Морская фармакогнозия
 | Эта статья написана как личное размышление, личное эссе или аргументативное эссе , в котором излагаются личные чувства редактора Википедии или представлен оригинальный аргумент по определенной теме. ( Март 2018 г. ) |
Морская фармакогнозия — это исследование и идентификация важных с медицинской точки зрения растений и животных в морской среде. Это подразделение наземной фармакогнозии. Обычно препараты получают из морских видов бактерий, вирусов, водорослей, грибов и губок. Это относительно новая область исследований в западной медицине, хотя многие морские организмы использовались в традиционной китайской медицине . Лишь в 2004 году FDA впервые одобрило препарат прямо из моря: зиконотид , выделенный из морской конусной улитки.
Поскольку 79% поверхности Земли покрыто водой, исследования химии морских организмов относительно неисследованы и представляют собой обширный ресурс для новых лекарств для борьбы с такими серьезными заболеваниями, как рак , СПИД или малярия . Исследования обычно сосредотачиваются на сидячих организмах или медленно движущихся животных из-за присущей им потребности в химической защите.
Стандартные исследования включают экстракцию организма подходящим растворителем с последующим анализом этого сырого экстракта на предмет конкретного заболевания или рационально направленное выделение новых химических соединений с использованием стандартных методов хроматографии .
Морские организмы как источники натуральных продуктов
[ редактировать ]Более 70% поверхности Земли покрыто океанами, которые содержат 95% биосферы Земли. [1] Впервые организмы появились в море более 3500 миллионов лет назад. Со временем они развили множество различных механизмов, позволяющих выжить в различных суровых условиях окружающей среды, включая экстремальные температуры, соленость, давление, различные уровни аэрации и радиации, преодоление эффектов мутации и борьбу с инфекциями, загрязнением и разрастанием других организмов. [1] [2] Адаптация к выживанию в различных средах может осуществляться путем физической или химической адаптации. Считается, что организмы без видимой физической защиты, такие как сидячие организмы, развили химическую защиту, чтобы защитить себя. [1] Также считается, что соединения должны быть чрезвычайно мощными из-за эффекта разбавления морской воды. Было описано, что это аналоги феромонов, но их цель – отталкивать, а не привлекать. [3] Кроме того, хищники разработали химическое оружие, чтобы парализовать или убить добычу. Conus magus — это пример конусной улитки, у которой есть отравленный снаряд, похожий на гарпун, который она использует, чтобы парализовать добычу, как мелкую рыбу. [4] Считается, что некоторые организмы, такие как рыба-гадюка , привлекают мелкую рыбу или добычу с помощью своего фотофора . [5]
На наличие биологически активных соединений было исследовано множество различных морских организмов. Некоторые позвоночные животные включают рыб, акул и змей. Некоторыми примерами беспозвоночных являются губки, кишечнополостные, оболочники, иглокожие, кораллы, водоросли, моллюски и мшанки. Некоторые микроорганизмы включают бактерии, грибы и цианобактерии. [6]
Настоящий продюсер
[ редактировать ]Продолжаются споры о том, какие организмы на самом деле являются истинными производителями некоторых соединений. Около 40% биомассы губок могут составлять микроорганизмы. Неудивительно, что некоторые соединения на самом деле могут производиться симбиотическими микроорганизмами, а не хозяином.
