CC BY
13
https://clinical-journal.ru
Medical & pharmaceutical
JOU RNAL "PU LSE
vi
2022. Vol. 24. № 6
E-ISSN 2686-6838
RESEARCH ARTICLE 3. Medical sciences УДК 615.G76.7; 593.19
Corresponding Author: Kasimova Haha Vagifovna - Assistant of Pharmaceutical and Toxicological Chemistry Department RUDN University, Moscow Russian Federation
E-mail: kazimova.ilaha96@gmail.com
© Kazimova I.V., Tatarinova A.L., Uspenskaya E.V. - 2G22
I Accepted: 23.G6.2G22
Doi: 10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-6-132-136
ЭФФЕКТ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ФТОРХИНОЛОНОВ В СРЕДАХ РАСТВОРЕНИЯ РАЗНОЙ ПРИРОДЫ
Казымова И.В., Татаринова А.Л., Успенская Е.В.
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», г. Москва, Российская Федерация
Аннотация. Целью настоящей работы является оценка эффективности снижения токсичности лекарственных средств группы фторхинлонов (ФТХ) на примере готовых лекарственных средств (ГЛС). Для этого был применён оригинальный метод биотестирования Spirotox в сочетании с модельной схемой ферментативной кинетики Михаэлиса-Ментен. Предложенный комплексный подход позволяет описать механизмы взаимодействия клетки тест-культуры Spirostomum аmbiguа с ксенобиотиком по аналогии с химическими реакциями, катализируемыми ферментами. Это дает возможность количественно оценить биологическую активность лекарственных веществ по ответу (времени жизни) клетки на воздействие токсиканта. В качестве факторов, способствующих снижению токсичности ФТХ, рассмотрены среды растворения разной природы и изотопного состава. Известно, что природа растворителя с разным соотношением D/H демонстрирует развитие кинетического изотопного эффекта (КИЭ) при протекании биохимических процессов («легкая» вода), а также детоксицирующие свойства (комплекс гуминовых и фульвовых кислот, ГФК). Графически методом касательных к графику исследуемой функции 'ЧЬ,сек - -lgC" в точке приближения находили пересечение с осью абсцисс, соответствующее Ctox, моль/л. Показано, что разведение ГЛС фторхинрлонов «легкой» водой (с пониженным содержанием дейтерия, <1, ppm) или комплексом гуминовых и фульвовых кислот способствует увеличение времени жизни клеточного биосенсора в 3-4 раза по сравнению с водой очищенной. При подборе наибольшего значения коэффициента Пирсона из графической зависимости «tL - 1/Ln» в результате экстраполяции к x=0 и y=0 определены кинетические параметры ферментативной кинетики - Кр (по отрицательному отрезку, отсекаемому на оси ox) и fm (по отрезку, отсекаемому на оси oy). Полученные значения составили для ГЛС левофлоксацина: Kp=3,99 •10-2 моль/л, fm= 2,17 •10-3 сек-1 (разведения с водой очищенной), Kp=1,12-10-1 моль/л, fm= 4,62-10-2 сек-1 (разведения с «легкой» водой), Kp=6,37-10-1 моль/л, fm=1,61-10-2 s-1 (разведения с ГФК); для ГЛС моксифлоксацина: Kp=3,87 •10-3 моль/л, fm= 7,87 •10-2 секс-1 (разведения с водой очищенной), Kp=7,50'10-3 моль/л, fm=1,75-10-2 s-1 (разведения с «легкой» водой), Kp=9,89-10-8 моль/л, fm=2,0&10-2 сек-1 (разведения с ГФК). Полученные результаты по оценке эффективности снижения токсичности ФТХ в средах растворения разной природы методом биотестирования могут быть применены в фармацевтической промышленности для изготовления лекарственных средств с улучшенным фармакологическим профилем.
Ключевые слова: фторхинолоны, Spirotox-метод, ферментативная кинетика, "легкая" вода, гуминовые вещества, токсическая концентрация.
Kazimova I. V., Tatarinova A.L., Uspenskaya E.V.
