Сочетание методов биосинтеза, тонкого органического синтеза и инженерной энзимологии при получении современных лекарственных средств.

План лекции

1. Примеры получения лекарственных препаратов различными методами

2. Инженерная энзимология

а) методы иммобилизации

б) виды биообъектов для иммобилизации

3. Типы биореакторов в биотехнологическом производстве, основанном на иммобилизованных биообъектах.

Независимо от выбора метода получения того или

иного лекарственного средства, принципиально любое фармацевтическое

производство должно быть рентабельным, стабильным, безопасным

и эффективным. Чаще всего наиболее оптимальным вариантом получения

фармацевтической продукции является сочетание различных методов

(химического, биологического, химико-энзиматического, микробиологического).

Хотя в ряде случаев приоритет отдается или органическому синтезу, или

биосинтезу.

Сейчас, поговорим об инженерной энзимологии - одном из очень перспективных направлений получения лекарственных средств с использованием сочетания различных методов. Инженерная энзимология основана на иммобилизованных ферментах. Это значит, что ферменты приобретают другое качественное значение, то есть используются как промышленные биокатализаторы. Основное, принципиальное преимущество иммобилизованных биокатализаторов в том, что их можно применять многократно, независимо от того, используются ли они в виде иммобилизованного фермента или иммобилизованной клетки.

Иммобилизация - означает физическое разделение биокатализатора (фермента) - с одной стороны, субстрата и целевого продукта - с другой стороны. Фермент находится в твердой фазе, а субстрат и целевой продукт - в жидкой фазе. В результате субстрат подводится к ферменту, который скреплен с нерастворимым носителем, а целевой продукт уносится жидкой фазой.

Первый метод иммобилизации – это обычные сорбционные методы, в основе которых лежат действия электростатических сил и сил поверхностного натяжения. Процедура иммобилизации состоит в смешивании при соответствующих условиях фермента и носителя – далее, инкубация и отделение нерастворимого компонента смеси от растворимого центрифугированием или фильтрованием.

Второй метод иммобилизации - это иммобилизация, основанная на ковалентной связи. Эта связь, как вы понимаете, гораздо прочнее, однако, её надо ещё суметь получить.

Третий метод иммобилизации - иммобилизация включением в гель относится к механическим методам. Гель, в который включают клетки, как правило, состоит из сферических частиц. Включение живых клеток и ферментов требует мягких условий иммобилизации, носитель должен представлять собой систему открытых пор с хорошими условиями для газообмена.

Четвертый метод – микрокапсулирование. Иммобилизуется уже целиком исходный раствор, содержащий фермент, а не отдельные молекулы фермента. Для получения микрокапсул используют природные и синтетические полимеры: карбоксиметилцеллюлоза, желатин, стерол, полиуретаны. Преимущество микрокапсулирования – большая площадь поверхности, приходящаяся на единицу активности иммобилизованного фермента.

Какие же виды биообъектов можно использовать в иммобилизованном состоянии с точки зрения биотехнологии? Значит первое, можно использовать индивидуальный фермент в высокоочищенном состоянии - такой фермент, как вы понимаете, катализирует одну, но крайне важную для производства реакцию. Второй биообъект - это фермент, находящийся в клетке. Он делает ту же реакцию, но при этом у вас экономия сил и средств. Третий биообъект для иммобилизации - это фермент в пермеобилизированной (от англ. permeability - проницаемость) клетке, т.е. с повышенной мембранной проницаемостью.

Далее, биообъекты, которые осуществляют полный синтез целевого продукта. Это, как вы понимаете, иммобилизация целых клеток. Полный синтез здесь осуществляет целая клетка. Следующий вид биообъекта (пятый) - это система, открытая для усложнения. Что это значит? Собственно, иммобилизация биообъекта на носителе позволяет в одной емкости использовать несколько биообъектов.

А можно ли иммобилизовать клетки растительные и клетки животные? Ковалентная связь, как вы знаете, подразумевает использование функциональных групп клеточной стенки. Можно ли иммобилизовать растительные клетки, которые также используются в виде суспензионных культур для решения ряда проблем. Можно, потому что у растительных клеток стенка жесткая. Она состоит из целлюлозы. То есть можно использовать ковалентную связь и метод включения в гель. Естественно, изолированные растительные ферменты можно использовать точно также как и ферменты микробные - проблем нет, но в данном случае мы говорим о целой растительной клетке. Далее, - животные клетки. Чем наши с вами клетки отделены друг от друга? Мембранами. Оболочка этих клеток мягкая – у них нет ни пептидогликана как у бактерий, ни целлюлозы как у растений. Поэтому довольно сложно работать с животными клетками (их иммобилизовать), так как по идее, они при этом лизируются. Тем не менее, есть определенный способ иммобилизации животных клеток. Для этого используют гликопротеиды сыворотки крови. Вот на эту прослойку гликопротеидов садятся клетки животные.