Биологическое разнообразие морской среды
[ редактировать ]Морская среда считается более биологически разнообразной, чем наземная. [4] [7] Тридцать два различных типа животных представлены в океанах из 33 признанных типов. Пятнадцать различных типов представлены только в морской среде, и только один является исключительно наземным. Морские типы также содержат функционально уникальные организмы, такие как фильтраторы и сидячие организмы, не имеющие наземных аналогов. Также морские автотрофы более разнообразны, чем их наземные собратья, что чрезвычайно важно. Считается, что морские автотрофы происходят как минимум от 8 древних клад, тогда как наземные организмы в основном происходят от одной клады, Embyrophyta . [7] Морская среда может содержать более 80% мировых видов растений и животных. [6] Разнообразие коралловых рифов может быть необычайным: видовое разнообразие достигает 1000 видов на квадратный метр. Сообщается, что самое большое морское тропическое биоразнообразие находится в Индо-Тихоокеанском океане. [8]
Технологические требования к отбору проб
[ редактировать ]Сбор морских проб может варьироваться от очень простого и недорогого до очень сложного и дорогостоящего. Пробы, взятые вблизи или на берегу, легко доступны при прочесывании пляжа , переходе вброд или подводном плавании . [3] [9] Сбор проб из глубокой воды можно выполнить с помощью дноуглубительных работ , однако это очень инвазивный метод, который разрушает местную среду обитания, не позволяет повторно брать пробы из одного и того же места и ставит под угрозу целостность проб. Кореры можно использовать для быстрого, простого и недорогого отбора проб отложений из глубоких мест. Однако подводное плавание появилось в 1940-х годах. [3] он не получил широкого распространения, пока не стал популярным в 1970-х годах. Погружение с аквалангом ограничено по продолжительности, в течение которой дайверы могут находиться под водой, если оно проводится с поверхности. Если были необходимы длительные погружения, можно было использовать подводную лабораторию. «Аквариус» — единственная подводная лаборатория, посвященная морской науке. [10] Для сбора проб с глубин, недоступных для подводного плавания, подводные лодки можно использовать . Сбор проб с помощью подводных аппаратов может быть чрезвычайно дорогим: затраты на подводный аппарат, корабль поддержки, техников и вспомогательный персонал варьируются от 10 000 до 45 000 долларов США в день. [11]
Выделение химических соединений
[ редактировать ]Для выделения биологически активных соединений из организмов необходимо выполнить несколько различных этапов. Для получения биологически активного соединения необходимы следующие этапы: экстракция , хроматографическая очистка , дерепликация, выяснение структуры и биоанализ . Шаги не обязательно должны следовать определенному порядку, и многие шаги могут выполняться одновременно. На первом этапе образец можно растереть в порошок и экстрагировать подходящим растворителем или мацерировать . Некоторые используемые растворители — метанол : хлороформ , этанол , ацетонитрил или другие. Цель состоит в том, чтобы удалить органические соединения средней полярности, которые считаются более «лекарственными» . В идеале полярные соединения, такие как соли , пептиды , сахара , а также очень неполярные соединения, такие как липиды, оставляются для упрощения хроматографии, поскольку их обычно не считают «лекарственными». Высушивание образца может быть завершено перед экстракцией путем лиофилизации , чтобы удалить лишнюю воду и, следовательно, ограничить количество экстрагируемых высокополярных соединений.
Следующий шаг зависит от методологии отдельных лабораторий. Фракционирование под контролем биоанализа — распространенный метод поиска биологически активных соединений. Это включает в себя тестирование неочищенного экстракта или предварительных фракций, полученных с помощью хроматографии, в анализе или нескольких анализах, определение того, какие фракции или неочищенные экстракты проявляют активность в конкретных анализах, и дальнейшее фракционирование активных фракций или экстрактов. Затем этот этап повторяется, при этом тестируются новые фракции, а активные фракции подвергаются дальнейшему фракционированию. Это продолжается до тех пор, пока фракция не будет содержать только одно соединение. В идеале дерепликацию следует выполнять как можно раньше, чтобы определить, сообщалось ли об активном соединении ранее, чтобы предотвратить «повторное открытие» соединения. Это можно выполнить с использованием данных жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС) или данных ядерного магнитного резонанса (ЯМР), полученных в процессе биологического анализа, а затем сравнить информацию с информацией, найденной в базах данных ранее зарегистрированных соединений.
Выяснение структуры осуществляют с использованием данных ЯМР, полученных соединения, и данных масс-спектрометрии высокого разрешения (HR-MS). Тандемная масс-спектрометрия также может быть полезна, особенно для больших молекул, таких как гликолипиды , белки , полисахариды или пептиды . Для полной характеристики для целей публикации могут потребоваться инфракрасного (ИК) , ультрафиолетового (УФ-видимого) диапазона , удельного вращения и температуры плавления данные . Получение кристаллической структуры с помощью рентгеновской кристаллографии может значительно ускорить и упростить выяснение структуры, однако получение кристаллов может быть довольно трудным.
Существует множество различных биоанализов, доступных для тестирования. Существуют противораковые , антимикробные , противовирусные , противовоспалительные , противопаразитарные , антихолестеринемические и многие другие различные анализы. Для анализа МТТ и высвобождения цитозольной лактатдегидрогеназы (ЛДГ) обычно используются анализы цитотоксичности или жизнеспособности клеток .
