундин, стефарин и многие другие. Несмотря на это, в листьях и стебле обнаружен лишь один представитель – циклеанин. В траве Thermopsis lanceolata R.Br. имеется большое содержание алкалоидов термопсина, гомотермопсина, пахикарпина, анагирина, но как лекарственное растительное сырье его используют в качестве источника цитизина, накапливаемого в семенах. Помимо локализации алкалоиды отличаются и концентрацией, влияние на которую оказывают многочисленные факторы: климатические условия (температура, влажность), минеральный состав почвы, время суток и стадии вегетации. Известно, что в условиях повышенной влажности, количество алкалоидов постепенно снижается. На синтезирование и накопление данных биологически активных веществ благоприятно влияют богатые азотом почвы, высокая температура и продолжительность светового дня [3].
Несмотря на то, что алкалоиды активно используются для изготовления/производства лекарственных препаратов, обладающих различными фармакологическими эффектами, их биологическая роль в растении окончательно не выяснена. Существует множество теорий, но все они несостоятельны, так как не отражают полноту осуществляемых ими функций. Предполагается, что в процессе дыхания растения алкалоиды окисляются в пероксид, который затем переходит в оксид и высвобождаемый при этом процессе активированный кислород используется для дальнейшего фотосинтеза. Данные биологически активные вещества выступают в роли стимуляторов и регуляторов роста растений, т.е. фитогормонов. Также известно, что алкалоиды способны осуществлять защитную функцию, выражающуюся в предохранении растения от поедания представителями животного мира. Проведенная в Предуралье работа доказывает, что содержание алкалоидов в растении позволяет им сосуществовать с более конкурентоспособными видами за счет изменения ритма сезонного развития [4].
Многочисленные исследования алкалоидосодержащих растений и их свойств дали возможность производить и / или изготавливать лекарственные растительные препараты таким образом, чтобы сохранялось необходимое для терапевтического эффекта содержание биологически активного вещества. Существуют определенные особенности заготовки растительного сырья, методы выделения алкалоидов из растительного сырья, методы качественного и количественного анализа, методы и особенности производства лекарственных препаратов на основе данного действующего вещества.
Цель исследования: изучение фармакологических свойств препаратов алкалоидов. Задачи исследования представлены изучением видов лекарственных растений, содержащих данную группу действующих веществ, методов качественного и количественного анализа и особенностей производства и/или изготовления лекарственных растительных препаратов.
Материалы и методы исследования
Исследуемыми объектами настоящего исследования являются следующие лекарственные алкалоидосодержащие растения: Aconitum monticola Steinb., Stephania glabra (Roxb.) Miers, Thermopsis lanceolata R.Br., Cytisus ruthenicus Fisch. ex Wol., Lobelia inflata L., Strychnos nux-vomica L., Glaucium flavum Crantz., Vinca rosea L., Taxus brevifolia Nutt. Исследование проводилось с использованием информационно-поисковых (Scholar Google) и библиотечных баз данных (eLibrary, CyberLeninka).
Результаты исследования и их обсуждение
Доказательством того, что в растениях есть алкалоиды, служат положительные качественные реакции на исследуемое биологически активное вещество. Для качественного анализа используют общие и частные качественные реакции на алкалоиды [5]. Общие качественные реакции представлены реакциями осаждения с использованием различных химических веществ – йода и его растворов, реактива Драгендорфа, реактива Майера, реактива Бертрана, реактива Шейблера, реактива Зонненштейна, раствора кислоты пикриновой и раствора таннина. Реакции окрашивания (частные качественные реакции) многочисленны. В качестве реагентов используют концентрированную кислоту серную или азотную (оранжево-красное или красно-бурое окрашивание берберина соответственно), раствор пероксида водорода (фиолетовое окрашивание берберина), раствор калия бихромата и концентрированную кислоту серную (красно-фиолетовое окрашивание стрихнина), раствор калия бихромата и концентрированную кислоту азотную (оранжево-красное окрашивание бруцина), реактивы Эрдмана, Марки, Фреде, которые имеют различную окраску в зависимости от строения алкалоида. Кроме того, существуют групповые качественные реакции: мурексидная проба на пуриновые алкалоиды, реакция Витали – Морена на тропановые алкалоиды и другие. Эти реакции позволяют выявить у лекарственных растений целую группу алкалоидов или какой-либо определенный представитель, который в дальнейшем может послужить активным компонентом будущего лекарственного средства. В этом заключается первый этап создания лекарственного растительного препарата на основе алкалоида.
