Поиски "таблеток от радиации"

Поиски 'таблеток от радиации'

...В природе нет явления, которое человек мог бы открыть внезапно.

Эрнст Резерфорд

Четверть века тому назад сообщение о защите животных с помощью лекарств прозвучало как сенсация. Даже ученые привыкли к тому, что от ионизирующей радиации можно защищаться только с помощью тяжелых свинцовых плит, громоздких бетонных стен или насыпей из земли.

И вдруг сообщение о том, что живые организмы можно защищать от проникающих лучей с помощью химических соединений. Ученые в разных странах заинтересовались этими работами. Они помнили старую заповедь медицины: "лучше предупреждать болезнь, чем ее лечить".

В конце сороковых годов, после атомных бомбардировок японских городов Хиросима и Нагасаки, тысячи японцев болели лучевой болезнью. Интерес ученых и врачей к этому заболеванию резко возрос. И вот примерно в это время в нескольких лабораториях различных стран начались поиски химических соединений, введение которых в организм животных до начала облучения ослабляло бы развитие лучевого поражения. Такие противолучевые соединения называли "радиопротекторами" - словом, производным от английского глагола "протект" - "защищать".

Поиски развертывались в следующей последовательности.

В маленькой Бельгии живет и работает большой и талантливый ученый Зенон Бак. Он много сделал для развития различных направлений радиобиологии. Однажды автор этой книги написал Баку письмо, в котором просил уточнить некоторые вопросы из истории развития противолучевой защиты.

Бак сообщил, что его первое исследование по поиску средств химической защиты от лучевого поражения было опубликовано в 1949 году. Он проводил его совместно с другим исследователем - А. Герве.

Ученые знали, что различные химические соединения, например перекиси, играют важную роль в лучевом поражении живых организмов. В то же время химикам было известно, что такие химические соединения, как цианистый калий, препятствуют образованию перекисей. И тогда возникла мысль вводить мышам цианистые соединения перед облучением, чтобы уменьшить образование в их организме различных перекисей, которые, как можно было предполагать, "начинают" лучевое поражение. Эксперимент был поставлен. Он дал удивительные результаты. В контрольной группе погибли все животные, а те мыши, которым перед облучением вводили цианистые соединения, выживали в 50-80 процентах.

Вскоре после опубликования работы Бака появилось исследование ученых Арагонской лаборатории в Америке - Г. Патта и В. Чапмана. В своих исследованиях они опирались на данные Е. Баррона.

Этот экспериментатор показал: некоторые растворы ферментов очень чувствительны к действию ионизирующей радиации. Их ферментативная активность зависела от присутствия так называемой сульфгидриальной группы, в которой сера соединена, с одной стороны, с водородом, а с другой - с молекулой фермента. После облучения водных растворов таких ферментов их активность резко снижалась.

Патт и Чапман поставили следующие опыты. Они взяли крыс - обычных лабораторных животных - и разделили их на две равные группы: "контрольную" и "опытную". Опытным за 15 минут до облучения ввели аминокислоту цистеин, а животным контрольной группы ввели физиологический раствор. Затем всех животных посадили в клетку и облучили рентгеновскими лучами в большой дозе. Через несколько дней признаки лучевой болезни стали очевидными. Вялость, взъерошенная шерсть, потеря аппетита, резкое снижение количества лейкоцитов в крови... Прошел месяц. И вот результат. В контрольной группе погибли все животные, а в подопытной лишь 40 процентов крыс. Эти работы произвели сенсацию среди ученых. Еще бы, они были слишком наглядны, таили перспективу еще более поразительных результатов и легко воспроизводились в лабораториях.

После этого хлынул целый поток исследований, в которых проверяли полученные факты и накапливали новые. В короткий срок установили радиозащитное действие аминокислоты цистеина на крысах, мышах, собаках, кроликах, бактериях, изолированных клетках тканей.

Казалось, что уже осталось совсем немного до практического решения проблемы. Но, увы, радужным надеждам было суждено сбыться не скоро.

Один видный ученый шутливо заметил: отношение к любому открытию претерпевает следующие изменения. Сначала маловеры твердят, что этого просто не может быть и говорить об этом просто не стоит. Но открытие слишком очевидно. Иронизировать становится уже рискованно - можно прослыть невеждой. Тогда наступает второй этап. Нередко самый затяжной по времени. Скептики заявляют, что новое открытие не представляет существенного интереса. И главное, говорят они, оно ничего не дает практике. Проходит еще некоторое время. Большая научная значимость открытия становится очевидной, а практическая ценность бесспорной. Тогда маловеры раздувают слух, что в новом открытии нет ничего нового. Все было установлено много лет тому назад многими авторами. И даже частично самими маловерами.

