Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,682

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗО[D]ТИАЗОЛА IN VIVO И IN SILICO

Липатников К.В. 1 Собин Ф.В. 1 Пулина Н.А. 1 Юшкова Т.А. 1 Краснова А.И. 1 Дозморова Н.В. 1
1 ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Проведен компьютерный прогноз биологической активности для новых производных бензо[d]тиазола с использованием программы PASS Online. Выбраны к синтезу соединения, перспективные с точки зрения проявления фармакологического эффекта. Структура полученных веществ подтверждена данными ИК-, ЯМР1H спектроскопии. Изучена противовоспалительная активность соединений методом каррагенинового отека. Анальгетический эффект определяли методом термического раздражения «горячая пластинка». Исследование сахароснижающего действия проводили с использованием модели аллоксанового диабета. Противомикробная активность изучалась в отношении тест-культур микроорганизмов St. aureus АТСС 6538-Р и E. coli АТСС 25922. Выявлены производные 4-(гет)арил-2-гидрокси-4-оксобут-2-еновых кислот, содержащие фрагмент бензо[d]тиазола, с фармакологическим действием на уровне или выше препаратов сравнения при низкой токсичности. Установлена некоторая взаимосвязь «биологическая активность in silico – биологическая активность in vivo».
производные бензо[d]тиазола
биологическая активность
компьютерное прогнозирование
1. Планирование in silico скрининга и экспериментальное изучение гипогликемических производных циклических гуанидинов / П.М. Васильев, А.А. Спасов, К.В. Ленская [и др.] // Кубанский научный медицинский вестник. – 2014. - № 6(148). – С. 11-15.
2. Пулина, Н.А., Юшков, В.В., Собин, Ф.В., Одегова, Т.Ф., Яценко, К.В., Федоренко, Е.Н. N-(2-бензотиазолил)амид 2-гидрокси-4-оксо-4-(4-хлорфенил)-2-бутеновой кислоты, обладающий противомикробной и противовоспалительной активностью // Патент России № 2396262. 2010. Бюл. № 22.
3. Пулина, Н.А., Юшков, В.В., Юшкова, Т.А., Собин, Ф.В., Краснова, А.И., Залесов, В.В., Вахрин, М.И. 2-гидрокси-4-оксо-4-фенил-2-бутеноат бензотиазолиламмония, обладающий гипогликемической активностью // Патент России № 2412177. 2011.Бюл. № 5.
4. Пулина, Н.А., Юшкова, Т.А., Собин, Ф.В., Юшков, В.В. N-(2-бензотиазолил)амид 3-бром-2,4-диоксо-4-(4-метоксифенил)бутановой кислоты, обладающий гипогликемической активностью // Патент России № 2455293. 2012. Бюл. № 19.
5. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая / ред. кол.: А.Н. Миронов, Н.Д. Бунатян, А.Н. Васильев [и др.]. — М.: Гриф и К, 2012. — 944 с.
6. Синтез и биологическая активность новых производных 1,3-бензотиазола / Н.А. Пулина, Ф.В. Собин, Т.А. Юшкова [и др.] // Хим.-фарм. журн. - 2014. - Т. 48, №8. - С. 20-23.
7. Юрасова, А.А., Макарова, А.С., Скобелев, Д.О. Внедрение в Российской Федерации современной модели классификации опасности химической продукции // Токсикол. вест. - 2011. - №1(106). - С. 2-10.
8. Benzothiazole derivatives and its Biological activities: A Review / R. Kumar [и др.] / Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. - 2012. - Vol. 3, Issue 3. - P. 166-178.
9. Сommon methods to synthesize benzothiazole derivatives and their medicinal significance: a review / S. Khokra, K. Arora, H. Mehta [и др.] / International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. - 2011. - Vol. 2(6). - P. 1356-1377.
10. Review of the 2-Amino Substituted Benzothiazoles: Different Methods of the Synthesis / J. Malik, F. Manvi, B. Nanjwade [и др.] / Der Pharmacia Lettre. - 2010. - 2(1). - P. 347-359.
Получение высокоэффективных и малотоксичных биологически активных органических соединений остается одним из приоритетных направлений развития фармацевтической науки в настоящее время. С учетом проводимой государственной политики импортозамещения к 2020 г. предполагается до 50% увеличить присутствие на фармацевтическом рынке отечественных инновационных лекарственных препаратов с оптимальным профилем безопасности. Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений деятельности ученых из различных стран является использование метода in silico для поиска и целенаправленного синтеза новых биологически активных соединений с заданными видами фармакологического действия.

