Новый метод определения антибиотиков в организме создали в СПбГУ

Ученые СПбГУ предложили новый способ вычисления количества антибиотиков, содержащихся в теле человека. Это позволит точнее назначать дозировки лекарственных препаратов и повысит эффективность лечения заболеваний, в том числе тяжелых, при которых необходим постоянный прием лекарств. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Journal of Molecular Liquids.

Антибиотики, широко применяемые сегодня в медицинской практике для борьбы с инфекциями, имеют так называемое окно эффективности: дозировку, меньше которой они неэффективны, а также показатель, выше которого они токсичны. Использование неподходящей для лечения дозировки может привести к развитию резистентности (то есть устойчивости) у бактерий или возникновению негативных побочных эффектов.

Для правильной терапии необходимо в каждом конкретном случае понимать, какая доза антибиотика будет достаточной. Решить задачу может терапевтический лекарственный мониторинг, с помощью которого можно определить содержание лекарств в биологических жидкостях человека и учесть индивидуальные особенности организма, что особенно актуально для детей и пожилых людей, чей метаболизм отличается. Такая технология успешна в борьбе с тяжелыми заболеваниями, например с туберкулезом или менингитом.

Химики Санкт‑Петербургского университета разработали способ определения фторхинолонов в биологических жидкостях, выбрав в качестве объекта исследования офлоксацин и моксифлоксацин. Эти вещества представляют собой антибактериальные препараты широкого спектра действия, поэтому их часто назначают в амбулаторных и стационарных условиях для лечения инфекций дыхательных и мочевыводящих путей, кишечных и офтальмологических заболеваний, туберкулеза и многих других болезней.

Ранее профессора кафедры аналитической химии СПбГУ Андрей Шишов и Ирина Тимофеева 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.

Ученые работали с супрамолекулярными растворителями, которые получают из поверхностно‑активных веществ. Такие вещества широко используются в быту — например, в составе мыла или моющих средств. В данном исследовании химики СПбГУ выбрали амфифильную молекулу на основе ди‑2‑этилгексилфосфорной кислоты. Это соединение ранее почти не изучалось, что делает его особенно перспективным для научной работы.

Как и многие органические кислоты, она не смешивается с водой, но образует растворимые в ней соли. Особенность этих солей заключается в их строении: одна часть молекулы полярная, а другая нет. Благодаря этому они способны образовывать мицеллы — сферические частицы поверхностно‑активного вещества.

В рамках эксперимента химики использовали такие мицеллы для экстракции (извлечения вещества из раствора). Растворители применяли для выделения антибиотиков из образцов мочи, полученных от здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 35 лет.

«Мы выбрали для анализа мочу, поскольку это неинвазивный метод исследования. Из разбавленной пробы мочи концентрировали фторхинолоны с помощью наших растворителей. Нам удалось добиться высокого концентрирования: из трех миллилитров пробы антибиотики выделялись в 60 микролитров растворителя», — рассказал старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ Алексей Почивалов.

В ходе исследования химики университета провели экстракцию, которая состояла из нескольких этапов. Сначала в пробы мочи добавили разбавитель — это позволило снизить матричное влияние, мешающее точному анализу. Затем в образцы ввели небольшое количество кислоты. Поскольку кислота не смешивается с водой напрямую, для ее растворения потребовался аммиачный раствор. После этого в получившуюся однородную смесь добавили концентрированный раствор соли — благодаря высаливающему эффекту сформировались мицеллы, которые образовали новую фазу, в ней эффективно растворялись аналиты, что и обеспечило их извлечение.

На следующем этапе смесь центрифугировали, в результате чего мицеллярная фаза отделилась и осела на дно пробирки. Полученный экстракт разбавили в три раза и ввели в хроматограф, что позволило не только разделить компоненты пробы, но и точно идентифицировать целевые вещества: так удалось определить точную концентрацию антибиотика.

«Наш способ отличается тем, что у него большое концентрирование. Эту систему можно применить и для, например, водных объектов, а если снизить разбавление, тогда удастся обнаружить и низкие концентрации антибиотиков в окружающей среде. Это особенно актуально, поскольку фторхинолоны выходят из тела человека и организмов животных в неизменном виде, а значит, могут попадать в сточные воды и природные водоемы», — объяснил лаборант-исследователь кафедры аналитической химии СПбГУ Юрий Лодянов.

Предложенный химиками Санкт‑Петербургского университета метод можно легко адаптировать для медицинских лабораторий, что открывает возможности для персонализированного подбора дозировки лекарств. Как отмечают авторы исследования, в перспективе эту технологию можно применять и для других задач, например для мониторинга уровня антибиотиков в крови или анализа широкого спектра лекарственных веществ.

Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