Так вот, открытие радиозащитного действия аминокислоты цистеина не испытало первого этапа развития, девизом которого является "не может быть". Открытие было слишком наглядным и легко воспроизводилось в лабораториях. Однако потребовалось немало времени для доказательства практической важности поиска новых радиозащитных средств.

Прошло еще немного времени. Бак с сотрудниками поставили новые опыты. От аминокислоты цистеина отняли карбоксильную группу, или, как говорят химики, декарбоксилировали молекулу. Получили новое химическое соединение - аминотиол. Оно имело и собственное имя, не очень длинное и не очень короткое - бета-меркаптоэтиламин. (Фармакологам название не понравилось - длинновато. И они окрестили его покороче - o меркамин.) Для опыта взяли черных мышей. Контрольным животным вводили физиологический раствор, опытным - меркамин. После этого всех животных облучали на рентгеновском аппарате. Установили и срок наблюдения - 30 дней. И вот опыты окончены. В контрольной группе погибло 97 процентов животных, а в подопытной 97 процентов выжило.

Интенсивные поиски новых противолучевых соединений проводились и учеными Советского Союза. Химики-синтетики создавали сотни новых производных в ряду аминотиолов. Радиобиологи и фармакологи, биохимики и врачи немедленно проверяли их действие.

Шло первое пятилетие шестидесятых годов. Поток радиобиологических работ, исследований вновь синтезированных аминотиолов, сообщений о механизме их радиозащитного действия все нарастал. Ученые разных национальностей изучали загадочные аминотиолы, способные защищать животных от лучевой смерти.

Однажды один ученый-физик шутливо сказал: в научно-исследовательском коллективе необходимо присутствие скептиков, в небольшом количестве - одного на лабораторию. Они оказывают несомненную пользу в научных спорах, дополняя любую смелую идею бесплатным приложением сомнений.

Мы тоже можем услышать возражение скептика. "Простите,- скажет он,- вы с энтузиазмом рассказываете о радиопротекторах, но до настоящего времени так и не ясно, где их можно использовать?"

Меркамин защищал мышей от опасных доз ионизирующей радиации

Давайте ответим скептику. Конечная цель научных изысканий должна быть "идеальной". "Идеальные" радиопротекторы - лекарства, предупреждающие лучевые поражения,- должны быть высокоэффективными, малотоксичными, удобными для практического использования... И тогда... Тогда они найдут применение по крайней мере в следующих ситуациях.

Человек болен раком. Его лечат. Сегодня существует ряд подходов к лечению этого тяжелого заболевания. Химиотерапия, методы хирургического вмешательства. И достойное место среди них занимает рентгенотерапия. Рентгеновские и гамма-лучи, пучки электронов, нейтронное облучение, радиоактивные иглы и проволока и многое другое - постоянные источники ионизирующих излучений. Рентгенотерапия часто входит в комплекс лечебных мероприятий. Ее идея проста и логична. Облучение больше всего действует на активно делящиеся клетки. Раковые клетки делятся с большой скоростью. Значит, если облучить организм проникающей радиацией в строго определенной дозе, то в первую очередь будут страдать именно эти клетки. А если облучение будет местное, как говорят врачи, локальное, прямо на опухолевую ткань, то и поражение ее будет более значительным. Чем выше доза облучения, тем сильнее поражаются и раковые клетки. Но вот тут возникает серьезное препятствие. При облучении всего организма поражаются не только раковые клетки, но и здоровые, которые активно делятся. Например, клетки костного мозга, половые клетки. Но костный мозг - это то место, где идут процессы кроветворения. Убивая раковую клетку, не повредим ли мы и кроветворную ткань? При локальном облучении, казалось бы, дело обстоит проще. Облучая опухоль, можно защитить свинцовым экраном здоровые участки ткани. Но не надо забывать, что радиация называется проникающей. Легко защитить здоровую ткань вокруг опухоли. Но как защитить ее перед опухолью и позади нее? И вот тогда возникла заманчивая идея защитить здоровые ткани от действия ионизирующей радиации с помощью радиопротекторов. Конечно, эти соединения не должны защищать от облучения раковые клетки.

Итак, радиопротекторы в принципе могут защищать здоровые ткани от поражающего действия проникающих лучей, когда их используют для борьбы с раковой опухолью.

Но это не единственная возможность использования противолучевых средств.

Представьте себе лекарство, делающее человека более устойчивым к действию ионизирующей радиации. И будущим космонавтам будет не страшна космическая радиация.

Нужно ли доказывать практическую ценность такого открытия, его гуманность и перспективность?

Наконец, изучение механизма действия радиопротекторов представляет и теоретический интерес.

Радиопротекторы - это разнообразные химические соединения, ослабляющие действие ионизирующей радиации на клетку. Они действуют на первичные биохимические и биофизические процессы, развивающиеся при облучении. Ну, а если это так, то, исследуя механизм действия радиопротекторов, мы можем понять, что происходит в клетках при облучении.

