Състояние и перспективи за развитие на производството на терапевтични системи. Съвременно състояние и перспективи за развитие на теорията и практиката на производството на лекарства
Биотехнология на традиционните лекарства и лекарства на бъдещето
За да се подобри лечебни свойстватрадиционната медицина, усилията на всички специалисти, разработващи лекарствени препарати, са насочени към използване на нови технологии за тяхното приготвяне, подобряване на състава, повишаване на специфичността и изучаване на възможно най-пълния механизъм на тяхното действие върху различни човешки системи и органи. Напредъкът в тази посока става все по-осезаем и има надежда, че през следващото хилядолетие лекарствата ще станат по-ефективни и ефективни средствалечение на много заболявания. Лекарствата ще бъдат широко използвани под формата на терапевтични системи и биопродукти, особено като пептиди и про-протеини, които е практически невъзможно да се получат синтетично. Следователно нарастващото значение на биотехнологиите за фармацевтичната индустрия става ясно.
Днес биотехнологиите бързо напредват в челните редици на научно-техническия прогрес. Това, от една страна, се улеснява от бързото развитие на съвременната молекулярна биология и генетика, базирани на постиженията на химията и физиката, а от друга страна, от спешната нужда от нови технологии, които могат да подобрят състоянието на здравето и опазване на околната среда и най-важното премахване на недостига на храна, енергия и минерални ресурси.
Приоритетно за биотехнологиите е създаването и развитието на производството на лекарства за медицината: интерферони, инсулини, хормони, антибиотици, ваксини, моноклонални антитела и други, позволяващи ранна диагностика и лечение на сърдечно-съдови, злокачествени, наследствени, инфекциозни, включително вирусни. заболявания.
Според експерти световният пазар на биотехнологични продукти към средата на 90-те години възлиза на около 150 милиарда долара. По отношение на производството и броя на регистрираните патенти Япония е на първо място сред страните, които успяват в областта на биотехнологиите, и на второ място в производството на фармацевтични продукти. През 1979 г. на световния пазар са пуснати 11 нови антибиотика, 7 от които са синтезирани в Япония. През 1980 г. японската фармацевтична индустрия усвои производството на широка гама от вещества: пеницилини, цефалоспорин С, стрептомицин, полусинтетични антибиотици от второ и трето поколение, противотуморни лекарства и имуномодулатори. Сред първите десет световни производители на интерферон са пет японски. От 1980 г. фирмите участват активно в разработването на технологии, свързани с имобилизирани ензими и клетки. Провеждат се активни изследвания, насочени към получаване на топлоустойчиви и киселинно устойчиви ензими. 44% от новите биотехнологични продукти се използват във фармацевтиката и само 23% в хранително-вкусовата или химическата промишленост.
Биотехнологиите оказват влияние върху различни индустриииндустрията на Япония, включително производството на вино и водка, бира, аминокиселини, нуклеиди, антибиотици; считан за един от най обещаващи посокиразвитие на хранително-вкусовата и фармацевтичната продукция и на тази база е включена в изследователската програма за създаване на нов индустриални технологии. Има държавна програма, насочена към разработването на нови технологии за производство на хормони, интерферони, ваксини, витамини, аминокиселини, антибиотици и диагностични лекарства.
На второ място след Япония по биотехнологични продукти и на първо място по производство на фармацевтични продукти са САЩ. Антибиотиците представляват 12% от световното производство. Значителен напредък е постигнат в синтеза на инсулин, човешки растежен хормон, интерферон, коагулационен фактор VIII, диагностични тестове, ваксина срещу хепатит B и други лекарства, както и непрекъснатия процес на превръщане на захарта в етилов алкохол. Човешки левкоцитен интерферон с висока чистота е синтезиран през 1983 г. Много американски фармацевтични компании са усвоили методите на генното инженерство. Медиите, свързани с биотехнологиите, се развиват бързо. Има някои успехи в областта на биотехнологиите в други страни по света.
Понятието "биотехнология" е събирателно и обхваща области като ферментационни технологии, използване на биофактори с помощта на имобилизирани микроорганизми или ензими, генно инженерство, имунни и протеинови технологии, технологии, използващи клетъчни култури от животински и растителен произход.
