Средство, обладающее иммуномодулирующей активностью
Владельцы патента RU 2423141:
Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт фармакологии Сибирского отделения (РАМН НИИ фармакологии СО РАМН) (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные коммуникации" (ООО "Инновационные коммуникации") (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО СибГМУ Росздрава) (RU)
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и может быть использовано для коррекции нарушений в иммунной системе при патологических состояниях, связанных с недостаточностью Th1-зависимого типа иммунного ответа. В качестве иммуномодулирующего средства, стимулирующего Th1-зависимый тип иммунного ответа, применяют водорастворимые полисахариды с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого. Данное средство расширяет арсенал иммуномодулирующих средств растительного происхождения, стимулирует продукцию макрофагов интерлейкина-12 и фактора некроза опухоли-альфа. 4 табл.
Изобретение относится к медицине, конкретно к фармакологии, и может быть использовано для коррекции нарушений в иммунной системе при патологических состояниях, связанных с недостаточностью Th1-зависимого типа иммунного ответа (хронические, вялотекущие и рецидивирующие инфекционные, а также онкологические заболевания).
В настоящее время в терапии заболеваний, обусловленных недостаточностью Th1, и имеющие своей мишенью макрофагальные клетки используются препараты на основе нуклеиновых кислот (натрия дезоксирибонуклеат, натрия нуклеинат, оксиметилурацил), препараты, содержащие микроорганизмы или их производные (имудон, ИРС 19, рибомунил) [4]. Наиболее близким (базовым) препаратом является ликопид, поскольку в основе механизма его иммуномодулирующего действия лежит активация антиген-презентирующих клеток и фагоцитов (макрофаги, нейтрофилы) [3]. Ликопид активирует клетки моноцитарно-макрофагального звена, стимулируя продукцию ими воспалительных цитокинов.
Задачей данного изобретения является расширение арсенала иммуномодулирующих средств растительного происхождения, повышение их эффективности путем избирательной стимуляции продукции макрофагами интерлейкина-12 и фактора некроза опухоли-альфа.
Поставленная задача решается путем применения водорастворимых полисахаридов с молекулярной массой 390 и 540 кДа, полученных из фармакопейного сырья девясила высокого (Inula helenium L.), в качестве стимулятора продукции макрофагами ИЛ-12 и TNF-α, следствием чего является активация Th1-зависимого типа иммунного ответа.
Принципиально новым в предлагаемом изобретении является применение в качестве иммуномодулирующего средства водорастворимых полисахаридов с молекулярной массой 390 и 540 кДа, выделенных из фармакопейного сырья девясила высокого.
Новое свойство водорастворимых полисахаридов с молекулярной массой 390 и 540 кДа, полученных из фармакопейного сырья девясила высокого, было обнаружено в результате экспериментальных исследований.
Новое свойство полисахаридов с молекулярной массой 390 и 540 кДа явным образом не вытекает для специалиста из уровня техники и описание его не обнаружено авторами в патентной и научно-медицинской литературе. В качестве иммуномодулирующего средства водорастворимые полисахариды с молекулярной массой 390 и 540 кДа, полученные из фармакопейного сырья девясила высокого, можно использовать для коррекции нарушений в иммунной системе при патологических состояниях, связанных с недостаточностью Th1-зависимого типа иммунного ответа (хронические, вялотекущие и рецидивирующие инфекционные, а также онкологические заболевания).
Доказано, что для эффективного противомикробного и противоопухолевого ответа необходимо, чтобы иммунная система находилась в определенном функциональном состоянии, описываемом термином «поляризация Th1 типа». Маркерной чертой данного типа поляризации является, во-первых, преобладание характерного набора цитокинов, прежде всего интерферон-гамма, интерлейкин-2, а, во-вторых, проявление типичных функций - участие в реакциях гиперчувствительности замедленного типа, переключение продукции В-лимфоцитами антител класса IgG2a, защита от внутриклеточных патогенов, элиминация опухолевых клеток.
В настоящий момент установлено, что уникальным цитокином, вызывающим дифференцировку наивных Т-лимфоцитов в Т-хелперы 1 типа (Th1), является интерлейкин-12 (ИЛ-12). Он является ключевым в индукции образования цитотоксических Т-лимфоцитов, активации макрофагов, подавлении синтеза иммуноглобулинов Gl и Е, в развитии органоспецифического аутоиммунитета, резистентности к бактериальной и вирусной инфекции. Основными клетками-продуцентами ИЛ-12 являются дендритные клетки и макрофаги. Эти же клетки вырабатывают и противоположный по функциональным свойствам цитокин - интерлейкин-10, который подавляет Th1, подавляет воспаление и создает условия для развития толерантности на антиген. Баланс этих двух цитокинов (интерлейкина-12 и интерлейкина-10) является ключевым для направления поляризации по Тh1 или Th2 типу.
Кроме ИЛ-12, фактор некроза опухоли альфа (TNF-α) является важнейшим провоспалительным цитокином млекопитающих, который вырабатывают макрофаги в раннюю фазу противомикробного ответа. Таким образом, ИЛ-12 и TNF-α, которые вырабатываются макрофагами, являются необходимым условием эффективного противомикробного и противоопухолевого иммунитета [1].
Для стимулирования активности макрофагов мы предлагаем использовать водорастворимые полисахариды с молекулярной массой 390 и 540 кДа, полученные из фармакопейного сырья девясила высокого, поскольку известно, что полисахариды могут связываться практически со всеми рецепторами антиген-презентирующих клеток [5]. Кроме того, в ряде работ показано, что полисахариды растительного или микробного происхождения могут оказывать влияние на поляризацию лимфоцитов через соответствующую активацию антиген-презентирующих клеток, при этом полисахариды могут способствовать как развитию Тh1-, так и Th2-зависимого иммунного ответа.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям изобретения, а именно - «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».
Изобретение будет понятно из следующего описания: водорастворимые полисахариды (ПС) были выделены из фармакопейного сырья девясила высокого (Inula helenium L.). Полисахариды получены по стандартной методике следующим образом. Фармакопейное сырье измельчали и просеивали через сита с размером пор 1 и 3 мм, экстрагировали водой при перемешивании в течение 30-180 мин при нагревании на водяной бане (температура 80-100°С), при соотношении сырье: экстрагент от 1:10 до 1:50. После этого сырье с экстрагентом оставляли на время от 6 до 36 часов в прохладном месте для настаивания. Затем экстрагент отделяли от сырья фильтрованием, экстракцию повторяли вновь в тех же условиях. После фильтрации полученные извлечения объединяли и упаривали до 1/5 объема. Полисахариды осаждали добавлением к полученному раствору двукратного количества 96%-ного этанола. Выпавший осадок центрифугировали, отделяли от раствора, промывали 96% этиловым спиртом и высушивали. Полученные образцы ПС были стандартизованы по содержанию углеводов, белка и нуклеиновых кислот (табл.1).
| Таблица 1 | ||||
| Характеристика исследуемых образцов полисахаридов (Х±m) | ||||
| Название образца | Выход ПС (% от массы воздушно-сухого сырья) | Содержание в образцах: | ||
| углеводов (%) | белка (%) | нуклеиновых кислот (%) | ||
| ПС девясила | 2,97±1,14 | 95,6±4,43 | 1,04±0,12 | 0,077±0,009 |
Компонентный состав и молекулярно-массовое распределение (ММР) исследуемых образцов определялись методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Agilent 1100 со спектрофотометрическим детектором (детекция при длине волны 190 нм), разделение проводилось на эксклюзионной колонке TSK-gel GMPXL 300×7.8 mm («Supelco»), подвижная фаза - вода, 1,0 мл/мин. Молекулярная масса ПС, входящих в состав исследуемого образца, определялась по времени удерживания в соответствии с калибровочными значениями, определенными по стандартным образцам декстранов с молекулярной массой 15-20 кДа, 40 кДа, 60-90 кДа, 110 кДа, 250 кДа и 500 кДа («Sigma-Aldrich»). На спекте ВЭЖХ исследуемого образца присутствовало 2 пика, соответствующих молекулярной массе 540 и 390 кДа. Таким образом, полученное вещество представляет собой смесь двух полисахаридов с разными молекулярными массами - 540 и 390 кДа.
Эксперименты проведены на линейных мышах ВА1b/с и C57BL/6 в возрасте 6-12 недель. Животные были получены из отдела экспериментальных биомоделей НИИ фармакологии СО РАМН (сертификат качества №188-05). В предварительных экспериментах было выявлено, что оптимальной суточной дозой полисахаридов, полученных из фармакопейного сырья девясила высокого, для иммуномодуляции является 10 мг/кг массы тела. Все процедуры (содержание, введение исследуемых веществ, умерщвление) были проведены в соответствии с принципами Европейской конвенции о защите позвоночных животных (от 18 марта 1986 г.; Страсбург; ETS №123).
Макрофаги получали из суспензии перитонеальных клеток, для чего животных забивали дислокацией шейного отдела позвоночника, брюшную полость промывали ледяным изотоническим раствором хлорида натрия (ФР), клетки осаждали, ресуспендировали в культуральной среде и оценивали их жизнеспособность в тесте с 0,1% трипановым синим. Затем эти клетки помещали по 1,5-2,0×106/мл в пластиковые чашки Петри, культивировали 2 ч при 37°С (в атмосфере 5% CO2 и абсолютной влажности) в среде (среда следующего состава: RPMI 1640 («Sigma») с добавлением 10% ЭТС («Hyclone»), 20 мМ HEPES («Sigma»), 0,05 мМ 2-меркаптоэтанола («Sigma»), 50 мкг/мл гентамицина («Flow Lab»), 2 мМ L-глютамина («Sigma»)), после чего собирали только прилипшие к пластику клетки. В экспериментах использовали суспензии, содержащие не менее 95% жизнеспособных клеток. Макрофаги (2,5-3,0×106 клеток/мл), полученные после прилипания, помещали в плоскодонные 96-луночные планшеты и культивировали в указанных выше условиях в присутствии полисахаридов (20 мкг/мл); 1 мкг/мл ЛПС (серотип 0111:В4, «Sigma»); 10 мкг/мл мурамилдипептида (МДП) (N-ацетилмурамил-L-аланил-D-изоглютамин, «Calbiochem»). Через 48 ч от начала культивирования собирали из лунок надосадок и замеряли в нем концентрацию цитокинов.
Количественное определение ИЛ-12 и ИЛ-10 в исследуемых супернатантах осуществляли твердофазным иммуноферментным методом при помощи тест-систем («R@D Systems», США) согласно прилагаемым протоколам.
Количественное определение TNF-α, вырабатываемого мононуклеарами периферической крови человека, осуществляли следующим образом. Жидкость для сепарации клеток «Histopaque-1077» («Sigma-Aldrich») с плотностью 1,077 помещали в пробирки, затем осторожно наслаивали цельную кровь с добавлением гепарина (10 ЕД/мл). После 15-минутного центрифугирования при 400 g собирали клетки, сформировавшие кольцо в растворе. Полученные клетки трижды отмывали холодным ФР, ресуспендировали в культуральной среде и оценивали их жизнеспособность. Мононуклеары помещали в 96-луночный планшет (1×106 клеток/мл), продукцию монокинов стимулировали добавлением ЛПС (1 мкг/мл) и вносили изучаемые растительные полисахариды (10 мкг/мл). Через 24 ч собирали бесклеточный супернатант и определяли в нем количество TNF-α твердофазным иммуноферментным методом при помощи тест-систем («Вектор-Бэст») согласно прилагаемым протоколам.
Для индукции Th1-зависимого типа иммунного ответа животных иммунизировали эритроцитами барана, водорастворимые полисахариды вводили мышам по 10 мг/кг массы тела ежедневно внутрибрюшинно в течение 10 дней. Через 5 дней от начала введения животных иммунизировали эритроцитами барана (по 1×10).
В экспериментах in vivo использовали ликопид в рекомендованной терапевтической суточной дозе 2 мг/кг, в экспериментах in vitro использовали фармакологическую субстанцию препарата «ликопид» - мурамилдипептид (МДП) (N-ацетилмурамил-L-аланил-D-изоглютамин, «Calbiochem») в концентрации 10 мкг/мл. ПС вводили в оптимальной дозе 10 мг/кг, которую определили в предварительных экспериментах.
Для оценки действия исследуемого вещества на клеточное звено иммунитета использовали реакцию гиперчувствительности замедленного типа [2]. Для этого на 5-е сутки после иммунизации животным проводили вторую (разрешающую) инъекцию эритроцитов барана в подушечку задней лапы - «опытная лапа» (108 эритроцитов барана в 0,02 мл изотонического раствора хлорида натрия). В контрлатеральную лапу вводили 0,02 мл стерильного изотонического раствора хлорида натрия («контрольная лапа»). Животных забивали, обе лапки отрезали по выступу кости ниже сочленения мало- и большеберцовой кости и выше пяточного сустава. Местную воспалительную реакцию оценивали через 24 часа по разнице массы опытной и контрольной лап.
Полученные данные обрабатывали статистически с помощью программного обеспечения Statistics 6.0. Для всех выборок проверена гипотеза нормальности распределения по величине коэффициента асимметрии и коэффициента эксцесса. Для каждой выборки вычисляли среднее значение величины признака Х и ошибку средней величины m. Проверка гипотезы о равенстве средних проводилась с использованием t-критерия Стьюдента. Вычисленное значение t сравнивали с табличным при заданном уровне значимости р<0,05. Если расчетная t больше табличной, то гипотеза о равенстве средних отвергалась.
Пример 1.
Исследуемое вещество, представляющее собой смесь водорастворимых полисахаридов с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенных из фармакопейного сырья девясила высокого, при прямом действии на макрофаги вызывали резкую эскалацию продукции ключевого цитокина, ответственного за эффективных Т-клеточный иммунный ответ - ИЛ-12 (табл.2). При культивировании макрофагов без добавления каких-либо стимуляторов (контроль 1) не удалось обнаружить сколько-нибудь значимых количеств данного цитокина в супернатантах. Добавление стандартного активатора макрофагов - липополисахарида из Е.соli (серотип O111:В4) макрофаги начинали вырабатывать небольшое количество ИЛ-12. Мурамилдипептид (МДП, фармакологическая субстанция препарата «Ликопид») вдвое повышал ЛПС-стимулированный уровень ИЛ-12, однако изучаемая смесь полисахаридов повышала продукцию ИЛ-12 почти в 15 раза сильнее, чем ЛПС, и в 8 раз сильнее, чем мурамилдипептид. В отсутствии каких-либо стимуляторов макрофаги продуцировали незначительное количество другого цитокина - ИЛ-10. ЛПС стимулировал выработку данного цитокина в 3,2 раза, полисахариды не вызывали увеличения этого ЛПС-стимулированного уровня, а МДП, напротив, еще больше стимулировал эту продукцию - в 3,9 раза.
Все исследуемые вещества стимулировали продукцию TNF-α (табл.3). ПС девясила и мурамилдипептид увеличили продукцию цитокина - в 1,6 раза ПС и в 2,4 раза МДП. В данных условиях эксперимента ЛПС незначительно стимулировал продукцию TNF-α (с 33,8±0,8 пг/мл до 47,3±4,1 пг/мл, р<0,05).
Таким образом, экспериментально установлено, что полисахариды с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого, стимулируют выработку макрофагами ключевого цитокина, активирующего воспалительный ответ и развитие Th1-зависимого иммунного ответа - ИЛ-12, а также стимулируют продукцию макрофагами ведущего цитокина противомикробного и противоопухолевого ответа - фактора некроза опухоли альфа. Следует отметить, что по своему ИЛ-12-стимулирующему действию изученные полисахариды значительно превосходят как ЛПС, так и мурамилдипептид (фармакологическая субстанция препарата «Ликопид»).
