Главная / Медицина / Пенициллин. История открытия пенициллина

Пенициллин. История открытия пенициллина

Пенициллин. История открытия пенициллина

Свыше 90 лет тому назад, в 1928г. произошло событие поистине мирового масштаба, позволившее сохранить миллионы человеческих жизней по всему миру. 28 сентября 1928г. учёный-шотландец Александр Флемингом открыл пенициллин, положив, таким образом, начало эры антибиотиков. Совершено это поистине революционное медицинское открытие было по чистой случайности.

Жизнь до антибиотиков

Жизнь человечества до изобретения антибиотиков была в десятки раз опаснее, чем мы её сегодня представляем. Такие инфекционные болезни, как туберкулёз, свирепствовали даже в относительно благополучных странах Европы и Северной Америки. Что уж говорить о таких богом забытых уголках начала ХХ века, как Африка, Азия или Латинская Америка. Здесь различные тропические инфекции ежегодно уносили миллионы жизней.

Без использования антибиотиков любое хирургическое вмешательство, даже проведённое на высочайшем профессиональном уровне, грозила всевозможными осложнениями. Вездесущие микроорганизмы, даже несмотря на все принимаемые меры защиты в виде стерилизации и дезинфекции инструментов, проникали в рану. Результат – осложнение в виде воспалительного процесса, и смерть пациента уже от новой причины.

Здесь можно привести пример Г. Коттона, психиатра из США, лечившего своих пациентов резекцией внутренних органов. В заслугу своей методике он ставил сравнительную безопасность. Процент смертей после проведения им операций не превышала 33%, что было неплохим результатом для 20-х годов ХХ столетия. Но, к сожалению, Коттон несколько лукавил – позже от осложнений всё же умирало ещё до 12% прооперированных больных.      

Более того, причиной гибели человека в отсутствии антибиотиков нередко становились простая царапина, или другая незначительная травма. При попадании в рану бактерий, часто развивалась гангрена, столбняк, септическое заражение крови. Если человеку и удавалось после этого вырваться из объятий смерти, он зачастую оставался инвалидом. Существовавшие в то время антисептики могли служить лишь для наружного использования. Неудивительно, что рассадниками инфекций служили не только городские улицы и общественные здания, но даже учреждения здравоохранения.  

Великое открытие пенициллина

Открытие пенициллина, буквально перевернувшее медицинскую науку, было сделано абсолютно случайно. Как вспоминает сам Флеминг об этом дне, «проснувшись утром, я абсолютно не планировал никакой революции в медицине». Рассмотрим подробнее, как произошло это открытие, и как Флеминг пришёл к нему.

Краткая биография Александра Флеминга

Чтобы понять, почему именно Флеминг, а не кто-то иной, стал первооткрывателем антибиотиков, немного углубимся в его биографию. Родился будущий «отец пенициллина» в шотландской глубинке, в семье фермера. Окончил обычную сельскую школу, после чего поступает в Климарнокскую академию в Шотландии. Проучившись здесь пару лет, он переезжает в Лондон. Здесь он поступает в Политехнический институт, одновременно работая мелким клерком в одной из частных контор.

Пенициллин. История открытия пенициллина

Существенное влияние на выбор профессии юным шотландцем оказал его старший брат, врач-офтальмолог. Решив идти по его стопам, Александр переводится в медицинскую школу при Королевском госпитале Святой Марии. Здесь он вошёл в научную группу, возглавляемую профессором Райтом, создателем вакцины против тифа.

По завершении обучения, во время Первой мировой, Флеминг попадает на военную службу. Всю войну он провёл на передовой, в полевом госпитале английского экспедиционного корпуса во Франции. После демобилизации Александр возвращается в свою альма-матер, где ему и суждено было совершить своё грандиозное открытие.

Открытое окно и гнилая дыня

Историческая справедливость требует сказать, что Флеминг не был первооткрывателем целебных свойств плесени в полном смысле этого слова. Из древних рукописей известно, что ещё в Египте к ранам прикладывались кусочки размоченных заплесневевших лепёшек. В начале 1920-х лечебные свойства плесени были описаны другим британским медиком, Андре Грация. Правда, он ошибочно полагал, что плесень не воздействует напрямую на патогенный микроорганизм, а лишь стимулирует естественный иммунитет человека.

