Введение к работе
Актуальность темы. В конце XX - начале XXI вв. системы здравоохранения развитых и развивающихся стран мира столкнулись с рядом проблем, связанных с лекарственными средствами (ЛС), прежде всего - с проблемой качества ЛС. Для решения этой проблемы специалисты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) выработали критерии, соблюдение которых обеспечивает потребительское качество ЛС на всех этапах его обращения - от изыскания и разработки до потребления - это критерии безопасности, эффективности, фармацевтического качества (соответствие требованиям нормативных документов - НД), доступности. Как следствие, в фармацевтической отрасли на международном уровне получила признание и стала интенсивно внедряться система стандартов (GLP, GCP, GMP и др.), направленных на обеспечение качества как создаваемых, так и уже освоенных промышленностью ЛС.
Проводимая гармонизация российской нормативно-правовой базы в области разработки и аттестации ЛС с международной способствует тому, что стоимость работ по проведению токсикологических исследований потенциальных фармацевтических препаратов на лабораторных животных резко возрастает, поэтому сокращение испытаний за счет предварительного отбора потенциальных кандидатов в ЛС на начальном этапе крайне желательно. Следовательно, уменьшение сроков и стоимости при разработке инновационных ЛС за счет создания современных методологических подходов к предварительному скринингу токсичности и биологической активности синтезируемых и выделяемых БАВ является крайне актуальной задачей.
Отмеченные тенденции побудили российских и зарубежных ученых искать пути и способы оптимизации процесса создания ЛС. В частности, российские ученые Лопатин П.В., Барабанов Л.Е. изучили организационные и методологические аспекты разработки новых ЛС; Краснокутский А.Б., Щавлинский А.Н., Валь Е.В., Тихонова Ю.А., Колипова Ю.В. и другие исследовали экономические аспекты инновационной фармации. Вместе с тем, за рамками выполненных в новой России исследований остались такие научные проблемы, как разработка новых, более экономичных способов изыскания и совершенствование методов оценки фармацевтических субстанций и препаратов.
Среди перспективных подходов в данном направлении особого внимания разработчиков ЛС заслуживает использование для фармацевтических целей биосенсоров - биологических детекторов (ткань, клетка, микроорганизм, биомолекула и др.), способных определенным, функциональным образом реагировать на исследуемый фактор (например, химическое вещество). На современном этапе в России использование биосенсоров для создания и оценки новых Л С не является приоритетным направлением исследований. За рубежом активно исследуется возможность применения биосенсоров для функционального скрининга биологически активных веществ (БАВ), прогностического скрининга с целью направленного синтеза и определения действия БАВ, а также прогнозирования их токсичности без проведения испытаний на лабораторных животных (Dickson М., 2004; DiMasi J.A., 2003, 2007; Fischer-Fodor Е., 2008).
Однако теоретическое обоснование и методологические подходы к использованию клеточных биосенсоров в инновационной фармации до настоящего времени не разработаны, в частности, не изучена возможность применения клеток крови человека в качестве биосенсора для направленного конструирования ЛС.
Другим перспективным направлением использования биосенсоров в фармации является скрининг готовых ЛС. Действующая система сертификации не позволяет гарантировать в полном объеме безопасность ЛС, поступающих в аптечную сеть. В настоящее время в соответствии с решением Межведомственной комиссии Совета Безопасности РФ от 24.10.2001г. №3 Минздрав России совместно с заинтересованными министерствами и ведомствами ведет поиск и разработку методов для внедрения скрининговой оценки ЛС. Эти методы не должны заменять фармакопейные методы анализа, их задача - быстро и с меньшими затратами выявлять фальсифицированные и некачественные ЛС.
В связи с этим приобрел актуальность вопрос о разработке теоретических основ и новых методических принципов использования неспецифических биосенсоров для создания и оценки фармацевтических препаратов без применения лабораторных животных. Отсутствие единой методологии использования неспецифических биосенсоров является сдерживающим фактором для широкого внедрения данной технологии в различные области фармации.
Вышеизложенное обусловило выбор темы, цели и задач исследования.
