Дослідження інформативності клітинних моделей для попередньої оцінки біологічної активності речовин - Автореферат

Незважаючи на значні успіхи сучасної науки в справі пошуку та дослідження властивостей біорегуляторів, створення нових лікарських препаратів, як і раніше, вимагає значних витрат людських і матеріальних ресурсів, причому значна частина витрат повязана зі скринінгом великої кількості речовин на різні види біологічної активності. Особливої уваги, на нашу думку, заслуговує пошук біологічних моделей, максимально інформативних та чутливих до дії хімічних сполук різних класів, які б дозволяли з мінімальними затратами часу та матеріальних ресурсів виявляти ФАР серед нових речовин. Здавалось перспективним застосувати біологічні моделі не тільки для скринінгу, а й для вивчення не менш складної проблеми дії ксенобіотиків на живі організми, особливо в концентраціях, значно нижчих від гранично допустимих (ГДК), оскільки зростаюче з кожним роком техногенне забруднення навколишнього середовища ставить проблему контролю стану довкілля на одне з перших місць (Ковальчук П.І., 2003). Таким чином, виходячи з вищесказаного, є актуальним пошук та дослідження інформативних та чутливих біологічних моделей для попередньої оцінки біологічної активності нових речовин, а також вивчення впливу катіонів важких металів на ці біологічні моделі в концентраціях, значно нижчих від ГДК. Робота виконувалась в рамках наукової теми "Вивчення неспецифічної дії ксенобіотиків як основи для скринінгу біологічно активних речовин" (тема № 2.1.10.29-95, № держ. реєстрації 0195U025780) відділу медико-біологічних досліджень ІБОНХ НАН України та проекту Державної науково-технічної програми МОН України "Створення принципово нової системи моніторингу навколишнього природного середовища на основі сучасних фізико-хімічних методів вимірювання та математичного моделювання впливу шкідливих факторів на природні та штучні біооб?єкти" (шифр № 01.03/04646 "Біотест", № держ. реєстрації 0198U001926).З огляду на те, що дія ФАР на клітинні сигнальні системи реалізується адекватною відповіддю, у першу чергу, на клітинному рівні, з наступним поширенням відповіді на рівень органів, систем органів та організму в цілому, то для обєктивної оцінки ефектів досліджуваних ФАР на клітинному рівні в роботі були використані клітини крові, функції яких однозначно повязані з клітинними сигнальними системами, а саме: лімфоцити, поліморфноядерні лейкоцити (ПМЯЛ), а також тромбоцити. Виходячи з цього, використовували наступні модельні системи: розеткоутворення Т-лімфоцитів, міграційні властивості ПМЯЛ, агрегацію тромбоцитів, електрофоретичну рухливість нейтрофільних лейкоцитів, а також метод електростимульованих фазних скорочень гладеньких мязів органу. Для виявлення найбільш чутливих біообєктів вивчали кількісні та якісні зміни функціонального стану в різних експериментальних моделях на фоні впливу ФАР з відомими стереотипами дії на сигнальні системи клітини: I/-II - активатори аденілатциклазної та інгібітори Са-мобілізуючої фосфоліпідної,-I/ II - інгібітори аденілатциклазної та активатори Са-мобілізуючої фосфоліпідної клітинних сигнальних систем. При дії ФАР класу-I/ II у більшості випадків спостерігається активування цього процесу, за винятком обзидану, який у концентрації 10-4-10-5 моль/л достовірно інгібує процес розеткоутворення (p< 0,05). Аналіз результатів, отриманих при дії ФАР класу I/-II на агрегацію тромбоцитів (табл.3) показує, що у своїй більшості ФАР цього класу сповільнюють агрегацію тромбоцитів за винятком празозину в концентрації 10-5моль/л, іміпраміну в концентрації 10-5-10-6моль/л та сульпіриду в концентрації 10-4 моль/л і 10-6моль/л, які достовірно прискорюють вищевказаний процес.В дисертації представлено нове рішення наукової задачі та ряд теоретичних узагальнень відносно розробки нового методу ефективного пошуку та попередньої оцінки біологічної активності нових речовин з використанням клітинних біомоделей. Дослідження та оцінка ефектів ФАР з протилежними біорегуляторними стереотипами на різних експериментальних біомоделях показали високу чутливість клітинних моделей, на основі функціональних реакцій, до різноманітних ФАР.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В дисертації представлено нове рішення наукової задачі та ряд теоретичних узагальнень відносно розробки нового методу ефективного пошуку та попередньої оцінки біологічної активності нових речовин з використанням клітинних біомоделей.