Биотехнологията е съвкупност от технологични методи, включително генно инженерство, използващи живи организми и биологични процеси за производство на лекарства, или наука за разработване и прилагане на живи системи, както и неживи системи от биологичен произход, в рамките на технологичните процеси и промишлено производство.
Съвременната биотехнология е химия, където промяната и трансформацията на веществата се извършва с помощта на биологични процеси. В ожесточена конкуренция успешно се развиват две химии: синтетична и биологична. Синтетичната химия, комбиниране и разместване на атоми, преформатиране на молекули, създаване на нови вещества, непознати в природата, ни заобиколи с нов свят, който стана познат и необходим. Това са лекарства, перилни препарати и багрила, цимент, бетон и хартия, синтетични тъкани и кожи, записи и скъпоценни камъни, парфюми и изкуствени диаманти. Но за да се получат вещества от "втора природа" са необходими сурови условия и специфични катализатори. Например, фиксирането на азот се извършва в здрави промишлени апарати при висока температура и огромно налягане. В същото време стълбове дим се изхвърлят във въздуха, а потоци от канализация се изхвърлят в реките. За азотфиксиращите бактерии това изобщо не се изисква. Ензимите, с които разполагат, извършват тази реакция при меки условия, образувайки чист продукт без отпадъци. Но най-неприятното е, че престоят на човек в среда на "втора природа" започна да се превръща в алергии и други опасности. Би било хубаво да останете близо до майката природа. И ако се правят изкуствени тъкани, филми, то поне от микробен протеин, ако се използват лекарствени препарати, то преди всичко тези, които се произвеждат в организма. Оттук се появяват перспективите за развитие и използване на биотехнологиите във фармацевтичната индустрия, където се използват живи клетки (предимно микроорганизми като бактерии и дрожди или отделни ензими, които действат като катализатори само за определени химични реакции). Притежавайки феноменална селективност, ензимите извършват една реакция и ви позволяват да получите чист продукт без отпадъци.
Ензимите обаче са нестабилни и бързо се разрушават, например, когато температурата се повиши, трудно се изолират, не могат да се използват многократно. Това беше основната причина за развитието на науката за имобилизираните (имобилизирани) ензими. Основата, върху която се "засажда" ензима, може да бъде под формата на гранули, влакна, полимерни филми, стъкло и керамика. Ензимните загуби са минимални и активността продължава месеци. В момента те са се научили как да получат имобилизирани бактерии, които произвеждат ензими. Това опростява използването им в производството и прави метода по-евтин (няма нужда да изолирате ензима, да го пречиствате). Освен това бактериите работят десет пъти по-дълго, което прави процеса по-икономичен и по-лесен. Традиционната технология на ферментация еволюира в биотехнология с всички отличителни белези на напреднала технология.
Ензимните технологии с голям икономически ефект започнаха да се използват за получаване на чисти аминокиселини, преработка на суровини, съдържащи нишесте (например царевица в сироп, състоящ се от глюкоза и плодове). Отзад последните годинитова производство се превърна в многотонажно. Развитие на индустрии за преработка на дървени стърготини, слама, битови отпадъци във фуражен протеин или алкохол, който се използва за заместване на бензина. Сега ензимите се използват широко в медицината като фиброиолитични препарати (фибринолизин + хепарин, стрептолиаза); с храносмилателни разстройства (пепсин + солна киселина, пепсидил, абомин, панкреатин, ораза, панкурмен, фестал, храносмилателен, триензим, холензим и др.); за лечение на гнойни рани, при образуване на сраствания, белези след изгаряния и операции и др. Биотехнологията дава възможност за получаване на голям брой ензими за медицински цели. Те се използват за разтваряне на кръвни съсиреци, лечение на наследствени заболявания, отстраняване на нежизнеспособни, денатурирани структури, клетъчни и тъканни фрагменти, освобождаване на тялото от токсични вещества. По този начин, с помощта на тромболитични ензими (стрептокиназа, урокиназа), животът на много пациенти с тромбоза на крайниците, белите дробове и коронарните съдове на сърцето е спасен. Протеази в съвременна медицинасе използват за освобождаване на тялото от патологични продукти, за лечение на изгаряния.