Peoples Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russian Federation
Abstract. The purpose of this work is to evaluate the effectiveness of reducing the toxicity offluoroquinlone (FTQ) drugs. For this the Spirotox original method was used in combination with the model scheme of the enzymatic kinetics of Michaelis-Menten. Dissolution media of different nature and isotopic composition are considered as factors contributing to the reduction of the FTQ toxicity. The nature of a solvent with a different D/H ratio demonstrates the development of the kinetic isotope effect (KIE) during the course of biochemical processes ("light" water), as well as detoxifying properties (a complex of humic andfulvic acids, HFA). By the method of tangents to the graph of the"tL,sec - -lgC" function, an intersection with the ox axis corresponding to Ctox, mol-L-1 was found at the approximation point. It has been shown that the FTQ dilution with "light" water (with a reduced deuterium content, < 1 ppm) or a complex of humic and fulvic acids contributes to an increase in the cells lifetime by 3-4 times compared with purified water. When selecting the highest value of the Pearson coefficient from the graphical dependence "tL -1/Ln", as a result of extrapolation to x=0 and y=0, the enzymatic kinetic parameters were determined - Keq (by the negative segment on the ox axis) and fm (by the segment on the oy axis). The obtained values were for levofloxacin drug: Keq =3.99 •10-2 mol'L-1, fm= 2.17 •10-3 s-1 (dilution with purified water), Keq=1.12'10-1 mol'L-1, fm=4.62-10-2 s-1 (dilution with "light" water), Kp=6.37-10-1 mol-L-1, fm=1.61'10-2 s-1 (dilutions with HFA); for moxifloxacin drug: Keq=3.87-10-3 mol'L-1, fm= 7.87 •10-2 s-1 (dilution with purified water), Keq=7.50-10-3 mol • L-1, fm=1.75-10-2 s-1 (dilution with "light" water), Keq=9.89-10-8 mol • L-1, fm=2.0&10-2 s-1 (dilution with GFC). The results obtained can be used in the pharmaceutical industry for the manufacture of medicines with an improved pharmacological profile.
THE EFFECT OF DECREASING THE TOXICITY OF FLUOROQUINOLONES IN DISSOLUTION MEDIA OF DIFFERENT COMPOSITION
Включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК
при Министерстве образования и науки Российской Федерации —--—
https://clinical-journal.ru
E-ISSN 2686-6838
Key words: fluoroquinolones, Spirotox method, enzymatic kinetics, "light" water, humic substances, toxic concentration.
Введение. Фторхинолоны (ФТХ)- синтетические антимикробные (АМ) лекарственные средства, характеризующиеся улучшенными
фармакодинамическим и фармакокинетическим свойствами в сравнении с другими АМ препаратами за счет ингибирования 2-х жизненно-важных ферментов микробной клетки - ДНК-гиразы и топоизомеразы IV [1]. Однако ФТХ терапия может сопровождаться рядом нежелательных побочных эффектов (ПЭ), связанных с кардиотоксичностью, фототоксичностью, гепатотоксчностью и др. Как ключевой компонент оптимизации ФТХ терапии и снижения токсичности применяют подход, основанный на определении минимально подавляющих концентраций (МПК). Однако недостатками данного метода являются трудоемкость, большой расход материалов, длительность анализа, а также субъективность визуальной оценки результатов [2]. В связи с этим поиск альтернативных подходов для снижения выраженности токсических эффектов
лекарственной терапии, в том числе широко распространёнными в фармации ФТХ препаратами, приобретает значительную актуальность.
Цель настоящей работы - оценка эффективности снижения токсичности фторхинолонов III и IV поколений на примере левофлоксацина и моксифлоксацина в средах растворения разной
природы методом биотестирования на основе модели ферментативной кинетики.
Материалы и методы. Объектами исследований выступили готовые жидкие лекарственные формы -глазные капли: Вигамокс 0,5% - 5 мл (моксифлоксацин) (и Офтаквикс 0,5% - 5 мл (левофлоксацин). Для оценки токсичности исследуемых ФТХ использовали клеточный биосенсер Spirostomum ambigú (Spirotox-тест). Данный метод основан на анализе диаграмм «концентрация - время жизни» клетки.
Показателями изменения функционального состояния S. ambigú могут служить объективно регистрируемые изменения в двигательной активности, спонтанные сокращения тела и гибель [3]. Установка для биотестирования включает блоки: стеклянную термостатическую ячейку; термостат Lauda ALPHAA 6; Бинокль IBS-10. Аликвоту около 150 мкл анализируемого образца и 3-5 особей тест-культуры вводили в термостатическую ячейку. Постановка
эксперимента заключалась в использовании концентрационной кинетики: воздействие на клетку ксенобиотиком приводит к ее гибели через прохождение переходного состояния по аналогии с моделью ферментативной кинетики Михаэлиса-Ментен [4] (рис.1).
