Ектоін^® – новий інструмент у веденні пацієнтів із захворюваннями дихальних шляхів

Стаття у форматі PDF

Сьогодні лікарі все частіше надають перевагу застосуванню місцевої терапії при різних захворюваннях, зокрема патології дихальних шляхів, яка дозволяє досягти максимальної концентрації діючої речовини у вогнищі запалення. На український фармацевтичний ринок вперше вийшов респіраторний цитопротектор ЕКТОБРІС (ТОВ «Юрія-фарм»), до складу якого входить молекула Ектоін^®, що має протизапальні та мембраностабілізуючі властивості. 

Походження ектоіну

Ектоін^® – це низькомолекулярний циклічний тетрагідропіримідиновий осмоліт органічного походження, який вперше був ідентифікований Galinski та співавт. (1995) у галофільної бактерії Ectothiorhodospira halochloris, що живе в солоному середовищі. З того часу його знаходили й в інших мікроорганізмах, здатних синтезувати ряд захисних молекул (у тому числі Ектоін^®) у відповідь на дію різних стресових чинників (екстремальної температури, високої концентрації солі у навколишньому середовищі, ультрафіолетового випромінювання). 

За винятком деяких представників облігатних галофільних протистів (група еукаріотичних організмів) та археїв, Ектоін^® зазвичай синтезується бактеріями, у геномі яких присутні гени ectABC (відповідає за синтез ектоіну) та ectD (відповідає за синтез 5-гідроксиектоіну). Ектоін^® синтезується з L-аспартат-β-семіальдегіду – основного субстрату для синтезу амінокислот, за допомогою ферментів 2,4-діамінобутирату (ДАБ) – амінотрансферази (EctB), ДАБ-ацетилтрансферази (EctA) та ектоінсинтази (EctC). 5-гідроксиектоін синтезується з ектоіну за допомогою ферменту ектоінгідроксилази (EctD). У порівнянні з ектоіном ця хімічна модифікація наділяє 5-гідроксиектоін посиленим, або додатковим, клітинним захистом проти дії деяких екологічних факторів (наприклад, спеки). Високу експресію генів ектоіну/5-гідроксиектоіну, як правило, спричиняють висока зовнішня осмолярність, а іноді – висока або низька температура середовища (L. Czech, A. Hoppner et al., 2019). 

Виробництво ектоіну

Ектоін^® є стабілізатором макромолекул, що володіє цитопротективними та протизапальними властивостями. Це зумовило чималий інтерес до цього органічного продукту та призвело до виробництва сполуки у промислових масштабах. 

Принцип і спосіб отримання ектоіну з використанням штаму-продуцента Halomonas elongata АТСС 33173 був запатентований у 1994 р. німецькою біотехнологічною компанією Bitop AG (J.A. Jrwin et al., 2018). Сьогодні існують й інші стратегії виробництва органічної сполуки. Найбільш відома технологія – екстракція сполуки з галофільних бактерій. У промисловості для виробництва ектоіну та гідроксиектоіну використовують штами Halomonas elongata АТСС 33173 та Marinococcus M52. Процедура отримання сполуки базується на принципі «бактеріального доїння» (T. Sauer et al., 1998; E. Frings et al., 1995). Зокрема, T. Sauer та співавт. (1998) розробили виробничий біотехнологічний процес, при якому як продуцент ектоіну використовують H. elongata. У гіперсольовому середовищі бактерії вирощують до отримання високої клітинної концентрації, де, відповідно, буде міститися велика кількість внутрішньоклітинного ектоіну. Після цього застосовується принцип «осмотичного удару», при якому бактерії переміщують із гіперсольового середовища у гіпосольове. При цьому продуценти звільняються від власного ектоіну та інших розчинів для підтримки необхідного осмотичного балансу; бактерії реагують таким чином, що у навколишнє середовище виділяється значна частина ектоіну, який у подальшому збирається за допомогою фільтрації та очищується. Після цього в культуральне середовище додають сіль, що повторно стимулює синтез ектоіну. Цей процес можна повторювати багато разів, відповідно, отримувати метаболіт у промислових масштабах. Компанія Bitop AG – єдиний виробник сертифікованого ектоіну, який відповідає усім вимогам ISO 13485.

Властивості ектоіну

Цитопротективні властивості ектоіну реалізуються завдяки такому фізичному механізму, як селективне, або привілейоване, виключення (англ. preferential exclusion) (Т. Arakawa, 1987). Цей механізм базується на трьох основних принципах: виключенні захисної молекули з поверхні протеїну, підвищенні поверхневого натягу води та селективній гідратації протеїну  за рахунок солефобного ефекту. Результатом цього процесу є утворення кластерів з молекул води, які оточують білок та захищають його від дії негативних чинників. Таким чином, Ектоін^® стабілізує молекули білків, але не утворює з ними сполук.