Обширные исследования в области синтеза и определения биологической активности 4-(гет)арил-2-гидрокси-4-оксобут-2-еновых кислот остаются актуальными за счет наличия в исходной матрице кислоты нескольких реакционных центров, позволяющих вводить в структуру различные биологически активные фрагменты. В ряду данных производных ранее были получены запатентованные соединения, содержащие в своей структуре бензо[d]тиазол, обладающие противомикробной, противовоспалительной и гипогликемической активностью [2-4]. Известно, что данный фармакофор содержится в таких лекарственных препаратах, как рилузол, прамипексол, тиарамид, этоксозоламид. Кроме того, установлено, что производные, содержащие этот гетероцикл, обладают противовоспалительным, антимикробным, противовирусным, антигельминтным, противоопухолевым, противосудорожным и другими видами биологического действия [6,8-10]. Таким образом, представляет интерес проведение анализа результатов испытаний in silico и in vivo, а также выявление некоторых закономерностей «структура - биологическая активность» в ряду производных 4-(гет)арил-2-гидрокси-4-оксобут-2-еновых кислот, содержащих фрагмент бензо[d]тиазола.

Целью работы является сравнительное исследование данных, полученных в программе PASS Online, с результатами фармакологического скрининга новых производных бензо[d]тиазола.

Материалы и методы исследования

На предварительном этапе компьютерный прогноз биологической активности был осуществлен для 89 запланированных к синтезу химических соединений, содержащих в структуре фрагмент бензо[d]тиазола. Критериями оценки степени активности в системе PASS Online служили вероятность проявления активности Pa, а также отношение вероятности проявления активности к вероятности ее отсутствия Pa/Pi [1]. Лишь соединения, предположительно обладающие одним из доступных к изучению видов активности (противовоспалительная, анальгетическая, гипогликемическая, противомикробная), были включены в работу. Таким образом, к синтезу было предложено 34 соединения, установлена их тонкая структура, определены физико-химические, а также спектральные характеристики методами ИК-, ЯМР1Н-спектроскопии. Для проведения фармакологического скрининга полученным соединениям присвоены условные шифры от I до XXXIV.

Острая токсичность наиболее активных соединений изучали на белых нелинейных мышах обоего пола массой 18-22 г с определением LD50 по методу Першина Г.Н. Каждое соединение испытывали на 6 животных. Соединения вводили перорально в виде взвеси в 2% крахмальном растворе однократно, после чего животные находились под наблюдением в течение 14 дней. Контрольным животным вводили эквиобъемное количество 2% крахмального раствора [5].

Противовоспалительная активность синтезированных соединений изучалась на модели острого воспалительного отека, вызванного субплантарным введением 0,1 мл 1% водного раствора каррагенина в заднюю лапу крыс. Вещества вводили перорально в дозе 50 мг/кг в виде взвеси в 2 % крахмальном растворе. О противовоспалительном действии судили по степени торможения отека (в %) в сравнении с контролем (2% крахмальная слизь). Препаратом сравнения являлся диклофенак, вводившийся в дозе 10 мг/кг [5].

Анальгетическую активность определяли на беспородных мышах обоего пола массой 16-22 г по методике термического раздражения «горячая пластинка». Исследуемые вещества вводили перорально в дозе 50 мг/кг в виде взвеси в 2% крахмальной слизи за 30 мин до помещения животных на горячую пластинку. Показателем болевой чувствительности служила длительность пребывания мышей на горячей пластинке до наступления первых признаков оборонительной реакции - облизывание или отдергивание задних лапок. Каждое соединение испытывали на 6 животных. В качестве препарата сравнения использовали метамизол натрия и диклофенак в дозе 50 мг/кг [5].

Изучение гипогликемического действия проводили на модели аллоксанового диабета. Опыты осуществлялись на белых нелинейных крысах обоего пола. Животных лишали пищи за 16 часов до опыта и на время его проведения. Экспериментальную гипергликемию моделировали внутрибрюшинным введением аллоксана тригидрата («Alfa Aesar®») в дозе 170 мг/кг. Концентрацию глюкозы в крови животных определяли глюкозооксидазным методом до введения исследуемых соединений, а также через 120 мин. после него. Степень гипогликемической активности соединений сравнивали с активностью метформина в дозе 50 мг/кг [5].