Вопрос снабжения
[ редактировать ]Распространенной проблемой, которая мешает разработке лекарств, является обеспечение устойчивых поставок этого соединения. Соединения, выделенные из беспозвоночных, бывает трудно получить в достаточном количестве для клинических испытаний. Синтез является альтернативным источником интересующего соединения, если соединение простое, в противном случае оно, как правило, не является жизнеспособной альтернативой. Аквакультура является еще одной альтернативой, если организм легко выращивать, в противном случае он не может быть хорошим устойчивым источником соединения. Кроме того, небольшое количество этого соединения обычно содержится в организмах, что делает эту альтернативу еще более дорогой. Например, ET-743 (МНН трабектедин, торговая марка Yondelis) можно выделить из оболочника Ecteinascidia turbinata с выходом 2 г на тонну. [3] Это потребует выращивания и извлечения тысяч тонн оболочников для производства килограммов ET-743, которые потребуются для лечения тысяч людей. Определенный успех был достигнут в получении представляющих интерес соединений из микроорганизмов. Микроорганизмы можно использовать в качестве устойчивого источника для производства представляющих интерес соединений. Их также можно использовать для производства промежуточных продуктов, чтобы можно было использовать полусинтез для получения конечного соединения. Это было достигнуто для ET-743 за счет получения промежуточного сафрацина B из Pseudomonas fluoresens и последующего полусинтеза в ET-743. В настоящее время это промышленный метод производства Йонделиса. [12]
Соединения из морских источников на клиническом уровне
[ редактировать ]| Клинический статус | Составное имя | Торговая марка | Морской организм а | Химический класс | Молекулярная мишень | Клинические испытания б | Зона заболевания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Одобрено FDA | Цитарабин (Ара-С) | Цитосар-У | Губка | нуклеозид | ДНК-полимераза | >50/711 | Рак |
| Видарабин (Ара-А) | Поверни это вокруг | Губка | нуклеозид | Вирусная ДНК-полимераза | 0 | Противовирусное средство | |
| Зиконотиды | Приал | Конусная улитка | Пептид | N-тип Ca 2+ Канал | 2/5 | Анальгетик | |
| Эрибулина мезилат (E7389) | Халавен | Губка | Макролид | Микротрубочки | 19/27 | Рак | |
| Этиловые эфиры омега-3-жирных кислот | Ловаза | Рыба | Омега-3 жирные кислоты | Триглицерид -синтезирующие ферменты | 45/94 | Гипертриглицеридемия | |
| Трабектедин (ET-743) Только одобрено ЕС | Йонделис | оболочник | Алкалоид | Малая борозда ДНК | 17/34 | Рак | |
| Этап III | Брентуксимаб Ведотин (SGN-35) | Ты догонишь | Моллюск | Конъюгат антитело-лекарственное средство (ММ Ауристатин Е) | CD30 и микротрубочки | 9/19 | Рак |
| Плитидепсин | Аплидин | оболочник | Депсипептиды | Rac1 и JNK Активация | 1/7 | Рак | |
| Фаза II | DMXBA (ГТС-21) | Н/Д | Червь | Алкалоид | Альфа-7 никотиновый ацетилхолиновый рецептор | 0/3 | Познание , Шизофрения |
| Плинабулин (НПИ 2358) | Н/Д | Грибок | Дикетопиперазин | Микротрубочки и стрессовый белок JNK | 1/2 | Рак | |
| Элисидепс | Ирвалец | Моллюск | Депсипептиды | Текучесть плазменной мембраны | 1/2 | Рак | |
| PM00104 | Залипсис | Голожаберный | Алкалоид | ДНК-связывание | 2/3 | Рак | |
| Глембатумумаб Ведотин (CDX-011) | Н/Д | Моллюск | Конъюгат антитело-лекарственное средство (ММ Ауристатин Е) | Гликопротеин NMB и микротрубочки | 1/3 | Рак | |
| Фаза I | Маризомиб (Салиноспорамид А) | Н/Д | Бактерия | Бета-лактон-гамма-лактам | 20S протеасома | 4/4 | Рак |
| PM01183 | Н/Д | оболочник | Алкалоид | Малая борозда ДНК | Н/Д | Рак | |
| СГН-75 | Н/Д | Моллюск | Конъюгат антитело-лекарственное средство (MM Ауристатин F) | CD70 и микротрубочки | 2/2 | Рак | |
| АСГ-5МЭ | Н/Д | Моллюск | Конъюгат антитело-лекарственное средство (MM ауристатин E) | ASG-5 и микротрубочки | 2/2 | Рак | |
| Гемиастерлин (E7974) | Н/Д | Губка | Трипептид | Микротрубочки | 0/3 | Рак | |
| Бриостатин 1 | Н/Д | Мшанки | Поликетид | Протеинкиназа С | 0/38 | Рак, Альцгеймер | |
| Псевдоптерозины | Н/Д | Мягкий Коралл | Дитерпеновый гликозид | Эйкозаноидный метаболизм | Н/Д | Заживление ран |
а Включает натуральные продукты, производные или аналоги натуральных продуктов; б Количество активных исследований/общее количество исследований по данным http://www.clinicaltrials.gov/ по состоянию на июль 2011 г.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Химено, Дж.; Фэрклот, Г.; Соуза-Фаро, Х. М. Фернандес; Шойер, П.; Райнхарт, К. (2004). «Новые противораковые препараты морского происхождения ─ путешествие от моря к клиническим испытаниям» . Морские наркотики . 2 (1): 14–29. дои : 10.3390/md201014 . ПМЦ 3783878 .
