CC BY
35
УДК 541.11:541.121/123.541.12.01
Б. П. Струнин, Л. Ф. Фассахова, Ю. Е. Сапожников,
С. Ю. Гармонов, Р. З. Мусин, П. А. Гуревич
ПОЛИТРИЛ - НОВОЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЕ СРЕДСТВО
Методом ЯМР- и масс-спектроскопии проведена идентификация нового биологически активного соединения 1,4-дигидро-7-(морфолинил-4)-4-оксо-6-фторо-1-этил-хинолинкарбоновой-3 кислоты - политрила. Изучена антибактериальная активность политрила в сравнении с известными в клинической практике лекарственными препаратами.
Поиск новых биологически активных веществ включает несколько путей: скрининг (отсеивание) вновь синтезированных соединений; принцип химического модифицирования структуры известных синтетических и природных лекарственных веществ; введение фармакофорной группы известного лекарственного препарата в молекулу нового соединения; создание синтетического лекарственного вещества, структурно близкого естественному (эндогенному) метаболиту организма человека; естественно, имеются и иные подходы [1].
К началу 60-х годов были открыты высоко активные антибактериальные препараты - ингибиторы ДНК-гиразы бактерий, относящиеся к классу 6-фторопроизводных 4-оксохинолинкарбоновых-3 кислот [2]. Одним из таких соединений с широким спектром антибактериального действия является 1,4-дигидро-7-пиперазил-4-оксо-6-фторо-1-этил-хинолинкарбоновая-3 кислота (норфлоксацин - 1), применяемый при инфекциях дыхательных путей, уха, горла, носа, кожи, инфекционных заболеваниях почек, мочевыводящих путей, органов брюшной полости и других инфекциях [3]. Норфлоксацин метабо-лизируется в печени. Идентифицированы шесть его метаболитов, которые являются продуктами модификации пиперазинового кольца. Главными метаболитами норфлоксацина являются оксо- и этилендиаминонорфлоксацины, выделяющиеся с мочой.
1)Х=МН (Иогйохасш) 2) Х=0 (РоШп1)
В работе [4] отмечено, что фрагмент «В» - пиперазиновый цикл или другой азотсодержащий фрагмент - обеспечивает оптимизацию фармакокинетических свойств и повышение антимикробной активности. Учитывая, что фторохинолоны прочно зарекомендовали себя как высокоэффективные химиотерапевтические средства системного действия с широким диапазоном показаний к применению при лечении инфекционных заболеваний и гнойно-воспалительных процессов, нами была поставлена задача конструирования хино-лонокарбоновой кислоты с сохранением всех фрагментов норфлоксацина и модификацией азотсодержащего гетероцикла - заменой атома азота на кислород. Представлялось, что это приведет к сокращению числа метаболитов.
Был синтезирован [5] аналог норфлоксацина - 1,4-дигидро-7-(морфолинил-4)-4-оксо-6-фторо-1-этил-хинолинкарбоновая-3 кислота (политрил - 2). При этом учитывалось, что фрагмент морфолина входит в состав ряда лекарственных и дезинфицирующих средств и, следовательно, можно было ожидать проявления соединением 2 биологической активности. Например, 5-(4-морфолинилметил)-3-(5-нитрофурфурилиден-амино)-
оксазолидон-2 - фуразолин; 2,2,4,4,6-пентаэтиленимино-6-морфолиноциклотрифосфаза-триен - фортрин; 2-карбэтоксиамино-10-(3-морфолинопропионил)-фенотиазина гидрохлорид - этмозин; 4-хлор-^(3-морфолинопропил)-бензамида гидрохлорид - бефол; 4-хлор^-(З-морфолиноэтил)-бензамид- моклобемид [3]. Предположения оправдались - политрил после многочисленных испытаний допущен для лечения бактериальных инфекций у сельскохозяйственных животных, в том числе, птиц [6].
С целью установления идентичности вновь синтезированного антимикробного средства предлагаемой структуре было проведено сравнение спектров ЯМР Н, С, F политрила (2) и норфлоксацина (1), выделенного из импортного препарата нолицин (синоним 1) и специально синтезированного. Как следует из сравнения спектральных данных политрил по своей структуре наиболее близок к норфлоксацину.
Спектр ЯМР Н политрила (2) /норфлоксацина(1) (ГМДС, D20, Bruker, 100 МГц), м.д.: 1,02 т/1,00 т (3Н, С13Нз); 2,6 т/2,6 с (8Н, 2N(CH2)2); 2,7 т (4Н, О(СН2)2)/-; 3,81 к/3,80 к (2Н, NCH2); 6,43 с/6,45 с (1Н, С8Н=); 7,36 д/7,38 д (1Н, С5Н=, 3Jfh= 3,75 Гц); 7,98 с/8,00 с (1Н, С2Н) ; сигнал N-H протона не проявляется вследствие дейтерообмена с D2O.
Спектр ЯМР 13С политрила (2)/норфлоксацина(1) (D2O, Bruker, 100 МГц), м.д.: 14,0/13,9 (С13); 49,1/49,1 (С12); 50,1/50,9 (С ); 66,6/44,9 (С15); 104,5/105,6 (С8); 112,0/111,9 (С5); 117,1/117,3 (С3); 122,4/122,7 (С10); 136,5/136,7 (С9); 144,1/144,8 (С7); 147,2/147,7 (С2); 152,7/153,1 (С6); 172,0/172,6 (С11); 175,0/175,2 (С4).
Атом фтора проявляется в спектре 19F 5 = - 48,1/- 48,2 ррт (Н2О + KF + D20).
Строение продукта 2 подтверждают данные масс-спектрометрии электронного удара (ЭУ) (TRACE MS «Finnigan MAT», энергии ионизирующих электронов 70 эВ, температура источника ионов 200° С при прямом вводе вещества). В масс-спектре 2 пик m/z 320 отвечает молекулярному иону (М+) молекулы со структурой 2. Первая стадия распада молекул 2 при ЭУ связана с разрывом С-С и С-О связей в азотсодержащем насыщеннном гетероцикле. Данный процесс приводит к пику иона [М-С2Н40]+ m/z 276. Потеря самого гетероцикла М+ - ионом обусловливает появление в масс-спектре пика иона m/z 234. Наряду с этим процессом происходит миграция одного атома водорода к заряженному осколку с образованием иона с m/z 235. В дальнейшем последний ион теряет ОН - группу с образованием иона m/z 218. Присутствие в масс-спектре иона m/z 203, можно связать с последующим отщеплением СН3- группы из иона m/z 218. Присутствие других осколочных ионов с малыми значениями m/z в масс-спектре ЭУ 2 вызвано, по-видимому, последовательным распадом при ЭУ отмеченных выше ионов.
Масс-спектр образца политрила, m/z (относительная интенсивность в % макс), ион: 320(0.8) [М+.]*, 278(0.5), 277(3.5), 276(20.8) [М-С2Н4О]+,275(0.9), 237(1.1), 236(2.1) 235(1.3), 234(2.3), 219(5.3), 218(24.9), 217 (2.4), 204(3.3), 203(19.9), 149 (11.8), 123 (13.8), 109(26.1), 107(19.9), 105(10.4), 91 (12.6), 85(27.6), 77(7.9) 69 (90.5), 57(80.1), 56(24.7), 43(100.0)^^0]+, 41(76,9).
Политрил - антибактериальное средство для орального применения, обладает антимикробным действием против грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов. Механизм противомикробного действия связан с нарушением синтеза белков микроорганизмами. Выделяется из организма в основном с мочой и желчью.
Определение бактериостатической активности препаратов in vitro проводили методом серийных разведений в жидкой питательной среде. Бактерицидную активность изучали путем воздействия препаратов на тест объекты при комнатной температуре и дальнейшего культивирования золотистого стафилококка (штамм 209Р), кишечной палочки (штамм 1749). Бакте-риостатические и бактерицидные свойства определяли визуально по отсутствию роста культуры в пробирках после суточной и пятисуточной инкубации при температуре 37оС [7]. Антибактериальная активность политрила в сравнении с антибактериальными химиотерапевтическими средствами представлена в табл. 1 - 2. Значения минимальных концентраций препаратов для музейных штаммов бактерий приведены в табл. 3. При этом для
Таблица 1 - Антибактериальная активность политрила в отношении золотистого стафилококка штамма № 209Р
Препарат Концентрация препарата, мкг/мл Кон- троль
50,0 25,0 12,5 6,25 3,13 1,56 0,78 0,39 0,19 0,09
Политрил - - - - - - - - - - +
Фуразолидон - - - - - - - - + + +
Нитроксалин - - - + + + + + + + +
Левомицетин - - - - + + + + + + +
Бензилпени- - - - - - - - - - - +
циллин
Тетрациклин - - - - - - + + + + +
Таблица 2 - Антибактериальная активность препаратов в отношении кишечной палочки штамма № 1749
Препарат Концентрация препарата, мкг/мл Кон- троль
50,0 25,0 12,5 6,25 3,13 1,56 0,78 0,39 0,19 0,09
Политрил - - - - - - - - - - +
Фуразолидон - - - - - - - - - + +
Нитроксалин - - - - + + + + + + +
Левомицетин - - - - + + + + + + +
Бензилпени- - + + + + + + + + + +
циллин
Тетрациклин - - - + + + + + + + +
политрила зарегистрировано достаточно низкое значение МПК, причем это соединение в одинаковой степени действует на стафилококк и кишечную палочку. Антибактериальная активность политрила была проверена на полевых штаммах бактерий, изолированных от больных животных. Результаты экспериментов приведены в таблицах 3 и 4. Как видно из представленных данных, политрил обладает значительной активностью по отношению к различным видам бактерий, в т.ч. к синегнойной палочке. Наиболее чувствительным мик-
роорганизмом к тестируемому веществу оказался стафилококк, рост которого ингибировался при концентрации 0,19 мкг/мл.
Таблица 3 - Антибактериальная активность политрила в отношении полевых штаммов бактерий
Тест-штамм Концентрация препарата, мкг/мл
50,0 25,0 12,5 6,25 3,13 1,56 0,78 0,39 0,19 Кон- троль
Е.соїі 510 - - - - - - - + + +
Б.аигеш 509 - - - - - - - - - +
Р.аег^іпова 157 - - - - - + + + + +
БЛиМіп 504 - - - - - - + + + +
Таблица 4 - Минимальная подавляющая концентрация (МПК) политрила для полевых штаммов бактерий
Штамм МПК препарата, мкг/мл
Е.соїі 510 < 0,19
Б.аигеш 509 0,39
Р.аег^іпоза 157 3,13
З.ёиЬИп 504 0,78
Политрил было проверен на наличие у него химиотерапевтического действия на модели экспериментальной эшерихиозной септицемии. Результаты эксперимента отражены в таблице 5. Видно, что политрил обладает превентивными свойствами при заражении животных патогенной культурой кишечной палочки. В опытной группе гибели животных зарегистрировано не было, в отличие от контрольной, где пало 6 мышей.
Таблица 5 - Превентивная активность политрила при колисепсисе (Е.соїі 510) у белых мышей
Г руппа Доза препарата Количество животных Пало Выжило
Опытная 5 мг/гол 12 - 12
Контрольная 0,4 мл дистиллированной воды 12 8 4
Таким образом, политрил обладает ярко выраженным антибактериальным действием, что делает его перспективным для использования в качестве антибактериального химиотерапевтического средства в ветеринарии и медицине.
Выводы
Методом ЯМР- и масс-спектроскопии проведена идентификация нового биологически активного соединения 1,4-дигидро-7-(морфолинил-4)-4-оксо-6-фторо-1-этил-
хинолинкарбоновой-3 кислоты - политрила.
Изучена антибактериальная активность политрила в сравнении с известными в клинической практике лекарственными препаратами.
Литература
1. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Шендрик И.В. Основы органической химии лекарственных веществ М.: Мир, 2003. 191 с.
2. Падейская Е.Н., Яковлев В.П. Фторхинолоны. М.: «Биоинформ», 1995 208 с.
3. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Ч. I, Ч. II. М.: Новая волна, 1996. Ч. I. 731 с.; Ч. II. 685 с.
4. Падейская Е.Н., Яковлев В.П. Антимикробная активность и механизм действия офлоксацина // Антибиотики и химиотерапия. 1996.№9.С.13-23.
5. Фассахова Л.Ф. Синтез, строение и биологическая активность 1,4-дигидро-7-(морфолинил-4)-4-оксо-6-фторо-1-этил-хинолинкарбоновой-3 кислоты (Политрила) /Л.Ф. Фассахова, Б.П. Струнин, Н.А. Фролова, П.А. Гуревич//Вестник Казанского технол. ун-та. 2006. № 2. С. 208-210.
6. Свидетельство о государственной регистрации лекарственного средства для животных. Рег. № ПВР-2-4.5/01547 от 6.02.2006 и № ПВР-2-4.5/01548 от 6.02.2006
7. Методы экспериментальной химиотерапии / Под ред. Г.Н.Першина. М.: Медицина, 1971. 426с.
© Б. П. Струнин - д-р техн. наук, проф. каф. оборудования пищевых производств КГТУ; Л. Ф. Фассахова - соиск. каф. органической химии КГТУ; Ю. Е. Сапожников - ООО «Поливит», Уфа; С. Ю. Г армонов - д-р хим. наук, проф. каф. инженерной экологии КГТУ; Р. З. Мусин - ИОФХ им. А.Е. Арбузова; П. А. Гуревич - д-р хм. наук, проф. каф. органической химии КГТУ.
