antibioticsАнтибиотики и ХимиотерапияAntibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy0235-2990ООО «Издательство ОКИ»10.37489/0235-2990-2023-68-9-10-34-41antibiotics-1074Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИExperimental ResearchОценка противовирусной активности препаратов группы производных полимерных электролитов в отношении широкого спектра вирусовEvaluation of the Antiviral Activity of Drugs from the Group of Polymer Electrolyte Derivatives against a Wide Range of VirusesРазгуляеваД. Н.RazgulyaevaD. N.

Разгуляева Дарья Николаевна — младший научный сотрудник лаборатории химиотерапии вирусных инфекций

ул. профессора Попова, д. 15/17, НИИ гриппа им. А. А.Сморонцева, г. Санкт-Петербург, 197022

Daria N. Razgulyaeva — Junior Researcher at the Laboratory of Chemotherapy of Viral Infections

15/17 Prof. Popova st., Smorodintsev Research Institute of Influenza of the Ministry of Health of the Russian Federation, Saint-Petersburg, 197022 

drazgulyaeva@bk.ruКлабуковА. М.KlabukovA. M.

Клабуков Артём Маркович — младший научный сотрудник лаборатории химиотерапии вирусных инфекций

Санкт-Петербург

Artyom M. Klabukov — Junior Researcher at the Laboratory of Chemotherapy of Viral Infections

Saint-Petersburg

ГалочкинаА. В.GalochkinaA. V.

Галочкина Анастасия Валерьевна — к. б. н., ведущий научный сотрудник лаборатории химиотерапии вирусных инфекций

Санкт-Петербург

Anastasia V .Galochkina — Ph. D. in Biology, Leading Researcher at the Laboratory of Chemotherapy of Viral Infections

Saint-Petersburg

ГаршининаА. В.GarshininaA. V.

Гаршинина Анжелика Валерьевна — научный сотрудник лаборатории химиотерапии вирусных инфекций

Санкт-Петербург

Anzhelika V. Garshinina — Researcher at the Laboratory of Chemotherapy of Viral Infections

Saint-Petersburg

ЖуравскаяО. Н.ZhuravskayaO. N.

Журавская Ольга Николаевна — младший научный сотрудник

Санкт-Петербург

Olga N. Zhuravskaya — Junior Researcher 

Saint-Petersburg

ГавриловаИ. И.GavrilovaI. I.

Гаврилова Ирина Иосифовна — научный сотрудник

Санкт-Петербург

Irina I. Gavrilova — Research Fellow

Saint-Petersburg

МанаховВ. А.ManakhovV. A.

Манахов Виталий Александрович – студент

Санкт-Петербург

Vitaly A. Manakhov — student 

Saint-Petersburg

НестероваН. А.NesterovaN.  A.

Нестерова Наталья Александровна — научный сотрудник

Санкт-Петербург

Nesterova Natalya Aleksandrovna — Researcher 

Saint-Petersburg

ШтроА. А.ShtroA. A.

Штро Анна Андреевна — к. б. н., заведующий лабораторией химиотерапии вирусных инфекций

Санкт-Петербург

Anna A. Shtro — Ph. D. in Biology, Head of the Laboratory of Chemotherapy of Viral Infections

Saint-Petersburg

ПанаринЕ. Ф.PanarinE. F.

Панарин Евгений Фёдорович — д. х. н., проф., член-корр. РАН, научный руководитель

Санкт-Петербург

Evgeniy F. Panarin — D. Sc. in Chemistry, Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Scientific Director

Saint-Petersburg

ФГБУ «НИИ гриппа им. А. А. Смородинцева» Минздрава РоссииРоссияSmorodintsev Research Institute of InfluenzaRussian FederationИнститут высокомолекулярных соединений РАН (ИВС РАН)РоссияInstitute of Macromolecular Compounds of the RASRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)РоссияPeter the Great St.Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202315012024689-103441Copyright © Разгуляева Д.Н., Клабуков А.М., Галочкина А.В., Гаршинина А.В., Журавская О.Н., Гаврилова И.И., Манахов В.А., Нестерова Н.А., Штро А.А., Панарин Е.Ф., 20242024Разгуляева Д.Н., Клабуков А.М., Галочкина А.В., Гаршинина А.В., Журавская О.Н., Гаврилова И.И., Манахов В.А., Нестерова Н.А., Штро А.А., Панарин Е.Ф.Razgulyaeva D.N., Klabukov A.M., Galochkina A.V., Garshinina A.V., Zhuravskaya O.N., Gavrilova I.I., Manakhov V.A., Nesterova N.A., Shtro A.A., Panarin E.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.antibiotics-chemotherapy.ru/jour/article/view/1074Актуальность

Актуальность. Современная система здравоохранения постоянно совершенствуется и вводит новые меры для защиты населения от вирусных заболеваний, однако опыт пандемии COVID-19 показал, что инфекционный процесс трудно контролировать в глобальных масштабах. В связи с этим, как никогда актуальна разработка новых противовирусных препаратов широкого спектра действия.

