Средство гуминовой природы, обладающее противоаллергической активностью
PRODUCT OF HUMIC NATURE WITH ANTI-ALLERGIC ACTIVITY

Изобретение относится к области медицины, а более конкретно - к клинической иммунологии и поиску новых средств противоаллергического действия, и может быть использовано для фармакологической коррекции нарушений системы иммунитета, связанных с повышенной секрецией иммуноглобулина Е.
Широкая распространенность - 30-60% в различных популяциях - аллергических заболеваний (каждый третий житель планеты страдает аллергическим ринитом и каждый десятый бронхиальной астмой) превратила аллергию в глобальную медико-социальную проблему. Несколько лет назад Всемирная организация здравоохранения назвала наступившее столетие «веком аллергии», саму болезнь - «эпидемией», а 2018 год был назван ВОЗ годом пандемии аллергии. Значительно выросла и доля тяжелых проявлений аллергических реакций, например, в Великобритании число случаев госпитализации пациентов с анафилактическим шоком выросло за 20 лет на 615%. Причем в высокоразвитых странах процент лиц преимущественно молодого возраста, страдающих аллергией, значительно выше, чем в странах развивающихся.
В различных регионах Российской Федерации распространенность аллергических заболеваний колеблется от 15 до 35% (данные эпидемиологических исследований ФГБУ ГНЦ «Институт иммунологии ФМБА России»). Только аллергическим ринитом в России страдает от 12 до 24% населения. При этом в настоящее время уже идентифицировано более 20 тысяч аллергенов, и их количество продолжает возрастать [1; 2].
1
Аллергические реакции формируются в результате активации тучных клеток которые при контакте через собственный рецептор со специфическим к аллергену иммуноглобулином Е (IgE) выделяют медиаторы, прежде всего гистамин, а также серотонин, лейкотриены и пр. Лекарственные средства, применяемые для коррекции данной патологической реакции, являются гистаминолитиками и представлены двумя группами препаратов: H-антигистаминные средства (супрастин, кларитин, фенкарол, астемизол, лоратадин, диазолин, димедрол, терфенадин, цетиризин и пр.) и стабилизаторы мембран тучных клеток (кетотифен, кромоглициевая кислота и пр.) [3]. Механизм действия первых основан на блокаде рецепторов к гистамину, в то время как вторые препятствуют проникновению кальция в тучные клетки, тормозя их дегрануляцию, т.е. блокируют выход из гранул медиаторов, вызывающих аллергию. При длительном применении противогистаминных средств, обладающих широким спектром побочных явлений и противопоказаний, лечебный эффект постепенно ослабевает, что предполагает регулярную замену одного препарата другим. Фармакологические средства, которые могли бы купировать развитие аллергических реакций на ранних этапах, пока не созданы.
В последние годы в России и во всем мире неизменно растет интерес к изучению биологически активных свойств таких природных соединений, как торф и сапропель, что связано с их огромными запасами и наличием месторождений по всей земной поверхности. Так, только в Западной Сибири торфяные болота занимают 32 миллиона гектар, и четверть из них расположена на территории Томской области [4, 5]. Гуминовые кислоты (ГК) - это природные высокомолекулярные амфифильные амфотерные органические азотсодержащие рандомизованные редокс-гетерополимеры арилгликопротеидной природы, характеризующиеся коллоидными свойствами, отсутствием строгого постоянства химического состава и разной молекулярной массой, это полифункциональные полиамфолиты, представляющие собой  комплекс с выраженными восстановительными свойствами, объединенные общим типом строения, но имеющие некоторые различия, определяемые их происхождением и способом выделения [6, 7], все чаще становятся объектами исследования в экспериментальной медицине. Выявлены не только множественные фармакологические эффекты (противоопухолевые, гепатопротекторные, ранозаживляющие), но и предполагаемые механизмы действия и отсутствие токсических эффектов у экспериментальных животных при пероральном или накожном применении [8, 9]. Показано, что ГК оказывают влияние на поляризацию иммунокомпетентных клеток по классическому или альтернативному пути за счет селективной секреции про- и противовоспалительных цитокинов (ИЛ-1β, ИЛ-2, ИЛ-6, ФНО-α и ИНФ-γ) [10], обладают иммунокоррегирующими свойствами на фоне антибактериальной терапии рядом антибиотиков (ампициллин, доксициклин, рифампицин и пр.), а также способствует значительной локализации воспаления, усилению сосудообразования при ксенотрансплантации [11].
