Działanie przeciwbakteryjne

Do działania przeciwbakteryjnego 1,8-cyneolu przyczynia się jego zdolność blokowania szlaku, który stanowi system komunikacji między drobnoustrojami a środowiskiem zewnętrznym za pomocą różnych substancji chemicznych (auto­induktorów)⁷². Szlak komunikacji odgrywa też ważną rolę w procesie tworzenia i funkcjonowania biofilmu bakteryjnego chroniącego mikroorganizmy przed szkodliwym wpływem czynników zewnętrznych. Dzięki temu 1,8-cyneol może oddziaływać np. na zjadliwość bakterii chorobotwórczych, działać bakteriobójczo lub bakteriostatycznie. W badaniach in vitro metodą mikrorozcieńczania 1,8-cyneol wykazywał aktywność bakteriostatyczną w zakresie 4-7 μg/ml i bakteriobójczą w stężeniach 4-9 μg/ml⁷³.

Wyniki niedawno przeprowadzonego badania na dwóch niezależnych modelach in vitro przewlekłego zapalenia zatok przynosowych wskazują na zdolność 1,8-cyneolu do ograniczania biofilmu bakteryjnego i hamowania patogenów zaangażowanych w proces zapalny (Streptococcus aureus, Escherichia coli, Moraxella catarrhalis)⁷⁴. Często progresja stanu zapalnego zatok przynosowych jest wywoływana przez infekcje bakteryjne i/lub zmianę mikrobiomu, jak również tworzenie biofilmu. Staphylococcus aureus występuje w dużej ilości w jamie nosowej pacjentów, z częstością od 40%⁷⁵ do 68%⁷⁶. Bakterie Gram(–) E. coli i M. catarrhalis oraz Gram(+) S. aureus zaangażowane w stany zapalne zatok dobrze reagują na leczenie 1,8-cyneolem. Jest to o tyle istotne, że większość bakterii Gram(–) słabo odpowiada na hamujące działanie olejków eterycznych. Fakt ten ma również ogromne znaczenie kliniczne, także ze względu na ograniczone działanie antybiotyków na bakterie Gram(–)⁷⁷. W zjawisku lekooporności pośredniczy głównie błona zewnętrzna bakterii Gram(–), która działa jako pierwsza linia obrony przed wieloma hydrofobowymi cząsteczkami. Błona zewnętrzna okazuje się niewystarczającą barierą dla małej, niepolarnej cząsteczki 1,8-cyneolu, która może ją pokonywać bez przeszkód przez poryny – białka błonowe tworzące kanały⁷⁸. Składniki olejków eterycznych, w tym 1,8-cyneol, mają wysoki współczynnik dyfuzji, co sprawia, że pod względem potencjału do penetracji i eliminacji biofilmu przewyższają zwykłe antybiotyki⁷⁹.

Wykazano również hamujący wpływ 1,8-cyneolu na tworzenie biofilmu i ograniczenie wzrostu zarówno planktonicznej, jak i osiadłej formy E. coli i M. catarrhalis⁷⁴. Dalsze badania ujawniły jego hamujący wpływ na transkrypcję genów agrA, SarA i σB, co zakłóca wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe w komórkach bakterii, niezbędne do tworzenia biofilmu⁷⁴. 1,8-cyneol oddziałuje również na biofilm bakteryjny S. aureus, który jest oporny na metycylinę (MRSA – methicillin-resistant S. aureus). Pod tym kątem zbadano olejek eteryczny z Eucalyptus globulus, którego głównym składnikiem jest 1,8-cyneol. Badanie wykazało, że 67,8% testowanych szczepów MRSA było wrażliwych zarówno na olejek eteryczny, jak i na czysty 1,8-cyneol. Proces tworzenia biofilmu został zahamowany na poziomie 74-91%, a obydwie substancje w stężeniu 0,048 mg/ml wykazywały aktywność przeciwko większości izolatów bakteryjnych⁸⁰.

Różne olejki eukaliptusowe oceniano pod kątem minimalnego stężenia hamującego (MIC – minimum inhibitory concentration) i minimalnego stężenia bakteriobójczego (MBC – minimum bactericidal concentration) potrzebnego do zabicia 99,4% bakterii po inkubacji trwającej 18-24 h. W badaniu 1,8-cyneol (zawartość 42-70,4%) wykazywał działanie przeciwbakteryjne na poziomie 8,1-27,4% wobec szczepów: Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Pseudo­monas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae i Streptococcus pneumoniae. Dla porównania: aktywność przeciwbakteryjna antybiotyków była na poziomie 19,9-37,5%⁸¹. W innym badaniu 1,8-cyneol hamował 16 z 18 testowanych szczepów bakteryjnych, w tym: Staphylo­coccus aureus, Bacillus sp., Citrobacter sp., Escherichia coli, Klebsiella sp., Salmonella sp., oraz szczepy Vibrio cholerae. Minimalne stężenie hamujące 1,8-cyneolu przeciwko większości patogenów, mierzone testem lekowrażliwości – metodą dyfuzyjno-krążkową, wyniosło 6,7 μl/ml. Tylko przeciwko P. aeruginosa związek działał słabo, a wartość MIC wynosiła >13,3 μl/ml⁸².

