Алгоритм разработки комбинированной фармацевтической субстанции растительного происхождения с антимикробным действием: от научного поиска до лекарственной формы

Введение. Несмотря на доказанную клиническую эффективность противогрибковых и противовоспалительных лекарственных препаратов для профилактики и лечения себорейного дерматита, актуален поиск новых мишеней и разработка новых субстанций с благоприятным действием на микрофлору кожи головы, низким риском развития резистентности бактерий и побочных эффектов.

Цель. Поэтапная разработка антимикробной комбинированной фармацевтической субстанции растительного происхождения: от научного поиска перспективных субстанций, анализа их состава методом ГХ-МС, оценки in silico степени сродства отдельных компонентов к патогенетическим мишеням, выбора оптимального состава комбинированной субстанции по результатам тестирования in vitro антимикробного действия до создания препарата на ее основе в форме лекарственного шампуня для терапии себорейного дерматита.

Материалы и методы. Объекты исследования: эфирное масло листьев чайного дерева, 1,8-цинеол, α-(-)-бисаболол и комбинированная субстанция на их основе в массовом соотношении 1 : 1 : 1. Методы: молекулярный докинг (AutoDock, версия 4.2), прогноз фармакологической активности (Phyto4Health), ТСХ, ГХ-МС, оценка антимикробной активности in vitro.

Результаты и обсуждение. По результатам литературного поиска были выбраны 3 перспективных вещества для разработки комбинированной субстанции растительного происхождения: эфирное масло листьев чайного дерева, 1,8-цинеол и α-(-)-бисаболол. На основании молекулярного докинга предсказано таргетированное действие компонентов эфирного масла листьев чайного дерева, 1,8-цинеола и α-(-)-бисаболола на домены в составе ABC-транспортеров мембраны микроорганизмов, участвующих в патогенезе себорейного дерматита, и обоснована возможность их применения для терапии. Разработана комбинированная субстанция на основе эфирного масла листьев чайного дерева, 1,8-цинеола и α-(-)-бисаболола в массовом соотношении 1 : 1 : 1. Проведена оценка подлинности субстанции методами ТСХ и ГХ-МС, и в ее составе количественно выявлены 15 терпенов с преобладанием терпинен-4-ола (16,98 %), 1,8-цинеола (25,63 %) и α-(-)-бисаболола (27,67 %). Установлена синергетическая и таргетированная антимикробная активность субстанции в отношении Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Candida albicans и Malassezia furfur в сравнении с бензалкония хлоридом, кетоконазолом и климбазолом. На основе изученной субстанции разработан состав нового лекарственного шампуня, обладающего выраженным противогрибковым эффектом (более 99 %) в отношении M. furfur без видимого подавления нормальной микрофлоры. Для новой субстанции растительного происхождения и лекарственного шампуня оценены показатели качества в соответствии с требованиями Государственной фармакопеи.

Заключение. Разработана субстанция растительного происхождения, обладающая синергетической и таргетированной антимикробной активностью и представляющая интерес для дальнейшего изучения в качестве лекарственного средства и активной фармацевтической субстанции новых продуктов для лечения себорейного дерматита.

1. Katiyar C., Gupta A., Kanjilal S., Katiyar S. Drug discovery from plant sources: An integrated approach. AYU (An International Quarterly Journal of Research in Ayurveda). 2012;33(1):10–19. DOI: 10.4103/0974-8520.100295.

2. Earm K., Earm Y. E. Integrative approach in the era of failing drug discovery and development. Integrative Medicine Research. 2014;3(4):211–216. DOI: 10.1016/j.imr.2014.09.002.

3. Pinzi L., Rastelli G. Molecular Docking: Shifting Paradigms in Drug Discovery. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(18):4331. DOI: 10.3390/ijms20184331.

4. Choeng W. K., Yeung C. K., Torsekar R. G., Suh D. H., Ungpakorn R., Widaty S., Azizan N. Z., Gabriel M. T., Tran H. K., Chong W. S., Shih I.-H., Dall’Oglio F., Micali G. Treatment of seborrhoeic dermatitis in Asia: a consensus guide. Skin Appendage Disorders. 2016;1(4):187–196. DOI: 10.1159/000444682.

5. Gupta A. K., Madzia S. E., Batra R. Etiology and management of Seborrheic dermatitis. Dermatology. 2004;208(2):89–93. DOI: 10.1159/000076478.

6. Borda L. J., Wikramanayake T. C. Seborrheic Dermatitis and Dandruff: A Comprehensive Review. Journal of Clinical and Investigative Dermatology. 2015;3(2):10. DOI: 10.13188/2373-1044.1000019.