1. Дослідження та оцінка ефектів ФАР з протилежними біорегуляторними стереотипами на різних експериментальних біомоделях показали високу чутливість клітинних моделей, на основі функціональних реакцій, до різноманітних ФАР. Відповідно до одержаних даних, ФАР класу -I/ II у переважній більшості випадків активують функціональні процеси біомоделей, а ФАР протилежного класу - інгібують.

2. Визначений ступінь інформативності досліджуваних біомоделей за допомогою методів ШНМ та кластерного аналізу, з використанням експериментальних результатів взаємодії з ФАР. Встановлено, що найбільш інформативними є біомоделі на основі імунологічних реакцій - розеткоутворення Т-лімфоцитів, міграційні властивості ПМЯЛ та електрофоретична рухливість нейтрофільних лейкоцитів.

3. Показано інгібуючу дію катіонів важких металів (Cd2 , Zn2 , Co2 , Cu2 и Pb2 ), як факторів забруднення навколишнього середовища, на розеткоутворення Т-лімфоцитів, в діапазоні досліджених концентрацій, які значно нижче ГДКВ, що дозволяє використовувати дану біомодель для моніторингу екологічного стану.

4. На основі отриманих результатів впливу ФАР на модельні системи та їх біорегуляторного стереотипу розроблено алгоритм ефективного пошуку та попередньої оцінки БА нових речовин, який базується на визначенні стереотипу дії потенційно активних хімічних сполук на клітинні сигнальні системи, передбаченні, відповідно до стереотипу дії, видів БА та подальших цілеспрямованих біологічних випробуваннях.

1. Луйк А.И., Прокопенко В.В., Танчук В.Ю., Холодович В.В, Семенюта И.В. Общие свойства фармакологических агонистов и антагонистов внешнемембранных рецепторов // Вопр. мед. химии.- 1999.- Т.68, № 6.- С.514 - 524.

2. Луйк А.И., Прокопенко В.В., Набока Ю.Н., Метелица Л.А., Могилевич С.Е., Чарочкина Л.Л., Семенюта И.В. Молекулярные, надмолекулярные и клеточные биомодели как объекты экологического мониторинга // Доповіді НАН України.- 1999.- № 10.- С.160 -165.

3. Семенюта И.В., Метелица Л.А., Чарочкина Л.Л., Могилевич С.Е. Исследование чувствительности клеточных реакций к физиологически активным веществам методом кластерного анализа // Вісн. ЛДПУ.-2001. - T.43, №11.- С. 95 -102.

4. Семенюта И.В., Метелица Л.А., Калашникова Л.Е., Прокопенко Р.А.. Исследование чувствительности биомоделей для первичного тестирования потенциально физиологически активных веществ методом кластерного анализа // Биополимеры и клетка. - 2004.- Т.20, №6. - С. 535 - 542.

5. Семенюта І.В. Дослідження чутливості клітинних реакцій до фізіологічно активних речовин методом кластерного аналізу / Матеріали науково-практичної конференції, 14 червня 2001 р., Харків // Ліки-людині. -2001.- Т.15, № 1-2.- С.43- 44.

6. Семенюта И.В., Ковалишин В.В. Использование искусственных нейронных сетей для анализа экспериментальных результатов воздействия ФАВ на биологические модели. - 1-я Всеукраинская научно-техническая конференция „Информационные процессы и технологии. Информатика-2007”. Тезисы докладов. - Севастополь, 24-27 апреля 2007 г. - С. 25-27.