Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета разработали инновационный метод определения концентрации антибиотиков в организме. Данный подход позволит более точно подбирать дозировку лекарственных средств и улучшить результаты лечения, включая случаи серьезных заболеваний, требующих длительного приема антибиотиков. Исследование, которое было поддержано грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Journal of Molecular Liquids.
Современные антибиотики, широко используемые в медицине для лечения инфекционных заболеваний, обладают так называемым окном эффективности, которое включает в себя диапазон дозировок: ниже определенного уровня препарат не оказывает нужного действия, а выше – может вызывать токсические эффекты. Неправильный выбор дозировки для терапии способен спровоцировать развитие резистентности у бактерий или привести к нежелательным побочным реакциям.
Чтобы подобрать адекватную терапию, важно определять оптимальную дозу антибиотика для каждого пациента. Терапевтический лекарственный мониторинг позволяет оценить концентрацию препарата в организме и учитывать индивидуальные особенности, что особенно важно при лечении детей и пожилых людей, поскольку их метаболизм имеет свои характеристики. Данный метод эффективен при борьбе с серьезными заболеваниями, такими как туберкулез или менингит.
Разработка метода определения фторхинолонов в биологических жидкостях принадлежит ученым из Санкт‑Петербургского университета. В качестве объекта исследования были выбраны офлоксацин и моксифлоксацин. Данные соединения являются антибактериальными препаратами широкого спектра действия и часто применяются для лечения инфекций дыхательных путей, мочевыводящих путей, заболеваний кишечника, офтальмологических заболеваний, туберкулеза и других болезней как в амбулаторных, так и в стационарных условиях.
Ранее Андрей Шишов и Ирина Тимофеева, профессора кафедры аналитической химии СПбГУ разработали процедуру определения тяжелых загрязнителей. За работы над новыми способами анализа пищевых продуктов ученые стали лауреатами премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год.
В ходе исследования ученые использовали супрамолекулярные растворители, созданные на основе поверхностно-активных веществ. Эти вещества находят широкое применение в быту, например, в составе мыла и моющих средств. Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета отобрали амфифильную молекулу, основанную на ди‑2‑этилгексилфосфорной кислоте. Ранее данное соединение практически не подвергалось изучению, что делает его весьма перспективным для научных исследований.
Подобно другим органическим кислотам, она не растворяется в воде, однако формирует с ней растворимые соли. Отличительной чертой этих солей является их структура, сочетающая полярную и неполярную части молекулы. Это свойство позволяет им создавать мицеллы — сферические образования, обладающие поверхностно-активными свойствами.
Для проведения эксперимента химики использовали данные мицеллы с целью экстракции веществ. Растворители применялись для выделения антибиотиков из проб мочи, собранных у здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 35 лет.
«Мочу выбрали для анализа в связи с тем, что это неинвазивный метод исследования. Фторхинолоны из разбавленной мочи концентрировали с помощью используемых растворителей. По словам старшего преподавателя кафедры аналитической химии СПбГУ Алексея Почивалова, удалось достичь значительного концентрирования: из трех миллилитров пробы антибиотики были выделены в 60 микролитров растворителя.
В процессе исследования ученые университета провели экстракцию, состоящую из нескольких этапов. На первом этапе в пробы мочи добавляли разбавитель, что позволило уменьшить влияние матрицы, затрудняющее точный анализ. Далее в образцы внесли небольшое количество кислоты. Для растворения кислоты, которая не смешивается с водой напрямую, использовали аммиачный раствор. После этого в полученную однородную смесь добавили концентрированный раствор соли — высаливающий эффект которого привел к формированию мицелл, образовавших новую фазу, в которой эффективно растворялись аналиты, обеспечивая тем самым их извлечение.
Последующая центрифугация привела к разделению мицеллярной фазы, которая отделилась и опустилась на дно пробирки. Для дальнейшей обработки полученный экстракт разбавили в три раза и внесли в хроматограф. Это позволило не только разделить компоненты пробы, но и точно установить природу целевых веществ, в том числе определить точную концентрацию антибиотика.
«Отличительной особенностью нашего метода является его высокая концентрация. Данную систему можно использовать для анализа водных объектов, а снижение разбавления позволит выявлять даже незначительные концентрации антибиотиков в окружающей среде. Это особенно важно, поскольку фторхинолоны выводятся из организма человека и животных в неизменном виде, что может приводить к их попаданию в сточные воды и природные водоемы», — пояснил лаборант-исследователь кафедры аналитической химии СПбГУ Юрий Лодянов.
Разработанный химиками из Санкт‑Петербургского университета метод может быть легко внедрен в медицинских лабораториях, что позволит осуществлять индивидуальный подбор дозировки лекарственных препаратов. По мнению авторов исследования, в будущем данную технологию можно будет использовать и для других целей, таких как контроль концентрации антибиотиков в крови или анализ разнообразных лекарственных соединений.
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