Уже во времена Первой мировой Флеминг поставил целью найти эффективный способ защиты раненых от вторичных заражений. Внесённые в рану вместе с грязью инфекции, часто становились причиной от 40 до 60% всех смертельных случаев в госпиталях. Имевшиеся в те годы в арсенале врачей антисептики были малоэффективны в борьбе с микробами, уже попавшими внутрь организма.

В качестве основы для исследований, Флеминг использовал носовую слизь, выделяющуюся из носа человека при насморке. Он полагал, что это один из защитных механизмов организма. В слизи, по предположению учёного, имеется природное вещество, убивающее бактерии, и препятствующее проникновению микробов извне через нос. Это гипотетическое вещество он назвал лизоцимом.

В один из тёплых сентябрьских дней Александр работал с препаратами, приготовленными из носовой слизи у открытого окна. В частности, он изучал развитие внутри неё стафилококков, но без особого успеха. Придя на следующий день, Флеминг вдруг увидел, что колонии стафилококков в некоторых местах были уничтожены. Но отнюдь не предполагаемым лизоцимом, а… обычным плесневым грибком. В тех местах, куда попали споры плесени, кокковые бактерии были уничтожены, и на приборном стекле образовались прозрачные «окна».

Пенициллин. История открытия пенициллина

По предположению исследователя, грибок был занесён в питательный раствор через открытое окно.  Другое предположение – споры попали на приборное стекло со сквозняком от корок гнилой дыни, лежащей со вчерашнего дня в мусорном ведре в углу лаборатории. Как бы то ни было, эта случайность стала началом революционного переворота в медицинской науке. Флеминг интуитивно это чувствует, и бросает исследования носовой слизи, переключившись на плесневый грибок.

Выделение пенициллина

Александр Флеминг, на основании своих исследований, делает доклад, вызвавший резонанс в широком научном сообществе. Его выводы об антибиотическом воздействии нового вещества, названного учёным «пенициллин», подтверждаются независимыми исследованиями в различных научных лабораториях.

Однако выделить это вещество в чистом виде, для использования в промышленном производстве антибиотиков не удавалось длительное время. Во всех экспериментальных исследованиях использовался фильтрат питательной среды со спорами плесневого грибка. Выделить же само лечебное вещество удалось лишь 11 лет спустя после его открытия немецкому эмигранту Эрнсту Чейну. Будучи евреем по национальности (настоящая фамилия Хаин), он был вынужден бежать из Германии после прихода в ней к власти Гитлера.

Золотая эра антибиотиков

После испытания новой лекарственной формы на подопытных животных, научный руководитель Чейна, Говард Флори предпринимает попытку начала массового производства лекарств. Для этого он создаёт специальную научную группу, в которую входит другой видный химик-фармацевт, Норман Хитли. Он отвечал за разработку технологии промышленного выделения пенициллина путём очистки плесени.

Первым пациентом, лечившийся пенициллином, был полицейский, с инфекционным осложнением после полученного ранения. Согласно наблюдениям лечащих врачей, после использования антибиотиков ему заметно полегчало. Однако, здесь сказалась нехватка недавно созданного медикамента, и пациент в итоге скончался месяц спустя. Далее пенициллин испытывается на 200 больных туберкулёзом, и опять отмечаются явные положительные результаты. Палочка Коха гибла при воздействии на неё новым лечебным веществом.

Но настоящий триумф пенициллина относится ко времени Второй мировой войны. Поскольку фармацевтические производства Великобритании были и без того перегружены, наладить массовое производство пенициллина союзники решили в США. Нацисты к этому времени были уже хорошо осведомлены о чудодейственном препарате, созданном англичанами, и разведка Третьего рейха активно охотилась за ним.  

Пенициллин. История открытия пенициллина

Британцы Хитли и Флори лично отправились в Америку, чтобы организовать там производство антибиотика. Во избежание попадания секретного препарата в руки нацистских агентов, было решено пойти на хитрость. Пенициллин перевозился не в ёмкости, как было логично предположить. Раствором плесневого грибка была пропитана верхняя одежда учёных. После исследования доставленных образцов, американским учёным удалось найти аналог грибку Флеминга, дающий в несколько раз больше активного лекарственного вещества.