Противомикробную активность синтезированных соединений устанавливали методом двукратных серийных разведений в жидкой питательной среде по отношению к тест-культурам микроорганизмов St. aureus АТСС 6538-Р и E. coli АТСС 25922. Микробная нагрузка составила 2,5 × 105 микробных тел/мл. Учет результатов проводили через 18-20 часов термостатирования при температуре 37ºС. Для всех исследуемых соединений определяли минимальные ингибирующие концентрации (МИК) в мкг/мл. В качестве растворителя соединений использовали ДМФА, препаратами сравнения служили хлоргексидин и диоксидин [5].

Результаты исследования и их обсуждение

В результате изучения острой токсичности производных бензо[d]тиазола установлено, что LD50 соединений IV, VII и XII составляет 5800, 3800, 4300 мг/кг соответственно и, согласно классификации опасности химической продукции, эти вещества можно отнести к 5 классу опасности [7].

Противовоспалительная активность была изучена у шести производных бензо[d]тиазола. Результаты in silico и in vivo приведены в таблице 1. Выявлено, что синтезированные соединения в экспериментальном опыте проявляют противовоспалительное действие различной степени выраженности. Обнаружены соединения I, IV и XVIII, обладающие активностью на уровне препарата сравнения диклофенака, что подтвердило результаты, полученные в программе PASS Online, но была предсказана лишь низкая вероятность нахождения данного фармакологического эффекта. При этом для соединения XX соотношение Pa/Pi было меньше 10. Однако, биологическое действие соединения на первом часу наблюдения сопоставимо с препаратом сравнения.

Таблица 1

Противовоспалительная активность производных бензо[d]тиазола

Шифр соединения

Экспериментальное значение (торможение каррагенинового отека, %)

Прогноз PASS

1 час

3 часа

5 часов

I

53,5±2,9

38,2±2,0

38,5±2,8

+

IV

38,8±3,2

62,4±3,8

55,7±3,1

+

XVII

9,49 ± 10,64

21,53 ± 13,01

27,3 ± 11,44

+

XVIII

21,4±1,8

56,98 ± 6,35

68,96 ± 13,53

+

XIX

23,29 ± 4,92

51,6 ± 5,75

32,7 ± 7,84

+

XX

64,3±2,3

41,4±3,1

30,5±2,3

-

диклофенак

40,7±4,5

66,2±4,7

60,6±4,3

+++

+++ - Pa/Pi≥100; ++ - 10 ≤ Pa/Pi< 100; + - 1 < Pa/Pi< 10.

Наличие анальгетической активности было исследовано у шести соединений. Полученные данные представлены в таблице 2. Компьютерным прогнозом установлено, что анальгетическое действие могут оказать только три изученных соединения. Тем не менее, выявлены экспериментальные данные о том, что все синтезированные производные бензо[d]тиазола обладают обезболивающим действием. Обнаружены соединения, сопоставимые по силе действия с препаратами сравнения.

Таблица 2

Анальгетическая активность производных бензо[d]тиазола

Шифр соединения

Увеличение латентного периода оборонительного рефлекса через 30 мин / %

Увеличение латентного периода оборонительного рефлекса через 60 мин / %

Прогноз PASS

I

126,6

166,6

-

II

161,1

92,2

+

III

111,9

128,8

-

IV

101,1

202,2

-

V

106,7

140,0

+

VII

28,6

137,5

+

метамизол натрия

145,5

180,0

+++

диклофенак

133,3

153,3

+++

+++ - Pa/Pi≥100; ++ - 10 ≤ Pa/Pi< 100; + - 1 < Pa/Pi< 10.

Определение гипогликемической активности экспериментально осуществляли у 17 соединений. Результаты приведены в таблице 3. Нами обнаружено, что хелат XX оказывает выраженное гипогликемическое действие, а бромированные производные V-VII сопоставимы по силе действия с эффектом метформина. При этом in silico вероятность данной активности показана у всех изученных соединений, что может свидетельствовать о перспективности поиска данного вида биологического действия в ряду производных бензо[d]тиазола.

Таблица 3

Гипогликемическая активность производных бензо[d]тиазола

Шифр соединения

% торможения гипергликемии через 120 мин

Прогноз PASS

I

42,5±2,3

+

II

11,7±2,8

+

III

22,4±1,6

+

IV

29,7±3,7

+

V

49,3±1,3

+

VI

48,8±2,0

+

VII

57,6±2,6

+

VIII

26,7±5,8

+

IX

43,8±7,4

+

X

41,5±2,3

+

XI

37,7±4,4

+

XII

48,3±3,8

+

XIII

13,4±2,8

+

XIV

25,3±1,7

+

XV

20,4±3,6

+

XVI

8,8±2,3

+

XX

41,5±2,3

+

метформин

54,5±2,9

+++

+++ - Pa/Pi≥100; ++ - 10 ≤ Pa/Pi< 100; + - 1 < Pa/Pi< 10.

В выборку для изучения антибактериального действия попало 31 производное. Установлено, что по программе PASS Online большинство соединений оказывают низкий антимикробный эффект. Однако в ходе эксперимента было выявлено, что производное IV, содержащее электроноакцепторный заместитель в арильном фрагменте, превышает по активности диоксидин в 31 и 16 раз соответственно для St. aureus и E. coli. При переходе к незамещенным, метил- и метоксизамещенным производным I, II, III происходит снижение противомикробного действия до уровня диоксидина. У бензо[d]тиазолиламидов V, VI наблюдается уменьшение противомикробной активности по сравнению с соединениями I, II, IV. В то же время, у амидов VII, VIII выявлена активность выше диоксидина. При этом установлено, что для всех соединений с соотношением Pa/Pi меньше 10 отмечается крайне низкая антибактериальная активность, что подтверждает эффективность использования программы PASS Online для предсказания данного вида активности.

Таблица 4

Противомикробная активность производных бензо[d]тиазола

Шифр соединения

МИК, мкг/мл

Прогноз PASS

St. aureus / E/ coli

I

62,0/62,0

+

II

62,0/500

+

III

31,0/31,0

+

IV

2,9/4,2

+

V

125/125

++

VI

250/250

++

VII

31,0/31,0

++

VIII

7,8/31,0

++

IX

500/500

-

X

1000/1000

-

XI

1000/1000

-

XII

1000/1000

-

XIII

500/1000

-

XIV

1000/1000

-

XV

1000/1000

-

XVI

1000/1000

-

XX

500/1000

-

XXI

500/1000

-

XXIII

500/1000

-

XXIII

125/125

+

XXIV

250/250

+

XXV

250/250

+

XXVI

125/1000

+

XXVII

500/500

+

XXVIII

500/500

+

XXIX

500/1000

+

XXX

250/250

+

XXXI

1000/1000

+

XXXII

1000/1000

+

XXXIII

500/1000

+

XXXIV

1000/1000

+

диоксидин

62,0/62,0

++

хлоргексидин

125/125

++

+++ - Pa/Pi≥100; ++ - 10 ≤ Pa/Pi< 100; + - 1 < Pa/Pi< 10.

Выводы

1. Исследована биологическая активность тридцати четырех производных бензо[d]тиазола в сравнении in vivo и in silico.

2. Выявлены экспериментально вещества I и IV, обладающие противовоспалительной, анальгетической и противомикробной активностью на уровне или выше препаратов сравнения.

3. В результате опытных исследований обнаружено соединение VII с гипогликемическим эффектом на уровне препарата сравнения. Вещество VIII проявляет противомикробную активность in vivo выше эффекта препаратов сравнения.

Рецензенты:

Молохова Е.И., д.ф.н., профессор, профессор кафедры промышленной технологии с курсом биотехнологии Пермской государственной фармацевтической академии, г. Пермь;

Яковлев И.Б., д.ф.н., профессор, заведующий кафедрой фармакологии Пермской государственной фармацевтической академии, г. Пермь.


Библиографическая ссылка

Липатников К.В., Собин Ф.В., Пулина Н.А., Юшкова Т.А., Краснова А.И., Дозморова Н.В. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗО[D]ТИАЗОЛА IN VIVO И IN SILICO // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22113 (дата обращения: 25.09.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252