Мембраностабілізуючий ефект ектоіну пов’язаний з властивостями утвореного комплексу ектоіну з водою та посиленням гідрофільних взаємодій. 

За даними P.H. Yancey (2005) і T. Arakawa та співавт. (1985), іони солі та сечовина зазвичай зв’язуються з білковими молекулами, що призводить до їх розгортання та вивільнення груп, які піддаються термодинамічному зв’язуванню із дестабілізуючими молекулами. Однак стрес-захисні молекули, до яких належить Ектоін^®, не зв’язуються з білками, а виключаються з гідратаційного шару білка (молекул води, що прилягають до поверхні білка). Внаслідок цього процесу білки краще зберігають свою структуру, завдяки чому пептидний ланцюг менше піддається термодинамічно несприятливому зв’язуванню (рис.). 

Рис. Механізм дії ектоіну. Вплив окремих молекул води (ліворуч) та водного розчину ектоіну (праворуч) на ліпідний шар

Крім зволожувальних властивостей, було показано, що Ектоін^® обмежує каскад запальних реакцій на мембранному рівні у клітинах слизового епітелію дихальних шляхів та шкіри. Зокрема, у пацієнтів із хронічним обструктивним захворюванням легень, яке розвинулося через негативний вплив навколишнього середовища та дію професійних чинників, таких як наночастинки вуглецю, Ектоін^® сприяв зменшенню нейтрофільного запалення (K. Unfried et al., 2016). Точні механізми такого ефекту достеменно не відомі, однак існують припущення, що ця молекула відіграє стабілізуючу роль у рецепторних структурах, ефективно запобігаючи активації сигнального каскаду (U. Sydlik et al., 2009).

Сфери застосування ектоіну

Протизапальні та гідратаційні властивості ектоіну зумовлюють інтерес до цієї молекули, яка може бути корисною при деяких захворюваннях, де протекція клітинної мембрани має важливе значення. Сьогодні Ектоін^® широко застосовується у дерматології і наразі немає повідомлень про наявність протипоказань чи небажаних лікарських взаємодій. У дослідженні A. Marini та співавт. (2014) було показано, що місцеве застосування засобу із вмістом ектоіну у пацієнтів із атопічним дерматитом легкої та середньої тяжкості зменшує клінічні прояви захворювання. Нещодавно Ектоін^® почали використовувати в якості допоміжного засобу у лікуванні запальних захворювань верхніх дихальних шляхів. Зокрема, метааналіз A. Eichel та співавт. (2014) показав, що застосування місцевого засобу із вмістом ектоіну зменшує симптоми алергічного ринокон’юнктивіту без побічних ефектів. 

Алергічний риніт – це поширене захворювання, яке має тенденцію до зростання кількості хворих. Часто ефективність існуючих методів лікування цього захворювання незадовільна, зокрема через побічні ефекти, що зумовлює зацікавленість пацієнтів та лікарів у застосуванні альтернативних методів. Враховуючи протизапальний потенціал ектоіну, у неінтервенційних дослідженнях N. Werkhauser та співавт. (2014) порівнювали ефективність та безпечність топічних засобів із вмістом ектоіну із засобами на основі азеластину та кромогліцинової кислоти. В обох дослідженнях засоби із вмістом ектоіну суттєво зменшували назальні та очні симптоми у пацієнтів із алергічним ринітом, а також мали кращий профіль безпеки порівняно із засобами на основі азеластину та кромогліцинової кислоти. 

Ефективність та переносимість топічного засобу із вмістом ектоіну вивчали також при гострому фарингіті та/або ларингіті і порівнювали його з сольовими пастилками. Протягом періоду лікування (до 10 днів) за 3 візити пацієнта до лікаря (перед початком лікування, проміжному та остаточному) оцінювалися суб’єктивні симптоми, такі як охриплість та утруднене ковтання. Також оцінювалися додаткові симптоми: набряк піднебінних мигдаликів, шийних лімфатичних вузлів, наявність лихоманки, кашлю. Оцінка ефективності проводилася за 4-бальною шкалою, де 3 – це дуже добре, 2 – добре, 1 – задовільно, 0 – погано. За оцінкою дослідників, пацієнти, які застосовували засіб з ектоіном, мали вищі показники ефективності (1,95±0,81) порівняно з тими, хто застосовував пастилки (1,68±0,67). Слід зазначити, що у хворих, які отримували Ектоін^®, спостерігалася краща редукція набряку шийних лімфатичних вузлів. В обох випадках переносимість засобів оцінювалася як добра та дуже добра (D. Muller et al., 2016). 