Технология выращивания плесени в промышленных масштабах стала американским ноу-хау. Для этого применялись огромные баки с питательной средой для плесени. Сквозь них постоянно пропускался воздух, а сам субстрат регулярно перемешивался. Питанием для плесени служили отходы переработки кукурузы, богатые глюкозой. В 1942г., в первый год начала производства лекарства, было создано всего 100 лечебных доз медикамента. Но в следующем году это количество увеличилось до 21 миллиарда, в 1945 – уже до 6,8 триллионов лечебных доз. В результате было спасено до 50% раненых союзных солдат, скончавшихся бы без пенициллина от инфицирования ран. Так началась золотая эра антибиотиков.

Закат эры антибиотиков

В результате открытия пенициллина и его производных, человечеству удалось победить большинство страшных недугов, столетиями уносивших миллионы жизней – туберкулёз, холеру, сифилис, гангрену, чуму и т.д. Однако, патогенные микроорганизмы также не остаются в статичном состоянии: они постоянно мутируют, вырабатывая иммунитет к старым формам лекарственных препаратов.

Конец эры антибиотиков был предсказан ещё самим первооткрывателем пенициллина, Александром Флемингом. Основываясь на своих исследованиях, он опубликовал доклад о постепенной выработке бактериями невосприимчивости к антибиотикам, при воздействии на них в малых дозах. Поэтому он предостерегал от использования пенициллина в качестве панацеи от всех недугов. Согласно его рекомендациям, антибиотики нужно применять только в крайних случаях, когда обойтись без них действительно невозможно.

Исследования современных учёных-медиков полностью подтверждают пророческие слова Флеминга. Патогенные микроорганизмы постоянно увеличивают свою устойчивость к медикаментам из группы антибиотиков. По их прогнозам, уже сегодня этот процесс становится причиной ежегодной смерти до 700 тысяч людей. А через 30 лет это количество должно увеличиться до 10 миллионов человек, нанеся суммарный ущерб мировой экономике в 100 триллионов долларов.  

Для решения этой проблемы фармацевтическими лабораториями постоянно создаются новые антибиотики. Но эффективность их действия всё ниже, а скорость мутаций бактерий наоборот, возрастает. Кроме того, ведение подобных разработок становится экономически не выгодно компаниям. Средний срок окупаемости затрат на исследования и налаживание нового производства составляет около 23 лет. За это время эффективность нового препарата, из-за возрастающих темпов мутаций микроорганизмов, сойдёт на нет. Как следствие – медикамент придётся снимать с производства, не дождавшись получения от его продаж экономической прибыли.    

Две главных причины быстрой приспособляемости бактерий к антибиотикам:

  • Массовое их применение населением стран третьего мира.
  • Масштабное использование в сельском хозяйстве.

В первом случае антибиотики бесконтрольно используются людьми при любом заболевании. Такое самолечение в итоге приводит к развитию устойчивых штаммов, и даёт вспышки новых инфекционных заболеваний. Животные и птицы, разводимые на фермах, также накачиваются антибиотиками. Это делается в целях профилактики развития эпизоотий, но в итоге накопленные в мясе и молоке вещества попадают в организм человека со всеми негативными последствиями.

Единственным выходом, способным переломить ситуацию – обеспечить всё население качественной медицинской помощью, и отказаться от широкого использования антибиотиков при производстве мясомолочной продукции. Иначе, не за горами те времена, когда случайный порез или укол булавкой вновь станут угрожать человеческой жизни.

Смотрите также

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Группа ученых-медиков и инженеров из университета Аделаиды, Австралия, и университета Штутгарта, Германия, разработали и создали опытный образец устройства, толщиной с человеческий волос, которое можно назвать самой маленькой камерой и самым маленьким трехмерным сканером в мире на сегодняшний день. Во время испытаний эта камера была помещена внутрь сосудов кровеносной системы подопытных грызунов и созданные при ее помощи трехмерные изображения, обладающие очень высокой разрешающей способностью, позволили напрямую увидеть внешние признаки некоторых заболеваний.

Основой этой камеры является нить тончайшего оптоволокна, заключенная в специальную защитную оболочку. При помощи технологии трехмерной микропечати на торце оптоволокна создано зеркало, расположенное под углом в 45 градусов к плоскости волокна, и крошечная линза, диаметр которой равен 0.13 миллиметра, слишком маленькая для того, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Второй конец оптоволокна подключен с устройством-сканером оптической когерентной томографии (optical coherence tomography, OCT). Технология OCT — это технология 3D-сканирования, разработанная изначально для составления «карт» сетчатки глаза, в ней используется свет близкого инфракрасного диапазона, позволяющий «заглянуть» вглубь тканей, измеряя разницу между опорным и сканирующим лучами света. В результате этого получаются трехмерные изображения, на которых видно не только поверхность, но и структуру тканей под поверхностью в высочайшей разрешающей способности.