Podjęto próby ustalenia docelowego miejsca działania 1,8-cyneolu i sposobu uszkadzania komórek bakteryjnych. Li i wsp. udowodnili, że 1,8-cyneol może uszkadzać na różne sposoby komórki bakterii zarówno Gram(–), jak i Gram(+)⁸³. Poddane działaniu tego związku komórki S. aureus i E. coli wykazują wyraźny rozpad błony zewnętrznej i redukcję nagromadzonej nukleoplazmy oraz chromatyny jądrowej. 1,8-cyneol charakteryzował się większą skutecznością przeciwko bakteriom E. coli, ponieważ w przeciwieństwie do S. aureus dochodziło w nich do kompletnego rozerwania warstwowych polisacharydów i fosfolipidów ściany oraz błony komórkowej. Skutkuje to utratą np. jonów potasu w komórkach Escherichia coli⁸⁴ i S. aureus⁸⁵, zmniejszeniem potencjału błonowego i załamaniem się pompy protonowej, prowadząc do wyczerpania puli adenozynotrifosforanu (ATP) w komórce i w konsekwencji do śmierci. Badania wskazują również na kolejny, potencjalny cel działania 1,8-cyneolu, jakim jest L-asparaginaza produkowana przez takie patogeny, jak: Salmonella typhimurium, Shigella flexneri, Yersinia spp. i Helicobacter pylori, które wykorzystują ten enzym do pokonywania układu odpornościowego gospodarza, ostatecznie doprowadzając do poważnych infekcji⁸⁶. Enzym ten uczestniczy w hamowaniu procesów komórkowych, szlaków regulujących syntezę białek i metabolizm, a ponadto ogranicza odpowiedź immunologiczną gospodarza (np. hamuje odpowiedź limfocytów T i nasila wirulencję bakterii).

1,8-cyneol może wzmacniać działanie przeciwdrobnoustrojowe środków antyseptycznych, np. chlorheksydyny, w stosunku do wybranych szczepów bakteryjnych, m.in. S. aureus ATCC 25923, S. aureus opornego na metycylinę, P. aeruginosa ATCC 27853, E. coli ATCC 25922, E. faecalis ATCC 51299 i K. pneumoniae ATCC 700603^83,87. 1,8-cyneol może również wzmacniać działanie atybiotykoterapii. W badaniu in vitro testowano 1,8-cyneol pojedynczo lub w połączeniu z amoksycyliną/kwasem klawulanowym (AMC) i gentamycyną na trzech szczepach S. aureus, które wyizolowano od pacjentów ze stanem zapalnym kości i szpiku. 1,8-cyneol dołączony do AMC działał synergistycznie wobec wszystkich trzech szczepów, podczas gdy przy połączeniu AMC z gentamycyną nie odnotowano takiego efektu. Skuteczność przeciwbakteryjna tych trzech związków była ponadto testowana in vivo w eksperymentalnym modelu zapalenia kości i szpiku u królików, indukowanym metycylinoopornym S. aureus. Po czterech dniach stosowania AMC z 1,8-cyneolem zaobserwowano znaczną redukcję liczby bakterii w szpiku kostnym zwierząt. 1,8-cyneol wykazał synergistyczne działanie w połączeniu zarówno z AMC, jak i gentamycyną⁸⁸.

Działanie przeciwwirusowe

Infekcje wirusowe to najczęstsza przyczyna chorób zapalnych górnych i dolnych dróg oddechowych, takich jak przeziębienie, ostre i przewlekłe zapalenie zatok przynosowych, zapalenie oskrzeli. Powodują one ponadto częste zaostrzenia w przebiegu POChP i astmy. 1,8-cyneol aktywuje antywirusowy, interferonowy, regulatorowy czynnik 3 (IRF3)⁵⁶. Oznacza to, że oprócz działania hamującego prozapalną sygnalizację NF-κB potęguje aktywność przeciwwirusową IRF3, co może poszerzyć obszar jego zastosowań⁵⁶. Wykazano, że może on hamować wirusa zakaźnego zapalenia oskrzeli (IBV – infectious bronchitis virus) ze stężeniem hamującym leku IC₅₀ (inhibitory concentration; jest to takie stężenie, które hamuje replikację wirusa o 50% w stosunku do kontroli) wynoszącym 0,61 mM⁸⁹. Na podstawie testu MTT (testu redukcji soli tetrazolowej określającego aktywność metaboliczną komórek) stwierdzono, że hamowanie IBV przez 1,8-cyneol wydaje się dużo silniejsze po wniknięciu wirusa do komórki. W symulacjach in silico udokumentowano, że 1,8-cyneol wiąże się z N-terminalną domeną nukleokapsydowego białka (N) wirusa. Miejsce wiązania dobrze scharakteryzowano, istotną rolę odgrywają w nim reszty TyrA92, ProA134, PheA137, AspA138 i TyrA140, konserwowane ewolucyjnie w różnych szczepach IBV, co dowodzi, że 1,8-cyneol może hamować nie tylko białko N szczepu IBV Gray, lecz także inne znane szczepy tego wirusa. W badaniach przedklinicznych na myszach potwierdzono, że 1,8-cyneol hamując NF-κB i redukując cytokiny prozapalne, łagodzi zmiany patologiczne wirusowego zapalenia płuc w modelu zakażenia wirusem grypy A(H3N2)⁹⁰. Wyniki badań przedklinicznych wskazują, że połączenie 1,8-cyneolu i oseltamiwiru daje efekt synergistyczny przeciwko zakażeniu wirusem grypy A. Leczenie skojarzone wiązało się z dłuższym średnim przeżyciem oraz istotnym zmniejszeniem ekspresji cytokin (IL10, TNFα, IL1β i IFNγ) w płucach, niż obserwowano dla samego oseltamiwiru⁹¹.

Li i wsp. opracowali donosową szczepionkę przeciw grypie w postaci inaktywowanego wirusa, którą przetestowali w modelu przedklinicznym grypy, podając razem z adiuwantem (1,8-cyneolem)⁹². Po podaniu zwierzętom 1,8-cyneolu w dawce 12,5 mg/kg zaobserwowano dłuższy czas przeżycia, łagodniejszy stan zapalny, mniejszą utratę masy ciała, zmniejszoną śmiertelność oraz mniejsze miano wirusa w płucach w porównaniu z grupą immunizowaną szczepionką bez 1,8-cyneolu. Szczepionka z adiuwantem wzmacniała zarówno ogólnoustrojową, jak i śluzówkową odpowiedź przeciwciał IgA i IgG2a, dając silniejszą ochronę krzyżową przeciw wirusowi grypy. Opracowanie nowej terapii adiuwantowej może pomóc utrzymać skuteczność szczepionek, które tracą swoją aktywność w wyniku dryftu antygenowego i rekombinacji samego wirusa grypy⁹⁰.

Najnowsze badania wskazują również na potencjał 1,8-cyneolu do działania przeciwwirusowego wobec koronawirusów. Udowodniono działanie przeciwwirusowe wobec wirusa SARS-CoV-2 w zainfekowanej kulturze komórek Vero 78. Aktywność przeciwwirusowa tego związku została uznana jako umiarkowana z wartością IC_50s >100 µM (128,93 µM)⁹³.

Działanie przeciwgrzybicze

Badano również wpływ 1,8-cyneolu na wzrost grzyba z gatunku Aspergillus flavus ATCC 22546 oraz wytwarzanych przez niego mykotoksyn, tzw. aflatoksyn. Jest to o tyle ważne badanie, że zakażenie grzybicze Aspergillus flavus prowadzi do podrażnienia dróg oddechowych, reakcji alergicznych, aż do poważniejszych schorzeń, takich jak zapalenie płuc czy ciężka astma. Częstymi objawami tej infekcji są: gorączka, kaszel, świszczący oddech i zmęczenie. 1,8-cyneol w stężeniu 250 ppm ograniczał wzrost grzyba o ok. 50%, a w stężeniu 100 ppm hamował produkcję aflatoksyny B1 i B2. Efekty działania 1,8-cyneolu były związane z drastycznym zmniejszeniem ekspresji genów aflE i aflL dla reduktazy kwasu norsolorynowego (NOR – norsolorinic acid) – enzymu biorącego udział we wczesnym etapie biosyntezy aflatoksyn⁹⁴.

