Категории

Химия медицинских препаратов

Химия вокруг нас Конструирование новых лекарств

Медицинская химия

ХИМИЯ в биологии,Медицине и производстве лекарственных препаратов.

Современное человеческое общество живет и продолжает развиваться, активно используя достижения науки и техники, и практически немыслимо остановиться на этом пути или вернуться назад, отказавшись от использования знаний об окружающем мире, которыми человечество уже обладает. Накоплением этих знаний, поиском закономерностей в них и их применением на практике занимается наука. Человеку как объекту познания свойственно разделять и классифицировать предмет своего познания (вероятно, для простоты исследования) на множество категорий и групп; так и наука в свое время была поделена на несколько больших классов: естественные науки, точные науки, общественные науки, науки о человеке и пр. Каждый из этих классов делится, в свою очередь, на подклассы и т.д. и т.п.

Но среди этого многообразия наук есть науки "лидеры" и науки "отстающие". Одними из современных наук "лидеров" и являются биология и медицина.

"Вторая половина нашего столетия отмечена стремительным прогрессом биологических знаний и их приложений в разнообразных сферах жизни современного общества. В сущности, интерес человека к живой природе никогда не угасал, но лишь последние десятилетия позволили приблизиться к пониманию удивительных тайн жизнедеятельности и на этой основе сделать решительный шаг в использовании новейших биологических открытий."(вице-президент АН СССР Ю.А.Овчинников,1987)

Пятидесятые годы стали временем начала ренессанса биологии, которая "сумела заглянуть внутрь клетки и разобраться в молекулярных механизмах рождения ми развития организмов" [1].

Существует мнение, что XXI век станет веком биологии, а все остальные науки отойдут на второй план [3]. Сбылось предсказание великого физика современности Н.Бора, который в 50х годах неоднократно заявлял, что в ближайшем будущем наиболее интенсивное проникновение в тайны природы станет прерогативой не физики, а именно биологии [8]. Большая часть современной естественнонаучной литературы в той или иной мере посвящена исследованию именно живой природы. Биологическими проблемами занимаются сейчас десятки наук. Очень продуктивными оказываются и науки, связанные с претворением новейших биологических открытий в жизнь.

Можно без преувеличения сказать, что одной из таких отраслей приложения биологии многие из нас обязаны здоровьем и даже жизнью. Речь идет о медицине, которая в настоящие годы переходит не только к использованию лекарств нового поколения и применению в практике новых материалов, но к таким методам лечения, которые позволяют воздействовать на болезнь в самом ее начале, а то и до начала ! Это стало возможным в связи с исследованием молекулярных механизмов развития множества заболеваний и коррекцией нарушений не привычным методом введения в организм недостающих веществ, а путем воздействия на естественные процессы биорегуляции (с помощью специальных биорегуляторов или на генетическом уровне). Решение множества ключевых проблем современности, таких как производство продуктов питания, многих лекарств и других веществ связано с активным внедрением в жизнь биотехнологий.

Столь ощутимый прогресс биологии был бы невозможен без ее активного взаимодействия с другими науками. Но парадокс современного состояния науки состоит в том, что множество исследований оказывается "на стыке наук", для продуктивного решения проблемы приходится привлекать ученых различных специальностей; более того, многие ученые в настоящее время, в век узкой специализации, вынуждены овладевать смежными специальностями, и множество современных исследований с трудом можно отнести к какой-нибудь одной отрасли науки. При решении биологических проблем тесно переплетаются идеи и методы биологии, химии, физики, математики и других областей знания. Именно проблема взаимодействия химии с биологическими дисциплинами и их приложениями в медицине и будет нас интересовать.

Химики второй половины XX века очень активно занимались исследованиями живой природы. В пользу этого тезиса может свидетельствовать хотя бы тот факт, что из 39 Нобелевских премий по химии, врученных за последние 20 лет (19771996), 21 премия (больше половины! а ведь отраслей химии очень много) была получена за решение химико-биологических проблем [14, см. Приложение 1].

Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются... В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций [4,5]. Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков. Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т.д.