В предыдущих исследованиях авторами доказано, что ГК торфа обладают способностью специфически, независимо от примеси эндотоксина стимулировать продукцию оксида азота антигенпрезентирующими клетками, усиливать секрецию ряда провоспалительных цитокинов (ИЛ-1β, ИЛ-12, ФНО), регулируя реакции врожденного иммунитета [12; 13].
Задачей данного изобретения является расширение арсенала безопасных противоаллергических средств природного происхождения, обладающих выраженной противоаллергической активностью, обусловленной подавлением ранних Th2-зависимых реакций, связанных с выработкой иммуноглобулинов класса Е и выбросом гистамина.
Поставленная задача решается путем применения водорастворимых гуминовых кислот, выделенных экстракцией натрий пирофосфатом из верхового сосново-пушицевого торфа, отобранного с глубины 10-50 см на торфяном месторождении «Васюганское» (участок Высокий рям) Бакчарского района Томской области, обладающих противоаллергической активностью за счет угнетения секреции IgE и подавления Th2-зависимых реакций.
Принципиально новым в предлагаемом изобретении является применение в качестве противоаллергического средства водорастворимых гуминовых кислот (ГК), выделенных из верхового сосново-пушицевого торфа экстракцией натрий пирофосфатом. Новое свойство водорастворимых ГК, выделенных при экстракции натрий пирофосфатом из верхового сосново-пушицевого торфа, было обнаружено в результате экспериментальных исследований и для специалиста явным образом не вытекает из уровня техники, и описание этого свойства не обнаружено авторами в патентной и научно-медицинской литературе.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям изобретения, а именно - «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».
4
2
7
Изобретение будет понятно из следующего описания: из генетического центра торфяного месторождения «Васюганское» (участок Высокий рям) Бакчарского района Томской области, середины однородного по ботаническому составу горизонта с глубины 10-50 см буром ТБГ-1 в летний период были отобраны репрезентативные образцы торфа, массой одной пробы не менее 600 г, количество скважин - не менее 50, средняя масса пробы торфа составляла более 30 кг. Полученный образец высушивали при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния, измельчали в роторно-ножевой мельнице, просеивали через сито с диаметром отверстий 3 мм, обрабатывали 0,1 моль/л раствором пирофосфата натрия (NaPO) в массовом соотношении 1:50-1:100, постоянно перемешивая в течение 8 часов в реакторе Р-100 при температуре 25-27°С, отделяли экстракт ГК (жидкую фазу) от твердых остатков торфа вакуумной фильтрацией (нутч-фильтр), обрабатывали экстракт хлороводородной кислотой до рН 1-2, осаждали ГК центрифугированием, отмывали осадок водой очищенной до рН 7 и высушивали при комнатной температуре.
Согласно проведенному ботаническому и гравиметрическому анализу, а также общетехнической характеристике, отобранный образец представляет собой верховой тип, сосново-пушицевый вид торфа, степень разложения растительных остатков 30-35%, содержание минеральной примеси (общей золы) - не более 7,2%, содержание биологически активных гуминовых кислот 13,2 масс. %.
atom
Элементный состав и атомные отношения элементов (С, Н, N, О) в молекуле гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа определяли методом сожжения на С, Н, N анализаторе элементного состава «EuroEA 300» (Италия), содержание кислорода определяли по разности (табл. 1). Массовые доли элементов (%mass) рассчитывали по градуировочным зависимостям с использованием Sulphanilamide Reference standard material. Вычисляли атомные доли элементов (%) и атомные отношения по общепринятым методам, предложенным Д.С. Орловым и Е.М. Заславским.
Согласно классификации Ван-Кревелена [14], показатель атомного отношения Н/С=1,10 указывает на то, что молекула исследуемых ГК имеет ароматический углеводородный скелет с алифатическими цепями до 10 атомов углерода. В молекуле исследуемых ГК показатель атомного отношения О/С составляет 0,46, что свидетельствует о высоком содержании кислородсодержащих функциональных групп. Показатель атомного отношения C/N составляет 27,55, что согласно литературным данным [15], является средней величиной содержания азота в молекуле ГК.
