Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Разработка элементов комбинированной системы "количественные корреляции структура-свойство" для исследования лекарственных средств

На правах рукописи

Попов Павел Игоревич

Разработка элементов комбинированной системы «количественные корреляции структура-свойство» для исследования лекарственных средств

15.00.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия 05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (в медицине)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре фармацевтической и токсикологической химии медицинского факультета ГОУ ВПО "Российский университет дружбы народов".

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Плетенева Татьяна Вадимовна доктор биологических наук Сыроешкин Антон Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор фармацевтических наук, профессор Берлянд Александр Семенович доктор биологических наук, профессор Проценко Владимир Данилович

Ведущая организация:

ГОУ ВПО Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова Росздрава

Защита диссертации состоится «/$~у> ^ейсо^и 200 ¿'г. в // часов на заседании диссертационного совета Д 212.203.13 при ГОУ ВПО "Российский университет дружбы народов" по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.8.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан « » /го^с^^_ 200^"г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор фармацевтических наук, доцент

^Лол^еии^ Т.п. Лагуткина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Создание новых лекарственных средств диктует необходимость разработки доступных методов прогнозирования их 'терапевтических и токсических свойств на этапе отбора веществ-кандидатов. Для решения этой задачи в последние десятилетия стали использоваться топологические индексы, позволившие эффективно проводить ККСА (QSAR) - исследования (исследования количественных корреляций «структура-активность»). Использование ККСА-подходов позволяет количественно характеризовать физико-химические свойства лекарственного вещества и их влияние на биологическую активность лекарственного препарата. ККСА-исследования позволяют существенно ускорить создание нового лекарственного средства на этапе поиска вещества-кандидата, что связано с возможностью использования современного программного и аппаратного обеспечения, частично автоматизирующего данный этап работы. Среди многочисленных направлений ККСА-исследований наиболее эффективными являются анализ уравнения зависимостей логарифма коэффициента распределения гидрофильная/гидрофобная среда logP и логарифма обратной концентрации log(l/C), необходимой для достижения определенного уровня биологической активности, электронных влияний заместителей, выраженных константой Хамметта, стерических коэффициентов Тафта, параметров Верлупа, уравнения Ханша, графики Крейга и схемы Топлисса [Graham L.P., 2003].

Одним из перспективных направлений ККСА-исследований является разработка и применение дескрипторов химических веществ, в частности топологических индексов. Топологические индексы позволяют математически описать химическую формулу, что дает возможность осуществлять линейный регрессионный анализ зависимости «топологический индекс - биологическая активность» и статистическую обработку результатов исследований [HuQ.Netal.,2003],

Метод ККСА хорошо зарекомендовал себя для прогнозирования биологической активности индивидуальных лекарственных веществ [Mekenyan О. et а!., 2003]. Однако ККСА-метод не позволяет достоверно прогнозировать биологическую активность лекарственных средств сложного состава, с учетом лекарственной формы. Ранее была предложена [Сыроешкин A.B., 2002] комбинированная система, позволяющая дополнить метод ККСА для жидких гомогенных и гетерогенных лекарственных форм - суспензий, эмульсий, настоек, галеновых препаратов с учетом возможности комбинирования метода ККСА, кинетики клеточных превращений и лазерных методов измерения дисперсности. Нам представлялось весьма актуальным разработать новые дескрипторы, позволяющие осуществлять стандартизацию и контроль качества жидких гомогенных и гетерогенных лекарственных форм.

В этом направлении нами впервые в фармацевтической практике были использованы лазерные методы измерения дисперсности для контроля качества и стандартизации лекарственных средств. На основе полученных результатов была разработана нормативная документация. Проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света» позволит осуществлять контроль качества на производстве, при хранении и реализации фармацевтической продукции. Гармонизация проекта Фармакопейной статьи с ведущими фармакопеями мира позволила создать унифицированную методику стандартизации и контроля качества гомогенных и гетерогенных лекарственных форм [Pharmeuropa 16.2,2004; USP29,2006].

Цель и задачи работы

Целью настоящей работы явилась разработка новых современных методов прогнозирования биологической активности лекарственных средств и контроля их качества на основе топологических расчетов, кинетики клеточных превращений и применения лазерных методов исследования дисперсности.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать методологию создания баз данных химических соединений для оценки биологической активности и обеспечить соответствующее компьютерное программное обеспечение этой оценки.

2. Осуществить отбор топологических индексов, позволяющих вести поиск корреляций с параметрами биологической активности лекарственных веществ отдельных фармакологических групп.

3. Изучить фармакологические группы антибактериальных химиотерапевтических средств - антибиотиков-макролидов и азалидов, сульфаниламидных препаратов, противотуберкулезных средств, нейротропных . средств, нестероидных противовоспалительных средств для поиска корреляций топологических индексов с их терапевтической активностью.

4. Разработать методику на основе метода лазерной дифракции для контроля гомогенности растворов лекарственных средств, в которых согласно нормативной документации должна отсутствовать дисперсная фаза.

5. Исследовать методом лазерной интерферометрии ряд готовых лекарственных форм для разработки рекомендаций по стандартизации и контролю их качества.

6. Разработать проект фармакопейной статьи определения размера частиц дисперсной фазы лекарственных средств с помощью дифракции света.

Научная новизна

На основе сочетания метода ККСА с исследованием кинетики клеточных превращений при воздействии лекарств на клетку впервые показана эффективность использования топологических индексов для прогнозирования свойств лекарственных веществ разных химических классов одной фармакологической группы. Создано инновационное программное обеспечение для проведения поиска биологической активности химических веществ. На основе метода лазерной интерферометрии предложены критерии для стандартизации жидких лекарственных форм. Разработана новая методика с тандартизации и контроля качества жидких гетерогенных лекарственных форм с помощью метода лазерной дифракции. Практическая значимость работы

Использование топологических индексов позволяет более целенаправленно вести поиск новых лекарственных веществ с заданными свойствами. Полученные в ходе исследовательской работы результаты могут быть использованы при экспресс-контроле качества жидких лекарственных форм, оценке биологической активности лекарственных средств. Проект фармакопейной статьи (ФС) является основой для создания соответствующей государственной нормативной документации. Внедрение новой ФС позволит по сравнению с имеющимися фармакопейными методами измерения частиц -микроскопией и седиментационным анализом - существенно ускорить и повысить репрезентативность измерений. Разработанные компьютерные программы внедрены в учебный процесс преподавания предмета «Токсикологическая химия» в Российском университете дружбы народов. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новые возможности применения топологических расчетов молекул органической природы в сочетании с кинетикой клеточных превращений - для прогнозирования биологической активности лекарственных средств отдельных фармакологических групп.

2. Разработанные компьютерные программы:

«СЬешкРеп» (Свид. №2005612073) - для ввода и подготовки к расчету химических структурных формул;

«С11с1П1сОс5сгфЬ) (Свид. №2003612305) - для расчета топологических индексов сложных многоатомных молекул лекарственных веществ;

«СКсгтсВазе» (Свид. № №>2005612770) - для организации, поиска и хранения информации о структурных формулах и биологической активности;

«Vidan» (Свид. №2005612135) - для анализа и математической обработки интерференционных картин.

3. Методика исследования размерных спектров лекарственных форм: суспензий, эмульсий, настое* - методом лазерной дифракции для стандартизации,' экспресс-контроля, оценки стабильности и условий хранения.

4. Проект Фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света».