Известно, что из множества химических элементов в состав живых организмов входят только некоторые элементы. Наиболее важными ионами металлов оказываются ионы натрия, калия, магния, кальция, цинка, меди, кобальта, марганца, железа и молибдена. Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц [4]. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.

Большая часть болезней обусловлена отклонением концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.

В поддержании нормальной жизнедеятельности организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы : биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие в-ва) [6].

Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.

В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином "физико-химическая биология". К этому направлению относят:

а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия bioorganic chemistry and inorganic biochemistry соответственно);

б) биохимию;

в) биофизику;

г) молекулярную биологию;

д) молекулярную генетику;

е) фармакологию и молекулярную фармакологию

и множество смежных дисциплин [1,8]. В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая "чисто биологическая" наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Instituts of Health USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию "неперспективной и отжившей свое" наукой. Возникают такие , кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки, как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости.

Итак, чем же занимаются все вышеперечисленные науки, являющиеся различными ветвями физико-химической биологии?

Основой химии природных соединений явилась традиционная органическая химия, которая первоначально рассматривалась как химия веществ, встречающихся в живой природе. Современная же органическая химия занимается всеми соединениями, имеющими углеродные (или замещенные гетероаналогами углерода) цепочки, а биоорганическая химия, исследующая природные соединения, выделилась в отдельную отрасль науки. Химия природных соединений возникла в середине XIX века, когда были синтезированы некоторые жиры, сахара и аминокислоты (это связано с работами М.Бертло, Ф.Велера, А.Бутлерова, Ф.Кекуле и др.). Первые подобные белкам полипептиды были созданы в начале нашего века, тогда же Э.Фишер вместе с другими исследователями внес свой вклад в исследование сахаров. Развитие исследований по химии природных веществ продолжалось нарастающими темпами вплоть до середины XX века. Вслед за алкалоидами, терпенами и витаминами эта наука стала изучать стероиды, ростовые вещества, антибиотики, простагландины и другие низкомолекулярные биорегуляторы. Наряду с ними химия природных соединений изучает биополимеры и биоолигомеры (нуклеиновые кислоты, белки, нуклеопротеиды, гликопротеины, липопротеины, гликолипиды и др.). Основной арсенал методов исследования составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач активно привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы. Основными задачами, решаемыми химией природных соединений, являются :

а) выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки, различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения и т.п.;

б) установление структуры, включая пространственное строение, на основе подходов органической и физической органической химии с применением масс-спектроскопии, различных видов оптической спектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурного анализа, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, методов быстрой кинетики и др.;

в) химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогов и производных, с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения препаратов, ценных для практического использования;

г) биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.

Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.

Появление науки биохимии обычно связывают с открытием явления ферментативного катализа и самих биологических катализаторов ферментов, первые из которых были идентифицированы и выделены в кристаллическом состоянии в 20х годах нашего столетия. Биохимия изучает химические процессы, происходящие непосредственно в живых организмах и использует химические методы в исследовании биологических процессов. Крупнейшими событиями в биохимии явились установление центральной роли АТФ в энергетическом обмене, выяснение химических механизмов фотосинтеза, дыхания и мышечного сокращения, открытие трансаминирования, установление механизма транспорта веществ через биологические мембраны и т.п.

Молекулярная биология возникла в начале 50х годов, когда Дж.Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что позволило начать изучение путей хранения и реализации наследственной информации. Крупнейшие достижения молекулярной биологии открытие генетического кода, механизма биосинтеза белков в рибосомах, основы функционирования переносчика кислорода гемоглобина.