Так уж случилось, что наиболее интенсивный поиск радиопротекторов начался среди аминотиолов. Через некоторое время "аминотиоловое месторождение", говоря языком геологии, было разработано весьма обстоятельно.

Но к этому времени стали появляться работы, в которых сообщалось о радиозащитных свойствах химических соединений, не имеющих отношения к аминотиолам. У одних из них не было сульфгидрильной группы, у других - аминной. Появились радиопротекторы из новых классов химических соединений.

Если для поиска радиозащитных средств - аминотиолов существовали логические предпосылки, то для ряда новых лекарств их предстояло еще найти.

И тогда снова перед экспериментаторами встал нестареющий вопрос: как искать? Может быть, ожидать "случайных" открытий? Ведь открыл же случайно Герхард Шредер химические соединения, которые уничтожали вредителей сельскохозяйственных растений.

Но так ли уж "случайно"?

Давайте вспомним.

Ученый работал тогда по изысканию средств защиты сельскохозяйственных растений от вредителей-насекомых. Работал ряд лет... И неудачно. Фирме это очень не нравилось: она платит деньги, а выхода в практику все нет и нет. И тогда Шредера перевели на другую работу. Он стал изыскивать ускорители вулканизации каучука. Но "старая любовь не ржавеет". И ученый по старой памяти стал передавать вновь синтезированные соединения на испытания биологу Кюкенталю. Работая в содружестве, они обнаружили новые химические соединения, которые убивали насекомых-вредителей и не повреждали растения.

Слепой ли это случай? И не вспоминается ли еще раз знаменитое пастеровское изречение: "Случай помогает только подготовленному уму"?

Но можно ли серьезно, при плановом ведении народного хозяйства ориентироваться на "плановость" случайных открытий? Конечно, нельзя. Сидеть у моря и ждать погоды? Это радиобиологов не устраивало.

А может быть, сделать так...

Все синтезируемые в мире соединения испытывать на радиобиологической модели. Брать две группы мышей, одной вводить изучаемое вещество, другой - физиологический раствор. Потом животных облучать. И таким путем искать радиозащитные соединения?

В этом случае мы будем иметь дело с методом "скрининга", производного от английского глагола "просеивать". Но в мире ежегодно синтезируется более 100 000 соединений. Следовательно, "ситом" должен быть не один, а несколько больших институтов. Что и говорить, метод "скрининга" - дорогая вещь. Правда, именно путем "просеивания" нашли некоторые из лекарств.

Специалисты знали: существует еще метод Эрлиха - метод "проб и ошибок". Не воспользоваться ли им при поиске радиопротекторов? Эрлих обнаружил: некоторые вещества способны закрепляться на поверхности микробов и окрашивать их. Не попытаться ли ввести в состав красителя такие группы атомов, которые не только окрашивают микробы, но и убивают их. Тогда, изменяя строение молекулы и каждый раз проверяя биологические свойства препарата, "улучшить" молекулу, то есть подобрать нужное соединение.

Хороший метод.

Именно таким путем было найдено огромное количество современных лекарств. Метод "улучшения молекулы" был принят во многих современных лабораториях, занимающихся поисками биологически активных веществ. Радиобиологи, работающие совместно с химиками-синтетиками, сразу же этот метод взяли на вооружение.

И, наконец, существовал еще один путь поиска, основанный на изучении механизма действия уже открытых радиопротекторов. Как действуют лекарства, почему они защищают организм? Где точки приложения их действия? Если разгадать, с какими молекулами "любит реагировать" молекула лекарства, то можно вести сознательный синтез соединений с запланированными свойствами.

Что и говорить, путь этот нелегкий и кропотливый. Особенно когда работы только начинаются. Но главное его преимущество - это сознательный путь поиска. И он таит в себе одну удивительную особенность. Чем дальше зашло изучение механизма действия радиопротекторов, тем легче становится искать новые.

Какой же метод взять "на вооружение при поиске новых радиозащитных средств? Ответим сразу. На современном этапе развития науки должны мирно сосуществовать два метода: метод "скрининга" и сознательный, основанный на планомерном изучении механизма действия радиозащитных средств.

Но будущее за вторым. Сознательный поиск будет вытеснять случайные открытия.

А что скажет по этому вопросу наш коллега-скептик?

- Я в принципе со всем согласен,- начинает он. - Хотя, знаете ли, механизмы лекарств можно изучать бес конечно, а нам (тут он делает многозначительную паузу) противолучевые лекарства нужны сейчас.

Придется отвечать в тон скептику.

- нам эффективные лекарства тоже нужны сейчас.

Что же касается неисчерпаемости изучения механизмов, то что поделаешь...

