Stadiul tehnicii și perspectivele dezvoltării producției de sisteme terapeutice. Starea actuală și perspectivele dezvoltării teoriei și practicii producției de droguri
Biotehnologia medicamentelor tradiționale și a medicamentelor viitorului
Pentru a imbunătăți proprietăți medicinale medicamentele tradiționale, eforturile tuturor specialiștilor care dezvoltă preparate medicinale vizează utilizarea noilor tehnologii pentru prepararea acestora, îmbunătățirea compozițiilor, creșterea specificității și studierea celui mai complet mecanism posibil de acțiune a acestora asupra diferitelor sisteme și organe umane. Progresele în această direcție devin din ce în ce mai vizibile și există speranța că medicamentele în următorul mileniu vor deveni mai eficiente și mijloace eficiente tratarea multor boli. Medicamentele vor fi utilizate pe scară largă sub formă de sisteme terapeutice și bioproduse, în special precum peptide și pro-proteine, care sunt aproape imposibil de obținut pe cale sintetică. Prin urmare, importanța crescândă a biotehnologiei pentru industria farmaceutică devine clară.
Astăzi, biotehnologia se deplasează rapid în prim-planul progresului științific și tehnologic. Acest lucru, pe de o parte, este facilitat de dezvoltarea rapidă a biologiei moleculare și geneticii moderne, bazată pe realizările chimiei și fizicii, și, pe de altă parte, de nevoia urgentă de noi tehnologii care pot îmbunătăți starea de îngrijire a sănătății. și protecția mediului, și cel mai important - eliminarea penuriei de alimente, energie și resurse minerale.
Sarcina principală cu care se confruntă biotehnologia este crearea și dezvoltarea producției de medicamente pentru medicină: interferoni, insuline, hormoni, antibiotice, vaccinuri, anticorpi monoclonali și altele, permițând diagnosticarea precoce și tratamentul bolilor cardiovasculare, maligne, ereditare, infecțioase, inclusiv virale. .
Potrivit experților, piața globală a produselor biotehnologice se ridica la aproximativ 150 de miliarde de dolari până la mijlocul anilor '90. În ceea ce privește volumul producției și numărul de brevete înregistrate, Japonia se află pe primul loc în rândul țărilor care au succes în domeniul biotehnologiei și pe locul al doilea în producția de produse farmaceutice. În 1979, 11 noi antibiotice au fost lansate pe piața mondială, 7 dintre ele au fost sintetizate în Japonia. În 1980, industria farmaceutică japoneză a stăpânit producția unei game largi de substanțe: peniciline, cefalosporină C, streptomicina, antibiotice semisintetice de a doua și a treia generație, medicamente antitumorale și imunomodulatoare. Printre cei zece principali producători de interferon din lume se numără cinci japonezi. Din 1980, companiile s-au implicat activ în dezvoltarea tehnologiilor legate de enzimele și celulele imobilizate. Se desfășoară cercetări active care vizează obținerea de enzime rezistente la căldură și rezistente la acid. 44% dintre produsele noi obținute prin biotehnologie și-au găsit aplicație în farmacie și doar 23% în industria alimentară sau chimică.
Biotehnologia are un impact asupra diverse industrii industria Japoniei, inclusiv producția de produse de vin și vodcă, bere, aminoacizi, nucleide, antibiotice; este considerat unul dintre cele mai direcții promițătoare dezvoltarea producției alimentare și farmaceutice și pe această bază este inclusă în programul de cercetare pentru a crea noi tehnologii industriale. Există un program de stat care vizează dezvoltarea de noi tehnologii pentru producerea de hormoni, interferoni, vaccinuri, vitamine, aminoacizi, antibiotice și medicamente de diagnostic.
Al doilea loc după Japonia în ceea ce privește volumul de produse biotehnologice și primul loc în producția de produse farmaceutice aparține Statelor Unite. Antibioticele reprezintă 12% din producția globală. S-au făcut progrese semnificative în sinteza insulinei, hormonului uman de creștere, interferonului, factorului VIII de coagulare, testelor de diagnosticare, vaccinului împotriva hepatitei B și a altor medicamente, precum și în procesul continuu de transformare a zahărului în alcool etilic. În 1983, a fost sintetizat interferonul leucocitar uman de înaltă puritate. Multe companii farmaceutice din SUA au stăpânit metodele de inginerie genetică. Mass-media legate de biotehnologie se dezvoltă rapid. Există anumite succese în domeniul biotehnologiei în alte țări ale lumii.