Следующим шагом на этом пути явилось возникновение молекулярной генетики, которая изучает механизмы работы единиц наследственной информации генов, на молекулярном уровне. Одной из актуальнейших проблем молекулярной генетики является установление путей регуляции экспрессии генов перевод гена из активного состояния в неактивное и обратно; регуляция процессов транскрипции и трансляции. Практическим приложением молекулярной генетики явилась разработка методов генной инженерии и генотерапии, которые позволяют модифицировать наследственную информацию, хранящуюся в живой клетке, таким образом, что необходимые вещества будут синтезироваться внутри самой клетки, что позволяет получать биотехнологическим путем множество ценных соединений, а также нормализовать баланс веществ, нарушившийся во время болезни. Суть генной инженерии рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты, что достигается с помощью ферментов и химических реагентов, с последующим соединением; эта операция производится с целью вставки в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов нового фрагмента гена, отвечающего за синтез нужного нам вещества, вместе с так называемыми регуляторами участками ДНК, обеспечивающими активность "своего" гена. Уже сейчас с помощью генной инженерии получают многие лекарственные препараты, преимущественно белковой природы : инсулин, интерферон, соматотропин и др. [2,3]. 11 

Фармакология - это наука о лекарственных средствах, действии различных химических соединений на живые организмы, о способах введения лекарств в организмы и о взаимодействии лекарств между собой. Молекулярная фармакология изучает поведение молекул лекарственных веществ внутри клетки, транспорт этих молекул через мембраны и т.д. Человек начал применять лекарственные вещества очень давно, несколько тысяч лет назад. Древняя медицина практически полностью основывалась на лекарственных растениях, и этот подход сохранил свою привлекательность о наших дней. Множество современных лекарственных препаратов содержат вещества растительного происхождения или химически синтезированные соединения, идентичные тем, которые можно обнаружить в лекарственных растениях. Один из самых ранних из дошедших до нас трактат о лекарственных средствах был написан древнегреческим врачом Гиппократом в IV веке до нашей эры.

Зачатки химии лекарственных веществ появляются в период господства алхимии. Современная химиотерапия ведет свой отсчет с начала XX века от трудов П.Эрлиха по противомалярийным средствам и производным мышьяковой кислоты. В настоящее время синтезированы десятки и сотни тысяч лекарственных веществ, и их поиск продолжается. Но число активно применяемых лекарств, конечно, значительно меньше. Не все вещества, синтезированные в качестве потенциального нового лекарственного вещества, находят свое применение на практике. Многие широко использовавшиеся ранее лекарства вытесняются из сферы применения из-за того, что появляются более эффективные аналоги, которые воздействуют на причину болезни гораздо селективнее, имеют меньше противопоказаний и побочных эффектов. В 1995 году к применению в России было разрешено свыше 3 тысяч наименований лекарственных препаратов, содержащих около 2 тысяч разнообразных химических веществ синтетического происхождения[12,13]. Одним из крупных успехов фармакологии второй половины нашего века явилось создание и внедрение в практику антибиотиков широкого спектра действия: сульфамидных препаратов, витаминов, средств, влияющих на деятельность центральной нервной системы транквилизаторов, нейролептиков, психотомиметиков и др. Многие из этих лекарств были открыты и впервые применены в нашей стране (фторофур, феназепам, циклодол, витаминные препараты и мн.др.)

В настоящее время в мире существует множество научных центров, ведущих разнообразные химико-биологические исследования. Странами-лидерами в этой области являются США, европейские страны: Англия, Франция, Германия, Швеция, Дания, Россия и др. В нашей стране существует множество научных центров, расположенных в Москве и Подмосковье (Пущино, Обнинск, Черноголовка), Петербурге, Новосибирске, Красноярске, Владивостоке...Хотя, справедливости ради, надо заметить, что и в этой области (как и во всей российской науке в целом) наблюдается некоторый "упадок", связанный как с недостатком финансирования и общим экономическим кризисом в РФ, так и с проблемой brain-drain /"утечки мозгов"/ в более экономически благоприятные страны. Однако многие исследовательские институты Академии Наук России, Российской Академии Медицинских наук, Российской Академии Сельскохозяйственных Наук, Министерства Здравоохранения и Медицинской Промышленности продолжают научные изыскания (пока еще...), хотя и не на полную мощь. Одни из ведущих центров по стране Институт биоорганической химии им.М.А.Шемякина и Ю.А.Овчинникова, Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта, Институт органического синтеза им.Н.Д.Зелинского, Институт физикохимической биологии МГУ им.Белозерского и др. В СанктПетербурге можно отметить Институт Цитологии РАН, химический и биологические ф-ты Гос. Университета, Институт экспериментальной медицины РАМН, Институт онкологии РАМН им. Петрова, Институт особо чистых биопрепаратов МЗиМП и т.п.