Получившееся устройство, эндоскоп, является настолько маленьким, что его можно ввести внутрь кровеносного сосуда, медленно вращая и перемещая вдоль, получать изображение внутренней поверхности сосуда и тканей на глубину в половину миллиметра. Это, в свою очередь, позволяет увидеть микротрещины, отложения жиров, холестерина и других веществ, которые «растут» на стенках кровеносных сосудов и являются причиной многих заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Как уже упоминалось выше, первые испытания крошечного эндоскопа были проведены на подопытных грызунах, после чего было получено добро на испытания системы на человеке. Эти испытания показали, что использование линзы, изготовленной при помощи высокоточного метода, позволяет сканеру получать глубину изображения в пять раз большую, чем это могут обеспечить подобные устройства, созданные ранее. Более того, гибкость и миниатюрность устройства позволит проникнуть и произвести сканирование в самых труднодоступных местах и получить изображение не только кровеносных сосудов, но и нервных тканей, к примеру.

Машины-монстрывсе о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Группа ученых-медиков и инженеров из университета Аделаиды, Австралия, и университета Штутгарта, Германия, разработали и создали опытный образец устройства, толщиной с человеческий волос, которое можно назвать самой маленькой камерой и самым маленьким трехмерным сканером в мире на сегодняшний день. Во время испытаний эта камера была помещена внутрь сосудов кровеносной системы подопытных грызунов и созданные при ее помощи трехмерные изображения, обладающие очень высокой разрешающей способностью, позволили напрямую увидеть внешние признаки некоторых заболеваний.

Основой этой камеры является нить тончайшего оптоволокна, заключенная в специальную защитную оболочку. При помощи технологии трехмерной микропечати на торце оптоволокна создано зеркало, расположенное под углом в 45 градусов к плоскости волокна, и крошечная линза, диаметр которой равен 0.13 миллиметра, слишком маленькая для того, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Второй конец оптоволокна подключен с устройством-сканером оптической когерентной томографии (optical coherence tomography, OCT). Технология OCT — это технология 3D-сканирования, разработанная изначально для составления «карт» сетчатки глаза, в ней используется свет близкого инфракрасного диапазона, позволяющий «заглянуть» вглубь тканей, измеряя разницу между опорным и сканирующим лучами света. В результате этого получаются трехмерные изображения, на которых видно не только поверхность, но и структуру тканей под поверхностью в высочайшей разрешающей способности.

Получившееся устройство, эндоскоп, является настолько маленьким, что его можно ввести внутрь кровеносного сосуда, медленно вращая и перемещая вдоль, получать изображение внутренней поверхности сосуда и тканей на глубину в половину миллиметра. Это, в свою очередь, позволяет увидеть микротрещины, отложения жиров, холестерина и других веществ, которые «растут» на стенках кровеносных сосудов и являются причиной многих заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Как уже упоминалось выше, первые испытания крошечного эндоскопа были проведены на подопытных грызунах, после чего было получено добро на испытания системы на человеке. Эти испытания показали, что использование линзы, изготовленной при помощи высокоточного метода, позволяет сканеру получать глубину изображения в пять раз большую, чем это могут обеспечить подобные устройства, созданные ранее. Более того, гибкость и миниатюрность устройства позволит проникнуть и произвести сканирование в самых труднодоступных местах и получить изображение не только кровеносных сосудов, но и нервных тканей, к примеру.

Машины-монстрывсе о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Одним из самых перспективных направлений микро- и нано-робототехники является целевая доставка лекарственных препаратов, осуществляемая при помощи крошечных роботов, двигающихся в теле человека по кровеносным сосудам. Самой последней разработкой в этом направлении являются микророботы-лейкоциты, созданные исследователями из института Макса Планка, Германия. И главным отличием новых микророботов от всех, что были созданы ранее, является то, что новые роботы, которые являются «технологическим воплощением» лейкоцитов, способны передвигаться в направлении, противоположном направлению кровотока в кровеносных сосудах.

Основой новых микророботов являются стеклянные микрочастицы, диаметром около 8 микрометров. Одна половина частицы покрыта тонкой пленкой никеля, поверх которой нанесен защитный слой из золота, а на вторую половину частицы наносится слой лекарственного препарата, полезного груза микроробота. Во время первых испытания полезный груз робота состоял из молекул противоракового препарата и специальных белков, способных находить и притягиваться к злокачественным клеткам.