7. Adalsteinsson J. A., Kaushik S., Muzumdar S., Guttman-Yassky E., Ungar J. An update on the microbiology, immunology and genetics of seborrheic dermatitis. Experimental Dermatology. 2020;29(5):481–489. DOI: 10.1111/exd.14091.

8. Polonskaya A. S., Shatokhina E. A., Kruglova L. S. Seborrheic dermatitis: current ideas of the etiology, pathogenesis, and treatment approaches. 2020;19(4):451–458. (In Russ.) DOI: 10.17116/klinderma202019041451.

9. Tao R., Li R., Wang R. Skin microbiome alterations in seborrheic dermatitis and dandruff: A systematic review. Experimental Dermatology. 2021;30(10):1546–1553. DOI: 10.1111/exd.14450.

10. Leong C., Chan J. W. K., Lee S. M., Lam Y. I., Goh J. P. Z., Ianiri G., Dawson T. L. Azole resistance mechanisms in pathogenic Malassezia furfur. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2021;65(5):1975–2000. DOI: 10.1128/AAC.01975-20.

11. Bukvić Mokos Z., Kralj M., Basta-Juzbašić A., Lakoš Jukić I. Seborrheic dermatitis: an update. Acta Dermatovenerologica Croatica. 2012;20(2):98–104.

12. Reuter J., Merfort I., Schempp C. M. Botanicals in dermatology: an evidence-based review. American Journal of Clinical Dermatology. 2010;11(4):247–267. DOI: 10.2165/11533220-000000000-00000.

13. Olisova O. Y., Snarskaya E. S., Gladko V. V., Burova E. P. Russian traditional medicine in dermatology. Clinics in Dermatology. 2018;36(3):325–337. DOI: 10.1016/j.clindermatol.2018.03.007.

14. Karimi A., Majlesi M., Rafieian-Kopaei M. Herbal versus synthetic drugs; beliefs and facts. Journal of Nephropharmacology. 2015;4(1):27–30.

15. Lynch N., Berry D. Differences in perceived risks and benefits of herbal, over-the-counter conventional, and prescribed conventional, medicines, and the implications of this for the safe and effective use of herbal products. Complementary Therapies in Medicine. 2007;15(2):84–91. DOI: 10.1016/j.ctim.2006.06.007.

16. Enioutina E. Yu., Teng L., Fateeva T. V., Brown J. C. S., Job K. M., Bortnikova V. V., Krepkova L. V., Gubarev M. I., Sherwin C. M. T. Phytotherapy as an alternative to conventional antimicrobials: combating microbial resistance. Expert Review of Clinical Pharmacology. 2017;10(11):1203–1214. DOI: 10.1080/17512433.2017.1371591.

17. Abers M., Schroeder S., Goelz L., Sulser A., St Rose T., Puchalski K., Langland J. Antimicrobial activity of the volatile substances from essential oils. BMC Complementary Medicine and Therapies. 2021;21(1):124. DOI: 10.1186/s12906-021-03285-3.

18. Jain S., Arora P., Nainwal L. M. Essential Oils as Potential Source of Anti-dandruff Agents: A Review. Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening. 2022;25(9):1411–1426. DOI: 10.2174/1386207324666210712094148.

19. Mączka W., Duda-Madej A., Górny A., Grabarczyk M., Wińska K. Can eucalyptol replace antibiotics? Molecules. 2021;26(16):4933. DOI: 10.3390/molecules26164933.

20. Mustarichie R., Rostinawati T., Pitaloka D. A. E., Saptarini N. M., Iskandar Y. Herbal Therapy for the Treatment of Seborrhea Dermatitis. Clinical, Cosmetic and Investigational Dermatology. 2022;2022(15):2391–2405. DOI: 10.2147/CCID.S376700.

21. Ayatollahi A., Firooz A., Lotfali E., Mojab F., Fattahi M. Herbal Therapy for the Management of Seborrheic Dermatitis: A Narrative Review. Recent Advances in Anti-Infective Drug Discovery. 2021;16(3):209–226. DOI: 10.2174/2772434416666211029113213.

22. Brophy J. J., Davies N. W., Southwell I. A., Stiff I. A., Williams L. R. Gas chromatographic quality control for oil of Melaleuca terpinen-4-ol type (Australian tea tree). Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1989;37:1330–1335.

23. Carson C. F., Hammer K. A., Riley T. V. Melaleuca alternifolia (Tea Tree) Oil: a review of antimicrobial and other medicinal properties. Clinical Microbiology Reviews. 2006;19(1):50–62. DOI: 10.1128/CMR.19.1.50-62.2006.

24. Hammer K. A., Carson C. F., Riley T. V. Antifungal activity of the components of Melaleuca alternifolia (tea tree) oil. Journal of Applied Microbiology. 2003;95(4):853–860. DOI: 10.1046/j.1365-2672.2003.02059.x.

25. Brand C., Ferrante A., Prager R. H., Riley T. V., Carson C. F., Finlay-Jones J. J., Hart P. H. The water-soluble components of the essential oil of Melaleuca alternifolia (tea tree oil) suppress the production of superoxide by human monocytes, but not neutrophils, activated in vitro. Inflammation Research. 2001;50(4):213–219. DOI: 10.1007/s000110050746.

26. Waldroup W., Scheinfeld N. Medicated shampoos for the treatment of seborrheic dermatitis. Journal of Drugs in Dermatology. 2008;7(7):699–703.

27. Satchell A. C., Saurajen A., Bell C., Barnetson R. S. Treatment of dandruff with 5% tea tree oil shampoo. Journal of the American Academy of Dermatology. 2002;47(6):852–855. DOI: 10.1067/mjd.2002.122734.

28. Dhakad A. K., Pandey V. V., Beg S., Rawat J. M., Singh A. Biological, medicinal and toxicological significance of Eucalyptus leaf essential oil: a review. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2017;98(3):833–848. DOI: 10.1002/jsfa.8600.

29. Sikkema J., de Bont J. A., Poolman B. Interactions of cyclic hydrocarbons with biological membranes. Journal of Biological Chemistry. 1994;269(11):8022–8028.

30. Zengin H., Baysal A. H. Antibacterial and antioxidant activity of essential oil terpenes against pathogenic and spoilage-forming bacteria and cell structure-activity relationships evaluated by SEM microscopy. Molecules. 2014;19(11):17773–177798. DOI: 10.3390/molecules191117773.

31. Kamatou G. P. P., Viljoen A. M. A review of the application and pharmacological properties of α-bisabolol and α-bisabolol-rich oils. Journal of the American Oil Chemists' Society. 2010;87(1):1–7.

32. De Lucca A. J., Pauli A., Schilcher H., Sien T., Bhatnagar D., Walsh T. J. Fungicidal and Bactericidal Properties of Bisabolol and Dragosantol. Journal of Essential Oil Research. 2011;23(3):47–54.

33. Filatov V. A., Kulyak O. Yu., Kalenikova E. I. Chemical Composition and Antimicrobial Potential of a Plant-Based Substance for the Treatment of Seborrheic Dermatitis. Pharmaceuticals. 2023;16(3):328. DOI: 10.3390/ph16030328.

34. Filatov V. A., Kulyak O. Yu., Kalenikova E. I. In vitro and in vivo antimicrobial activity of an active plant-based quadrocomplex for skin hygiene. Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research. 2022;10(5):905–921.

35. Filatov V. A., Ilin E. A., Kulyak O. Yu., Kalenikova E. I. Development and Validation of a Gas Chromatography–Mass Spectrometry Method for the Analysis of the Novel Plant-Based Substance with Antimicrobial Activity. Antibiotics. 2023;12(10):1558. DOI: 10.3390/antibiotics12101558.

36. Ionov N., Druzhilovskiy D., Filimonov D., Poroikov V. Phyto4Health: Database of Phytocomponents from Russian Pharmacopoeia Plants. Journal of Chemical Information and Modeling. 2023;63(7):1847–1851. DOI: 10.1021/acs.jcim.2c01567.

37. Bellio P., Fagnani L., Nazzicone L., Celenza G. New and simplified method for drug combination studies by checkerboard assay. MethodsX. 2021;8:101543. DOI: 10.1016/j.mex.2021.101543.

38. Odds F. C. Synergy, antagonism, and what the chequerboard puts between them. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2003;52(1):1. DOI: 10.1093/jac/dkg301.

39. Piovan A., Caniato R., Brun P., Costa V. D., Filippini R. Rapid and feasible TLC screening of tea tree oil commercial samples. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry. 2021;10(1):175–180. DOI: 10.22271/phyto.2021.v10.i1c.13304.

40. Shaha A., Salunkhe V. R. Development and validation of a high performance thin layer chromatographic method for determination of 1,8-Cineole in Callistemon Citrinus. Pharmacognosy Research. 2014;6(2):143–147.

41. Hendry E. R., Worthington T., Conway B. R., Lambert P. A. Antimicrobial efficacy of eucalyptus oil and 1,8-cineole alone and in combination with chlorhexidine digluconate against microorganisms grown in planktonic and biofilm cultures. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2009;64(6):1219–1225. DOI: 10.1093/jac/dkp362.

42. Filatov V. A., Kulyak O. Yu., Kalenikova E. I. The Development of Medical Shampoo with a Plant-Based Substance for the Treatment of Seborrheic Dermatitis. Medical Sciences Forum. 2023;21(1):51. DOI: 10.3390/ECB2023-14084.