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Итоговой конференции СНО медицинского факультета Российского университета дружбы Народов «Клинические и теоретические аспекты современной медицины» (Москва, 2003); на Симпозиуме «Биоинформатика: путь от геномов к лекарству in silico» - XI Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2004); на V международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2004); на 15-ом Международном симпозиуме по фармацевтическому и биомедицинскому анализу «РВА 2004» (Флоренция, Италия, 2004); на XI Международной конференции «Новые медицинские технологии и квантовая медицина» (Москва, 2005); на IV Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии», (Москва, 2005). Публикации

По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы. Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 154 страницах с приложением на 8 страницах и состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, методы исследования, результаты исследований и их обсуждение, разработка фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света», заключение, выводы, библиографический список (24 источника) и приложение. Работа содержит 13 таблиц, 60 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования

В исследованиях использованы лекарственные вещества, разрешенные к медицинскому применению и отвечающие требованиям действующей нормативной документации: настойки, суспензии,' эмульсии, растворы для инъекций, порошки. При приготовлении разведений использовали бидистиллированную воду.

Расчет топологических индексов и поиск биологической активности проводили на основе метода «количественных корреляций структура-активность» с использованием зарегистрированных программ собственной разработки «ChemicDescript» (Свид. №2003612305), «ChemicPen» (Свид. №2005612073), «ChemicBase» (Свид. №2005612770).

Размерные спектры частиц дисперсной фазы растворов лекарственных средств получали с помощью лазерного малоуглового измерителя дисперсности (particle sizer) «Malvern 3600 Ее», оборудованного маломощным гелий-неоновым лазером и измерителя дисперсности лазерного ИДЛ-1. В данных приборах излучаемый монохроматический пучок света (АтахНШ нм), проходя через , экспериментальную ячейку, регистрируется в виде дифракционной картины на мультиэлементном фотоэлектрическом детекторе. Расчет размерных спектров производили На основе программного обеспечения фирмы «Malvem» по результатам обработки 5 тысяч мгновенных дифракционных изображений.

Для экспресс-контроля жидких : лекарственных средств применяли метод интерференции лазерного света. Для проведения эксперимента была создана установка для лазерной интерферометрии. Для. математической обработки интерференционных картин применяли оригинальную зарегистрированную компьютерную программу «Vidan» (Свид. №2005612135). . '

Разработку фармакопейной статьи осуществляли с использованием материалов проекта фармакопейной статьи Европейской Фармакопеи 2.9.31 (EDQM Pharmeuropa 16.4

2004), стандарта ISO 13320-1(1999), фармакопейной статьи <429> Фармакопеи США №29 (2006) и собственных результатов исследований.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ I. Разработка и применение пакета программ для прогнозирования биологической активности

Разработанный нами комплекс компьютерных программ представляет собой автономную систему, позволяющую вести поиск биологической активности среди множества химических соединений. Программный комплекс позволяет проводить отбор веществ-кандидатов с потенциально возможной активностью, систематизировать информацию для расчета и производить расчет биологической активности. Программный комплекс состоит из трех обособленных программ, каждая из которых взаимодействует с другими при помощи сохранения данных в файлах.

Поиск исходных данных о структурных формулах, параметрах биологической активности и вспомогательной информации позволяет вести программа «ChemicBase» (рис.1). Входные данные для программы «ChemicBase» использовали из открытого и общепризнанного формата баз данных химических соединений SDFile. Программа «ChemicBase» позволяет работать с базами данных, содержащими информацию о структуре и параметрах биологической активности свыше 250 000 химических соединений. В программе «ChemicBase» предусмотрена возможность экспорта структурных формул для дальнейшего использования в программах «ChemicPen» и «ChemicDescript». Данные биологической активности, физические и химические параметры молекул также можно сохранять для дальнейших вычислений. В программе осуществляется мгновенный доступ к любой записи, содержащей данные о конкретном химическом соединении, а также его поиск по номеру в базе данных. Правильность работы программы проверена на более чем 30 базах данных, опубликованных в открытом доступе в сети Internet.

Рис. I. Интерфейс пользователя программы «ChemicBase».

Программа «СЬегтнсРеп.» - интерактивный редактор химических формул и реакций (рис.2). Эта программа позволяет проводить подготовку структурных формул химических соединений для дальнейших расчетов. Программа «СЬегшсРеп» позволяет также редактировать структурные формулы, вводить текст к формулам и реакциям, сохранять результаты работы в файл, считывать их из файла, выводить на печать и помещать в виде рисунков химические структурные формулы и дополнительную информацию в текстовые и графические редакторы. Полученная р электронном виде структурная формула имеет закрепленные за каждым атомом номера в соответствии с топологией молекулы со

взвешенными химическими связями. «СЬеписОезспрО.

Эти данные передаются далее в программу

Рис.2. Интерфейс пользователя программы «СНеткРеп».

Программа «СЬепЦсВеэспрГ» (рис.3) на основе готовых структурных формул химических соединений с пронумерованными атомами и взвешенными химическими связями, а также введенными значениями параметра изучаемого свойства/активности,, позволяет осуществлять поиск количественных корреляций структура-активность или структура-свойство. Программа «СЬегшсОезшрЬ) позволяет изменять выборку химических веществ, редактировать значения параметра биологической активности или свойства. Программа «СЬегшсОезспрЬ) для каждого химического соединения осуществляет построение топологической матрицы и расчет пяти топологических индексов: Винера, Руврэ,. Балабана в модификации Тринайстича, а также индексов обхода и электропии. Кроме того, в программе предусмотрена возможность дальнейшего расширения и расчета других топологических индексов. На основании рассчитанных топологических индексов программа проводит линейный регрессионный анализ и определяет значения коэффициента регрессии для каждой пары «топологический индекс — значение биологической активности». Результаты анализа программа «СЬст^сОезсп'р!» представляет в виде графического отображения с возможностью сохранения в файл.

_ т-меа

ж. ом» т-июГ"

< Г р'.уаТМАДГуКфцХчЧмИ!"!*. ; * ь^ввиамеуиЧчччч'^и"*"1'-»»

о"!*........................

Рис.3. Интерфейс пользователя программы «СЬет!сйезспр1».

Весь программный комплекс разработан на современном языке программирования С++ [международный стандарт ISO/IEC 14882], алгоритмы оптимизированы на скорость вычисления. Время расчета зависит от числа атомов, исключая атомы водорода, и растет приблизительно в геометрической прогрессии от их числа. Число атомов в рассчитываемой молекуле может быть сколь угодно большим и зависит лишь от мощности используемого компьютера.

Одним из перспективных путей дальнейшего применения предлагаемого программного обеспечения является накопление массивов топологических индексов и выявление корреляции в различных рядах лекарственных средств с этими топологическими индексами с последующим компьютерным генерированием новой химической структуры, экстраполирующей данный ряд по заданным свойствам. Использование разработанного нами пакета программ позволило автоматизировать и существенно ускорить процесс по расчету топологических индексов при комбинации метода количественных корреляций структура-активность (ККСА) и кинетической теории клеточных превращений. В частности была найдена корреляция между максимальной суточной дозой нестерондных противовоспалительных средств и индексами Винера и Балабана.

Для прогнозирования биологической активности гомологичных рядов лекарственных веществ ранее был внедрен в практику метод ККСА. В случае не гомологичных рядов лекарственных веществ, особенно входящих в состав антибактериальных препаратов, применение метода ККСА возможно лишь при комбинировании с кинетикой клеточных превращений, что и было внедрено в настоящей работе.