возб
ex
ex
ex
Оптические свойства гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа по данным электронной и флуоресцентной спектроскопии представлены в таблице 2. Регистрацию электронных спектров поглощения проводили на спектрофотометре Unico 2800 (США) в диапазоне длин волн 190-800 нм в кварцевой кювете толщиной 1 см. Определяли коэффициенты экстинкции при λ=465 нм и λ=650 нм, вычисляли коэффициент цветности Q4/6 по Е. Вельте. Регистрацию спектров флуоресценции (фосфатный буфер, рН=6,86) проводили на флуориметре Флюорат-02 Панорама (г. Санкт-Петербург), постоянная разность монохроматора (Δλ=20 нм), с шагом 1 нм при λ=270, 310 и 355 нм. Определяли положения максимума флуоресценции, и вычисляли «синий сдвиг» (гипсохромный сдвиг) максимума флуоресценции при возбуждении λ310 нм относительно λ270 нм (Δ1) и λ355 (Δ2).
Результаты позволяют заключить о сложном молекулярном строении гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа с высоким относительным содержанием объемной циклической части молекулы, где преобладают поликонденсированные ароматические структуры, а также о высокой степени гумифицированности и термодинамической устойчивости их молекул. Не высокие значения «синего сдвига» свидетельствуют о низкой гетерогенности состава флуорофоров.
1
Регистрацию спектров Н ЯМР в молекуле гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа осуществляли в растворе 0,1 M NaOD/D2O на ЯМР Фурье спектрометре AVANCE AV 300 (300 мГц, Bruker, Германия) с использованием методики Фурье-преобразования (внутренний стандарт - натриевая соль 3-метилсилилпропан-1-сульфокислоты). Полученные результаты позволяют сделать вывод, что гидрофильно-гидрофобные (амфифильные) свойства гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа обусловлены наличием полярных и неполярных группировок в их молекулярной структуре (табл. 3).
aromatic
aliphatic
2
3
Состав гидрофильной части представлен углеводными фрагментами, полярными кислород- и азотсодержащими функциональными группами. Гидрофобная часть - неполярными фрагментами такими, как насыщенные и этиленовые углеводороды (остатки жирных кислот), бензол-углеводородными соединениями, конденсированными аренами. Показатель гидрофильно-гидрофобного баланса (отношение сумм ароматических и алкильных протонов ∑H/∑H) имеет значение ниже единицы, что отражает большее содержание в молекуле гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа гидрофильных структур. Фактор разветвленности (F), рассчитанный по интенсивности резонансных полос групп -СН- и -СН-, не превышает единицы (0,75), указывает на то, что молекула гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа имеет разветвленную и короткую периферийную часть молекулы.
i
i
w
n
р
Молекулярно-массовое распределение (ММР) гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа оценивали по данным эксклюзионной ВЭЖХ при помощи хроматографической системы Dionex Ultimate 3000 («Thermo», США): неподвижная фаза (хроматографическая колонка для эксклюзионной хроматографии Ultrahydrogel 250, 250  7,8×300 мм (Waters, США)); подвижная фаза - 0,1 М трис-солянокислый буферный раствор (рН 8,89), скорость потока элюента 1 мл/мин. Условия хроматографирования: объем вводимой пробы 20 мкл, температура термостата колонки 30°С, детектирование спектрофотометрическое при λ=240 нм. Калибровочную зависимость определяли, используя стандартные растворы (1 мг/мл) натриевой соли полистирол сульфата (GmbH, Германия) с молекулярными массами 1100, 1830, 4230, 10600, 29100 и 75600 Да. Хроматограммы обрабатывали с использованием программного обеспечения Chromeleon 6.8. и вычисляли параметры молекулярной массы: M - молекулярная масса i-ого фрагмента, H - высота пика i-ого фрагмента, M - среднемассовая молекулярная масса, M - среднечисленная молекулярная масса, М - медиана, р - полидисперсность (табл. 4).
Результаты ММР позволили заключить, что гуминовые кислоты верхового сосново-пушицевого торфа являются полидисперсными биополимерами со средней молекулярной массой (22,8 кДа).
Биологическую активность ГК оценивали на 45 аутбредных мышах CDI, 20 морских свинках-альбиносах и 3 аутбредных крысах Wistar. Мыши и крысы в возрасте 8-10 недель и морские свинки в возрасте 6 недель были получены из отдела экспериментальных биологических моделей НИИФиРМ им. Е.Д. Гольдберга Томский НИМЦ РАН (ветеринарное свидетельство от 09.09.2018). Содержание, умерщвление животных, введение исследуемых веществ, проводили в соответствии с ГОСТ 33216-2014, оценку биологической активности согласно Руководству по проведению доклинических исследований лекарственных средств [16].