Второй этап подразумевает собой количественное определение данного биологически активного вещества. Сначала необходимо извлечь сумму алкалоидов из лекарственного растительного сырья. Для этого применяют такой метод, как экстракцию водой или спиртом, подкисленными винной, уксусной или хлороводородной кислотой. Перейдя в форму оснований, алкалоиды могут экстрагироваться органическими растворителями. При этом остальные ненужные сопутствующие вещества не связываются с ними, а остаются в исходном водном или спиртовом растворе. Затем органическую смесь алкалоидов подкисляют раствором соответствующей кислоты, вновь переводя алкалоид в солевую форму. Таким образом, выполняя данную операцию некоторое количество раз, можно добиться высокой степени очистки препарата.
В настоящее время на фармацевтических предприятиях все чаще отдают предпочтение иному методу выделения и очистки алкалоидов – ионному обмену. Этот метод представляет собой вполне простую технологическую схему, включающую в себя 5 основных процессов [6]. Как правило, индивидуальные алкалоиды извлекают с помощью нескольких видов катионитов (например, КУ-1, КУ-2, СБС-3). Данный метод применяют для производства цитизина из травы Thermopsis lanceolata R.Br. и многих других алкалоидов. Достоинствами ионного обмена являются относительная дешевизна материалов, простота оборудования и малая трудоемкость процесса. В других случаях используют метод электродиализа, совмещающего несколько этапов производства препаратов на основе алкалоидов – экстракцию, выделение и очистку. Но в связи с низкой эффективностью и сложностью эксплуатации оборудования на фармацевтическом производстве данный метод применяется крайне редко.
За извлечением и очисткой следует разделение суммы алкалоидов на индивидуальные компоненты, с которыми в дальнейшем будут иметь дело. Этот этап является крайне важным и достаточно сложным, так как в зависимости от того, насколько успешно пройдет разделение на конкретные алкалоиды, будет зависеть качество будущего лекарственного средства. Для выделения индивидуальных веществ на фармацевтическом производстве используют следующие основанные на физико-химических свойствах алкалоидов методы: вакуум-разгонку, дробную кристаллизацию, жидкостную экстракцию, сорбцию и избирательное элюирование (десорбцию) [7].
Последнее, что необходимо сделать, это провести собственно количественное определение алкалоида. Его проводят различными способами: гравиметрическим, титриметрическим и физико-химическим методами, включающими в себя фотоэлектроколориметрический метод (клубни с корнями Stephania glabra (Roxb.) Miers, трава Glaucium flavum Crantz.), спектрофотометрический метод (трава Thermopsis lanceolata R.Br.) и полярографический метод (семена Thermopsis lanceolata R.Br.).
Прежде чем выпустить новый лекарственный растительный препарат, необходимо провести тщательное изучение его производящих компонентов – лекарственного растительного сырья и содержащихся в нем биологически активных веществ – с целью определения фармакологической группы будущего лекарственного средства.
Алкалоид зонгорин, выделенный из различных видов Aconitum (A. Barbatum Pers., A. soongaricum Stapf., A. monticola Steinb., A. karakolicum Rapaics.), относящихся к семейству Ranunculaceae, обладает анксиолитической активностью [8]. По сравнению с другими лекарственными препаратами этой группы (ксанакс, феназепам), имеющими побочные эффекты, зонгорин не вызывает серьезных последствий и может применяться при лечении тревожных состояний. В этом заключаются перспективы использования данного алкалоида в качестве основного действующего компонента для лекарственного препарата. Результаты его разработок пока неизвестны.
Седативное действие проявляет алкалоид гиндарин, содержащийся в корнях Stephania glabra (Roxb.) Miers, принадлежащей семейству Menispermaceae. В качестве лекарственного препарата используют его производное – гиндарина гидрохлорид. Помимо оказания седативного действия он снижает артериальное давление, вызывает миорелаксацию и в больших дозах способен выступать в роли транквилизатора. Для производства пероральных препаратов гиндарина используют различные вспомогательные вещества [9]. Это необходимо для того, чтобы препарат более длительное время сохранял свою фармакологическую активность и не подвергался каким-либо химическим изменениям.
