Хотя исторические открытия могут показаться устаревшими, учитывая последние достижения медицины, различные лекарства, которые были обнаружены из натуральных продуктов, продолжают использоваться и сегодня.
Аптечка природы
Открытие пенициллина в 1928 году, которое является одним из самых значительных медицинских прорывов 20-го века, было достигнуто после наблюдения, что плесень Penicillium выделяет вещество, которое подавляет рост бактерий Staphylococcus .
Помимо пенициллина, несколько других препаратов, все еще используемых в современной медицине, были первоначально открыты из натуральных продуктов, некоторые из которых включают тетрациклин, артемизинин и доксорубицин2.
Натуральные продукты остаются краеугольным камнем современных разработок лекарств, более 50% современных антибиотиков получают из натуральных продуктов. Некоторые преимущества натуральных продуктов включают их более высокую молекулярную массу, разнообразную химическую природу, большую молекулярную жесткость, 1 и уникальное пространственное расположение, включая большее количество атомов углерода sp3 и меньшее количество атомов азота и галогена.
Например, более высокая жесткость натуральных продуктов может улучшить способность воздействовать на межбелковые взаимодействия.
Натуральные продукты также содержат многочисленные биологически активные соединения, обладающие терапевтическими свойствами. Однако извлечение и очистка этих соединений сопряжены со многими проблемами, такими как потеря терапевтической эффективности.
Поиск новых лекарств из природы
Исторически растительные экстракты использовались в качестве лекарств в неочищенном виде, и практически не существовало знаний о том, какие биологически активные соединения, содержащиеся в этих растениях, были ответственны за их терапевтический эффект.
В последнее время исследователи проявляют все больший интерес к выделению специфических соединений из этих растений, чтобы выяснить их биологические механизмы действия и идентифицировать соединения, ответственные за желаемый терапевтический эффект растений.
Однако эти усилия связаны с рядом проблем, поскольку многие из этих соединений действуют синергически друг с другом, а их выделение снижает или полностью устраняет их терапевтическую активность. На сегодняшний день скринингу подверглась лишь небольшая часть соединений натуральных продуктов, что обусловливает необходимость проведения передовых высокопроизводительных скрининговых анализов (HTS) для идентификации этих соединений и оценки их терапевтической активности.
Традиционные клеточные и молекулярные целевые HTS-анализы часто используются для определения потенциала библиотек натуральных продуктов.
Последние достижения также привели к использованию новых технологий для скрининга натуральных продуктов, некоторые из которых включают микросхемы микропроизводства для определения чувствительности к антибиотикам, мультиомный анализ, виртуальный скрининг, комбинаторную химию, жидкостные технологии и технологии на основе изображений, фаговый дисплей, технологию на основе антител и другие биофизические подходы3.
Независимо от того, какой анализ выбран, HTS-анализ должен быть высоконадежным по своим характеристикам и тщательно разработан для обеспечения надлежащего выбора цели, ортогональных анализов для подтверждения попадания, анализа данных и устранения ошибок. Более того, сочетание этих технологий с подходом системной биологии также может способствовать разработке инновационных лекарств и, в конечном итоге, привести к выявлению и разработке препаратов-кандидатов высшего качества.
Истории успеха: от растений к фармацевтике
Морфин, который был первым растительным натуральным продуктом, первоначально был выделен из Papaver somniferum или опийного мака в 1817 году немецким фармацевтом Фридрихом Сертюрнером. Паклитаксел, который является химиотерапевтическим препаратом, используемым для лечения рака легких, яичников и молочной железы, был выделен из Tacus brevifolia, который более известен как тихоокеанский тис.
Алкалоид хинин был выделен из коры шиншоны лекарственной и в конечном итоге стал первым эффективным лекарством против малярии. Салицинм, активный ингредиент аспирина, ответственный за его обезболивающее действие, первоначально был обнаружен в коре Salix babylonica, иначе известной как ива4.
Помимо морфина, паклитаксела и хинина, другие биологически активные соединения растительного происхождения, часто используемые для лечения заболеваний человека, включают гинзенозид и артемизинин,, которые также являются противораковыми и противомалярийными препаратами соответственно4. Фактически, около 25% всех лекарств, одобренных в настоящее время Управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) и Европейским медицинским агентством (EMA), имеют растительную основу.
Натуральные продукты обычно получают из растений, беспозвоночных, бактерий или других микроорганизмов. Морские организмы также были тщательно исследованы как источники биологически активных природных соединений. На самом деле, как в США, так и в Европе зарегистрировано более 37 патентов на глубоководные продукты, при этом по меньшей мере 300 патентов получено на морские натуральные продукты5.
Например, Prialt — это первый препарат, одобренный FDA США, который был получен непосредственно из натуральных морских продуктов. Этот пептидный токсин-конотоксин MVIIA циконотид показан для обезболивания.
Другой морской натуральный продукт включает Трабектедин, который получают из оболочника Ecteinascidia turbinate и получил одобрение FDA в 2015 году в качестве противоракового препарата5.
Необычное: неизведанные жемчужины природы
Поиск новых натуральных продуктов с уникальными лечебными свойствами имеет большой потенциал для будущих медицинских прорывов. Классические исследования лекарств на основе натуральных продуктов — это междисциплинарный подход, объединяющий биологию, химию, фармакологию и науку об окружающей среде.
Обычно процесс поиска лекарств начинается с биологического скрининга неочищенных экстрактов для выявления биологически активного соединения. Важно отметить, что методы фракционирования могут быть скорректированы для отбора соединений с желаемыми химическими характеристиками, такими как умеренная гидрофильность.
В этот процесс также включены различные методы, основанные на омиках.
Метаболомика, например, может предоставить важную информацию о составе метаболитов натуральных продуктов, что может позволить исследователям определить приоритетность определенных соединений для выделения и дальнейшего анализа4.
Некоторые из различных методов, которые могут быть использованы для профилирования этого типа метаболитов, могут включать спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и масс-спектрометрию высокого разрешения (HRMS), с поддержкой или без поддержки анализа методом жидкостной хроматографии (ЖК).
Проблемы и перспективы на будущее
Растущая угроза устойчивости к антибиотикам в сочетании с постоянным появлением новых заболеваний, таких как последняя вспышка коронавируса с тяжелым острым респираторным синдромом 2 (SARS-CoV-2), подчеркивает важность изучения потенциала натуральных продуктов для разработки инновационных и эффективных лекарств.
Последние технологические достижения позволили исследователям исследовать сложное структурное и химическое разнообразие натуральных продуктов, а также оценить их терапевтический потенциал при широком спектре заболеваний.
Эти будущие усилия должны сопровождаться устойчивыми и этичными практиками, гарантирующими сохранение как мирового сообщества, так и окружающей среды, из которой производятся эти натуральные продукты.
Таким образом, установление синергии между научными кругами, промышленностью и общинами коренных народов предоставит новые возможности для сотрудничества и предоставит уникальную информацию о новых натуральных продуктах, необходимых для улучшения глобального общественного здравоохранения.
