Тромбозы, при которых внутри кровеносных сосудов формируются плотные сгустки крови, – одна из ведущих причин преждевременной смертности и инвалидизации. Перспективное направление в разработке антикоагулянтов и тромборезистентных материалов – модифицированные природные биополимеры с улучшенными свойствами. Красноярские исследователи модифицировали один из основных полисахаридов мягкой древесины ели, значительно повысив его способность предотвращать свертывание крови, а также нейтрализовать свободные радикалы
Разработка современных лекарственных препаратов сегодня направлена не
только на повышение их эффективности, но и на снижение дозировок, а
также минимизацию побочных эффектов. Один из перспективных путей –
использование веществ природного происхождения, таких как растительные полисахариды, получаемые из отходов сельскохозяйственной и деревообрабатывающей промышленности.
Полисахариды – это большой класс сложных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или даже тысяч «звеньев»-моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Примерами этих органических соединений могут служить всем известный крахмал, исполняющий запасающую функцию, а также целлюлоза и гемицеллюлоза, придающие прочность клеточным стенкам растений.
Биологическая активность и физико-химические свойства полисахаридов
определяются их сложной и разнообразной пространственной структурой. В
настоящее время широкое внимание привлекают сульфатированные (содержащие сульфатные группы −SO₃¯) полисахариды с нерегулярной структурой. Благодаря уникальным свойствам, таким как нетоксичность, биосовместимость (что минимизирует риск нежелательных реакций, включая иммунные) и биоразлагаемость, эти вещества находят применение в медицине и фармацевтике.
Несмотря на разнообразие природных сульфатированных полисахаридов,
химически сульфатированные полисахариды часто превосходят природные
аналоги. Некоторые из них, к примеру, более эффективно препятствуют
свертываемости крови по сравнению с традиционными антикоагулянтами,
такими как гепарин. Введение сульфатных групп также обеспечивает
новым полимерам лучшую растворимость по сравнению с исходным
полисахаридом, а также увеличивает антикоагулянтную и антиоксидантную
активности.
Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из
Сибирского федерального университета (Красноярск) и Министерства
здравоохранения РФ выделили из древесины обыкновенной ели (Picea abies) полисахарид галактоглюкоманнан и ввели в него сульфатные группы. Регулируя продолжительность реакции сульфатирования, исследователям удалось получить шесть новых производных исходного полисахарида, сохранив его природную структуру. При этом модификация полисахарида приводила к значительному изменению его пространственной конфигурации – от плотной сферы до спиралей.
Биомедицинский потенциал новых молекул был оценен в экспериментах с
плазмой крови человека, в которых было изучено их влияние на свертываемость крови и нейтрализацию свободных радикалов – молекул с высокой химической активностью, способных повреждать живые клетки. Оказалось, что сульфатированные производные галактоглюкоманнана
увеличивают время образования сгустка крови, т.е. предотвращают ее
свертывание. При этом наибольшую эффективность в тестах продемонстрировали образцы с наибольшим количеством сульфатных групп в
структуре – их антикоагулянтная активность выросла в сотни раз по
сравнению с исходным полисахаридом. Они также на 96% нейтрализовали
модельные свободные радикалы, сочетая, таким образом, сразу два полезных
свойства.
Полученные эффекты говорят о том, что сульфатирование, вызвавшее
структурные изменения в полимере, изменило механизм его действия.
Понимание этих механизмов позволит ученым в дальнейшем целенаправленно
«настраивать» свойства молекул под конкретные задачи. В перспективе
такие модифицированные биополимеры могут стать основой для создания
контролируемых носителей лекарств, инкапсулирующих материалов и
биологически активных добавок. А учитывая, что в наших таежных
экосистемах преобладают леса из ели, сосны и пихты, выделение и
модификация хвойных полисахаридов для производства высокотехнологичных
продуктов представляет собой актуальное и чрезвычайно перспективное
направление.
Фото: https://commons.wikimedia.org
Публикации по теме:
Новое «лицо» знакомых лекарств
Флора Сибири – для российской фармацевтики
Лесные ненцы. Традиционная медицина