Растения семейства Fabaceae – Thermopsis lanceolata R.Br. и Cytisus ruthenicus Fisch. ex Wol. – применяются в качестве лекарственного растительного сырья для получения таких препаратов, как цититон и табекс. Их активным компонентом является алкалоид цитизин, который обладает стимулирующей и антитабачной активностью. Показаниями к применению цититона выступают асфиксия, шоковые, коллаптоидные состояния и ослабление дыхательной и сердечно-сосудистой деятельности при различных интоксикациях химическими веществами. Табекс назначают как средство для лечения никотиновой зависимости. Помимо цитизина схожей активностью обладает алкалоид лобелин, извлекаемый из Lobelia inflata L. (семейство Campanulaceae), который входит в состав препаратов лобелина гидрохлорид и лобесил. Кроме того, производные цитизина способны оказывать другие фармакологические свойства, не характерные для самого алкалоида – гиполипидемические, противовоспалительные, холинотропные, гемостатические, антиаритмические [10].
В медицинской практике используют такое химическое соединение, как стрихнина нитрат. Это производное алкалоида растения семейства Loganiaceae – Strychnos nux-vomica L. Он оказывает стимулирующее влияние на спинной мозг, возбуждает дыхательные и сосудодвигательные центры, усиливает функцию анализаторов, т.е. обладает адаптогенной, общетонизирующей активностью. Данный препарат назначают внутрь или внутривенно (инъекции). Также существуют другие лекарственные формы – настойка и экстракт чилибухи сухой, применяемые внутрь. Но оказывать свое терапевтическое действие алкалоид стрихнин может только в небольших концентрациях. Превышение допустимых концентраций приводит к серьезному отравлению, способному вызвать гибель организма.
Алкалоид глауцин, содержащийся в Glaucium flavum Crantz. семейства Papaveraceae, обладает противокашлевым, бронхолитическим и антиоксидантным действием. Проведенные исследования доказывают, что производное этого алкалоида (изомер дес-глауцин) имеет более выраженное антиоксидантное действие, чем исходный природный компонент [11]. Данных о его препаратах нет. Но препараты самого алкалоида глауцина существуют – это глаувент и глауцина гидрохлорид. В комбинации с другими алкалоидами (эфедрин, который содержится в различных видах рода Ephedra семейства Ephedraceae) и прочими соединениями глауцин входит в состав бронхотона, бронхолитина и бронхоцина.
За последние столетия медицина продвинулась далеко вперед. Сейчас человечеству известны способы профилактики и лечения многих заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми. Но и по сей день существуют болезни, справиться с которыми современным врачам непросто. Ярким примером этого являются онкологические заболевания. С каждым годом во всем мире наблюдается прирост пациентов с данным диагнозом, что обусловлено различными факторами. Для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей используют химиотерапевтические, гормональные, противовирусные и многие другие препараты. Важнейшими из них являются растительные препараты, которые в меньшей степени, чем синтетические препараты, способны пагубно воздействовать на организм больного. Данная особенность является немаловажной и, несомненно, должна учитываться лечащим врачом. В лечении онкологических заболеваний применяют некоторые виды алкалоидов. Это винбластин, извлекаемый из Vinca rosea L., который относится к семейству Apocynaceae, и паклитаксел, выделяемый из коры Taxus brevifolia Nutt. семействаTaxaceae [12]. Доказано, что сумма алкалоидов A. baicalense Turcz. exRapaics, настойка и настой, обуславливают противоопухолевое и противометастатическое действие [13].
Заключение
Результаты, полученные в ходе исследования информационно-поисковых и библиотечных баз данных исследовательской литературы, показали, что алкалоиды способны оказывать множество различных фармакотерапевтических эффектов. Они могут влиять на различные системы органов и протекающие в человеческом организме процессы. Препараты алкалоидов оказывают действие на сердечно-сосудистую и центральную нервную системы, периферические нейромедиаторные процессы и афферентные нервные окончания. Вероятно, такое богатство терапевтических действий обусловлено сложным и разнообразным химическим строением данных биологически активных веществ. Кроме того, были рассмотрены основы производства лекарственных препаратов алкалоидов. Они имеют свои особенности в зависимости от того, на основе какого представителя хотят произвести/изготовить лекарственное средство. Проанализированные исследования и клинические испытания позволяют прийти к выводу, что ученым известно еще не так много об этой группе веществ. Обладая столь широким спектром терапевтического действия, алкалоиды способны стать действующими веществами лекарственных препаратов многих фармакологических групп. Таким образом, использование данных биологически активных веществ является перспективным в современной медицине.
Источник
