Три растения в борьбе с лишним весом
Ученые из Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева Российской академии наук совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета, Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Всероссийского научно-исследовательского института мясной промышленности имени В. М. Горбатова продемонстрировали, что прием препаратов из биомассы культур клеток трех растений — 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. Об исследовании рассказывает пресс-служба Российского научного фонда.
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 — один 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 безопасны с учетом имеющихся патологических состояний.
Авторы работы 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.
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, а 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, заведующий отделом биологии клетки и биотехнологии ИФР РАН, доктор биологических наук, профессор Александр Носов.
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.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Nutrients.