Conceptul de „biotehnologie” este colectiv și acoperă domenii precum tehnologia fermentației, utilizarea biofactorilor folosind microorganisme sau enzime imobilizate, inginerie genetică, tehnologii imunitare și proteice, tehnologie care utilizează culturi celulare de origine animală și vegetală.
Biotehnologia este un set de metode tehnologice, inclusiv ingineria genetică, care utilizează organisme vii și procese biologice pentru producerea de medicamente sau știința dezvoltării și utilizării sistemelor vii, precum și a sistemelor nevii de origine biologică în cadrul procese tehnologice şi producţie industrială.
Biotehnologia modernă este chimia, unde schimbarea și transformarea substanțelor are loc prin procese biologice. În competiție intensă, se dezvoltă cu succes două chimii: sintetică și biologică. Chimia sintetică, combinarea și amestecarea atomilor, refacerea moleculelor, crearea de noi substanțe necunoscute în natură, ne-a înconjurat cu o lume nouă care a devenit familiară și necesară. Acestea sunt medicamente, detergenți și coloranți, ciment, beton și hârtie, țesături și blănuri sintetice, înregistrări și pietre prețioase, parfum și diamante artificiale. Dar pentru a obține substanțe de „a doua natură”, sunt necesare condiții stricte și catalizatori specifici. De exemplu, fixarea azotului are loc în aparatele industriale durabile la temperaturi ridicate și presiune enormă. În același timp, pene de fum sunt eliberate în aer și fluxuri de ape uzate în râuri. Acest lucru nu este deloc necesar pentru bacteriile fixatoare de azot. Enzimele pe care le au la dispoziție realizează această reacție în condiții blânde, producând un produs pur, fără deșeuri. Dar cel mai neplăcut lucru este că șederea unei persoane în mediul „a doua natură” a început să ducă la alergii și alte pericole. Ar fi frumos să stai aproape de Mama Natură. Și dacă faci țesături artificiale, filme, atunci cel puțin din proteine microbiene, dacă folosești preparate medicinale, atunci în primul rând cele care sunt produse în organism. Acest lucru dă naștere unor perspective de dezvoltare și utilizare a biotehnologiilor în industria farmaceutică, care utilizează celule vii (în principal microorganisme precum bacteriile și drojdiile sau enzime individuale care acționează ca catalizatori doar pentru anumite reacții chimice). Cu o selectivitate fenomenală, enzimele efectuează o singură reacție și produc un produs pur, fără deșeuri.
Cu toate acestea, enzimele sunt instabile și se degradează rapid, de exemplu, când temperatura crește, sunt greu de eliberat și nu pot fi utilizate în mod repetat; Acest lucru a determinat în principal dezvoltarea științei enzimelor imobilizate (imobilizate). Baza pe care este „plantată” enzima poate fi sub formă de granule, fibre, filme de polimeri, sticlă sau ceramică. Pierderea de enzime este minimă, iar activitatea rămâne luni de zile. În prezent, au învățat să obțină bacterii imobilizate care produc enzime. Acest lucru a simplificat utilizarea lor în producție și a făcut metoda mai ieftină (nu este nevoie să izolați enzima sau să o purificați). În plus, bacteriile funcționează de zece ori mai mult, făcând procesul mai economic și mai simplu. Tehnologia tradițională de fermentație a evoluat în biotehnologie cu toate caracteristicile tehnologiei avansate.
Tehnologiile enzimatice cu mare efect economic au început să fie utilizate pentru producerea de aminoacizi puri și pentru prelucrarea materiilor prime care conțin amidon (de exemplu, boabele de porumb în sirop format din glucoză și fructe). In spate anul trecut această producție a devenit la scară largă. Producția este în curs de dezvoltare pentru procesarea rumegușului, paielor și deșeurilor menajere în proteine furajere sau alcool, care este folosit pentru a înlocui benzina. Astăzi, enzimele sunt utilizate pe scară largă în medicină ca medicamente fibroiolitice (fibrinolizină + heparină, streptoliază); pentru tulburări digestive (pepsină + acid clorhidric, pepsidil, abomină, pancreatina, oraza, pankurmen, festal, digestal, tri-enzimă, colenzimă etc.); pentru tratamentul rănilor purulente, pentru formarea de aderențe, cicatrici după arsuri și operații etc. Biotehnologia face posibilă obținerea unui număr mare de enzime în scopuri medicale. Sunt folosite pentru a dizolva cheaguri de sânge, pentru a trata bolile ereditare, pentru a îndepărta structurile neviabile, denaturate, fragmentele celulare și tisulare și pentru a elibera organismul de substanțe toxice. Astfel, cu ajutorul enzimelor trombolitice (streptokinaza, urokinaza), au fost salvate viețile multor pacienți cu tromboză la nivelul membrelor, plămânilor și vaselor coronare ale inimii. Proteaze în Medicină modernă folosit pentru a scăpa organismul de produse patologice și pentru a trata arsurile.