Ектоін^® в Україні

На фармацевтичному ринку України з’явився перший інгаляційний Ectoin^® – респіраторний цитопротектор ЕКТОБРІС (ECTOBREATH), вироблений у Німеччині компанією Bitop AG (уповноваженим представником в Україні є ТОВ «Юрія-фарм»). Засіб випускається в одноразових контейнерах по 2,5 мл. Розчин для інгаляцій ЕКТОБРІС вводиться за допомогою небулайзера, завдяки чому досягається висока концентрація діючої речовини у зоні запалення. ЕКТОБРІС рекомендований як допоміжний засіб для зменшення запалення і полегшення симптомів захворювань дихальних шляхів, у разі алергічної або неалергічної бронхообструкції, бронхіту або хронічного обструктивного захворювання легень. Ектоін^® у складі розчину захищає і зволожує слизову оболонку дихальних шляхів, наприклад, при впливі твердих частинок, квіткового пилку, пилу або сухого повітря в опалювальних або кондиціонованих приміщеннях. ЕКТОБРІС запобігає симптомам алергічних реакцій дихальної системи при алергічній астмі, що викликана, наприклад, домашнім пилом або квітковим пилком. Використання розчину для інгаляцій як допоміжного засобу при лікуванні і для профілактики симптомів бронхіту запобігає висиханню слизових оболонок, розріджує в’язкий слиз, полегшуючи його відкашлювання.

Отже, нині все більше постає питання розробки нових молекул та сполук органічного походження, які дозволять покращити результати лікування захворювань дихальних шляхів та не будуть мати побічних ефектів. Ектоін^® – це відносно новий продукт на фармацевтичному ринку, котрий уже показав свою позитивну дію у лікуванні ряду захворювань. 

Підготувала Ілона Цюпа

Коментар експерта

Тетяна Рудольфівна Уманець, доктор медичних наук, головний науковий співробітник відділення захворювань органів дихання та респіраторних алергозів у дітей ДУ «Інститут педіатрії, акушерства і гінекології імені академіка О.М. Лук’янової НАМН України» (м. Київ):

– Слизова оболонка верхніх дихальних шляхів є основним місцем контакту із зовнішнім середовищем та першою лінією захисту організму проти різних чужорідних агентів: алергенів, токсинів, вірусів, бактерій тощо. Значення слизової оболонки в імунному захисті організму не обмежується лише його бар’єрними властивостями. Місцевий імунітет слизової оболонки дихальних шляхів, як і у випадку цілої імунної системи організму, поділяється на неспецифічний (вроджений) та специфічний (набутий, адаптивний) і представлений гуморальною ланкою (бар’єрні білки-муцини, дефензини, кателицидини, лектини, лізоцим, лактоферин, інгібітори протеаз, цитокіни, імуноглобуліни) та клітинною (нейтрофільні гранулоцити, опасисті клітини, еозинофільні гранулоцити, натуральні кілери) ланкою (М. Якобисяк, 2004; Г.Н. Дранник, 2010). Крім того, важливу роль у захисті дихальних шляхів від патогенів відіграє мукоциліарний  кліренс. 

Як відомо, гострі респіраторні захворювання супроводжуються руйнуванням клітин слизового епітелію, порушенням його функції. Більш того, для дітей раннього віку характерна фізіологічна незрілість імунної системи, яка робить цю категорію хворих більш чутливими до респіраторної інфекції. Також варто згадати про особливу групу пацієнтів, з якими часто мають справу педіатри, – дітей з рекурентними респіраторними інфекціями. Деякі дослідження вказують на порушення нормального функціонування місцевого імунітету у цих дітей. Таким чином, підтримка природного захисту та нормальної функції слизової оболонки дихальних шляхів є важливим напрямком лікування та профілактики запальних захворювань різних відділів респіраторного тракту.

Поява на українському фармацевтичному ринку респіраторного цитопротектора (засобу ЕКТОБРІС виробництва ТОВ «Юрія-фарм») відкрила нові можливості ведення пацієнтів із запальними захворюваннями дихальних шляхів. Завдяки цитопротективним властивостям основного компоненту засобу ЕКТОБРІС – ектоіну, його використання сприяє стабілізації клітинної мембрани, зменшенню запалення та відновленню клітин слизової оболонки дихальних шляхів. 

Тематичний номер «Педіатрія» № 1 (57) 2021 р.