И. Применение топологических индексов для исследования свойств лекарственных средств

1. Топологические индексы для индивидуальных лекарственных веществ

Первые попытки сопоставить биологическую активность и химические свойства соединений относятся к середине 19-го столетия. В 1863 г. Крое (Cros) обнаружил, что токсичность алифатических спиртов для млекопитающих возрастает по мере снижения растворимости спиртов в воде. В конце 19 в Мейср (Meyer) и Овертон (Overton) связали токсичность органических соединений с их липофильностью. В 20 в с развитием компьютерных вычислений метод ККСА вышел на новый уровень. Разработанные подходы к поиску биологической активности базировались на компьютерных алгоритмах. Индекс Холла использовали Buolamwini J.K. et al. (1996) для изучения ингибирующей активности II1V-1 интегразы на флавоновые производные и Vera A. et al. (1992) для определения канцерогенной активности алифатических нитрозаминов. Goel A. et al. в 1994 г применили индекс Винера для прогнозирования антивирусной активности 5-винилпиримидиновых аналогов. Топологический индекс OASIS был применен впервые для поиска бронхоспазмо-литической активности и токсичности теофиллиновых производных [Mekenyan О. et al., 2003].

Для успешного поиска корреляционных зависимостей между биологической активностью и структурой химических соединений чрезвычайно важно осуществить выбор молекулярных дескрипторов, отражающих эту структуру. Различные дескрипторы могут описывать разные свойства молекул — топологию, геометрию, распределение заряда и др. I {собходимо подобрать набор дескрипторов, которые отражают различные свойства молекул и не коррелируют друг с другом. С этой целью среди множества молекулярных дескрипторов нами были выбраны топологические индексы Винера (W), Руврэ (R), Балабана (Л. обхода (1р) и электропии (1е). Индекс W в основном отражает размеры и сложность молекулы - наличие функциональных групп, количество связей и атомов, в то время как индекс Балабана учитывает и число циклов, и сопряжений. Индексы W, R и J основаны на матрице расстояний, индекс 1р - на матрице обхода. Индексы W и R также являются кершинмо- и рсберно-взвешенными графами, так как они учитывают тип атомов (вершин i-рафа) и химических связей (ребер графа).

Для получения достоверных корреляций проводили отбор взаимно некоррелирующих дескрипторов, которые в то же время позволяли достаточно точно описать структуру

химических соединений. В качестве биологической активности рассматривали максимальную суточную дозу и период полувыведения лекарственного вещества.

Объект исследования представлял собой выборку из 80 лекарственных веществ 5 различных фармакологических групп: антибактериальные химиотерапевтические средства (антибиотики - макролиды и азалиды - 13, сульфаниламидные препараты - 18, противотуберкулезные средства - 16); противовоспалительные средства (нестероидные противовоспалительные средства — 15); психотропные средства - 18.

Проанализировав полученные зависимости «топологический индекс - максимальная суточная доза» видно, что разные фармакологические группы лекарственных средств, обладающих отличными видами биологической активности располагаются в разных областях графиков корреляционных зависимостей. В этом отношении особенно четко выделяется фармакологическая группа ангибиотиков-макролидов (рис.4, 5).

4-

• Противотуберкулезные л. с.

- Нейротрог>ыв л. с.

- НП8С

- Сульфаниламидные л.с.

• Макролиды и азалиды

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

И/

Рис.4. Зависимость топологического индекса Балабана Р) от топологического индекса Винера (IV) лекарственных средств (л.с.) различных фармакологических групп.

В область графиков корреляционных зависимостей антибиотиков-макролидов попадают два препарата из класса противотуберкулезных лекарственных средств -рифампицин и рифамицин (рис.6), что отражает их сложную макроциклическую структуру. Их структура в определенной степени подобна структуре антибиотиков-макролидов (рис.6) и азалидов, не используемых для лечения туберкулеза. Близость структур объясняется продуцированием их одним родом Бь-ерЮтусез и характеризуется широким спектром антибактериальной активности — в высоких концентрациях активны как в отношении грамположительных, так и грамотрицательных микроорганизмов. Другие 4 фармакологические группы исследуемых соединений располагаются на .1 - XV диаграмме в виде самостоятельных областей. Таким образом, на основе расчета топологических индексов W, J и 1р можно с определенной долей вероятности дать заключение о существовании или отсутствии у химического соединения биологической активности определенного типа.

9

4000а

/р

3500а зоооа 2500а 20000 1500а юооа бооа о

X - Противотуберкулезные л.с.

• - Нейротропныв л.с.

О •НПВС

О • Сульфаниламидные л.с.

А - Макролиды и аэалиды

У

"i-i

Ж

А

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

И/

Рис.5. Зависимость топологического индекса обхода (1р) от топологического индекса Винера (IV) лекарственных средств (л.с.)различных фармакологических групп.

а б в

Рис. б. Структурные формулы: а — рифампицина (полусинтетический препарат); б — рифамицина (продуцируется Slreplomyces mediterranei); в- кларитромицина (полусинтетический макролид).

На примере класса нестероидных противовоспалительных средств (НПВС) были изучены зависимости максимальной суточной дозы и периода полувыведения от топологических индексов W, J, R, 1р и 1е. Для каждого лекарственного средства группы НПВС на основании его структурной формулы рассчитывали топологичесхие индексы и проводили линейный, регрессионный анализ. Наиболее высокие значения коэффициента линейной регрессии (R>0,9) были отмечены у зависимостей максимальной суточной дозы от индексов W и J (рис.7).

Группа нестероидных противовоспалительных средств может быть разделена на две подгруппы (см. рис.7). В первой, представленной лекарственными средствами с трицикпическими структурными формулами (лекарственные средства № IV, VII, IX, X, XI, XII), максимальная суточная доза практически не изменяется, т.е. не зависит от структуры (W).

Во второй подгруппе, представленной лекарственными средствами с моно- и дициклическими структурными формулами ( № I, II, III, V, VI, VIII, XIII, XIV, XV), наблюдается корреляция между топологическими индексами W и максимальной суточной дозой с высоким значением коэффициента регрессии (R>0,9).

200 300 400 500 Индекс Винер«, W

2.4 2,8 3,2 Индекс Балмбвна, J

а б

Рис. 7 Корреляция между максимальной суточной дозой НПВС (ммоль) и топологическими индексами: а - W для моно- и дищклических структурных формул (окружности) и для трициклических структурных формуя (точки): б -J для всех НПВС за исключением оксикамов (окружности). Точками обозначены ЛС из подгруппы оксикамов.

1.Ацетилсалициловая кислота, Ц.Ибупрофен, Ш.Напроксен, П/.Фенилбутазон, V-Мефенамовая кислота, У1.Набуметон, УП.Кеторолак, УШ.Кегопрофен, 1Х.Индометацин,

Х.Сулиндак, Х1.Пироксикам, ХИ.Мелоксикам, ХШ.Диклофенак, ХГУ.Флюрбипрофен,

ХУ.Пирпрофен

В случае топологического индекса J обнаружены две структурные подгруппы (см. рис.7). Для первой многочисленной подгруппы выявлена корреляция с высоким значением коэффициента регрессии (R>0,9). Для второй подгруппы, представленной лекарственными средствами из группы оксикамов (№ XI, XII), не обнаружена зависимость от величины индекса J. Это особенно интересно, поскольку в отличие от остальных исследованных лекарственных средств НПВС группа оксикамов являются селективными ингибиторами циклооксигеназы-2 [Харкевич Д.А., 1999].

2. Комбинирование метода «количественные корреляции структура-активность» и кинетической теории клеточных превращений

В последнее время в нашей стране успешно апробированы кинетические модели функционирования клеток и клеточных популяций, использующих для описания развития клеточных систем уравнения химической кинетики, в том числе и цепных реакций [Эммануэль Н.М., 1985; Варфоломеев В.Н. и др., 1991; Ершов Ю.А., 1998,1999]. Использование многомерного вектора, составленного из топологических индексов и параметров токсичности для модельных клеточных систем, было предложено для получения взаимнооднозначных соответствий структура-активность среди органических соединений разных классов [Сыроешкин A.B., и др., 2000].