Основными проблемами, решаемыми в последние годы физико-химической биологией, являются синтез белков и нуклеиновых кислот, установление нуклеотидной последовательности генома многих организмов (в том числе определение полной нуклеотидной последовательности генома человека), направленный транспорт веществ через биологические мембраны; разработка новых лекарств, новых материалов для медицинского использования, например, для биопротезирования. Особое внимание уделяется разработке биотехнологий, которые часто бывают более экономически выгодны, эффективны, чем традиционные "технические", не говоря уже об их экологической чистоте. Ведутся активные работы по клонированию растений и животных, а также по получению отдельных органов вне организма. Особо примечателен недавний успех швейцарских ученых ( первые сообщения в печати появились в конце февраля 1997 г.), получивших путем клонирования сельскохозяйственное животное овцу, которая была выращена из клетки вымени матери-овцы; дочерняя генетическая копия была названа Долли [11]. Это свидетельствует о том, что клонирование из сферы чисто научных экспериментов переходит в сферу практики. Необходимо упомянуть и о лечении заболеваний новым методом генотерапии изменением наследственности. Лечебный эффект достигается путем переноса "исправленного" гена либо с помощью ретровируса, либо внедрением липосом, содержащих генетические конструкции.

Источник: http://refleader.ru/jgeqasujgbewrna.html

Химия в биологии, медицине и производстве лекарственных препаратов

ХИМИЯ ЛЕКАРСТВ. Одно из самых заметных достижений синтетической органической химии 20 в. – получение новых лекарственных средств. В результате стало возможным излечивать многие болезни, которые раньше считались смертельными. А широкое распространение антисептических средств позволило предотвращать инфекционные осложнения в результате хирургических операций и боевых ранений. Историкам известно, что несмотря на гигантские людские потери во время многочисленных сражений прошлых веков (так, в сражении при Иссе в 333 до н.э. между персами и армией Александра Македонского разбитая армия Дария потеряла 100 тысяч человек из 400 тысяч), основная доля смертности приходится все же на болезни солдат. Из огромной армии персидского царя Ксеркса, возглавившего в V в. до н.э. поход против Греции, после жестоких эпидемий на родину возвратились только жалкие остатки. Сотнями тысяч гибли от болезней крестоносцы.

Не лучше обстояло дело и в новое время. Так, из 4,5 млн солдат, которых Наполеон извлек из рядов мирных граждан, погибло на полях сражений 150 тысяч, а 2,5 млн умерли в госпиталях. Прошло полвека, но положение не изменилось. В Крымской войне (1853–1856) принимали участие четыре страны. В английской армии (98 100 чел.) было убито 2700 солдат (2,8%), умерло от ран 1800 (1,8%), а от болезней – 17 500 (17,8%). Во французской армии (309 400 чел.) убито 8500 (2,7%), умерло от ран 11700 (3,8%), от болезней – 24 500 (7,9%). В турецкой армии (165 000 чел.) убито 10 100 (6,1%), умерло от ран 10 800 (6,5%), от болезней – 24 500 (14,8%). Наконец, в русской армии (888 000 чел.) убито 30 600 (3,4%), умерло от ран 42 000 (4,7%), от болезней – 374 000 (42%)! Общая же статистика такова: всего за 72 года – с 1793 (когда Франция объявила войну Англии, Нидерландам и Испании) по 1865 (когда английский хирург Джозеф Листер использовал водный раствор фенола – карболовую кислоту для лечения гнойных ран, положив начало применению антисептических средств в хирургической практике) – человечество потеряло в войнах 8 млн человек, из которых 1,5 млн погибло от неприятельского оружия, а 6,5 млн – от болезней...