Th2-зависимый иммунный ответ у мышей моделировали двухкратным введением под кожу бедра 100 мкг овальбумина (OVA) и 5 мг гидроокиси алюминия (оба «Sigma») в качестве адъюванта в 0,1 мл физиологического раствора (ФР) с интервалом 3 недели [17]. ГК - 1 мг/кг массы тела вводили один раз в сутки внутрибрюшинной инъекцией в объеме 0,1 мл, начиная за 5 дней до каждого введения OVA и в течение 5 дней после второй иммунизации, всего 15 инъекций. Мышам контрольной группы вводили по 0,1 мл ФР. Через 7 суток после последней иммунизации мышам для проведения реакции общей анафилаксии вводили внутривенно разрешающую дозу OVA (10 мкг в 0,1 мл ФР), либо у наркотизированных углекислым газом животных отбирали кровь из сердца, получая центрифугированием сыворотку, в которой замеряли концентрацию иммуноглобулинов или оценивали непрямую реакцию дегрануляции тучных клеток (НДТК). В качестве положительного контроля использовали ликопид (ЗАО «Пептек») в дозе 2 мг/кг, который вводили в эквивалентном объеме по той же схеме.
Реакцию общей анафилаксии учитывали по следующим критериям:
- легкая степень - цианоз, незначительные судороги, угнетенное состояние;
- средняя степень - цианоз, судороги, угнетенное состояние, выраженные параличи, боковое положение;
- тяжелая степень - цианоз, клонические судороги, угнетенное состояние, ярко выраженные параличи, положение «лягушки»;
- летальный исход.
Степень анафилактической реакции, в результате которой часть животных погибала в течение 2-4 часов, оценивали по количеству умерших животных и выражали в процентах.
Определение содержания IgG1 и IgE проводили иммуноферментным методом в сыворотке крови мышей с использованием соответствующих тест-систем («eBioscience») согласно прилагаемым к ним протоколам.
НДТК оценивали по реакции на OVA тучных клеток, выделенных из брюшной полости интактных крыс. На обезжиренные и окрашенные нейтральным красным стекла наносили в равных долях взвесь тучных клеток, сыворотку крови мышей и OVA в концентрации, не вызывающей спонтанной дегрануляции, накрывали стеклом, инкубировали (15 минут, 37°С), при помощи светового микроскопа считали количество клеток разной степени дегрануляции (на 100 клеток), показатель ПДТК определяли по формуле:
где а - количество дегранулированных клеток со слабо выраженной, б - умеренной, с - резкой, д - полной степенями дегрануляции.
Анафилактическую реакцию у морских свинок-альбиносов вызвали, иммунизируя животных перорально 1% раствором OVA в физиологическом растворе в дозе 0,5 мл на 250 г массы тела в течение трех дней. Начиная с первого дня иммунизации, в течение 7 дней опытной группе морских свинок вводили один раз в сутки внутрибрюшинной инъекцией ГК в дозе 1 г/кг веса, растворенные в ФР, животные контрольной группы получали эквивалентный объем ФР. Через 14 суток после первой иммунизации морским свинкам внутривенно вводили раствор OVA в ФР из расчета 1 мг на 300 г массы тела. Анафилактический индекс (ИР) по Weigle вычисляли по формуле:
1
2
3
4
где n - число морских свинок, у которых наступила смерть; n - развился тяжелый шок; n - умеренный шок; n - слабый шок; n - шока не наступило.
Статистическую обработку проводили с помощью программного обеспечения Statistica 6.0, используя однофакторный дисперсионный анализ и t-критерий Даннета.
Пример 1.
Курсовое введение гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа с глубины 10-50 см торфяного месторождения «Васюганское» (участок Высокий рям) Бакчарского района Томской области), снижало тяжесть протекания реакции общей анафилаксии: у мышей в этой группе снижалась смертность на 50% и в меньшей степени проявлялись характерные признаки реакции - почесывания, судороги, боковое положение животных (табл. 5). Применение фармакопейного препарата - ликопид - приводило у увеличению смертности мышей в результате анафилактического шока на 10%.
Данные, представленные в таблице 6, указывают на то, что при курсовом введении гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа морским свинкам индекс системной реакции анафилаксии по Weigle составил 0,9 (у одного животного развился умеренный шок, у семи слабый шок, у двух анафилактической реакции не выявлено). В контрольной группе у всех животных были выявлены признаки анафилактического шока и индекс реакции по Weigle составил 2,4: у четырех морских свинок развился тяжелый шок, у шести - умеренный.
Таким образом, курсовое введение гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа приводило к угнетению интенсивности системной реакции анафилаксии у мышей и морских свинок в два и более раз.
Пример 2.