Вместо того, чтобы плавать в кровяной плазме, как это делают другие микророботы, новые роботы движутся вдоль стенок сосудов, подобно лейкоцитам. А направлением этого движения можно управлять при помощи внешнего магнитного поля, которое притягивает никель, и заставляет робота двигаться в нужном направлении.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Исследователи выяснили при помощи экспериментов с искусственными кровеносными сосудами, что даже не очень сильное магнитное поле, которое совершенно безопасно для организма человека, заставляет роботов двигаться в направлении, противоположном направлению течения крови. А когда магнитное поле деактивируется, роботы движутся вместе с кровью. Чередование моментов включения и отключения магнитного поля позволяет ученым контролировать движение роботов с высокой точностью и направлять их в заданное место в теле человека.

Во время испытаний ученые установили, что скорость движения роботов под воздействие магнитного поля составляет 600 микрометров в секунду (76 их собственных диаметров в секунду). Это делает новых роботов самыми быстрыми «магнитными микророботами» такого масштаба на сегодняшний день.

Поскольку размер одного микроробота очень мал, он не сможет нести на себе достаточного количества полезного груда, для того, чтобы оказать существенное влияние на пораженные болезнью ткани. Поэтому в организм человека нужно будет вводить достаточно большое количество таких роботов, что, дополнительно, облегчит слежение за ними при помощи традиционных методов съемки, применяемых в медицине.

И в заключение следует отметить, что помимо целевой доставки лекарственных препаратов, новые микророботы, снабженные соответствующим грузом, могут быть использованы для проведения неинвазивной, быстрой и точной диагностики самых различных видов заболеваний.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Одним из самых перспективных направлений микро- и нано-робототехники является целевая доставка лекарственных препаратов, осуществляемая при помощи крошечных роботов, двигающихся в теле человека по кровеносным сосудам. Самой последней разработкой в этом направлении являются микророботы-лейкоциты, созданные исследователями из института Макса Планка, Германия. И главным отличием новых микророботов от всех, что были созданы ранее, является то, что новые роботы, которые являются «технологическим воплощением» лейкоцитов, способны передвигаться в направлении, противоположном направлению кровотока в кровеносных сосудах.

Основой новых микророботов являются стеклянные микрочастицы, диаметром около 8 микрометров. Одна половина частицы покрыта тонкой пленкой никеля, поверх которой нанесен защитный слой из золота, а на вторую половину частицы наносится слой лекарственного препарата, полезного груза микроробота. Во время первых испытания полезный груз робота состоял из молекул противоракового препарата и специальных белков, способных находить и притягиваться к злокачественным клеткам.

Вместо того, чтобы плавать в кровяной плазме, как это делают другие микророботы, новые роботы движутся вдоль стенок сосудов, подобно лейкоцитам. А направлением этого движения можно управлять при помощи внешнего магнитного поля, которое притягивает никель, и заставляет робота двигаться в нужном направлении.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Исследователи выяснили при помощи экспериментов с искусственными кровеносными сосудами, что даже не очень сильное магнитное поле, которое совершенно безопасно для организма человека, заставляет роботов двигаться в направлении, противоположном направлению течения крови. А когда магнитное поле деактивируется, роботы движутся вместе с кровью. Чередование моментов включения и отключения магнитного поля позволяет ученым контролировать движение роботов с высокой точностью и направлять их в заданное место в теле человека.

Во время испытаний ученые установили, что скорость движения роботов под воздействие магнитного поля составляет 600 микрометров в секунду (76 их собственных диаметров в секунду). Это делает новых роботов самыми быстрыми «магнитными микророботами» такого масштаба на сегодняшний день.

Поскольку размер одного микроробота очень мал, он не сможет нести на себе достаточного количества полезного груда, для того, чтобы оказать существенное влияние на пораженные болезнью ткани. Поэтому в организм человека нужно будет вводить достаточно большое количество таких роботов, что, дополнительно, облегчит слежение за ними при помощи традиционных методов съемки, применяемых в медицине.

И в заключение следует отметить, что помимо целевой доставки лекарственных препаратов, новые микророботы, снабженные соответствующим грузом, могут быть использованы для проведения неинвазивной, быстрой и точной диагностики самых различных видов заболеваний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *