Ученые предложили наиболее эффективную комбинацию методов для оценки концентрации лекарств

Ученые БФУ предложили взамен традиционных сложных подходов оценивать концентрацию и химический состав лекарств с помощью методов колебательной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса. Проанализировав работы коллег, авторы заключили, что эти методы позволяют быстро — в течение нескольких минут — получить точный результат, не влияя на активность и структуру молекул. Кроме того, с их помощью можно выявлять препараты непосредственно в крови и других биологических жидкостях человека. Благодаря этому колебательная спектроскопия и ядерный магнитный резонанс помогут проверять качество препаратов на фармацевтических производствах, а также оценивать их безопасность для пациентов. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ) и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), опубликованы в журнале Drug Metabolism and Personalized Therapy.

Для того чтобы оценить, как ведет себя лекарство в организме человека — в какие органы попадает, как долго циркулирует по крови, — требуются специальные методы, позволяющие выявлять химические вещества в биологических жидкостях. С этой целью чаще всего используются два лабораторных подхода — высокоэффективная жидкостная хроматография и масс-спектрометрия. Эти методы позволяют выявить препарат, а также узнать его концентрацию и молекулярный состав, однако они дорогие, требуют много времени, а также могут выполняться только высококвалифицированными специалистами. Кроме того, их нельзя использовать для анализа в режиме реального времени. В связи с этим ученые ищут новые подходы для выявления и оценки концентрации лекарственных средств.

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) предложили определять количество действующего вещества в лекарствах с помощью методов колебательной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса.

Первый подход основан на том, что раствор облучают инфракрасным или ультрафиолетовым светом, после чего специальный прибор улавливает ответное свечение от соединения. Так, спектр «ответных» длин волн отличается у разных веществ, благодаря чему можно определить химический состав раствора. Кроме того, по высоте пиков излучения на спектрах можно определить концентрацию разных компонентов в смеси. Преимущества колебательной спектроскопии состоят в том, что это быстрый и высокочувствительный метод, который не приводит к разрушению образцов, даже если это живые клетки.

Метод ядерного магнитного резонанса также позволяет получить спектры веществ, которые входят в состав анализируемой смеси. В этом случае источником излучения служат ядра атомов, особым образом отвечающие на действие магнитного поля. Так, в обычном состоянии они никак себя не проявляют, а при помещении в магнитное поле начинают испускать электромагнитные волны. Такие атомы в большом количестве содержатся в теле человека, благодаря чему ядерный магнитный резонанс используют при диагностике заболеваний, а также в молекулах лекарственных препаратов. Поэтому по интенсивности сигнала можно оценить количество действующего вещества.

Исследователи проанализировали базы данных научных статей, авторы которых определяли концентрации различных лекарств с помощью вышеописанных методов. Ученые выяснили, что колебательную спектроскопию успешно использовали для выявления противоопухолевых препаратов в крови у пациентов, проходящих лечение от онкологических заболеваний. Также этот подход позволил другим группам исследователей определить уровни аспирина, витамина С и пяти разных антибиотиков в крови и моче.

Кроме того, оказалось, что на основе метода колебательной спектроскопии китайские ученые разработали портативное устройство, которое позволяет определять концентрацию лекарств непосредственно в мышцах и в крови, циркулирующей по сосудам. Это делается в режиме реального времени с помощью датчика — тонкой иглы, которая вводится в вену или мышцу. Прибор был протестирован на кроликах.

Анализ научной литературы также показал, что перспективы метода ядерного магнитного резонанса не уступают колебательной спектроскопии. Этот подход активно развивается последние сорок лет и уже протестирован на широком спектре биологически активных молекул — растительных экстрактах, антибиотиках, синтетических лекарственных препаратах. Кроме того, ученые продемонстрировали, что ядерный магнитный резонанс позволяет выявить побочные эффекты от лечения, например накопление токсичных веществ в крови.

«Мы пришли к заключению, что оба метода крайне перспективны и могут быть повсеместно использованы в клинической практике. Кроме того, их можно сочетать. Так, поскольку оба подхода не разрушают молекулы, один и тот же образец можно анализировать многократно — сначала выполнить анализ ядерным магнитным резонансом, а затем спектроскопией. В дальнейшем мы проверим другие сочетания методов для анализа концентрации лекарственных препаратов», — рассказывают Владимир Рафальский, доктор медицинских наук, директор Центра клинических исследований БФУ имени Иммануила Канта и Андрей Зюбин, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией математического моделирования оптических свойств наноматериалов БФУ имени Иммануила Канта.