Sunt cunoscute aproximativ 200 de boli ereditare care sunt cauzate de o deficiență a unei enzime sau a altui factor proteic. În prezent, se încearcă tratarea acestor boli folosind enzime.
În ultimii ani, s-a acordat din ce în ce mai multă atenție inhibitorilor de enzime. Inhibitorii de protează obținuți din actinomicete (leupeptină, antidurere, chimostatină) și tulpini modificate genetic de E. coli (eglin) și drojdie (OS-1 antitripsină) sunt eficienți în procesele septice, infarctul miocardic, pancreatită și emfizem. Concentrația de glucoză din sângele pacienților diabetici poate fi redusă prin utilizarea inhibitorilor invertazelor și amilazelor intestinale, care sunt responsabile pentru transformarea amidonului și a zaharozei în glucoză. O sarcină specială este căutarea inhibitorilor de enzime, cu ajutorul cărora microorganismele patogene distrug antibioticele introduse în corpul pacientului.
Ingineria genetică și alte metode biotehnologice deschid noi oportunități în producția de antibiotice care au activitate fiziologică selectivă ridicată față de anumite grupuri de microorganisme. Cu toate acestea, antibioticele au și o serie de dezavantaje (toxicitate, alergenitate, rezistență a microorganismelor patogene etc.), care pot fi slăbite semnificativ prin modificarea lor chimică (peniciline, cefalosporine), mutasinteză, inginerie genetică și alte metode. O abordare promițătoare poate fi încapsularea antibioticelor, în special, includerea lor în lipozomi, care permite livrarea țintită a medicamentului numai către anumite organe și țesuturi, crește eficacitatea acestuia și reduce efectele secundare.
Cu ajutorul ingineriei genetice, este posibil să forțezi bacteriile să producă interferon, o proteină secretată de celulele umane în concentrații mici atunci când un virus intră în organism. Întărește imunitatea organismului, suprimă proliferarea celulelor anormale (efect antitumoral), este utilizat pentru tratarea bolilor cauzate de virusurile herpetice, rabie, hepatită, citomegalovirus, care provoacă leziuni periculoase ale inimii, precum și pentru prevenirea infecțiilor virale. Inhalarea aerosolului de interferon ajută la prevenirea dezvoltării infecțiilor respiratorii acute. Interferonii au efect terapeutic în cazurile de cancer de sân, piele, laringe, plămâni, creier, precum și scleroza multiplă. Sunt utile în tratamentul persoanelor care suferă de imunodeficiențe dobândite (mielom multiplu și sarcom Kapocy).
Corpul uman produce mai multe clase de interferon: leucocite (a), fibroblast (p-interferon, convenabil pentru producția în masă, deoarece fibroblastele, spre deosebire de leucocite, se înmulțesc în cultură), imun (y) din limfocitele T și e-interferonul produs de celule epiteliale.
Înainte de introducerea metodelor de inginerie genetică, interferonii au fost obținuți din leucocitele de sânge de la donator. Tehnologia este complexă și costisitoare: 1 mg de interferon a fost obținut din 1 litru de sânge (o doză pentru injecție).
În prezent, interferonii a-, (3- și y sunt obținuți folosind o tulpină de E. coli, drojdie și celule de insecte cultivate (Drozophila). Aceștia sunt purificați folosind monoclonali (clona este o colecție de celule sau indivizi proveniți dintr-un strămoș comun prin reproducere asexuată) anticorpi sau alte mijloace.
Interleukinele, polipeptide relativ scurte (aproximativ 150 de resturi de aminoacizi) implicate în organizarea răspunsului imun, se obțin și prin metode biotehnologice. Ele sunt formate în organism de un anumit grup de leucocite (microfage) ca răspuns la introducerea unui antigen. Folosit ca agenți terapeutici pentru tulburările imunitare. Prin clonarea genelor corespunzătoare în E. coli sau cultivarea limfocitelor in vitro, interleukina-L (pentru tratamentul unui număr de boli tumorale), factorul VIII sanguin (prin cultivarea celulelor de mamifere), factorul IX (necesar pentru tratamentul hemofiliei) , și se obțin factorul de creștere.
