Аминоакридины, обладающие антибактериальным действием

Акридин (2.16) имеет плоскую молекулу и обладает сла­быми основными свойствами. Тем не менее два из пяти воз­можных изомеров моноаминоакридина, а именно 3- и 9-амино­акридины, являются сильными основаниями, благодаря сопря­жению в их катионах (разд.

В 1913 г. шотландский патолог К. Browning предложил ис­пользовать аминоакридины в качестве антибактериальных средств при ранениях. Выяснилось, что один из них, профлавин (10.7) (3,6-диаминоакридин), токсичен по отношению к широ­кому ряду грамположительных и грамотрицательных бактерий, ^[3]

Таблица 10.6. Зависимость бактериостатического действия некоторых производных акридина от ионизации [Albert et al., 1945]

но безвреден для тканей человека [Browning, Gilmour, 1913; Browning et al., War Office, 1922]. Акридины, содержащие чет­вертичный атом азота, например эуфлавин, более токсичны для млекопитающих, но в то же время являются и более эффектив­ными антибактериальными средствами, чем некватернизирован- ные, например профлавин. В серии акридинов псевдооснования могут образовываться только из кватернизированных соедине­ний, поэтому удалось избежать трудностей, встречающихся при работе с трифенилметановыми красителями.

Предварительные эксперименты, проведенные Albert и сотр. в 1939 г., показали, что антибактериальная активность акриди­нов возрастает при повышении степени их катионной ионизации [Albert, Rubbo, Goldacre, 1941]. Эти результаты были подтверж­дены при испытаниях 101 производного акридина на 22 видах бактерий [Albert et al., 1945; Albert, Goldacre, 1948].

Из пяти возможных моноаминоакридинов два сильно иони­зированы при pH 7, остальные — слабо (объяснение причины этих различий приведено в разд. 2.2). Из табл. 10.6 видно, что два изомера с высокой степенью ионизации обладают сильным антибактериальным действием, а эффективность слабоионизи- рованных аминоакридинов очень незначительна. Такая же кор­реляция наблюдается и для остальных исследованных соеди­нений (см. табл. 10.6, ср. активность сильно- и слабоионизиро- ванных метиламиноакридинов и активность сильноионизирован- ных хлораминоакридинов с их слабоионизированными изомера- ми). Во всех случаях ионизация сопровождается резким повы­шением активности, как правило, в 8—16 раз. Таким образом, в этой серии соединений изменения структуры незначительно изменяют активность, но только в том случае, если они не влия­ют на ионизацию. Эти выводы подтверждаются испытаниями на многих видах бактерий (см. табл. 10.7).

Подробные данные для серии 100 производных акридина й многих разновидностей бактерий (анаэробных и аэробных, грамположительных и грамотрицательных), подтверждающие наличие корреляции между бактериостатическим действием и степенью ионизации, см. Albert (1966).

Ионизация, определяющая наличие антибактериального дей­ствия производных акридина, должна быть катионной по свое­му характеру. Вводя кислотные группы в циклы сильнооснов­ного акридина, можно легко получить соединение, представля­ющее собой цвиттерион и, следовательно, уже не катион, как, например, 9-аминоакридин-2-карбоновая кислота (табл. 10.8). Эта кислота не обладает антибактериальными свойствами, но вновь приобретает их при этерификации, приводящей к образо­ванию катионного соединения. Вводя кислотные группы в цикл слабоосновных производных акридина, можно получить соеди­нение анионного характера, такое как акридин-9-карбоновая кислота (см.

Механизм действия акридинов был изучен более подробно на организме Е. coli, способном существовать как в кислой так и в щелочной среде. На рис. 10.2 показана зависимость мини­мальных бактериостатических концентраций (выраженных в ло­гарифмах) четырех производных акридина от pH среды в диа­пазоне от 5,5 до 8,5. Только один из этих акридинов достаточно сильное основание, чтобы ионизироваться при указанных зна­чениях pH. Таким образом, не удалось выявить какой-либо за­кономерности. Однако, если на графике по оси ординат отло­жить концентрацию катионов (вместо общей концентрации ве­щества), то получаются параллельные прямые, что позволяет сделать определенные выводы.

Таблица 10.7. Сравнительная чувствительность 22 видов бактерий к дей­ствию некоторых производных акридина

Примечание. Сильное разбавление препятствует заметному росту бактерий в- течение 48 ч при 37 °С (среда: бульон с 10% сыворотки, pH 7,3).

Во-первых, основным фактором, определяющим бактерио­статическое действие производных акридина при любом pH яв­ляется концентрация катиона (это зависит от pH среды и рК» соединения, см. табл. 10.2), а не общее количество вещества (катионы и неионизированные молекулы). Во-вторых, наклон прямой показывает, что существует конкуренция между катио­нами акридина и ионами водорода. Простейшее объяснение механизма действия катионов акридина заключается в том, что

Таблица 10.8. Зависимость бактериостатического действия производных акридина от степени катионной ионизации [Albert et al., 1945]

они конкурируют с ионами водорода за жизненно важную ани­онную группу бактерии. О местонахождении этой группы речь пойдет ниже. Из данных табл. 10.9 видно, что катионы того же размера и такие же плоские, как и рассматриваемые нами, спо­собны вытеснять ионы водорода из бактерий.

Графики, приведенные на рис. 10.3, свидетельствуют о том, что количество аминоакридина, применяемого при ранениях, можно уменьшить, если предупредить развитие в ране кислой реакции. Исследования в этом направлении проводились в го­ды второй мировой войны в австралийской армии, где наибо­лее широко применяли гидрохлорид 9-аминоакридина, наиболее эффективного из этого ряда соединений. В результате было рекомендовано перед обработкой ран гидрохлоридом 9-амино­акридина (10.8) промывать их раствором бикарбоната натрия. Это прекрасный метод для профилактики и лечения сепсиса даже при глубоких гнойных и запущенных ранах. После лабо­раторных испытаний (см. табл. 10.6 и 10.7) и успешного при­менения в клинике для лечения тяжелых ранений [Poate, 1944; Turnbull, 1944] 9-аминоакридин был включен в Британскую фармакопею под названием «аминакрин».

Точное место действия аминоакридинов было установлено в результате нескольких открытий: во-первых, стало ясно, что активны именно плоские молекулы [Albert, Rubbo, Burvill, 1949]; во-вторых, было обнаружено, что аминоакридины окра­шивают только ДНК и РНК, содержащиеся в клетках позвоноч­ных [Strugger, 1940]; в-третьих, установлено, что аминоакри­дины интеркалируют в ДНК; в-четвертых, выяснилось, что ами­ноакридины способны ингибировать ДНК-полимеразу бакте-

Рнс. 10.2. Конкуренция между нонами водорода н акридинами (смесь катио­нов с неионизированными молекулами, организм Е. со- Н).

рии путем связывания с матричной ДНК [Hurwitz et al., 1962].

Доказательства второ­го и четвертого поло­жений рассмотрены ни­же, первого и треть­его — в разд. 10.3.2.