Цель настоящей работы - проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию методологии применения неспецифических биосенсоров при разработке и исследовании инновационных фармацевтических препаратов на примере использования в качестве биосенсора показателя скорости оседания эритроцитов.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие основные задачи:
проанализировать состояние проблемы использования неспецифических биосенсоров в фармации и медицине и сформировать ее концептуальную основу (понятийный аппарат);
разработать алгоритм и аппаратурное оформление получения биосенсорной характеристики на основе процесса оседания крови;
выявить закономерности поведения неспецифического биосенсора на основе процесса оседания крови в зависимости от внешних факторов (физических, химических, биохимических, временных), которые необходимо учитывать при проведении фармацевтического скрининга, для получения воспроизводимых результатов;
разработать математическую модель процесса седиментации эритроцитов как неспецифического биосенсора, позволяющую связать внутренние процессы межклеточного взаимодействия с процессом оседания;
разработать и статистически доказать критерии воздействия на исследуемый биосенсор с целью применения создаваемой методологии при разработке новых фармацевтических препаратов;
исследовать возможности применения разрабатываемой методологии для исследования стабильности характеристик выпускаемых ЛС;
апробировать методологию неспецифического биосенсора при разработке инновационных ЛС;
разработать для сконструированных препаратов соответствующие НД и внедрить их в фармацевтическое производство.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. В результате проведенных исследований теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность и перспективность нового научного направления в фармации - применения неспецифических биосенсоров при разработке и исследовании ЛС (на примере эритроцитов как неспецифического биосенсора и его характеристик - скорости и динамики оседания эритроцитов).
Теоретически обоснована и разработана методология использования неспецифического биосенсора при создании новых ЛС, включающая:
концептуальные основы (разработан понятийный аппарат; выявлены закономерности поведения неспецифического биосенсора в зависимости от внешних факторов, которые необходимо учитывать при проведении фармацевтического скрининга; разработана математическая модель процесса седиментации эритроцитов для прогнозирования количественного биосенсорного отклика при фармацевтическом скрининге);
методические основы (комплекс критериев оценки функционального воздействия биологически активных веществ и соединений на биосенсор; критерии достоверности биосенсорного отклика на воздействие лекарственного вещества (в составе лекарственного моно- и комплексного препарата); комплекс методик оценки лекарственных субстанций и препаратов с использованием неспецифических биосенсоров, в том числе методика оценки биофармацевтической эффективности лекарственного монопрепарата, методика оценки стабильности некоторых характеристик производства ЛС, алгоритм экспресс-скрининга лекарственных веществ, при создании новых ЛС, методика оценки индивидуального терапевтического действия ЛС);
методологическую блок-схему, обосновывающую применение неспецифических биосенсоров на доклиническом этапе создания ЛС;
метод и аппаратно-программный комплекс для долговременной регистрации динамических характеристик реакции оседания эритроцитов как неспецифического биосенсора (РОЭ-графия).
На основе комплекса представлений о процессе оседания цельной крови как высокочувствительной биосенсорной системы теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования методологии неспецифических биосенсоров для фармацевтического скрининга при создании оригинальных Л С разных классов: противоопухолевых, противотуберкулезных и
метаболитных. Предложены состав и технологии получения, дана биофармацевтическая характеристика четырех инновационных ЛС.
Реализация предлагаемых методологических подходов в области создания противоопухолевых препаратов позволила провести скрининг синтезированных платиновых металлокомплексов, предсказать пониженную токсичность нескольких соединений, разработать технологию синтеза и предложить для практического использования новый фармацевтический препарат на основе водорастворимого комплекса цисплатина. В области противотуберкулезных препаратов - разработать и предложить новую фармацевтическую композицию на основе изониазида и цветочной пыльцы обножки, обладающую лучшей переносимостью по сравнению с изониазидом, и новый способ синтеза противотуберкулезного препарата «Феназид» с повышенной растворимостью в воде. В области метаболитных препаратов - предсказать оптимальную концентрацию действующих начал, разработать состав и технологию производства инновационного инъекционного ветеринарного препарата, предназначенного для стимуляции защитных сил организма при интоксикациях и нарушениях функций ферментных систем.