Комбинируя методы "скрининга", "сознательного" синтеза и метода "улучшения молекулы", специалисты начали работу.

В короткий промежуток времени были синтезированы и проверены в качестве противолучевых средств тысячи разнообразных по химическому строению соединений. Сотни из них несли в себе признаки радиопротекторов. Десятки обладали выраженными радиозащитными свойствами. Единицы стали такими препаратами, которые можно было использовать в практике.

Каков же механизм этих разнообразных и не схожих по химическим свойствам соединений? И почему эти соединения не эффективны, если их вводят даже в ближайшие минуты после облучения?

Однажды один академик остроумно заметил: "Если гипотеза подтверждается, это приятно, если не подтверждается - это интересно".

В этом парадоксе заложен глубокий смысл.

Если гипотеза подтверждается дальнейшим ходом экспериментальных исследований, это свидетельствует о победе человеческого разума. Если нет, то необходимо выяснить, в каком звене логических рассуждений была допущена ошибка.

Гипотезы рождаются и умирают. Одни, возникнув, выполняют свою подсобную роль и сходят со сцены. Счастливые единицы гипотез, подкрепленные "живой водой" дальнейших исследований, дорастают до теории.

Одна из наиболее старых гипотез механизма действия противолучевых средств может быть названа "гипотезой инактивации свободных радикалов". Она формулируется так. При действии ионизирующей радиации на живую клетку возникают окисляющие радикалы. Протекторы - аминотиолы содержат высокоактивную в химическом отношении сульфгидрильную группу. Значит, если радиозащитные соединения вводить до облучения в организм, то они будут реагировать с окисляющими радикалами. Лекарства будут "принимать удар на себя" и тем самым защищать какие-то важные для организма молекулы от лучевого "удара".

По мнению других ученых, механизм действия различных радиопротекторов связан с так называемым кислородным эффектом. Суть его в следующем. При увеличении концентрации кислорода в среде увеличивается образование окисляющих радикалов при облучении. И наоборот. Если при облучении снизить концентрацию кислорода, то уменьшится и количество окисляющих радикалов. Обнаружили, что многие радиопротекторы вызывают уменьшение концентрации кислорода в тканях.

Наиболее интенсивно сейчас разрабатывается гипотеза биохимического механизма действия противолучевых средств.

Вкратце она может быть изложена так. Через 10-20 минут после введения радиозащитных соединений биохимические системы клетки изменяются настолько сильно, что облучение организма идет на совершенно другом физиологическом уровне.

Радиозащитное средство способно вступать в химическую связь с белковой частью ферментов. Через двадцать- тридцать минут после введения радиопротектора количество его молекул, прореагировавших с белком, было наибольшим. Через два-три часа после введения противолучевого препарата животному связей между протектором и белком-ферментом уже не обнаруживали.

Таким образом, установили четкую закономерность. Чем больше молекул лекарства прореагировало с белком, тем больше тормозились ферментативные реакции и тем сильнее проявлялось радиозащитное действие радиопротектора.

Нельзя думать, что проблема химической защиты от ионизирующей радиации решена. Нет, эта область радиобиологии сегодня продолжает интенсивно развиваться. Всемирная организация здравоохранения - ВОЗ - уделяет этой проблеме большое внимание. Регулярно проводятся международные совещания, на которых обсуждается "состояние вопроса" на сегодняшний день. Ученые-эксперты из разных стран подводят итоги и составляют научные прогнозы. И, наконец, высказывают соответствующие рекомендации.

Представим себе, что мы находимся в Австрии, в городе Вене. На одной из старых улиц высится современное здание международного агентства по использованию атомной энергии. Идет очередное заседание экспертов. Выступают представители различных стран. Докладчик может говорить на языке своей страны. Высококвалифицированные переводчики осуществляют перевод на все официальные языки ООН: русский, английский, французский, немецкий...

- Механизм действия ионизирующей радиации на организм животных является комплексным,- говорит докладчик.- А это значит, что поражается одновременно целый ряд биохимических систем. Но "множественность" поражения требует "множественности" химической защиты от действия проникающих излучений. Чтобы защитить организм высокоорганизованных животных, например обезьян, от действия радиации, должен использоваться определенный "набор" радиозащитных средств. Иными словами, должна использоваться определенная рецептура.

Выступает представитель другой страны:

- Необходимо обратить внимание исследователей на следующее обстоятельство. Все описанные в литературе радиопротекторы, как правило, являются в биологическом смысле очень активными веществами. Они часто вводятся в организм в количествах, вызывающих "потрясение" биохимических и физиологических систем. Следовательно, необходимо стремиться снижать токсичность используемых радиопротекторов...

Заседание экспертов проходит в течение нескольких дней. На нем принимаются соответствующие рекомендации, которые затем рассылаются всем членам Всемирной организации здравоохранения.

документооборот 1с