Курсовое введение гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа приводило к снижению в 1,3 раза содержания иммуноглобулинов класса Е в сыворотке крови мышей, иммунизированных овальбумином. Ликопид не влиял на данный показатель (табл. 7).
Курсовое введение гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа приводило также к подавлению выработки и иммуноглобулинов класса G1 в 2,1 раза.
Пример 3.
Инкубация тучных клеток с сывороткой крови сенсибилизированных овальбумином мышей, получавших курс гуминовых кислот верхового сосново-пушицевого торфа в присутствии овальбумина не приводила к достоверному изменению показателя (табл. 8). Сыворотка крови мышей, получавших ФР и ликопид в присутствии антигена вызывала двукратное увеличение дегрануляции.
Таким образом, экспериментально установлено, что гуминовые кислоты верхового сосново-пушицевого торфа с глубины 10-50 см торфяного месторождения «Васюганское» (участок Высокий рям) Бакчарского района Томской области, обладают противоаллергическим действием за счет активной ингибиции синтеза иммуноглобулинов классов Е и G1, стабилизации мембран тучных клеток, что приводит к угнетению развития патологических реакций, связанных с выработкой и высвобождением медиаторов аллергии, и, таким образом, могут расширить арсенал малотоксичных противоаллергических средств растительного происхождения.
Список литературы
1. Швецова, Е.С. Распространенность аллергических заболеваний среди всех возрастных групп населения Липецкой области / Е.С. Швецова, Т.С. Короткова // Современные проблемы науки и образования. - 2017. - №4.
2. Эрназарова X.X. Распространеность аллергических заболеваний в мире / Х.Х. Эрназарова, З.У. Адылова // International scientific review. - 2017. - с. 111-113.
3. Энциклопедия лекарств «РЛС». https://www.rlsnet.ru
4. General review of West-Siberian mires / V.D. Markov, L.A. Ospennikova, Ye.I. Skobeyeva et al. // Global peat resources. - 1996. Vol. 2. - P. 203-207.
5. Торфяные ресурсы Томской области и их использование / Л.И. Инишева, B.C. Архипов, С.Г. Маслов, Л.С. Михантьева. - Новосибирск, 1995. - 88 с.
6. Попов, А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / А.И. Попов. - Санкт-Петербург: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. - 248 с.
7. Перминова, И.В. Гуминовые вещества в контексте зеленой химии / И.В. Перминова, Д.М. Жилин // Зеленая химия в России / под ред. В.В. Лунина, П. Тундо, Е.С. Локтевой. - Москва: МГУ. - 2004. - С. 146-162.
8. Бузлама, А.В. Анализ фармакологических свойств, механизмов действия и перспектив применения гуминовых веществ в медицине / А.В. Бузлама, Ю.Н. Чернов // Экспер. и клин. фармакол. - 2010. - Т. 73, - №9. - С. 43-48.
9. Зыкова, М.В. Высокомолекулярные соединения гуминовой природы - перспективные биологически активные соединения / М.В. Зыкова, Л.А. Логвинова, М.В. Белоусов // Традиционная медицина. - 2018. - №2 (53) - С. 27-38.
10. Potassium humate inhibits complement activation and the production of inflammatory cytokines in vitro / C.E. Van Rensburg, P.J. Naude // Inflammation - 2009. - V. 32. - Is. 4. - P. - 270-276.
11. An unrestrained proinflammatory M1 macrophage population induced by iron impairs wound healing in humans and mice / A. Sindrilaru, [et al.] // J. Clin. Invest. - 2011. - Vol. 121. - p. 985-997.
12. Влияние гуминовых кислот торфа различных способов экстракции на функциональную активность макрофагов in vitro / Е.С. Трофимова [и др.] // Бюлл. эксперим. биол. и медицины. - 2016. - Т. 162. - №12. - С. 708-713.
13. Патент RU 2662094 С1 МПК A61K 35/10, А61Р 37/02 опубликован 23.07.2018 г.
14. van Krevelen, D.W. Graphical-statistical method for investigation of the structure of coal / D.W. van Krevelen // Fuel. - 1950. - Vol. 29. - P. 228-269.
15. Орлов, Д.С. Некоторые особенности гуминовых кислот сапропелей / Д.С. Орлов, Е.В. Кречетова // Агрохимия. - 1995. - №2. - С. 63-72.
16. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Ч. 1. - М.: Гриф и К. 2013. - С. 51-63.
17. Modulation of antigen-induced В and Т cell responses by antigen-specific IgE antibodies / A. Oshiba, [et al.] // J. Immunol. - 1997. - Vol. 159. - P. 4056-4063.