Известни са около 200 наследствени заболявания, причинени от дефицит на ензим или друг протеинов фактор. В момента се правят опити за лечение на тези заболявания с помощта на ензими.
През последните години се обръща повече внимание на ензимните инхибитори. Протеазните инхибитори, получени от актиномицети (леупептин, антипаин, химостатин) и генетично модифицирани щамове на Е. coli (еглин) и дрожди (ос-1 антитрипсин) са ефективни при септични процеси, миокарден инфаркт, панкреатит, белодробен емфизем. Концентрацията на глюкоза в кръвта на пациенти с диабет може да бъде намалена чрез използване на инхибитори на чревните инвертази и амилази, които са отговорни за превръщането на нишестето и захарозата в глюкоза. Специална задача е търсенето на ензимни инхибитори, с помощта на които патогенните микроорганизми унищожават антибиотиците, въведени в тялото на пациента.
Генното инженерство и други методи на биотехнологиите откриват нови възможности в производството на антибиотици, които имат висока селективна физиологична активност по отношение на определени групи микроорганизми. Антибиотиците обаче имат и редица недостатъци (токсичност, алергенност, устойчивост на патогенни микроорганизми и др.), Които могат значително да бъдат отслабени чрез тяхната химическа модификация (пеницилини, цефалоспорини), мутасинтеза, генно инженерство и други методи. Капсулирането на антибиотици, по-специално включването им в липозоми, може да служи като обещаващ подход, който позволява целенасочено доставяне на лекарство само до определени органи и тъкани, повишава неговата ефективност и намалява страничните ефекти.
С помощта на генното инженерство е възможно да се принудят бактериите да произвеждат интерферон, протеин, секретиран от човешките клетки в ниски концентрации, когато вирус навлезе в тялото. Повишава имунитета на организма, потиска възпроизводството на анормални клетки (антитуморен ефект), използва се за лечение на заболявания, причинени от херпесни вируси, бяс, хепатит, цитомегаловирус, който причинява опасни увреждания на сърцето, както и за предотвратяване на вирусни инфекции. Вдишването на интерферонов аерозол може да предотврати развитието на остри респираторни инфекции. Интерфероните имат терапевтичен ефект при рак на гърдата, кожата, ларинкса, белия дроб, мозъка, както и множествена склероза. Те са полезни при лечението на лица, страдащи от придобити имунодефицити (мултиплен миелом и сарком на Капози).
В човешкото тяло се произвеждат няколко класа интерферон: левкоцит (а), фибробласт (p-интерферон, удобен за масово производство, тъй като фибробластите, за разлика от левкоцитите, се размножават в култура), имунен (y) от Т-лимфоцити и е-интерферон , образуван от епителни клетки.
Преди въвеждането на методите на генното инженерство, интерфероните са получавани от дарени кръвни левкоцити. Технологията е сложна и скъпа: от 1 литър кръв се получава 1 mg интерферон (една инжекционна доза).
Понастоящем a-, (3- и y-интерфероните се получават с помощта на щам на E. coli, дрожди, култивирани клетки на насекоми (Dro-zophila). Пречистени с помощта на моноклонални (клонинг - набор от клетки или индивиди, произлезли от общ предшественик чрез безполово размножаване) чрез антитела или по друг начин.
По биотехнологичен метод се получават и интерлевкини - сравнително къси (около 150 аминокиселинни остатъка) полипептиди, участващи в организацията на имунния отговор. Те се образуват в тялото от определена група левкоцити (микрофаги) в отговор на въвеждането на антиген. Използва се като средство за лечение на имунни нарушения. Чрез клониране на съответните гени в E. coli или чрез in vitro култивиране на лимфоцити се получават интерлевкин-L (за лечение на редица туморни заболявания), кръвен фактор VIII (чрез култивиране на клетки от бозайници), фактор IX (необходим за лечение на хемофилия), както и растежен фактор)