Подтверждена принципиальная возможность использования модификации предложенной методологии неспецифических биосенсоров для скрининга лекарственных препаратов, а также для контроля стабильности и биологической активности выпускаемых ЛС.
На основе фундаментальных исследований, проведенных для создания методологии использования неспецифических биосенсоров в фармации, были получены важные научные результаты для смежных областей знаний. Изучение динамики оседания эритроцитов позволило усовершенствовать диагностику физиологического состояния человека. С учетом представлений о поведении цельной крови как индивидуальной биосенсорной системы человека исследовано влияние пищевых аллергенов на процесс оседания эритроцитов, что закладывает основы индивидуальной фармации в части индивидуального подбора питания (устранения из питания продуктов, вызывающих аллергии разного типа). На основе изучения физических факторов, влияющих на реологические свойства крови, впервые показана принципиальная возможность инструментальной оценки влияния геомагнитной обстановки на человека, что может быть использовано для создания технологии контроля состояния здоровья кардиологических больных в дни геомагнитной активности. Разработанные биосенсорные подходы позволили обосновать несколько новых способов очистки воды и растворов и применение активированных вод в лечебно-профилактических целях.
Принципиальная новизна полученных научных результатов подтверждена 10 патентами РФ и 5 заявками на патент РФ.
Практическая значимость работы. Предложенные методологические подходы к разработке оригинальных ЛС с использованием неспецифических биосенсоров на основе реакции оседания клеток крови позволяют существенно сократить стоимость и сроки создания препаратов на первом этапе доклинических исследований путем направленного синтеза и отбора химических соединений за счет предварительного скрининга. Применение предложенной методики
интегрированной оценки воздействия на клетки крови позволяет разработчикам в короткие сроки создавать эффективные и конкурентоспособные оригинальные ЛС и фармацевтические композиции.
Полученные на примере клеток крови фундаментальные данные о существовании активных коллоидных систем, меняющих свои реологические свойства в зависимости от биохимичесих реакций, протекающих в системе под воздействием фармацевтических препаратов, вносят существенный вклад в современные представления химии, биологии и медицины, а прикладные аспекты этих знаний - в развитие фармацевтической химии и технологии.
На основании проведенных исследований разработаны и внедрены:
состав и технология производства инъекционной формы инновационного противоопухолевого препарата «Платизид» (лабораторный регламент на производство ООО «Цитостарт», акты апробации от 02.02.2009);
способ синтеза препарата для лечения туберкулеза «Феназид» обеспечивающий его повышенную биодоступность (лабораторный регламент на производство ООО «Комелис», акты апробации 10.11.2008);
состав и оптимизированные технологические параметры производства комплексного препарата для лечения туберкулеза «Пергазид» в твердых желатиновых капсулах (лабораторный регламент на производство ООО «Комелис», акты апробации 15.12.2008);
состав инъекционной формы ветеринарного препарата на основе внутренних метаболитов «Эльвита-Удивит», предназначенный для стимуляции защитных сил организма при интоксикациях, нарушениях ферментных систем (ТУ 9337-001-85676454-2008, Рег.уд. № ПВР-2-10.8/002341 от 17.03.2009г.);
технология производства инъекционной формы инновационного ветеринарного препарата на основе внутренних метаболитов «Эльвита-Удивит» (лабораторный регламент на производство ООО «Алвита», акт апробации 04.2009)
разработаны и представлены в ФГУ НЦЭСМП Росздравнадзора с целью регистрации: ФСП «Феназид-моно» капсулы; ФСП «Пергазид» капсулы;
разработана и представлена в ФГУ ВГНКИ Россельхознадзора с целью регистрации: ФСП «Платизид» раствор.
Высокая эффективность применения разработанного ветеринарного ЛС позволила рекомендовать его для внедрения в промышленное сельскохозяйственное производство (Методические рекомендации по применению препарата «Эльвита» для сельскохозяйственных животных, пушных зверей, птиц и домашних животных /MP МСХ РФ. - СПб., 2009 г.).
Отдельные фрагменты выполненной работы используются в учебном процессе ГОУ Санкт-Петербургская академия ветеринарной медицины им. Урбана при изучении дисциплин химия, фармация и эпизотология (акты внедрения от 02.04.2009г.).