| Таблица 2 | ||
| Влияние полисахаридов с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого, на продукцию ИЛ-12 и ИЛ-10 перитонеальными макрофагами мыши (Х±m) | ||
| Исследуемое вещество | Концентрация ИЛ-12 (пг/мл) | Концентрация ИЛ-10(мг/мл) |
| - (контроль 1) | - | 0,72±0,07 |
| - (контроль 2) | 4,4±5,1 | 2,28±0,19* |
| ПС девясила (10 мкг/мл) | 67,3±13,7# | 2,47±0,04* |
| МДП (10 мкг/мл) | 8,3±4,1 | 2,84±0,21* |
| Примечания: * - достоверные различия с контролем 1 (уровень цитокинов, вырабатываемый макрофагами в отсутствие каких-либо веществ), р<0,05; # - достоверные различия с контролем 2 (уровень цитокинов, вырабатываемый макрофагами в присутствии ЛПС), р<0,05. |
| Таблица 3 | |
| Влияние полисахаридов с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого, на ЛПС-стимулированную продукцию TNF-α мононуклеарами периферической крови здоровых доноров (Х±m) | |
| Исследуемое вещество | Концентрация TNF-α (пг/мл) |
| - (контроль 1) | 33,8±0,8 |
| - (контроль 2) | 47,3±4,1 |
| ПС девясила (10 мкг/мл) | 76,9±8,9*# |
| МДП (10 мкг/мл) | 115,5±6,9*# |
| Примечания: * - достоверные различия с контролем 1 (уровень TNF-α, вырабатываемый макрофагами в отсутствие каких-либо веществ), р<0,05; # - достоверные различия с контролем 2 (уровень TNF-α, вырабатываемый макрофагами в присутствии ЛПС), р<0,05. |
Пример. 2.
Курсовое введение смеси водорастворимых полисахаридов с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенных из фармакопейного сырья девясила высокого, животным на фоне развития у них Th1-зависимого иммунного ответа, индуцированного введением эритроцитов барана, привело к усилению маркерной реакции клеточного Th1 иммунного ответа (табл.4). ПС девясила и ликопид соизмеримо стимулировали реакцию гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ): в 1,8 раза ПС девясила и в 2 раза ликопид.
| Таблица 4 | ||
| Влияние полисахаридов с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого, на реакцию гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) (Х±m) | ||
| Исследуемое вещество | Группа | Величина реакции (мг) |
| ПС девясила | контроль | 9,85±1,73 |
| опыт | 17,32±3,01* | |
| Ликопид | контроль | 16,7±5,3 |
| опыт | 36,4±4,0* | |
| Примечание: * - различия показателя с контролем достоверны, р<0,05. |
Таким образом, экспериментально установлено, что полисахариды с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого, стимулируют протекание иммунного ответа, вызванного эритроцитами барана, а следовательно, являются активаторами Тh1 типа иммунного ответа.
Водорастворимые полисахариды с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенные из фармакопейного сырья девясила высокого, являются активаторами воспалительных свойств макрофагов и Th1-зависимого типа иммунного ответа и могут расширить арсенал средств растительного происхождения, способных стимулировать иммунный ответ при инфекционно-воспалительных процессах и онкологической болезни.
Литература
1. Ма X. TNF-α and IL-12: a balancing act in macrophage functioning. // Microbes and Infection. 2001. Vol.3. P.121-129.
2. Хаитов P.M., Гущин И.С., Пинегин Б.В., Зебрев А.И. Экспериментальное изучение иммунотропной активности фармакологических препаратов (методические рекомендации). // Ведомости Фармакологического Комитета. 1999. №1. С.31-36.
3. Хаитов P.M., Пинегин Б.В. Иммуномодуляторы: механизм действия и клиническое применение. // Иммунология. 2003. №3. С.199.
4. Энциклопедия лекарств. 2004. №11. Изд-во ООО «РЛС-2004». С.1081-1082.
5. Schepetkin LA., Quinn M.T. Botanical polysaccharides: macrophage immunomodulation and therapeutic potential. // Int. Immunopharmacol. 2006. Vol.6, №3. P.317-733.
Применение водорастворимых полисахаридов с молекулярной массой 540 и 390 кДа, выделенных из фармакопейного сырья девясила высокого, в качестве средства, обладающего иммуномодулирующей активностью, стимулирующего Тh1-зависимый тип иммунного ответа.