Болезни и эпидемии косили и мирное население. В 6 в. от чумы вымерла половина населения Византийской империи, а в 14 в. только за три года – с 1347 по 1350 – в Европе от чумы умерло 25 млн человек. Миллионами исчисляются во всем мире жертвы гриппа («испанки») 1918.

Синтез в лабораториях новых лекарственных средств и их последующее внедрение в медицинскую практику позволил в 20 в. спасти от верной смерти, вероятно, сотни миллионов человеческих жизней.

Трудно сказать, спасла бы современная медицина Пушкина после дуэли (многие медики склоняются к мнению, что его рана и сейчас была бы смертельной). А вот в изданной в ФРГ книге Мировые рекорды в химии приводится любопытный список деятелей искусства, умерших в прошлом от болезней, которые современная медицина могла бы с успехом вылечить:

Мазаччо, живописец (1401–1428): чума

Джорджоне, живописец (1477–1510): чума

Рафаэль, живописец (1483–1520): лихорадка (тогда лихорадкой называли разные болезни, сопровождавшиеся сходными признаками)

Моцарт, композитор (1756–1791): лихорадка

Джон Китс, поэт (1795–1821): туберкулез

Генрих Гейне, поэт (1797–1856): туберкулез

Франц Шуберт, композитор (1797–1828): тиф

Роберт Шуман, композитор (1810–1856): сифилис

Фредерик Шопен, композитор (1810–1849): туберкулез

Эмилия Бронте, писательница (1818–1840): туберкулез

Анна Бронте, писательница (1820–1849): туберкулез

Шарль Бодлер, писатель (1821–1867): сифилис

Фридрих Ницше, поэт и философ (1844–1900): сифилис

Поль Гоген, живописец (1848–1903): сифилис

Ги де Мопассан (1850–1893): сифилис

Гуго Вольф, композитор (1860–1903): сифилис

Джордж Оруэлл, писатель (1903–1950): туберкулез

Во второй половине 19 в. начала быстро развиваться синтетическая органическая химия. Она дала людям красители, душистые вещества, лекарственные средства. Тем не менее, еще в начале 20 в. число индивидуальных химических соединений, применявшихся в качестве лекарственных средств, исчислялось единицами. Начало химиотерапии – лечению болезней с применением химических препаратов – положил немецкий врач, бактериолог и биохимик Пауль Эрлих. В 1891 он предложил для лечения малярии применять краситель метиленовый синий. Однако это соединение не могло конкурировать с природным хинином. (Сейчас этот краситель ограниченно применяют при некоторых отравлениях и наружно в качестве антисептического средства.) Для получения лекарственных средств Эрлих решил использовать новые методы синтетической органической химии. Он мечтал о «магической пуле», которая бы избирательно поражала возбудителей того или иного заболевания и в то же время была бы безвредной для организма. В 1909 Эрлих нашел средство против бледной спирохеты – возбудителя сифилиса; он назвал это мышьяксодержащее органическое соединение сальварсаном («спасительным мышьяком»). Одной инъекции сальварсана было достаточно и для того, чтобы вылечить человека от похожей на сифилис тропической кожной болезни.

Между синтезом нового соединения и его применением в медицине иногда проходили десятилетия. С 19 в. была известна сульфаниловая (п-инобензолсульфоновая) кислота H2N–C6H4–SO3H. В 1908 были получены ее амид H2N–C6H4–SO2–NH2, а затем и его N-замещенные (по амидной группе) H2N–C6H4–SO2–NH–R, которые получили название сульфаниламидов. Но только 27 лет спустя немецкий химик Герхард Домагк выяснил, что соединения этой группы убивают многие микроорганизмы, и их можно использовать для лечения ряда инфекционных заболеваний. Первым препаратом был азокраситель пронтозил (красный стрептоцид) H2N–C6H4–N=N–C6H4–SO2–NH2. Догмагк исследовал действие этого препарата на мышей, получивших предварительно 10-кратную смертельную дозу культуры гемолитического стрептококка. Эффект был поразительный: все мыши остались живы, тогда как в контрольной группе погибли также все. В 1939 за открытие первого антибактериального препарата Домагку была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине. В конце 1935 показано, что пронтозил действует не сам: лечебный эффект оказывает продукт его распада в организме – тот самый сульфаниламид, который был известен с 1908. Его назвали белым стрептоцидом. С тех пор было синтезировано более 20 000 производных сульфаниламида, из которых в медицине используется лишь несколько десятков. Самыми известные из них – стрептоцид, норсульфазол, сульфадимезин, этазол, сульфадиметоксин, фталазол, сульгин, бисептол и др. В настоящее время многие из них уступили место более эффективным средствам.