Цель

Цель. Исследование противовирусной активности и цитотоксичности сополимеров стиролсульфоната натрия с виниловыми мономерами различного химического строения и выявление среди них полимеров, перспективных для углубленного изучения и разработки новых противовирусных средств на их основе.

Материал и методы

Материал и методы. Было синтезировано 14 сополимеров стиролсульфоната натрия (ССNa) с различными функциональными сомономерами. Для оценки противовирусной активности были выбраны три вируса с разными стратегиями репродукции и способами передачи — респираторно-синцитиальный вирус, вирус гриппа и вирус герпеса.

Результаты

Результаты. В результате проведённого скрининга выявлены сополимеры, проявляющие высокую активность в отношении всех трёх вирусов. Установлено, что введение в структуру ССNa различных функциональных групп не приводит к снижению противовирусной активности, но существенно снижает цитотоксичность. Установлено заметное влияние на активность молекулярной массы. Выявлена различная чувствительность вирусов и клеток к исследованным полимерам, что вероятно связано с особенностями строения оболочки вируса и стенки клеток.

Заключение

Заключение. Полученные результаты демонстрируют перспективность сополимеров стиролсульфоната натрия в качестве модели для разработки противовирусного препарата широкого спектра действия.

Background

Background. The modern healthcare system is constantly improving and introducing new measures to protect the population from viral diseases, but the experience of the COVID-19 pandemic has shown that infections cannot always be controlled on global scale. In this regard, the development of new broad-spectrum antiviral drugs is more relevant than ever.

The aim of the study was to investigate the antiviral activity and cytotoxicity of copolymers of sodium styrene sulfonate and vinyl monomers of various chemical structures, as well as to identify promising polymers for the development of new antiviral agents.

Materials and methods

Materials and methods. 14 copolymers of sodium styrene sulfonate (NaSS) with various functional comonomers were synthesized. Three viruses with different reproduction strategies and transmission methods — respiratory syncytial virus, influenza virus, and herpes virus — were selected for the assessment of antiviral activity.

Results

Results. The screening identified copolymers that showed high activity against all three viruses. It was found that the introduction of various functional groups into the structure of NaSS did not decrease antiviral activity, but significantly reduced cytotoxicity. The molecular weight has also shown a noticeable effect on the activity. Different sensitivity of viruses and cells to the studied polymers was revealed, likely due to the structural features of the virus shell and cell wall.

Conclusions

Conclusions. The results demonstrate the potential of sodium styrene sulfonate copolymers as a model for developing a broad-spectrum antiviral drug.