- ^ Скропета, Даниэль (1 января 2008 г.). «Глубоководные натуральные продукты» . Отчеты о натуральных продуктах . 25 (6): 1131–66. дои : 10.1039/B808743A . ISSN 0265-0568 . ПМИД 19030606 .
- ^ Jump up to: а б с д Ньюман, Дэвид Дж.; Крэгг, Гордон М. (1 августа 2004 г.). «Морские натуральные продукты и родственные соединения в клинических и расширенных доклинических исследованиях». Журнал натуральных продуктов . 67 (8): 1216–1238. дои : 10.1021/np040031y . ПМИД 15332835 .
- ^ Jump up to: а б Хефнер, Б. (15 июня 2003 г.). «Наркотики из глубин: морские натуральные продукты как кандидаты в лекарства». Открытие наркотиков сегодня . 8 (12): 536–44. дои : 10.1016/S1359-6446(03)02713-2 . ПМИД 12821301 .
- ^ «Существо глубокого моря» . Море и небо . Проверено 3 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Чакраборти, К; Сюй, Швейцария; Вэнь, Чж.; Лин, CS (2009). «Открытие и разработка противораковых лекарств из морского организма». Актуальные темы медицинской химии . 9 (16): 1536–45. дои : 10.2174/156802609789909803 . ПМИД 19903164 .
- ^ Jump up to: а б Даффи, Дж. Э.; Стахович, Джей-Джей (13 апреля 2006 г.). «Почему биоразнообразие важно для океанографии: потенциальная роль генетического, видового и трофического разнообразия в процессах пелагических экосистем» (PDF) . Серия «Прогресс в области морской экологии» . 311 : 179–189. Бибкод : 2006MEPS..311..179D . дои : 10.3354/meps311179 .
- ^ Тхакур, Нидерланды; Тхакур, АН; Мюллер, WEG (2005). «Морские натуральные продукты в открытии лекарств» (PDF) . Натуральный продукт: сияние . 4 (6): 471–477. S2CID 26773187 . Архивировано из оригинала (PDF) 16 октября 2018 г.
- ^ Манро, М. (30 апреля 1999 г.). «Открытие и разработка морских соединений с фармацевтическим потенциалом». Журнал биотехнологии . 70 (1–3): 15–25. дои : 10.1016/S0168-1656(99)00052-8 . ПМИД 10412202 .
- ^ «Подводная лаборатория «Водолей»: американская станция «внутреннего космоса» . Исследователь океана . Проверено 3 июля 2011 г.
- ^ «Судовые тарифы» . Научно-исследовательский институт аквариумов Монтерей-Бей . Проверено 3 июля 2011 г.
- ^ Куэвас, Кармен; Франческ, Андрес (1 января 2009 г.). «Разработка Йонделиса (трабектедин, ET-743). Полусинтетический процесс решает проблему поставок». Отчеты о натуральных продуктах . 26 (3): 322–37. дои : 10.1039/b808331m . ПМИД 19240944 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Морская медицина в Кластере мастерства «Океан будущего»
- Майер, AMS Университета Среднего Запада, Колледж последипломного образования, факультет фармакологии