Положения, выносимые на защиту: разработанная методология использования реакции оседания клеток крови в качестве неспецифического биосенсора для создания инновационных ЛС;
разработанная приборная и методическая база использования динамического показателя оседания клеток крови в качестве биосенсора. Исследованные временные, физические и физико-химические факторы, влияющие на использование предложенного биосенсора в фармацевтическом скрининге;
установленные и статистически обоснованные критерии воздействия исследуемого фармацевтического препарата на процесс оседания клеточной массы; выявленные границы применимости предложенного биосенсора; разработанная модель активного коллоида, показывающая принципиальный механизм воздействия исследуемого фармацевтического вещества на биосенсорную характеристику - процесс оседания клеток крови;
результаты, показывающие принципиальную возможность разработки, на основе методологии неспецифических биосенсоров, метода контроля стабильности технологии производства фармацевтических препаратов и метода сравнения биоэквивалентности ЛС, выпускаемых разными производителями на основе одной фармацевтической субстанции;
результаты практического использования предложенной методологии на примере разработки противотуберкулезных, противоопухолевых и метаболитных фармацевтических препаратов, находящихся на разной стадии внедрения, от стадии синтеза действующего начала до разработки технологии готовой лекарственной формы.
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на межкафедральной конференции специальных кафедр медицинского факультета и факультета повышения квалификации медицинских работников Российского университета дружбы народов (июнь 2009); на 9 международных конгрессах, конференциях и симпозиумах: Гурвичевской конференции «Неравновесные и когерентные системы в биологии, биофизике и биотехнологии» (Москва, 1994, 1999), Пущинском симпозиуме «Связь биологических и физико-химических процессов с космическими и гелио-геофизическими факторами (Пущино, 1996), конференциях Биомедприбор-98 (Москва, 1998) и «Биохимическая физика на рубеже столетий» (Москва, 2000), конгрессе по биоэлектрографии (С.-Петербург, 1999, 2000, 2001, 2002); на II Съезде биофизиков России (Москва, 1999), Всероссийском научном совещании «Высокоорганизованные каталитические системы» (Москва, 2000); на научной конференции МГУ «Ломоносовские чтения» (Москва, 1999, 2000); на 7 зарубежных конгрессах, конференциях и симпозиумах, в том числе конгрессах по биомедицинской оптике «BiOS Europe» и BiOS (США, 1997, 1998, 2000), Крымском семинаре «Космическая экология и ноосфера» (Украина, 1997, 1999, 2001), конференции «Новая наука о сознании» (Словения, 2000).
На 26-м Международном Салоне изобретений (Швейцария, 1998) созданная на основе результатов исследования медико-диагностическая аппаратура была удостоена большой серебряной медали.
Связь задач исследования с проблемным планом научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР государственного учебно-научного учреждения Химический
факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (номер госрегистрации темы № 01.930.0 04727, номер госрегистрации ГАСНТИ 02 0202 225 0320). Соответствует плановой тематике лаборатории готовых лекарственных форм ГУ НИИ фармакологии им. В.В. Закусова РАМН.
Личное участие автора. Основная часть исследований (более 75% общего объема) выполнена лично автором диссертационной работы. Во всех работах, выполненных с соавторами, автору принадлежит постановка задачи, концепция основных методов, анализ полученных результатов, непосредственное участие во всех проведенных исследованиях.
Публикации по теме работы. Основное содержание работы отражено в 52 научных публикациях, в том числе в 12 статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и 16 патентах Российской Федерации.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав теоретических и экспериментальных исследований, заключения и выводов. Изложена на 327 страницах машинописного текста в компьютерном наборе, содержит 48 рисунков и 17 таблиц. Указатель литературы включает 463 источника, в том числе 221 на иностранных языкакх.
![Разработка и исследование препаратов для комплексного лечения чесотки [Электронный ресурс]](/i/i/4287/188801.png "Разработка и исследование препаратов для комплексного лечения чесотки [Электронный ресурс] Чижова Евгения Тимофеевна")