Kp
С
(клетка)
+nL
переходное состояние
CLn
fm
DC
(мертвая клетка)
Рисунок 1 - Кинетическая схема взаимодействия клеточного рецептора с лигандом.
Kp - константа равновесия обратимой стадии, fm- константа скорости необратимого перехода клетки в мертвое состояние.
Figure 1 - Kinetic scheme of interaction of a cellular receptor with a xenobiotic (ligand).
Kp - is the equilibrium constant of the fast reversible stage, fm-is the rate constant of the irreversible transition of the cell to the dead state.
Кинетическая схема лиганд-индуцируемой гибели S. ambigra включает промежуточное состояние (C-Ln), которое характеризуется изменением в двигательном поведении клетки. Стадией, определяющей скорость процесса лиганд-рецепторного взаимодействия, является переход в мертвое состояние (DC). (см. рис. 1). Готовые ЖЛФ были разведены в различных средах: «легкой» воде (<1, ppm D2O, Merck, Германия) и природном комплексе гуминово-фульвовых кислот (ГФК), изготовленном по технологии компании VimaVita (ООО «Система-БиоТехнологии», РФ). Комплекс ГФК представляет собой коллоидную дисперсную систему темно-бурого цвета (рН=7,98±0,1).
Обработка результатов осуществлялась с использованием программных пакетов Origin Pro
9.1 и представляла собой среднее значение ± ББ (п=3).
Результаты и обсуждение. На рисунке 2 представлены кривые «доза-ответ» для растворов-разведений лекарственных форм исследуемых ФТХ в различных средах: воде очищенной, воде «легкой» с пониженным содержанием дейтерия по отношению к природному 150 ррт, содержанию (ddw, «легкая» вода) и комплексе ГФК.
Вид кривых - экспоненциальное падение. Увеличение концентрации ФТХ приводит к уменьшению времени жизни клеточного биосенсора.
https://clinical-journal.ru
E-ISSN 2686-6838
А
tflft г в J
\
u
5 -И10
■
*
! !■■ Ill ,1bi|>|U J.U-1* Л.-""!'"
;л1ч|п' i.iiviii' j.d'Hl- s,u*iih; ii,n>ni'
С. моль/л
Б
ими i
<L\ мольЛп Д
аЛ'ИГ1 дл^кг1 -уыо-1 злы^1' ¿лы*1
С, моль/л В
Рисунок 2 - Зависимость времени жизни клеточного биосенсора Б. атЫ^а (диаграмма «доза-ответ») в растворах-разведениях моксифлоксацина (А, Б, В) и левофлоксацина (Г, Д, Е). На вставках - в координатах "!Ъ,сек - -^С":
А, Г - вода очищенная; Б,Д - комплекс гуминово-фульвовых кислот; В,Е - вода «легкая.
Видно, что в случае использования комплекса ГФК и «легкой» воды в качестве среды растворения время жизни клеточного биосенсора значительно увеличилось в сравнении с водой очищенной.
Для определения токсической концентрации (С, моль/л), при которой наблюдается изменение
i^mur* 4,1» id' «jd'Hh1
C, MO,7b/jl
E
Figure 2 - Dependence of the lifetime of the cellular biosensor S. ambigua (dose-response diagram) in dilution solutions of moxifloxacin (A, E, B) levofloxacin (r, ,3,, E). On the inserts - in the coordinates "tL,sec - -lgC": A, r - purified water; E„3, - complex of humic-fulvic acids; B,E - "light» water (ddw).
характера действия ксенобиотика на клеточный биосенсор, применяли метод касательных в координатах «время жизни S. ambigua - -lgC» (табл. 1).