Исключительную роль в лечение многих инфекций играют антибиотики, первый из которых был случайно открыт в 1928 (см. АНТИБИОТИКИ). Синтетические лекарственные средства позволяют бороться не только с бактериальными инфекциями. После открытия транквилизирующего (нейролептического) действия элениума появились десятки близких по структуре соединений, составивших большую группу современных транквилизаторов (нозепам, лоразепам, феназепам, тетразепам и др.).

Во многом благодаря лекарственным средствам средняя продолжительность жизни в промышленно развитых странах за последнее столетие удвоилась. Так, в Германии смертность от пневмонии, которая в 1936 составляла 165 на 100 тыс. населения, снизилась к 1985 в результате применения сульфаниламидных препаратов до 17; смертность от туберкулеза в 1930–1985 уменьшилась в результате применения антитуберкулезных препаратов еще разительнее – с 158 до 1,9. В США только за период 1965–1996 удалось снизить смертность от ревматизма на 83%, от атеросклероза – на 74%, от язвы желудка и двенадцатиперстной кишки – на 72% и т.д.

Какие лекарства наиболее распространены в мире? Вычислить рекордсменов в соответствии с числом принимаемых ежегодно таблеток, капель или пилюль вряд ли возможно. Зато хорошо известно, какие лекарства принесли наибольший доход. Это средства для лечения язвы желудка (омепразол, зантак); зокор, снижающий содержание холестерина в крови; антидепрессанты прозак, золофт и пароксетин; гипертензивные (то есть снижающие артериальное давление) лекарства новарск и ренитек; антибактериальные препараты амоксициллин и ципрофлоксатин (ципролет). Продажа каждого из них исчисляется миллиардами долларов.

Наибольший доход приносит продажа лекарственных средств, предназначенных для лечения так называемых «болезней цивилизации», а также дегенеративных процессов (в основном для людей старше 50 лет). Это прежде всего болезни сердечно-сосудистой системы. На втором месте – средства для лечения пищеварительной системы и нарушений обмена веществ. Далее идут (в порядке уменьшения объема продаж): средства для лечения центральной нервной системы, органов дыхания, бактериальных инфекций, мочеполовой системы (включая половые гормоны), кожных заболеваний, костно-мышечной системы, заболеваний крови, иммунной системы, различные гормональные препараты (кроме половых), диагностические средства. По оценкам, 22% людей в возрасте от 30 до 49 лет принимают таблетки ежедневно (или почти каждый день); для возрастной группы от 50 до 59 лет этот показатель возрастает до 43%, а для людей старше 60 лет – до 66%. В то же время 40% населения промышленно развитых стран редко принимает лекарства, а 10% утверждают даже, что никогда этого не делают!

