Российские ученые продемонстрировали, что прием препаратов из биомассы культур клеток японского женьшеня, диоскореи дельтовидной и якорцев стелющихся замедляет увеличение веса у крыс с ожирением. Выращиваемые в биореакторах клетки этих лекарственных растений синтезируют биологически активные вещества, способные нормализовать нарушенный болезнью обмен веществ. Полученные на их основе фитопрепараты могут стать эффективной и безопасной альтернативой синтетическим лекарствам против ожирения, для многих из которых присущ ряд противопоказаний и побочных эффектов. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nutrients.

Колбы: исходные культуры клеток диоскореи дельтовидной, женьшеня японского и якорцев стелющихся, поддерживаемые во Всероссийской коллекции культур клеток высших растений ИФР РАН. Нижний ряд: сухая биомасса тех же культур, выращенных в биореакторах.

Ожирение – чрезмерное отложение жировой ткани, как правило, связанное с нарушенным обменом веществ и представляющее опасность для здоровья и даже жизни. Патологии метаболизма могут быть вызваны как разнообразными заболеваниями, так и малоактивным образом жизни вкупе с высококалорийным питанием. Ожирение встречается примерно у каждого третьего россиянина и каждого десятого человека на планете.

Ожирение является одним из основных факторов риска, связанных с развитием астмы, диабета второго типа, некоторых видов рака, сердечно-сосудистых заболеваний, нарушений опорно-двигательного аппарата, осложнений после острых инфекционных заболеваний, в том числе SARS-CoV-2. Поэтому неудивительно, что достаточно часто возникают проблемы с подбором синтетических препаратов для лечения ожирения, которые сочетались бы с другими лекарствами и были бы безопасны с учетом имеющихся патологических состояний.

В новой работе сотрудники Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева Российской академии наук (Москва) совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета (Санкт-Петербург) обратили внимание на природные вещества, которые синтезируют растения. Обычно это смесь соединений, которые оказывают комплексный эффект, однако в дикорастущих растениях сложно контролировать содержание и состав целевых молекул. Это может быть чревато как недостаточным терапевтическим эффектом от нужных веществ, так и отравлением из-за наличия их токсичных форм.

Клетки суспензионной культуры женьшеня японского под микроскопом. Источник: ИФР РАН.

Авторы пошли по пути использования биотехнологических подходов: получили и вырастили клетки трех лекарственных растений – японского женьшеня, диоскореи дельтовидной и якорцев стелющихся – в специальных биореакторах. Предыдущие исследования показали, что экстракты этих культур оказывают значимое положительное воздействие на организм лабораторных животных с нарушением углеводного обмена за счет активности тритерпеновых и стероидных гликозидов. Полученные из диких растений культуры клеток вырабатывали определенное количество известных биологически активных веществ, а промышленные установки обеспечили им для этого оптимальные условия: подбирая состав питательной среды и условия выращивания клеток, удается четко контролировать и даже специально изменять спектр и содержание целевых соединений.

Экстракты из выращенной биомассы ученые использовали как биодобавку для крыс с уже развившимся ожирением – животным при этом продолжали давать очень калорийный корм. На протяжении трех месяцев авторы сравнивали состояние грызунов на такой диете с контрольными «полными» животными на калорийном и стандартном корме, а также с теми, которые находились на избыточном кормлении, но получали инъекции популярного синтетического препарата от ожирения (лираглутида). С помощью биоимпедансной спектроскопии (основана на различном сопротивлении тканей разной структуры электрическому току) ученые оценивали долю жира в массе тела крыс, баланс внутри- и внеклеточной жидкости; также проводили биохимический и общий анализ крови.

Результаты показали, что наибольший эффект дал фитопрепарат диоскореи дельтовидной – в некоторых исследованиях он превосходил даже лираглутид. Так, спустя три месяца лечения препаратом набор веса у крыс замедлился, и процент жировой массы составил в среднем 28 %, тогда как у их сородичей на калорийном и стандартном корме – 41,5 и 36 % соответственно, а у животных, получавших лираглутид, – 36 %. В ходе исследования все три фитопрепарата также вызывали снижение уровней глюкозы и холестерина в крови, причем их действие оказалось сравнимым с синтетическим лираглутидом.

На следующем этапе авторы решили проверить, насколько безопасен самый эффективный из изученных препаратов – на основе диоскореи дельтовидной – для потомства животных. Все получавшие его крысы остались плодовитыми, хотя и приносили детенышей на 12 % меньше, чем контрольные крысы без фитопрепаратов. Ни в одной группе не было зафиксировано смертей или аномального развития среди потомства. Малыши, чьи родители получали препарат диоскореи, набирали массу интенсивнее – прибавка составила 49 % против 36 % в группе контроля. Также они имели более сильную антиоксидантную защиту, которая не дает разрушать клетки слишком агрессивным свободным радикалам, образующимся в норме и при воспалительных реакциях.

«Эти результаты говорят в пользу того, что фитопрепарат можно потенциально использовать и для лечения ожирения у женщин детородного возраста. Однако о применении на людях говорить пока рано – наше исследование можно назвать первичным скринингом биологической активности биомассы клеток диоскореи дельтовидной, якорцев стелющихся и женьшеня японского. В дальнейшем мы хотим провести эксперименты на моделях других типов ожирения, например, вызванного диабетом. Они помогут открыть новые возможности в лечении ожирения и связанных с ним осложнений», – рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующий отделом биологии клетки и биотехнологии ИФР РАН, доктор биологических наук, профессор Александр Носов.

630-литровый биореактор для выращивания культур клеток высших растений, Опытный биотехнологический комплекс ИФР РАН. Источник: ИФР РАН.

Лекарственные растения часто используются для терапии ожирения, но уникальным в исследованиях ученых является именно наработка растительной клеточной биомассы в биореакторах, то есть в полностью контролируемых, стерильных условиях. Технологии, разработанные в ИФР РАН, позволяют в течение всего года получать нужные количества продукта с заданным стабильным качеством.

«Это значит, что в будущем мы сможем предложить производителям лекарств и пищевых добавок экологически чистый, возобновляемый источник лекарственного растительного сырья без необходимости сбора растений в дикой природе или выращивания на плантациях. Учитывая, что многие лекарственные растения являются редкими и исчезающими или в принципе не растут на территории нашей страны, такой подход позволит более полно использовать их потенциал без вреда для экологии и с пользой для человека», – подводит итог Александр Носов.

В работе также приняли участие исследователи Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) и Всероссийского научно-исследовательского института мясной промышленности имени В. М. Горбатова (Москва).

Источник: пресс-служба РНФ.