Ученые разрабатывают новые лекарства с помощью ультразвука и лейкоцитов человека

11 февраля отмечался Всемирный день женщин в науке. Ежедневно женщины-ученые России вносят большой вклад в исследования федерального и мирового уровня, результаты которых находят применение в различных отраслях, в том числе в медицине. Ученый Пермского Политеха Лариса Волкова совместно с коллегами работает над выделением пептидов из лейкоцитов крови человека с помощью ультразвука. Ранее такую технологию не применяли. Полученные пептиды могут быть основой новых антибактериальных медицинских препаратов, содержащих естественные компоненты тканей организма. Научное сообщество все больше уделяет внимание разработке таких средств, потому что со временем у бактерий развивается привыкание к существующим антимикробным лекарствам, из-за чего лечение проходит сложнее и медленнее.

Пептиды – это белковые молекулы, состоящие из аминокислотных остатков. Они участвуют в регуляции множества биохимических процессов организма, могут действовать как гормоны, ферменты и антибиотики. Конкретно антимикробные пептиды представляют собой небольшие молекулы, способные подавлять клетки микроорганизмов. Они обладают низкой токсичностью по отношению к клеткам собственного организма, а устойчивость к ним бактерий вырабатывается медленнее, чем к традиционным антибиотикам.

Сейчас такие природные препараты изготавливают с помощью лейкоцитов млекопитающих (собак, коз, обезьян, лосей). Использование же активных пептидов из лейкоцитов человека – это перспективный многообещающий подход к созданию новых лекарственных препаратов. В настоящее время отсутствуют аналоги производства таких субстанций.

Выделение пептидов из клеток организма происходит обычно химическими или физическими способами с использованием растворов и низких температур. Но в большинстве случаев такие методы приводят к потере молекулярной массы пептидов, которые и так в лейкоцитах содержатся в небольших концентрациях.

Более оптимальный вариант – применение низкочастотного ультразвука, который на данный момент не используется для этих целей. Меняя частоту ультразвукового воздействия, его мощность, продолжительность и состав используемой среды, можно получить продукт с необходимыми свойствами.

Для определения антимикробных свойств ученые Пермского Политеха исследовали лейкоцитарный пептидный комплекс, полученный после воздействия ультразвука на лейкоциты доноров. Также использовали бактерии нескольких классов – Staphylococcus, Escherichia coli и Bacillus subtilis, которые в больших концентрациях приводят к воспалительным процессам в организме.

Например, инфекции кожи, пневмонии, эндокардиту, пищевому расстройству. С их помощью политехники проверяли реакцию бактерий на препарат. Наносили на них по 10 мкл исходного раствора лейкоцитарного комплекса и его разведений. Затем на сутки оставляли при 37°C и измеряли диаметры зон подавления роста бактерий.

– Эксперимент показал, что препарат имеет высокую антибактериальную активность и практически в одинаковой степени подавляет рост бактерий рода Staphylococcus. На бактерии E.coli и Bacillus subtilis действует немного слабее. Это подтверждает, что полипептидный комплекс, полученный из лейкоцитов крови человека с использованием ультразвуковых волн, перспективен для изготовления новых противомикробных препаратов, – рассказывает доктор медицинских наук, профессор кафедры окружающей среды Пермского Политеха Лариса Волкова.

Политехники также изучили спектр молекулярных масс препарата и выяснили, что он состоит из пептидов с массой от 440 до 3000 дальтон (единица, применяемая для масс молекул и атомов) и представляет собой комплекс из 15 основных пептидов. Это говорит об эффективности использования ультразвука, при обработке которым сохраняется необходимый массовый состав.

– Наша команда вносит большой вклад в разработку инновационных лекарственных препаратов мирового уровня. Экспериментальные данные говорят о широком спектре антибактериальной активности лейкоцитарного пептидного комплекса, обработанного ультразвуком. Мы регулярно занимаемся совершенствованием технологии и поиском новых биологических свойств препарата, – поделился руководитель проекта, кандидат медицинских наук Александр Волков.

Полученные результаты ученых Пермского Политеха позволят без ущерба извлекать пептидные соединения из клеток организма и в перспективе создавать комплексные лекарственные средства для лечения инфекционных заболеваний.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Антибиотики и химиотерапия» 2023, том 68.