Соотношение между общим числом синтезированных препаратов и теми из них, которые проявляют терапевтический эффект, всегда очень велико. Трудности целенаправленного синтеза новых лекарств во многом связаны с тем, нет однозначной зависимости между химическим строением лекарственного средства и его биологическим действием. Иногда малейшие изменения структуры молекулы приводят к полному исчезновению или сильному изменению биологической активности. И наоборот, нередко почти одинаковая активность наблюдается у веществ совершенно разной химической природы. Например, если в молекуле морфина – сильного наркотика заменить один из атомов водорода на метильную группу, то получится сравнительно безвредное вещество кодеин. А вот пример другого рода. Природный алкалоид кокаин раньше применяли для местного обезболивания. Однако кокаин обладает вредным побочным действием, поэтому в медицинской практике его заменили синтетическим аналогом, который назвали новокаином (т.е. «новым кокаином»). Однако молекулы этих веществ полностью различны по своей структуре. Один из самых сильных канцерогенов – 3,4-бензпирен, а имеющий тот же состав 1,2-бензпирен (в нем чуть иначе расположены бензольные кольца) вообще не проявляет канцерогенных свойств. То же относится и к двум изомерным нафтиламинам: сравнительно безвредный a-изомер – полупродукт в синтезе красителей, гербицидов и пигментов; b-изомер – канцероген, и когда это выяснилось, его применение для синтеза красителей было запрещено.

Подобные факты были известны давно. Поэтому еще в начале 20 в. П.Эрлих предложил искать новые биологически активные вещества методом скрининга (от англ. screening – просеивание). Суть метода заключается в том, что множество различных химических соединений, в том числе вновь синтезированных, с помощью стандартных методик подвергаются проверке на биологическую активность в надежде на то, что рано или поздно на «сите» блеснет самородок – вещество с нужными свойствами. Ученые не без ехидства называют такой способ «методом научного тыка». Сам Эрлих в поиске эффективного лекарства от сифилиса синтезировал 605 веществ – и все безрезультатно. И лишь следующий «препарат 606» (уже упоминавшийся сальварсан) обладал нужными свойствами. Тем не менее считают, что Эрлиху повезло: он вполне мог найти то, что искал и в после синтеза «препарата 6666»!

Сейчас число применяемых в медицине синтетических лекарственных препаратов исчисляется многими тысячами. Не удивительно, что если в 1-м издании справочника М.Д.Машковского Лекарственные средства (1954) содержались сведения о 555 основных лекарственных препаратах, то в последнем 14-м издании (2000) – более чем о двух тысячах. Поиском новых лекарственных средств занимаются в крупнейших научных центрах во всем мире.

Метод скрининга до сих пор не потерял своего значения, хотя он требует очень больших затрат труда и времени. Примером может служить синтезированный российскими химиками противосудорожный препарат пуфемид (изопропоксифенилсукцинимид). Первые синтезы были проведены в 1965, а статья Новый отечественный противоэпилептический препарат пуфемид появилась в «Химико-фармацевтическом журнале» лишь в 1983. По статистике новый фармацевтический препарат получается лишь в одном случае из десятков тысяч – если действовать методом проб и ошибок.

Но есть и иной принцип, который приводит к цели намного быстрее. Это целенаправленный синтез, который включает и накопленные за много десятилетий знания, и собственный опыт, и интуицию исследователя. Опытный специалист, взглянув на структурную формулу, с высокой достоверностью скажет, какого действия следует ожидать от этого соединения – сосудорасширяющего или обезболивающего. Известно также, какие группы и радикалы усиливают эффект, какие – ослабляют. И тем не менее, введение в практику каждого нового фармакологического препарата требует огромных усилий множества исследователей, химиков, биологов, врачей, фармакологов. Потому-то лекарства зачастую так дороги...

Илья Леенсон

В.Чолаков. Нобелевские премии. Ученые и открытия. М., Мир, 1986
А.Азимов. Краткая история химии. СПб, Амфора, 2002

Найти "ХИМИЯ ЛЕКАРСТВ" на

Источник: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/medicine/HIMIYA_LEKARSTV.html

Химия и её роль в медицине

Лекарство, в широком понимании – это некое химическое вещество, оказывающее влияние на процессы, происходящие в живом организме.

Но, следуя данному определению, лишь очень немногие химические вещества не нужно включать в список лекарственных веществ. Поэтому более точно лекарством можно назвать любое вещество, которое может быть использовано для диагностики, лечения или ослабления проявления симптомов какого-либо заболевания, либо для профилактики и предотвращения заболеваний.