гриппгерпесреспираторно-синцитиальный вирусполимерные соединениястиросульфонат натрияпротивовирусная активностьinfluenzaherpesrespiratory syncytial viruspolymer compoundssodium styrene sulfonateantiviral activityСтатья опубликована при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы создания и развития Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» (Соглашение от 20.04.2022 № 075-15-2022-313, ФГБУ «НИИ гриппа им. А. А. Смородинцева» Минздрава России).ReferencesBaker R.E., Mahmud A.S., Miller I.F. et al. Infectious disease in an era of global change. Nat Rev Microbiol. 2022; 20 (4): 193–205. doi: 10.1038/s41579-021-00639-z.Baker R.E., Mahmud A.S., Miller I.F. et al. Infectious disease in an era of global change. Nat Rev Microbiol. 2022; 20 (4): 193–205. doi: 10.1038/s41579-021-00639-z.Bloom D.E., Cadarette D. Infectious disease threats in the twenty-first century: Strengthening the global response. Front Immunol. 2019; 10 (MAR). doi: 10.3389/fimmu.2019.00549.Bloom D.E., Cadarette D. Infectious disease threats in the twenty-first century: Strengthening the global response. Front Immunol. 2019; 10 (MAR). doi: 10.3389/fimmu.2019.00549.Gordon A., Reingold A. The Burden of influenza: a complex problem. Curr Epidemiol Rep. 2018; 5 (1): 1–9. doi: 10.1007/s40471-018-0136-1.Gordon A., Reingold A. The Burden of influenza: a complex problem. Curr Epidemiol Rep. 2018; 5 (1): 1–9. doi: 10.1007/s40471-018-0136-1.Zimmerman R.K., Balasubramani G.K., D’Agostino H.E.A. et al. Population-based hospitalization burden estimates for respiratory viruses, 2015–2019. Influenza Other Respir Viruses. 2022; 16 (6): 1133–1140. doi: 10.1111/irv.13040.Zimmerman R.K., Balasubramani G.K., D’Agostino H.E.A. et al. Population-based hospitalization burden estimates for respiratory viruses, 2015–2019. Influenza Other Respir Viruses. 2022; 16 (6): 1133–1140. doi: 10.1111/irv.13040.Geoghegan S., Erviti A., Caballero M.T. et al. Mortality due to respiratory syncytial virus. Burden and risk factors. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 195 (1): 96–103. doi: 10.1164/rccm.201603-0658OC.Geoghegan S., Erviti A., Caballero M.T. et al. Mortality due to respiratory syncytial virus. Burden and risk factors. Am J Respir Crit Care Med. 2017; 195 (1): 96–103. doi: 10.1164/rccm.201603-0658OC.Branche A., Falsey A. Parainfluenza Virus Infection. Semin Respir Crit Care Med. 2016; 37 (04): 538–554. doi: 10.1055/s-0036-1584798.Branche A., Falsey A. Parainfluenza Virus Infection. Semin Respir Crit Care Med. 2016; 37 (04): 538–554. doi: 10.1055/s-0036-1584798.Edwards K.M., Zhu Y., Griffin M.R. et al. Burden of Human Metapneumovirus Infection in Young Children. N Engl J Med. 2013; 368 (7): 633–643. doi: 10.1056/NEJMoa1204630.Edwards K.M., Zhu Y., Griffin M.R. et al. Burden of Human Metapneumovirus Infection in Young Children. N Engl J Med. 2013; 368 (7): 633–643. doi: 10.1056/NEJMoa1204630.Looker K.J., Magaret A.S., May M.T. et al. Global and regional estimates of prevalent and incident herpes simplex virus type 1 infections in 2012. PLoS One. 2015; 10 (10): e0140765. doi: 10.1371/journal.pone.0140765.Looker K.J., Magaret A.S., May M.T. et al. Global and regional estimates of prevalent and incident herpes simplex virus type 1 infections in 2012. PLoS One. 2015; 10 (10): e0140765. doi: 10.1371/journal.pone.0140765.Badur S., Öztürk S., Pereira P. et al. Systematic review of the rotavirus infection burden in the WHO-EMRO region. Hum Vaccin Immunother. 2019; 15 (11): 2754–2768. doi: 10.1080/21645515.2019.1603984.Badur S., Öztürk S., Pereira P. et al. Systematic review of the rotavirus infection burden in the WHO-EMRO region. Hum Vaccin Immunother. 2019; 15 (11): 2754–2768. doi: 10.1080/21645515.2019.1603984.Mao Q., Wang Y., Yao X. et al. Coxsackievirus A16. Hum Vaccin Immunother. 2014; 10 (2): 360–367. doi: 10.4161/hv.27087.Mao Q., Wang Y., Yao X. et al. Coxsackievirus A16. Hum Vaccin Immunother. 2014; 10 (2): 360–367. doi: 10.4161/hv.27087.Jiao Y., Han T., Qi X. et al. Human rotavirus strains circulating among children in the capital of China (2018–2022) predominance of G9P[8] and emergence ofG8P[8]. Heliyon. 2023; 9 (8): e18236. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e18236.Jiao Y., Han T., Qi X. et al. Human rotavirus strains circulating among children in the capital of China (2018–2022) predominance of G9P[8] and emergence ofG8P[8]. Heliyon. 2023; 9 (8): e18236. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e18236.Mcclellan K., Perry C.M., Aoki F.Y., Fleming D.M., Sidwell R.W., Treanor J.J. Oseltamivir a review of its use in influenza. Drugs. 2001; 61 (2): 263–283. doi: 10.2165/00003495-200161020-00011.Mcclellan K., Perry C.M., Aoki F.Y., Fleming D.M., Sidwell R.W., Treanor J.J. Oseltamivir a review of its use in influenza. Drugs. 2001; 61 (2): 263–283. doi: 10.2165/00003495-200161020-00011.Kataev V.E., Garifullin B.F. Antiviral nucleoside analogs. Chem Heterocycl Compd (N Y). 2021; 57 (4): 326–341. doi: 10.1007/s10593-021-02912-8.Kataev V.E., Garifullin B.F. Antiviral nucleoside analogs. Chem Heterocycl Compd (N Y). 2021; 57 (4): 326–341. doi: 10.1007/s10593-021-02912-8.Mohd I., Arora K.M, Asdaq S.M.B. et al. Discovery, development, and patent trends on molnupiravir: a prospective oral treatment for COVID-19. Molecules. 2021; 26 (19): 5795. doi: 10.3390/molecules26195795.Mohd I., Arora K.M, Asdaq S.M.B. et al. Discovery, development, and patent trends on molnupiravir: a prospective oral treatment for COVID-19. Molecules. 2021; 26 (19): 5795. doi: 10.3390/molecules26195795.Zhang L.Q., Chen K.X., Li Y.M. Bioactivities of natural catalpol derivatives. Curr Med Chem. 2019; 26 (33): 6149–6173. doi: 10.2174/0929867326666190620103813.Zhang L.Q., Chen K.X., Li Y.M. Bioactivities of natural catalpol derivatives. Curr Med Chem. 2019; 26 (33): 6149–6173. doi: 10.2174/0929867326666190620103813.Kultys A. Sulfur-containing polymers. In: Encyclopedia of polymer science and technology. 2010; 67.Kultys A. Sulfur-containing polymers. In: Encyclopedia of polymer science and technology. 2010; 67.Schepler H., Wang X., Neufurth M., Wang S., Schröder H.C., Müller W.E.G. The therapeutic potential of inorganic polyphosphate: A versatile physiological polymer to control coronavirus disease (COVID-19). Theranostics. 2021; 11 (13): 6193–6213. doi: 10.7150/thno.59535.Schepler H., Wang X., Neufurth M., Wang S., Schröder H.C., Müller W.E.G. The therapeutic potential of inorganic polyphosphate: A versatile physiological polymer to control coronavirus disease (COVID-19). Theranostics. 2021; 11 (13): 6193–6213. doi: 10.7150/thno.59535.Yang S., Pannecouque C., Herdewijn P. Synthesis, and in vitro enzymatic and antiviral evaluation of d4t polyphosphate derivatives as chain terminators. Chem Biodivers. 2012; 9 (10): 2186–2194. doi: 10.1002/cbdv.201200250.Yang S., Pannecouque C., Herdewijn P. Synthesis, and in vitro enzymatic and antiviral evaluation of d4t polyphosphate derivatives as chain terminators. Chem Biodivers. 2012; 9 (10): 2186–2194. doi: 10.1002/cbdv.201200250.De Clercq E. New Perspectives for the treatment of HIV infections. Collect Czechoslov Chem Commun. 1998; 63 (4): 449–479. doi: 10.1135/cccc19980449.De Clercq E. New Perspectives for the treatment of HIV infections. Collect Czechoslov Chem Commun. 1998; 63 (4): 449–479. doi: 10.1135/cccc19980449.Bianculli R.H., Mase J.D., Schulz M.D. Antiviral polymers: past approaches and future possibilities. Macromolecules. 2020; 53 (21): 9158–9186. doi: 10.1021/acs.macromol.0c01273.Bianculli R.H., Mase J.D., Schulz M.D. Antiviral polymers: past approaches and future possibilities. Macromolecules. 2020; 53 (21): 9158–9186. doi: 10.1021/acs.macromol.0c01273.Schandock F., Riber C.F., Röcker A. et al. Macromolecular antiviral agents against zika, ebola, sars, and other pathogenic viruses. Adv Healthc Mater. 2017; 6 (23). doi: 10.1002/adhm.201700748.Schandock F., Riber C.F., Röcker A. et al. Macromolecular antiviral agents against zika, ebola, sars, and other pathogenic viruses. Adv Healthc Mater. 2017; 6 (23). doi: 10.1002/adhm.201700748.Anderson R.A., Feathergill K., Diao X. et al. Evaluation of poly(styrene-4sulfonate) as a preventive agent for conception and sexually transmitted diseases. J Androl. 2000; 21 (6): 862–875. doi: 10.1002/j.1939-4640.2000.tb03417.x.Anderson R.A., Feathergill K., Diao X. et al. Evaluation of poly(styrene-4sulfonate) as a preventive agent for conception and sexually transmitted diseases. J Androl. 2000; 21 (6): 862–875. doi: 10.1002/j.1939-4640.2000.tb03417.x.Контаров Н.А., Ермакова А.А., Гребенкина Н.С., Юминова Н.В., Зверев В.В. Изучение противовирусной активности полиэлектролитов в отношении вируса гриппа. Вопросы вирусологии. 2015; 60 (4): 5–9.Kontarov N.A., Ermakova A.A., Grebenkina N.S., Jyuminova N.V., Zverev V.V. Izuchenie protivovirusnoj aktivnosti polielektrolitov v otnoshenii virusa grippa. Voprosy Virusologii. 2015; 60 (4): 5–9. (in Russian)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.