Применение метода ККСА для негомологичного ряда лекарственных веществ разных классов, но с выраженной однотипной биологической активностью, стало возможно путем его комбинирования с кинетикой клеточных превращений. Действие лекарственного средства на клетку можно представить в виде кинетической схемы лиганд-рецепторного взаимодействия, где в качестве лиганда выступает лекарственное вещество (JL), а в качестве рецептора - рецепторы клетки к данному лекарственному веществу (рис.8).

Согласно предложенной кинетической схеме действие лекарственного вещества на клетку включает две стадии. Первая стадия - это процесс взаимодействия лекарственного вещества с клеткой, характеризующийся константой равновесия *к1Геац. На второй стадии запускаются ответные механизмы в клетке, и эта стадия описывается константой 'kima.

(Cj.iL ^-»-(С')

(С) X 1

В результате действия лекарственного средства происходит переход состояния клетки из «больного» (С) в «здоровое» (С ). Одновременно с процессом лечения протекает квази-равновссный процесс токсического воздействия лекарственного вещества на клетку, который описывается константой ■'ктоп, в результате которого происходит лиганд-индуцированная гибель (некроз) клетки (С°). Причем для преобладания процесса «лечения» над процессом «токсического воздействия» необходимо выпол116ни6 соотношсния ^кнеш! » ■'ктов. Чем безопасней лекарственное средство, тем больше разница между данными константами.

Г(С)1 Г'Ь 1

•^топ можно выразить, используя закон действующих масс: ' к^ - (1),

[(С) х Ц

'к ГСС^х 'Ь1 Г(С1х 'Ы

откуда Г'ь, 1 = —""*'1 -1 (2) Соотношение У——-I при возникновении

[(С)] [(С)]

иитопатических реакций составляет не менее 1/4 и может быть обозначено в виде константы а для данного [^ Ь(ох ]. В результате получаем ['Ьих]= ^ктог1 а (3). В свою очередь, токсическая концентрация лиганда в крови может быть представлена как

!'!-„„]= (4), где тою« — токсическая доза лекарственного вещества; V ,,,„.„ — объем

крови. Приравняв правые части уравнений (3) и (4), токсическую дозу тою* можно

выразить как тоюх - а У>|юп, 'ктог1 (5) Так как средний объем крови в организме величина постоянная, его также можно обозначить константой, тогда будет справедлива формула ШпЕ< - Р 'ктст (6) Лиганд-рецепторное взаимодействие для каждого лекарственного вещества, происходящее в специфическом сайте связывания, характеризуется константой ^кщоп (в случае токсической дозы)

или 'к.1;сй1! (в случае терапевтической дозы) и обеспечивается комплементарностью структуры, которая отражается волновой функцией Функцию можно статистически оценить при помощи программы «НурегСЬет» фирмы «НурегсиЬе», но юлько в минимизированных по энергии условиях без учета водной среды. В то же время структуру химического вещества можно приближенно описать при помощи топологических индексов. Следовательно, -¡ктог, =/(топологические индексы) (7). Объединив формулы (6) н (7). получим ш [)10Х =/ (топологические индексы) (8). Действительно, такая связь прослеживается, например, в эксперименте по поиску количественных корреляций между фармакологическими свойствами группы сульфаниламидных препаратов и их структурой (Сыроешкин Д.В., Ковалева А.Н. и др., 2000].

Таким образом, на основе получаемых корреляционных зависимостей между токсическими или максимальными суточными дозами лекарственных веществ и рассчитанными для них топологическими индексами возможно прогнозирование биологической активности химических веществ и других фармакологических и токсикологических характеристик. Применение топологических индексов для вновь синтезированных и еще не используемых в качестве лекарств химических веществ позволяет также прогнозировать такие свойства, как доза, фармакокинетические характеристики, терапевтический эффект и т.д.

Топологические индексы, использовавшиеся в работе для органических веществ, могут быть применены впоследствии и для оценки биологической активности координационных соединений, но с соответствующей коррекцией расчета по взвешиванию координационной связи.

III. Развитие системы «количественные корреляции структура-активность» для жидких лекарственных форм

Метод ККСА хорошо зарекомендовал себя для прогнозирования биологической активности индивидуальных лекарственных веществ. В то же время пока не разработаны методики предсказания биологической активности лекарственного вещества в определенной лекарственной форме. Эта задача еще более усложняется, когда в состав комбинированного лекарственного препарата входит более одного лекарственного вещества В этом случае применение метода ККСА чрезвычайно усложняется. Для прогнозирования действия лекарственных средств в жидких лекарственных формах, а также для их стандартизации по структуре воды и контроля гомогенности/гетерогенности по дисперсной фазе в работе впервые применены методы лазерной интерферометрии, лазерной дифракции. 1. Исследование размерных спектров частиц в лекарственных формах методом лазерной дифракции

В Российской Федерации для ряда готовых жидких лекарственных форм нормативной документацией предусмотрена гомогенность их состава. Так, например, согласно ГФ СССР XI и более поздним ВФС и ФСП, настойки после приготовления не должны содержать осадка, однако допускается его образование при хранении. Механизмы образования дисперсной фазы в настойках представляются очевидными с учетом неконтролируемого появления в растворе субмикронных частиц из растительного сырья, экстракции амфифильных соединений, присутствия высокомолекулярных соединений, например, полисахаридов.

В глазных каплях и инъекционных формах должны отсутствовать механические включения. С другой стороны, в медицинской практике широко применяются лекарственные средства гетерогенной природы со строго нормированными размерами частиц дисперсной фазы (порошки, капсулированные лекарственные формы, бария сульфат для рентгеноскопии и др.).

С целью разработки методики приборного объективного контроля качества готовых лекарственных форм гомогенной или гетерогенной природы в работе были проанализированы 24 лекарственных средства в различных лекарственных формах: настойки (календулы, перца жидкого, пустырника, валерианы, перца стручкового, боярышника, аралии, прополиса, пиона); экстракт перца жидкий; глазные капли («Тауфон», сульфацил-натрия); капли Вотчела; рентгеноконтрастные . лекарственные средства разных производигелей на основе Ва804; суспензии («Циндол», «Маалокс», «Дексаметазон»); эмульсия бензилбензоата.

Методом малоугловой лазерной дифракции определяли размерные спектры образцов лекарственных веществ. Образцы отбирали по 3 мл, затем разводили их бидистиллированной водой 1:10 и 1:100.

Для каждого лекарственного средства были получепы численные (Н/М„бщ) и объемные (У./Уобш) распределения частиц по размеру в размерном интервале от 1 до 100 мкм. Измерения проводили как на приборе «МаЬет», так и на приборе «ИДЛ-1» (рис.9). На рисунке 9 показаны численное и объемное распределение частиц дисперсной фазы на стойки

календулы производства Тверской фармацевтической фабрики. Большинство частиц имеет размер менее 1 мкм. Частиц с размером >10 мкм содержится менее 1% от общего числа с максимумом в диапазоне 15-20 мкм.

На примере настойки прополиса Московской фармацевтической фабрики (см. рис.9) видно, что в ней присутствуют частицы дисперсной фазы, максимальное содержание которых (28-29%) приходится на диапазон 3-4 мкм. Большинство частиц в настойке имеет размер от 2 до 5 мкм, в то же время около 10% частиц имеют размер 6-15 мкм и имеется незначительная доля крупных частиц (менее 0,5%) размером 40-100 мкм. Очевидно, что в процессе хранения настойки образуется осадок, основная доля частиц которого имеет размер 3-4 мкм. Различие размерных спектров можно объяснить разными технологическими процессами приготовления настоек и условиями их хранения.

20 16 12

%

Настойка календулы 40 мл серия 170902

Тверская фарм. фарбрика

-*.Л? I

10

100

Рис. 9. Численное * и объемное распределения частиц дисперсной фазы (а - настойки календулы производителя «АООТ Тверская фарм. фабрика» серии 170902, б - фазы настойки прополиса производителя «ОАО Московская фарм. фабрика» серии

581202).

Для определения возможности применения метода лазерной дифракции для контроля качества жидких лекарственных средств проводили сравнительный анализ размерных распределений препаратов в зависимости от времени хранения. Особенно значительные изменения были обнаружены по истечению срока годности. На примере настойки пиона уклоняющегося (рис.10) видно, что при превышении срока годности лекарственного средства образуется дисперсная фаза с размером частиц около 3 мкм. В то же время в препарате на протяжении всего срока хранения присутствовала незначительная доля (менее 0.5%) крупных частиц размером от 30 до 100 мкм, объем которых составлял до 50% от объема всех частиц дисперсной фазы.

Таким образом, отсутствие мелких частиц дисперсной фазы с размером около 3 мкм, образующихся при хранении, может служить критерием пригодности препарата к применению.

При обобщении результатов исследования настоек валерианы, боярышника и пустырника оказалось, что тенденция изменения размерных спектров при хранении настоек проявляется в снижении полидисперсности лекарственных средств (Табл.1).

В качестве интегральной характеристики для оценки дисперсности препаратов применяли удельную площадь поверхности частиц дисперсной фазы вуд (м2/см3). Другим показателем выступало отношение удельной площади поверхности после 60 суток хранения к удельной площади поверхности на момент приобретения препарата Будг/ 5уД|. Этот показатель особенно существенен для настоек валерианы (39,8%) и пустырника (41,7%) и менее выражен для настойки боярышника (98,5%).

а б

Рис. ¡0. Численное • и объемное распределения частиц дисперсной фазы настойки пиона уклоняющегося производителя «ОАО Фармацевтическая фабрика С/П Галенофарм» серии 180802 (а- соответствие нормативной документации, б-с истекшим сроком

хранения).

Таблица 1

Изменение удельной площади поверхности частиц дисперсной фазы настоек при хранении

Настойка Б«, = в/У, м'Усм"1 х|00%

1.На момент приобретения 2.После 60 сут хранения

Боярышника 0,0951 ±0,0021 0,0937 ±0,0040 98,5

Пустырника 0,2477 ± 0,0676 0,1034 ±0,0076 41,7

Валерианы 0,2670 ±0,0185 0,1062 ±0,0084 39,8

Примечание: / = 23 °С, среднее ± среднеквадратичное отклонение {И = 9) при доверительной

вероятности 0,95

Изменение размерных спектров ЛС гетерогенной природы при различных условиях хранения, свидетельствующие о старении препарата, отражают изменение его фармакологических свойств. При этом не исключено, что окклюзия или адсорбция биологически активных компонентов на частицах дисперсной фазы настоек может влиять на их биодоступность и кинетику всасывания при пероральном приеме.

Примером важности контроля заданной степени дисперсности может служить 20% эмульсия бензилбензоата в воде очищенной (система «жндкость1-жидкость2»), применяющаяся для лечения чесотки. Несмотря на высокую степень дисперсности препарата, при хранении эмульсии происходит разделение жидких фаз, приводящее к снижению активности действующего вещества. При этом падает эффективность лечения. Одновременно препарат теряет свои характеристики по такому критерию как безопасность: у больного появляется контактный дерматит в месте нанесения эмульсии.

Оценка дисперсности не менее важна для гетерогенных систем «гвердое-газ». Методом лазерной дифракции проанализирована дисперсность трех отечественных (разные серии ЛП «Сульфат бария», «Бар - ВИПС») и двух зарубежных (Германия, Югославия) рентгеноконтрастных средств на основе сульфата бария.

Согласно численному распределению во всех образцах преобладали частицы с размером менее 1 мкм. В то же время некоторые авторы считают, что наибольший рентгеноконтрастный эффект наблюдается при использовании препаратов с размером частиц г > 1 мкм. Присутствие крупных частиц с размерами от 10 мкм и выше в некоторых ЛИ не

было обнаружено, в других - дифракционная картина отличалась для препаратов разных производителей и серий.

Отдельная серия экспериментов была проведена для суспензий. Например, суспензия для наружного применения «Циндол», которая используется для лечения различных кожных заболеваний — дерматитов, экзем с целью подсушивания кожи. Размерный спектр препарата «Циндол» свидетельствует о полидисперсности суспензии с преобладанием частиц размером около 3 мкм, также присутствует частицы с размером около 8 мкм.

Таким образом, проведенные исследования позволили подготовить проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света». Результаты исследований размерных спектров лекарственных средств методом лазерной дифракции также послужили основой для исследования надмолекулярных структур в лекарственных средствах методом лазерной интерферометрии.

2. Исследование надмолекулярных структур в лекарственных средствах методом лазерной интерферометрии

Недавно с помощью лазерного интерферометра были обнаружены гигантские гетерофазные кластеры (ГГК) воды [Смирнов А.Н. и др., 2004] в воде и в водных растворах. Они представляют собой упорядоченные структуры, отличающиеся от континуальной воды коэффициентом преломления света. Размерные спектры ГТК воды имеют характерные профили для определенных типов водных растворов. Для характеристики ГТК воды нами с помощью метода лазерной интерферометрии и компьютерной статистической обработки были предложены соответствующие критерии. Данные критерии позволяют количественно описать изменения, происходящие в водном растворе, проводить анализ жидких лекарственных форм в отношении показателей качества и стандартизовать их.

На лазерном интерферометре, подключенном к персональному компьютеру, проводили изучение изменений интерференционных картин ряда жидких лекарственных средств во времени. Были получены интерференционные картины (рис.11), представленные в виде дискретных элементов (320x240), для ряда жидких лекарственных форм - насгоек, экстрактов, суспензий, глазных капель.

а б

Рис.11. Вид мгновенной интерференционной картины настойки пиона, разведение 1:10, проецируемой на экран красным лазером (а) и дискретное представление ее части (б).

Изучение надмолекулярных структур жидких гомогенных лекарственных форм проводили, анализируя изменения мгновенных интерференционных картин, регистрируемых через определенные интервалы времени.

Экспериментальные интерференционные картины представляли в виде матрицы дискретных элементов с определенным значением интенсивности сигнала.

Полученные интерференционные картины математически обрабатывали с помощью разработанных нами критериев с1/, Ыг и (¡з, отражающих их степень различия и позволяющих количественно их оценивать.

Один из указанных критериев является самым простым с точки зрения расчета и учитывает только число различающихся элементов вне зависимости от степени различия.

J _ ^A-S', ф I ГЧАО/

ai ~ ■ (9), где it - общее число элементов; ús¡>sb - число элементов с

различием по уровню сигнала больше порогового значения; AS¡ - величина различий по уровню сигнала соответствующих элементов двух интерференционных картин; Sb- величина порогового уровня сигнала.

Основой для расчета второго критерия служит начальная интерференционная картина и суммарная интенсивность уровня ее сигнала. Этот критерий учитывает также степень различий для каждого дискретного элемента.

"г ~ . 7; 1 /o (10), где (при AS,> ASt) - сумма значений различий по уровню l, о

сигнала всех соответствующих элементов двух интерференционных картин; S — среднее значение уровня сигнала всех элементов первой интерференционной картины.

Третий критерий является наиболее информативным, так как основывается не на параметрах начальной интерференционной картины, а на величине максимально возможных различий двух гипотетических интерференционных картин - абсолютно черного (уровень сигнала равен 0) и абсолютно белого цвета (уровень сигнала равен 1).

1 __JJJ 4 ЛЛ^/

3 — i * л с (И), где ASmax - сумма максимально возможных значений

различий по уровню сигнала всех соответствующих элементов двух интерференционных картин.

На основании разработанных критериев интерференционных картин (d¡, d¡, di) получали их зависимости от времени (рис.12) и от порогового уровня отсечения сигнала шума регистрируемой интерференционной картины.

Рис. 12. Критерий оценки интерференционных картин d¡ (а • зависимость di(l),

б — зависимость величины стандартного отклонения SD[di(t)] от d2 (t)). 1 — Экстракт водяного перца жидкий серия 180802 ЗАО «Ростовская фарм. фабрика», 2 — «Циндол» суспензия для наружного применения серия 10505 ЗАО «Ярославская фарм. фабрика», 3 -Капли назальные «Риностоп» ксилометазолин 0,1% серия 100603 ЗАО «Фарм.

фирма ЛЕККО».

На рисунке 12 представлены результаты трех повторных измерений критерия di и статистическая обработка результатов измерений по величине стандартного отклонения критерия di(t) для экстракта водяного перца жидкого (1), суспензии «Цивдол» (2) и капель назальных «Риностоп» (3). Время изменения составляло 60 с, в настройках программы «Vidan» значение порогового уровня было установлено равным 10.

Значения критериев di. d2 и d3 существенно отличались в зависимости от вида лекарственного средства. Менее стабильную зависимость (2) для суспензии «Цивдол» можно объяснить явлениями седиментации, происходящими в суспензии во время измерения по сравнению с лекарственными средствами, которые согласно нормативной документации должны быть гомогенными. Значения стандартного отклонения критериев оценки интерференционных картин di, di и d3 характеризуют стабильность надмолекулярных структур в растворах лекарственных средств.

Таким образом, по величине колебаний значений критериев во времени, а также по величине стандартного отклонения критериев, можно судить о характере надмолекулярных структур водных растворов лекарственных средств. Вероятно, критерии различия можно рассматривать в качестве аналогов топологических индексов для анализа активности/действия препарата.

IV. Разработка проекта фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света»

При разработке проекта фармакопейной статьи использовали результаты исследований лекарственных веществ, разрешенных к медицинскому применению и отвечающих требованиям действующей нормативной документации: настойки, суспензии, порошки, эмульсии, растворы для инъекций. При приготовлении разведений использовали бидистиллированную воду.

Приборы и материалы

Для проведения лабораторных тестов и измерений использовался прибор фирмы Малверн Инструменте (Malvern Instruments) Malvern 3600 Ее и отечественный прибор Измеритель дисперсности малоугловой МИД-5, разработанный ВНИИФТРИ. Для проведения поверки приборов применялись стандартизованные частицы для флуоцитометрии, размером 6 мкм и не стандартизованные силикатные частицы. В качестве объектов исследования использовались лекарственные средства, закупленные в аптеках г. Москвы. Измерения проводили как непосредственно после закупки, так и после истечения срока хранения.

Разработанный проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света» включает следующие разделы: принцип, схема прибора, пробоподготовка, определение диапазона концентрации, методика определения, выбор оптической модели, повторные измерения, результаты измерений, калибрование прибора, поверка системы, воспроизводимость, повторяемость, меры предосторожности. В проекте приведены принципиальная схема работы прибора и интегральная кривая распределения результатов измерения.

Проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции спета» принят для экспертизы в Институт стандартизации лекарственных средств ФГУ НЦЭСМП и прошел рецензирование.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований в рамках диссертационной работы доказана возможность комбинированного применения топологических индексов для прогнозирования биологической активности лекарственных субстанций. Для проведения компьютерных расчетов разработаны и зарегистрированы компьютерные программы. Для оценки качества и стандартизации лекарственных средств разработана методика исследования размерных спектров методом лазерной дифракции. Подготовлен проект Фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света». Впервые для характеристики

жидких лекарственных форм применен метод лазерной интерферометрии для исследования надмолекулярных структур и гигантских гетерофазных кластеров воды.

В работе был использован системный подход прогнозирования фармакологических и токсических свойств лекарственных средств на основе количественной корреляции «структура — активность». Разработана новая методика исследования лекарственных средств различных фармакологических групп, которую применили для прогнозирования биологической активности нестероидных противовоспалительных средств.

Направленный автоматизированный поиск с помощью созданных нами компьютерных программ позволяет существенно снизить временные и материальные затраты на создание нового лекарственного средства. Мы предложили ряд оригинальных программ для реализации системного анализа свойств молекул лекарственных веществ, позволяющих также прогнозировать свойства гипотетических молекул. Изучение данных по токсичности, их обработка и использование на этапе поиска веществ-кандидатов позволяет ограничить число потенциальных веществ и максимально возможно сузить диапазон нежелательных эффектов. Эффективность данного системного подхода была проверена при изучении ряда лекарственных средств различных фармакологических классов.

Все увеличивающееся число доступных на фармацевтическом рынке лекарственных средств, тенденция роста фальсифицированной продукции требуют внедрения новых фармакопейных методов стандартизации и контроля качества готовых лекарственных форм, в том числе их стабильности, что обеспечивает их безопасность и эффективность. В последнее время особый интерес для фармацевтов во всем мире представляет разработка новых современных физико-химических и физических методов и измерительных приборов для контроля качества лекарственных средств. Метод лазерной дифракции, ранее применявшийся в других областях техники, предложен нами для внедрения в отечественную фармацевтическую практику. Проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света», основанный на результатах исследований в диссертационной работе, позволит поднять на новый уровень отечественный фармакопейный анализ жидких лекарственных форм.

ВЫВОДЫ

1. Впервые продемонстрирована возможность и эффективность сочетания метода топологических расчетов для молекул органической природы с кинетикой клеточных превращений, позволившие эффективно прогнозировать биологическую активность лекарственных средств отдельных фармакологических групп.

2. Разработаны и зарегистрированы компьютерные программы, основанные на методе ККСА, позволяющие вести поиск биологической активности среди множества химических соединений.

3. Установлено, что топологические индексы И, .Г, 1р, 1е для гетероатомных структур могут быть использованы при ККСА определении биологической активности следующих фармакологических групп: антибиотики - макролиды и азалиды, сульфаниламидные препараты, противотуберкулезные средства, нестероидные противовоспалительные средства и психотропные средства.

4. Впервые методом малоугловой лазерной дифракции исследованы размерные спектры лекарственных форм: суспензий, порошков, эмульсий, настоек, глазных капель -позволившие осуществлять стандартизацию, экспресс-контроль, оценку стабильности и условий хранения лекарственных форм по параметру «допустимое содержание частиц установленного размера».

5. Предложены критерии оценки интерференционных картин для стандартизации и экспресс-контроля жидких гомогенных лекарственных средств.

6. Подготовлен проект Фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света» на основе собственных исследований.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Попов П.И. Разработка алгоритмов расчета топологических индексов Винера и Балабана и их реализация в виде компьютерной программы. Материалы Третьей международной научно-практической конференции "Здоровье и образование в XXI веке". - М.: Изд-во РУДЫ, 2002. - С.328.

2. Попов П.И., Балышев А.В. Явления неброуновского анизотропного движения гидрофильной дисперсной фазы. в водных растворах. Тез, докл. Итоговая конференция СНО медицинского факультета. РУДН «Клинические и теоретические аспекты современной медицины». - М.: Изд-во РУДН, 2003. -С.98-99.

3. Попов П.И. Разработка программного обеспечения для анализа количественных

■■,,. корреляций структура-активность (ККСА) с использованием топологических

■ индексов. Тез. докл. Итоговая конференция СНО медицинского факультета РУДН «Клинические и теоретические аспекты современной медицины». -М.: Изд-во РУДН, 2003. - С.99-100.

4. Балышев А.В., Попов П.И. Разработка и применение нового метода стандартизации и контроля качеств жидких лекарственных препаратов гетерогенной природы на основе лазерной дифракции. Тез. докл. Итоговая конференция СНО медицинского факультета РУДН «Клинические и теоретические аспекты современной медицины». — М.: Изд-во РУДН, 2003. - С.11-12.