Skuteczność 1,8-cyneolu w badaniach klinicznych

1,8-cyneol w nieżycie nosa i ostrym, nieropnym zapaleniu zatok

Do podwójnie zaślepionego badania klinicznego z randomizacją, kontrolowanego placebo zakwalifikowano 150 osób w średnim wieku 30 ± 9 lat (zakres 18-57 lat); 56% stanowili mężczyźni⁹⁵. Około 43% osób zgłosiło współistniejące alergie, a 44% paliło tytoń na początku badania. Średni czas trwania objawów zapalenia zatok przynosowych wynosił ok. 3,5 dnia przed rozpoczęciem leczenia. Znaczące różnice w punktacji objawów były widoczne już 4 dnia terapii; 1,8-cyneol istotnie poprawiał stan zdrowia osób z nieżytem nosa oraz zapaleniem zatok i pozwalał uniknąć antybiotykoterapii⁹⁵. Po 7 dniach leczenia w grupie stosującej 1,8-cyneol zaledwie u 6 osób (8%) nie wykazano 50% poprawy. Dla porównania: w grupie placebo poprawy nie stwierdzono u 55 osób (73%). 1,8-cyneol, działając mukolitycznie i przeciwzapalnie, zmniejszał nasilenie objawów ostrego zapalenia zatok, tj. ból głowy, wrażliwość nerwu trójdzielnego na ucisk, uczucie blokady nosa i nadprodukcję wydzieliny. Dodatkowo badacze stwierdzili, że stężenie białka C-reaktywnego zostało zredukowane w większym stopniu u uczestników otrzymujących 1,8-cyneol w porównaniu z grupą placebo, chociaż nie zaobserwowano różnic w liczbie leukocytów ani szybkości sedymentacji erytrocytów⁹⁵.

Skuteczność i bezpieczeństwo 1,8-cyneolu (200 mg 3 ×/24 h) porównywano do obecnego na rynku preparatu ziołowego (160 mg 3 ×/24 h), który zawiera: korzeń goryczki (Gentiana lutea L., radix), kwiat pierwiosnka (Primula veris L., flos), ziele szczawiu (Rumex crispus L., herba), kwiat bzu czarnego (Sambucus nigra L., flos) oraz ziele werbeny (Verbena officinalis L., herba)⁹⁶. Oceny dokonywano w badaniu klinicznym z randomizacją, z podwójnie ślepą próbą, kontrolowanym placebo, do którego włączono 150 pacjentów z zapaleniem zatok przynosowych. Do każdej z grup przydzielono po 75 osób⁹⁶. Porównanie skuteczności działania po 4 i 7 dniach terapii wypadło na korzyść 1,8-cyneolu. Wyraźnie lepiej ograniczał on objawy zapalenia: ból głowy w okolicach czołowych, zaczerwienienie i obrzęk błony śluzowej nosa, nadprodukcję lepkiej wydzieliny, co przełożyło się na ogólnie większą poprawę samopoczucia pacjentów. Średnia redukcja sumy objawów po 4 dniach wyniosła 6,7 (± 3,4), a po 7 dniach 11,0 (± 3,3) w grupie leczonej 1,8-cyneolem oraz 3,6 (± 2,8) po 4 dniach i 8,0 (± 3,0) po 7 dniach w grupie kontrolnej⁹⁶. W zakresie bezpieczeństwa preparaty mają porównywalny profil. Tygodniową terapię uznano za bezpieczną. Działania niepożądane wystąpiły u niewielkiej liczby pacjentów zarówno w grupie leczonej 1,8-cyneolem (n = 2), jak i preparatem ziołowym (n = 3); były to wyłącznie łagodne objawy, głównie ze strony przewodu pokarmowego: skurcze żołądka i nudności. W grupie przyjmującej preparat ziołowy dodatkowo odnotowano ból głowy niezwiązany z samym stanem zapalnym zatok⁹⁶.

1,8-cyneol w przeziębieniu

W najnowszym otwartym, wieloośrodkowym badaniu klinicznym IV fazy grupę uczestników (n = 522) w wieku od 18 do 70 lat leczono 1,8-cyneolem (200 mg 3 ×/24 h) przez 15 (± 2) dni od wystąpienia objawów przeziębienia. Odnotowano, że wczesne – już w pierwszym dniu przeziębienia (≤12 h) – podanie 1,8-cyneolu zmniejsza o 38% nasilenie objawów i skraca czas trwania infekcji o 2 dni w porównaniu z jego opóźnionym włączeniem, np. w 3, 4 dobie^41,97. Potwierdzono ponadto dobry profil bezpieczeństwa 1,8-cyneolu. Odnotowano 25 (głównie łagodnych) działań niepożądanych, w tym w przypadku 17 potwierdzono związek przyczynowo-skutkowy z 1,8-cyneolem. Tolerancja 1,8-cyneolu została oceniona jako „bardzo dobra” lub „dobra” przez 95,5% pacjentów biorących udział w badaniu⁴¹.