https://clinical-journal.ru
E-ISSN 2686-6838
Таблица 1
Значения токсической концентрации фторхинолонов в разных средах растворения
Моксифлоксацин Левофлоксацин
Среда растворения pCtox=-lgC Ctox, моль/л pCtox=-lgC Ctox, моль/л
Вода очищенная 2,93 1,17*10"3 2,88 1,32*10"3
Комплекс ГФК 2,52 3,02*10"3 2,44 3,63*10"3
Вода «легкая» (ddw) 2,42 3,80*10"3 2,38 4,17*10"3
Table 1
Values of the toxic concentration of fluoroquinolones in different dissolution media
Moxifloxacin Levofloxacin
Dissolution medium pCtox=-lgC Ctox, mol/L pCtox=-lgC Ctox, mol/L
Purified water 2,93 1,17*10"3 2,88 1,32*10"3
Complex HFA 2,52 3,02*10"3 2,44 3,63*10-3
"Light" water (ddw) 2,42 3,80*10"3 2,38 4,17*10"3
Табличные данные демонстрируют значимое (в 3-4 раза) уменьшение токсической концентрации моксифлоксацина и левофлоксацина в среде гуминового-фульвового комплекса и «легкой» воде в сравнении с водой очищенной.
Мы предполагаем, что эффект, возникающий при замене изотопов, не может не оказывать влияния на биологические системы (кинетический изотопный эффект, КИЭ): благодаря меньшей вязкости ddw легче проникает через клеточные мембраны, повышает растворимость веществ и интенсивность обменных процессов, быстрее выводит из организма токсические соединения, что и было нами продемонстрировано (см. табл. 1). Эффект снижения токсической концентрации ФТХ в среде комплекса гуминовых-фульвовых кислот
можно объяснить, исходя из их состава, как металл-органических наноразмерных объектов [5], что определяет их выраженную биологическую активность и перспективы использования в качестве среды-разведения лекарственных средств.
На основании представленной выше схемы модели ферментативной кинетики (см. рис.1), нами были рассчитаны параметры Кр и £т, отражающие механизм токсического действия ФТХ:
tj -
+
Тт /)т £
, где tL - время жизни клеточного биосенсора, Ь"- концентрация лиганда (табл. 2).
Таблица 2
Кинетические параметры уравнения Михаэлиса-Ментен
Моксш »локсацин Левофлоксацин
Параметры Н2О ddw Комплекс ГФК Н2О ddw Комплекс ГФК
.fm, с 7,87-10-2 1,75-10"2 2,06-10"2 2,17 -10"3 4,62-10"2 1,61 -10"2
Kp, Mn 3,87-10-3 7,5-10"3 9,89-10"8 3,99 -10"2 1,12-Ю"1 6,37-Ю"1
Table 2
Kinetic parameters of the Michaelis-Menten equation
Moxifloxacin Levofloxacin
Parameters Н2О ddw humic-fulvic acid Н2О ddw humic-fulvic acid
fm, С-1 7,87-10-2 1,75-10"2 2,06-10"2 2,17 -10"3 4,62-10"2 1,61 -10"2
Kp, Mn 3,87-10-3 7,5-10"3 9,89-10"8 3,99 -10"2 1,12-Ю"1 6,37-Ю"1
Чем выше значение £т, тем больше скорость гибели клеточного биосенсора, и, соответственно выше токсичность лиганда. Видно, что величина £т уменьшается при замещении воды очищенной Н20 на воду с пониженным содержанием дейтерия
Выводы. Проведена оценка эффективности снижения токсичности фторхинлонов в средах растворения разной природы методом
биотестирования. Показано, что при использовании «легкой» воды и комплекса ГФК в качестве растворителя время жизни клеточного биосенсора значительно увеличилось в сравнении с водой очищенной. Определены значения Сох, моль/л, а также кинетические параметры ферментативной реакции £т и Кр. Результаты исследования можно использовать в промышленности при производстве ЛС с улучшенным фармакологическим профилем.
https://c1inical-journai.ru
E-ISSN 2686-6838
REFERENCES
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
[1]. Assar, S. Immunomodulatory Effects of Fluoroquinolones. A Review / S. Assar, R. Nosratabadi, H.K. Azad, J. Masoumi, M. Mohamadi M., G. Hassanshahi // Immunological Investigations. - 2021. -Vol. 50. - P. 1007-1026.
[2]. Fedyanin, S.D. Determination of the minimum suppressive concentration of antiseptics for the leading pathogens of surgical infections / S.D. Fedyanin, V.E. Shilin // Medical News. - 2020. - Vol. 12. - P. 315.
[3]. Uspenskaya, E.V. Assessment of biology activity of the peeling substances by the physicochemical approaches on the Spirostomum ambiguum cell model / E.V. Uspenskaya, T.V. Pleteneva, M. H. Pham, I.V. Kazimova // International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. - 2021. - Vol. 13. - P. 82-86.
[4]. Patiha, H.E. The langmuir isotherm adsorption equation: the monolayer approach / H.E. Patiha, Y. Hidayat, M. Firdaus // Materials Science and Engineering. - 2016. -Vol 107. - P. 012067.
[5]. Uspenskaya, E.V. Nanodispersions of Polyelectrolytes Based on Humic Substances: Isolation, Physico-Chemical Characterization and Evaluation of Biological Activity / E.V. Uspenskaya, A.V. Syroeshkin, T.V. Pleteneva, I.V. Kazimova, T.V. Grebennikova, I.T. Fedyakina, V.V. Lebedeva, O.E. Latyshev, O.V. Eliseeva, V. F. Larichev, T.M. Garaev, T.V. Maximova, M.A. Morozova, M.H. Pham // Pharmaceutics. - 2021. -Vol. 13.-P. 1954.
[1]. Assar, S. Immunomodulatory Effects of Fluoroquinolones. A Review / S. Assar, R. Nosratabadi, H.K. Azad, J. Masoumi, M. Mohamadi M., G. Hassanshahi // Immunological Investigations. - 2021. - Vol. 50. - P. 10071026.
[2]. Федянин, С.Д. Определение минимальной подавляющей концентрации антисептиков для ведущих возбудителей хирургических инфекций / С. Д. Федянин, В.Е. Шилин // Медицинские новости. - 2020. - Вып. 12.
- С. 315.
[3]. Uspenskaya, E.V. Assessment of biology activity of the peeling substances by the physicochemical approaches on the Spirostomum ambiguum cell model / E.V. Uspenskaya, T.V. Pleteneva, M. H. Pham, I.V. Kazimova // International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. - 2021.
- Vol. 13. - P. 82-86.
[4]. Patiha, H.E. The langmuir isotherm adsorption equation: the monolayer approach / H.E. Patiha, Y. Hidayat, M. Firdaus // Materials Science and Engineering. - 2016. - Vol 107. - P. 012067.
[5]. Uspenskaya, E.V. Nanodispersions of Polyelectrolytes Based on Humic Substances: Isolation, Physico-Chemical Characterization and Evaluation of Biological Activity / E.V. Uspenskaya, A.V. Syroeshkin, T.V. Pleteneva, I.V. Kazimova, T.V. Grebennikova, I.T. Fedyakina, V.V. Lebedeva, O.E. Latyshev, O.V. Eliseeva, V. F. Larichev, T.M. Garaev, T.V. Maximova, M.A. Morozova, M.H. Pham // Pharmaceutics. -2021. - Vol. 13. - P. 1954.
Author Contributions. Kazimova I.V.— performing the experimental part, writing the text; Tatarinova A.L. — performing the experimental part; Uspenskaya E.V.—planning the experiment.
Conflict of Interest Statement. The authors declare no conflict of interest.
Kazimova I. V. — ORCID ID: 0000-0002-4523-5511
Tatarinova A.L. — ORCID ID: 0000-0002-8566-6738
Uspenskaya E. V.—SPIN ID: 6729-8280; ORCID ID: 0000-0003-2147-8348
For citation: Kazimova I.V., Tatarinova A.L., Uspenskaya E.V. THE EFFECT OF DECREASING THE TOXICITY OF FLUOROQUINOLONES IN DISSOLUTION MEDIA OF DIFFERENT COMPOSITION. Medical & pharmaceuticaljournal "Pulse". - 2022;24(6): 132-136. doi: 10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-6-132-136.
Вклад авторов. Казымова И. В. — выполнение экспериментальной части, написание текста; Татаринова А.Л. -
выполнение экспериментальной части; Успенская Е.В.— планирование эксперимента.
Заявление о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Казымова И.В. - ORCID ID: 0000-0002-4523-5511.
Татаринова А.Л. — ORCID ID: 0000-0002-8566-6738
Успенская Е.В. — SPIN ID: 6729-8280; ORCID ID: 0000-0003-2147-8348
Для цитирования: Казымова И.В., Татаринова А.Л., Успенская Е.В. ЭФФЕКТ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ФТОРХИНОЛОНОВ В СРЕДАХ РАСТВОРЕНИЯ РАЗНОЙ ПРИРОДЫ // Медико-фармацевтический журнал "Пульс". 2022. - Т. 24. № 6. - С. 132-136. doi: 10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-6-132-136.