5. Попов П.И. ChemicDescript. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612305. РОСПАТЕНТ, 2003.

6. Применение метода количественных корреляций структура-свойство для прогнозирования терапевтических характеристик на примере группы нестероидных противовоспалительных средств / В.А. Быков, П.И. Попов, Т.В. Плетенева и др. // Химико-фармацевтический журнал. - 2004. - Т.38. - №5. — С. 17-22.

7. Основы применения лазерного малоуглового измерителя дисперсности' для стандартизации и контроля качества лекарственного средства / А.В. Сыроешкин, П.И.Попов и др. // Химико-фармацевтический журнал. - 2004. - Т.38. — №11. — С.43-48.

8. Нестероидные противовоспалительные средства: К вопросу о токсичности / И.Е. Анисимова, Е.М. Саломатин, Т.В. Плетенева, П.И. Попов // Судебно-медицинская экспертиза. - 2004. - №3. - С.37-41.

9. P. Popov, Т. Pleteneva, A. Syroeshkin, V. Varzanov. Application of a quantitative structure-property relationship method for predicting therapeutic characteristics on an example of group of nonsteroidal anti-inflammatory drugs: PBA2004 15th international symposium on pharmaceutical and biomedical analysis. Florence, Italy. - 2004. — C.297,

10. Кооперативное анизотропное движение дисперсной фазы в водных растворах / А.Н. Смирнов, В.Б. Лапшин, А.В. Балышев, П.И. Попов и др. // Электронный журнал "Исследовано в России", http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/039.pdf. - 2004. -С.422-426.

П.Попов П.И. ChemicPen. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612073. РОСПАТЕНТ, 2005.

12. Попов П.И., Сыроешкин А.В. Vidan. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612135. РОСПАТЕНТ, 2005.

13. Зависимость гранулометрического состава микрогранул с витаминами от способа их получения / Т.В. Максимова, В.А. Быков, Т;П. Калмыкова, А.В. Бухаров, П.И. Попов и др. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Медицина. Специальность «Фармация». - 2004. - №4 (28). - С.209-215.

14. Основы токсикологической химии; Методические указания для студентов заочного отделения медицинского факультета РУДН. / Т.В. Плетенева, П.И. Попов и др. - М.: Изд-во РУДН, 2004. - 53 с.

15. Основы аналитической токсикологии. Методология проведения химико-токсикологического анализа: Методические указания для студентов заочного отделения медицинского факультета РУДН. / Т.В. Плетенева, П.И. Попов и др. - М.: Изд-во РУДН, 2004. - 52 с.

16. Частные вопросы токсикологической химии. Химико-токсикологические аспекты отравлений летучими ядами: Методические указания для студентов заочного отделения медицинского факультета РУДН. / Т.В, Плетенева, П.И. Попов и др. — М.: Изд-во РУДО, 2004. - 39 с.

17. Частные вопросы токсикологической химии. Химико-токсикологические аспекты отравления веществами наркотического действия: Методические указания для студентов заочного отделения медицинского факультета РУДН. / Т.В. Плетенева, П.И. Попов и др. - М.: Изд-во РУДН, 2004. - 50 с.

18. Балышев А.В., Попов П.И. Изучение размерных спектров лекарственных форм: XI Международная конференция "Новые медицинские технологии и квантовая медицина"/ Сборник трудов конференции. - М.: Ассоциация "Квантовая медицина", 2005.-С.221-222.

19. Разработка установки для определения подлинности и экспресс контроля качества часгворов жидких и растворимых веществ. / П.И. Попов, Е.В. Успенская и др. / Материалы IV Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии», посвященной 100-летию со Дня рождения профессора С.П. Летунова.// Журнал Российской ассоциации по спортивной медицине и реабилитации больных и инвалидов. - 2005. - №3 (16). - С.32.

20. Laser diffraction for standardization of heterogeneous pharmaceutical preparations / A.V. Syroeshkin, P.I. Popov, T.V. Grebennikova, V.A. Frolov, T.V. Pleteneva. // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. - Chichester-Toronto: ELSEVIER, 2005. - №37. — P.927-930.

21. Значение новых международных стандартов в государственных системах управления качеством лекарственных средств. / Т.В Плетенева, В.А. Попков, П.И. Попов, А.В. Сыроешкин / Научно-практическая конференция «Актуальные проблемы образования, науки и производства в фармации». - Ташкент: ТФИ, 2005. - С.82-83.

22. Попов П.И. ChemicBase. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612770. РОСПАТЕНТ, 2005.

23. Токсикологическая химия / Т.В. Плетенева, Е.М. Саломатин, А.В. Сыроешкин, P.M. Бархударов, Н.А. Денисова, О.А. Избаш, А.Е. Коваленко, П.И. Попов и др. / Учебник для вузов под ред. Т.В. Плетеневой. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 512 с.

24. Вода как гетерогенная структура / А.В. Сыроешкин, А.Н. Смирнов, В.В. Гончарук, ГШ. Попов и др. // Электронный журнал "Исследовано в России". http://zhurnal.ape.relarn.ru/articIes/2006/088.pdf. - 2006. - С.843-854.

Попов Павел Игоревич (РОССИЯ)

РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ «КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ СТРУКТУРА-СВОЙСТВО» ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

В работе описываются новые подходы исследования лекарственных средств различных фармакологических групп. Показана возможность комплексного применения топологических индексов и кинетики клеточных превращений для прогнозирования биологической активности лекарственных субстанций. Разработано программное обеспечение для прогнозирования биологической активности химических веществ. Изучены размерные спектры ряда жидких лекарственных форм: настоек, суспензий, эмульсий и др. Впервые предложен экспресс-контроль жидких гомогенных лекарственных средств на основе лазерной интерферометрии. Разработан проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света».

Pavel I. Popov, (RUSSIA)

DEVELOPMENT OF «QUANTITATIVE STRUCTURE-PROPERTY RELATIONSHIP» COMBINED SYSTEM ELEMENTS FOR DRUG RESEARCH

The thesis presents new approaches for drug research of various pharmacological groups. A possibility of topological indices complex use combined with cell, transformation kinetics for prediction of biological activity of chemical compounds is illustrated. New software for prediction of biological activity of chemical substances is developed. Size distributions of various drug liquid forms - tinctures, suspensions, emulsions etc. are measured. Express-method of control liquid homogeneous medicines based on light scattering is introduced. A project of pharmacopoeia) text "Particle size measurement by light diffraction" is prepared.

Подписано в печать /, /У, Об. Формат 60 х 90 1/16

Объем /, У /г. Л- Тираж 100 экз.

Заказ №

Отпечатано в ООО КПСФ «Спецстройсервис-92» Отдел оперативной полиграфии 101000, Москва, Мясницкая, 35, стр.2

Создание новых лекарственных средств диктует необходимость разработки доступных методов прогнозирования их терапевтических и токсических свойств на этапе отбора веществ-кандидатов. Для решения этой задачи в последние десятилетия стали использоваться топологические индексы, позволившие эффективно проводить ККСА (С)8А11) -исследования (исследования количественных корреляций «структура-активность/структура-свойство»). Использование ККСА-подходов позволяет количественно характеризовать физико-химические свойства лекарственного вещества и их влияние на его биологическую активность. ККСА-исследования позволяют существенно ускорить создание нового лекарственного средства на этапе поиска вещества-кандидата, что связано с возможностью использования современного программного и аппаратного обеспечения, частично автоматизирующего данный этап работы. Среди многочисленных направлений ККСА-исследований наиболее эффективными являются анализ уравнения зависимостей логарифма коэффициента распределения гидрофильная/гидрофобная среда 1о§Р (или константы распределения Нернста 1о£Км) и логарифма обратной концентрации 1ой(1/С), необходимой для достижения определенного уровня биологической активности, электронных влияний заместителей, выраженных константой Хамметта, стерических коэффициентов Тафта, параметров Верлупа, уравнения Ханша, графики Крейга и схемы Топлисса [78].

Одним из перспективных направлений ККСА-исследований является разработка и применение дескрипторов химических веществ, в частности топологических индексов. Топологические индексы позволяют математически описать химическую формулу, что дает возможность осуществлять линейный регрессионный анализ зависимости топологический индекс - биологическая активность» и статистическую обработку результатов исследований [83].

Метод ККСА хорошо зарекомендовал себя для прогнозирования биологической активности индивидуальных лекарственных веществ [95,96]. Однако ККСА-метод не позволяет достоверно прогнозировать биологическую активность комбинированных лекарственных средств сложного состава и учитывать влияние компонентов лекарственной формы. Ранее была предложена [41] комбинированная система, позволяющая дополнить метод ККСА для жидких гомогенных и гетерогенных лекарственных форм - суспензий, эмульсий, настоек, галеновых препаратов кинетическими характеристиками клеточных превращений при воздействии лекарств на клетку и лазерными методами измерения дисперсности. Нам представлялось весьма актуальным разработать новые дескрипторы, позволяющие осуществлять стандартизацию и контроль качества жидких гомогенных и гетерогенных лекарственных форм с учетом указанных дополнений.

В этом направлении нами впервые в отечественной фармацевтической практике были использованы лазерные методы измерения дисперсности для контроля качества и обоснованы параметры стандартизации некоторых лекарственных средств. На основе полученных результатов была разработана нормативная документация. Проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света» является основой для организации процедуры контроля качества на производстве, при хранении и реализации фармацевтической продукции. Гармонизация проекта Фармакопейной статьи с ведущими фармакопеями мира [72,98,99,116].

Целью настоящей работы явилась разработка новых современных методов прогнозирования биологической активности лекарственных средств и контроля их качества на основе топологических расчетов, кинетики клеточных превращений и применения лазерных методов исследования дисперсности.

Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методологию создания баз данных химических соединений для оценки биологической активности и обеспечить соответствующее компьютерное программное обеспечение этой оценки.

2. Осуществить отбор топологических индексов, позволяющих вести поиск корреляций с параметрами биологической активности лекарственных веществ отдельных фармакологических групп.

3. Изучить фармакологические группы антибактериальных химиотерапевтических средств - антибиотиков макролидов и азалидов, сульфаниламидных препаратов, противотуберкулезных средств, нейротропных средств, нестероидных противовоспалительных средств для поиска корреляций топологических индексов с их терапевтической активностью.

4. Разработать методику на основе метода лазерной дифракции для контроля гомогенности растворов лекарственных средств, в которых согласно нормативной документации должна отсутствовать дисперсная фаза.

5. Исследовать методом лазерной интерферометрии ряд готовых лекарственных форм для разработки рекомендаций по стандартизации и контролю их качества.

6. Разработать проект фармакопейной статьи определения размера частиц дисперсной фазы лекарственных средств с помощью дифракции света.

На основе сочетания метода ККСА с исследованием кинетики клеточных превращений при воздействии лекарств на клетку впервые показана эффективность использования топологических индексов для прогнозирования свойств лекарственных веществ разных химических классов одной фармакологической группы. Создано инновационное программное обеспечение для проведения поиска биологической активности химических веществ. На основе метода лазерной интерферометрии предложены критерии для стандартизации жидких лекарственных форм. Разработана новая методика стандартизации и контроля качества жидких гетерогенных лекарственных форм с помощью метода лазерной дифракции.

Использование топологических индексов позволяет более целенаправленно вести поиск новых лекарственных веществ с заданными свойствами. Полученные в ходе исследовательской работы результаты могут быть использованы при экспресс-контроле качества жидких лекарственных форм, оценке биологической активности лекарственных средств. Проект фармакопейной статьи (ФС) является основой для создания соответствующей государственной нормативной документации. Внедрение новой ФС позволит по сравнению с имеющимися фармакопейными методами измерения частиц -микроскопией и седиментационным анализом - существенно ускорить и повысить репрезентативность измерений. Разработанные компьютерные программы внедрены в учебный процесс преподавания предмета «Токсикологическая химия» в Российском Университете Дружбы Народов.

выводы

1. Впервые продемонстрирована возможность и эффективность сочетания метода топологических расчетов для молекул органической природы с кинетикой клеточных превращений, позволившие эффективно прогнозировать биологическую активность лекарственных средств отдельных фармакологических групп.

2. Разработаны и зарегистрированы компьютерные программы, основанные на методе ККСА, позволяющие вести поиск биологической активности среди множества химических соединений.

3. Установлено, что топологические индексы Я, 3, 1р, 1е для гетероатомных структур могут быть использованы при ККСА определении биологической активности следующих фармакологических групп: антибиотики - макролиды и азалиды, сульфаниламидные препараты, противотуберкулезные средства, нестероидные противовоспалительные средства и психотропные средства.

4. Впервые методом малоугловой лазерной дифракции исследованы размерные спектры лекарственных форм: суспензий, порошков, эмульсий, настоек, глазных капель - позволившие осуществлять стандартизацию, экспресс-контроль, оценку стабильности и условий хранения лекарственных форм по параметру «допустимое содержание частиц установленного размера».

5. Подготовлен проект Фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света» на основе собственных исследований.

6. Предложены критерии оценки интерференционных картин для стандартизации и экспресс-контроля жидких гомогенных лекарственных средств.

-140-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований в рамках диссертационной работы доказана возможность комбинированного применения топологических индексов для прогнозирования биологической активности лекарственных субстанций. Для проведения компьютерных расчетов разработаны и зарегистрированы компьютерные программы. Для оценки качества и стандартизации лекарственных средств разработана методика исследования размерных спектров методом лазерной дифракции. Подготовлен проект Фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света». Впервые для характеристики жидких лекарственных форм применен метод лазерной интерферометрии для исследования надмолекулярных структур и гигантских гетерофазных кластеров воды.

В работе был использован системный подход прогнозирования фармакологических и токсических свойств лекарственных средств на основе количественной корреляции «структура - активность». Разработана новая методика исследования лекарственных средств различных фармакологических групп, которую применили для прогнозирования биологической активности нестероидных противовоспалительных средств.

Направленный автоматизированный поиск с помощью созданных нами компьютерных программ позволит существенно снизить временные и материальные затраты на создание нового лекарственного средства. Мы предложили ряд оригинальных программ для реализации системного анализа свойств молекул лекарственных веществ, позволяющих также прогнозировать свойства гипотетических молекул. Изучение данных по токсичности, их обработка и использование на этапе поиска веществ-кандидатов позволяет ограничить число потенциальных веществ и максимально возможно сузить диапазон нежелательных эффектов. Эффективность данного системного подхода была проверена при изучении ряда лекарственных средств различных фармакологических классов.

Все увеличивающееся число доступных на фармацевтическом рынке лекарственных средств, тенденция роста фальсифицированной продукции требуют внедрения новых фармакопейных методов стандартизации и контроля качества готовых лекарственных форм, в том числе их стабильности, что обеспечивает их безопасность и эффективность. В последнее время особый интерес для фармацевтов во всем мире представляет разработка новых современных физико-химических и физических методов и измерительных приборов для контроля качества лекарственных средств. Метод лазерной дифракции, ранее применявшийся в других областях техники, предложен нами для внедрения в отечественную фармацевтическую практику. Проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света», основанный на результатах исследований в диссертационной работе, позволит поднять на новый уровень отечественный фармакопейный анализ жидких лекарственных форм.