Поиск средств для борьбы с болезнями велся на протяжении всей истории существования человечества. Однако, если в прошлом лечебные препараты изготавливались, как правило, из веществ животного и растительного происхождения, то сегодня для производства лекарств применяются достижения в области синтетической органической химии в совокупностями с биотехнологиями. Кроме того, прежде лечебные свойства большинства активных веществ выявлялись случайно - достаточно вспомнить аспирин и пенициллин, - сегодня же разработка всех лечебных препаратов базируется на знании особенностей процессов развития заболеваний на молекулярном уровне и анализа возможностей различных активных веществ воздействовать на эти процессы.

Одним из самых значимых достижений органической синтетической химии XX века является получение новых форм и видов лекарственных средств.

В результате этого стало возможным излечение многих болезней, которые прежде считались неизлечимыми или смертельными. Благодаря широкому распространению и активному использованию антисептических средств, стало возможным предотвращение инфекционных осложнений в результате хирургических операций или боевых ранений. Известно, что, несмотря на колоссальные людские потери, понесенные во время многочисленных военных сражений прошлых веков, основная доля смертей приходилась все же на смерти от болезни солдат.

От болезней и эпидемий умирало и мирное население. От чумы в VI в. вымерла половина населения в Византийской империи, а в в Европе в XIV в. за три года – с 1347 г. по 1350 г. – от чумы умерло около 25 млн человек. Жертвы гриппа («испанки») в 1918 г во всем мире исчисляются миллионами.

Благодаря синтезу в лабораториях новых лекарственных средств и последующему их внедрению в медицинской практике, в XX в. от верной смерти удалось спасти сотни миллионов человеческих жизней.

К примеру, знание свойств и структуры энзимов, которые принимают участие в развитии воспалительных процессов, позволило применить их при создании целевого препарата, предназначенного для ослабления деятельности этих же энзимов. А гормон эритропоэтип, созданный путем синтеза, незаменим для больных с хронической почечной недостаточностью, сопровождающейся вторичной анемией, характерной особенностью которого является дефицит этого гормона.

Синтетические лекарства в современной медицине составляют важную, доминирующую группу. К химическим лекарственным препаратам, имеющимся в арсенале медицины, предъявляются очень высокие требования, совсем иные, чем к растительным препаратам. Более строгой оценке подлежат как их лечебные свойства, так и условия применения.

Изучение синтетических лекарств на протяжении нескольких последних десятилетий осуществлялось по-разному. Раньше работы по поиску новых лекарств обуславливались личными интересами исследователя, его возможностями и условиями работы, общественными заказами или запросами медицины. Поэтому нет ничего странного с том, что в то время вместе с проверенными высококачественными препаратами использовались и некачественные, абсолютно не оправдывающие себя препараты, с плохо изученными токсическими свойствами и не до конца выясненными побочными действиями. Но со временем большинство вопросов изучения, производства и использования новых лекарственных препаратов были упорядочены. В процессе осваивания новых методов исследований специалисты осознали необходимость в дополнительном изучении (кроме хронической и острой токсичности) тератогенного действия синтетических лекарств в эмбриональном периоде. Лабораторные исследования токсичности лекарств, а также их влияния на развитие плода у беременных и многие другие традиционно проводятся на животных. Необходимость в изучении влияния (тератогенного действия) синтетических лекарств на развитие зародыша была осознана после „талидомидовой" трагедии, случившейся не из-за небрежности или недосмотра врачей, а в результате неизученного действия одного из компонентов - производного амида глютаминовой кислоты, который уже применялся для получения известных ранее лекарств, например, таких как глимид (снотворное средство) или атурбан, который используется при болезни Паркинсона. Сегодня специалисты серьезно подходят к исследованию канцерогенных свойств многих лекарств.

Статистические данные свидетельствуют, что количество новых синтетических лекарств, которые внедряются в медицинской практике, довольно быстро увеличивалось до 1960 г., после чего наступил заметный и ежегодно растущий спад. Этот факт объясняется длительными исследованиями процессов и механизмов действия лекарств и изменений в организме.

Источник: http://ximik.biz/himiya-i-medicina/25-tabletki-lekarstva-sinteticheskie
Смотрите также: