 |
Этапы развития и новые направления медицинской биотехнологии
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Особенности биообъектов
2. Требования к биообъектам
3. Основные биообъекты, применяемые в молекулярной биотехнологии
4. Перечислите основные задачи медицинской биотехнологии.
5. Важен ли характер биологической системы для биотехнологического процесса?
6. Наиболее часто применяемые бактерии в методах генной инженерии.
7. Этапы развития медицинской биотехнологии.
Лекция 3
Этапы развития и новые направления медицинской биотехнологии
Форма проведения лекции: лекция-информация
План лекции
1. Этапы развития медицинской биотехнологии.
2. Новые направления медицинской биотехнологии.
3. Функциональная цель: научные фундаментальные исследования, лабораторный регламент получения биологически активных веществ, доклинические испытания, клинические испытания лекарственного средства, крупномасштабное производство лекарственного препарата.
1. С развитием технологии рекомбинантных ДНК природа и возможности биотехнологии резко изменились. Стратегия переноса функциональной единицы наследственности (гена) из одного организма в другой была разработана американскими учеными Стенли Коэном и Гербертом Бойером в 1973 г. Появилась возможность оптимизировать этап биотрансформации – не просто отбирать высокопродуктивные штаммы микроорганизмов и эукариотических клеток, а создавать принципиально новые, используя их в качестве «биологических фабрик» по производству инсулина, интерферонов, интерлейкинов, гормонов роста, вирусных антигенов и множества других белков. Технология рекомбинантных ДНК позволяет получать в больших количествах ценные низкомолекулярные вещества и макромолекулы, которые в естественных условиях синтезируются в минимальных количествах.
|
|
|
Технология рекомбинантных ДНК – это быстродействующий, эффективный, мощный инструмент, обеспечивающий создание микроорганизмов с заранее заданными генетическими характеристиками. Этот инструмент может работать не только с микроорганизмами, но с растениями и животными.
На стыке технологии рекомбинантных ДНК и биотехнологии возникла динамичная, высококонкурентноспособная медицинская биотехнология (МБТ). Биотехнологическая составляющая МБТ – промышленная микробиология и химическая инженерия; молекулярная составляющая – молекулярная биология, молекулярная генетика бактерий, энзимология нуклеиновых кислот.
История развития МБТ (даты, события)
1917 г. - введен термин биотехнология;
1943 г. – произведен в промышленном масштабе пенициллин;
1944 г. - показано, что генетический материал представляет собой ДНК;
1953 г. – установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;
1961 г. – учрежден журнал «Biotechnology and Bioengineering»;
1961-1966 гг. – расшифрован генетический код, оказавшийся универсальным для всех организмов;
1953-1976 гг. – расшифрована структура ДНК, ее функции в сохранении и передаче организмом наследственной информации, способность ДНК организовываться в гены;
1963 г. – осуществлен синтез биополимеров по установленной структуре;
1970 г. - выделена первая рестриктационная эндонуклеаза; осуществлен синтез ДНК;
1972 г. – синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;
1975 г. - получены моноклональные антитела;
1976 г. – разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК;
1978 г. – фирма «Genentech» выпустила человеческий инсулин, полученный с помощью Е. coli;
1981 г. - синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;
1982 г. – разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;
|
|
|
1983 г. – гибридные Ti – плазмиды применены для трансформации растений;
1990 г. –официально начаты работы над проектом «Геном человека»;
1994-1995 гг. – опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека;
1996 г. – ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд долларов;
1997 г. – клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;
2003 г. - расшифрован геном (набор генов, присущий организму) человека, содержащий приблизительно 30 тысяч генов и три миллиарда «букв» молекул ДНК.
В последние годы родилась новая отрасль генетики – геномика, изучающая не отдельные гены, а целые геномы. Достижения молекулярной биологии и генной инженерии дали человеку возможность читать генетические тексты вначале вирусов, бактерий, дрожжевых грибов, многоклеточных животных. Например, знание геномной структуры патогенных бактерий очень важно при создании рационально сконструированных вакцин, для диагностики и других медицинских целей. Апрель 2003 года ознаменовался сенсацией в биологии и медицине: Международный консорциум по составлению генетической карты человека (Центр геномного секвенирования: Вашингтонский университет и Сенгеровский центр в Кембридже) опубликовал заявление, что удалось полностью расшифровать геном человека. Титанический труд сотен исследователей из США, Великобритании, Германии, Франции, Японии и Китая занял более 10 лет и обошелся почти в 3 млрд долларов. При этом были разработаны высокоэффективные технологии и инструменты картирования, такие как коллекции клеток, в которых есть небольшие фрагменты каждой из хромосом или искусственные дрожжевые хромосомы, содержащие крупные фрагменты хромосом человека, бактериальные и фаговые векторы, позволяющие размножить (клонировать) фрагменты ДНК человека. Быстро прогрессировала техника секвенирования (например, многоканальный капиллярный электрофорез ускорил и удешевил расшифровку первичной структуры ДНК). Созданы компьютерные программы, позволяющие находить гены в расшифрованных участках ДНК.
Ранее было объявлено о «черновой» расшифровке генома человека с точностью 99, 9 %, сейчас эта точность увеличена на порядок. Осталось заполнить, расшифровать в геноме примерно 400 «дырок». В геноме человека прочитано 3 млрд символов, но решающее значение принадлежит пониманию смысла прочитанного. Из 30 тыс. генов, составляющих геном человека, науке известно о предназначении лишь трети их числа. Полная расшифровка генома человека позволит справиться с множеством недугов, таких как наследственные болезни, рак, заболевания сердечно-сосудистой системы, психические и многие другие.
|
|
|
В России существует своя программа «Геном человека», не зависимая от Международного консорциума, гораздо более скромная по финансовым возможностям. Ученые на уровне генома изучают связь различных генов с наиболее распространенными заболеваниями, ДНК – диагностику, диагностику хромосомных нарушений, молекулярный цитогенетический анализ. Геномная медицина «корректирует» традиционные методы лечения заболеваний с учетом индивидуальных генетических данных каждого человека. Генетическую обусловленность наследственных заболеваний определяют около 3 тыс. генов. Геномные методы идентификации личности, разработанные и практические реализованные в геномике человека, имеют большое значение для общества. Криминалистика получила в свое распоряжение абсолютно достоверный метод доказательства: для геномной дактилоскопии достаточно лишь одной капли крови, одного волоса, кусочка ногтя, следов пота, слюны, перхоти
5. Биотехнологический синтез биологически активных веществ продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, культур клеток и тканей, растений и животных - приобрел в последнее время большое значение и продолжает развиваться чрезвычайно быстрыми темпами.
Наряду с биосинтезом многие биологически активные вещества могут быть получены методами тонкого органического синтеза, поэтому выбор конкретного пути получения продукта определяется сравнительной экономической эффективностью биологического и химического способов производства. Часто на практике используют технологию, включающую и химические, и биологические стадии, которые взаимно дополняют друг друга. В результате промышленный биосинтез немыслим без применения (как на стадиях подготовки, так и при переработке продуктов) методов химической технологии, опробованных и нашедших широкое распространение в тонком органическом синтезе. В свою очередь последний все чаще не может обойтись без некоторых технологических стадий, осуществляемых с помощью микроорганизмов или выделенных из них ферментов и ферментных систем.
|
|
|
Наглядное представление о выше сказанном может быть проиллюстрировано на примере технологии аминокислот. Все 20 представителей этого класса органических соединений, являющихся мономерами для построения природных полипептидов и белков, достаточно глубоко изучены в химическом смысле, а методы их синтеза описаны во всех учебниках органической химии.
Известно также, что, в частности, белки млекопитающих построены исключительно из одного типа аминокислот, так называемых левовращающих, обозначаемых буквой L.
Современными методами тонкого органического синтеза можно синтезировать D- и L-формы аминокислот в любых количествах, однако все реальные способы их производства приводят лишь к образованию рацематов.
Альтернативой химическому синтезу оказывается микробиологический процесс, в котором специально подобранные, отселекционированные, а иногда и сконструированные методами генетической инженерии штаммы-продуценты в процессе жизнедеятельности, обычно на поздних стадиях развития, осуществляют так называемый сверхсинтез аминокислот, то есть производят их в количествах, намного превышающих потребности самих клеток. Поэтому все аминокислоты, D-изомеры которых не приемлемы для употребления, получают в промышленном масштабе только биотехнологическими методами.
Необходимо отметить однако, что промышленный биосинтез аминокислот требует их выделения из весьма сложных по составу и разбавленных раствором - получающихся после отделения клеточной биомассы. Здесь и находит применение совокупность приемов, характерных для тонкого органического синтеза и предназначенных для получения товарных форм L-аминокислот, пригодных для кормового, пищевого или медицинского применения.
Похожая ситуация сложилась и в области производства антибиотиков. Несмотря на точное знание структуры практически всех известных веществ, обладающих антибиотическим действием, их чисто химический синтез громоздок и неэффективен. В промышленности получают антибиотики медицинского или ветеринарного назначения, используя способность соответствующих штаммов – продуцентов – генерировать данный антибиотик в определенной фазе роста и заданном режиме культивирования.
|
|
|
Однако за несколько десятилетий медицинского применения антибиотиков накопилось большое количество болезнетворных микроорганизмов, приобретших наследственную устойчивость к препаратам, ранее вызывавших их гибель. Выход из этой ситуации был достигнут путем химической трансформации природных антибиотиков: стали получать так называемые полусинтетические препараты, в структуру которых внесены некоторые изменения, не затрагивающие основной группировки атомов, ответственной за антибиотический эффект. Таким образом с помощью химических и биохимических (ферментативных) методов удается трансформировать природные пенициллины, цефалоспорины и т. п., опережая приспособление болезнетворных микроорганизмов к новым лекарственным препаратам.
Применение бактериальных препаратов, таких, как удобрения и средства защиты растений, также представляет собой альтернативу химическим веществам, используемым в земледелии. Однако здесь взаимоотношения биотехнологии и химической технологии оказываются иными. В отличие от минеральных удобрений и химических средств защиты растений, представляющих при неправильном или неумеренном потреблении очевидную опасность для окружающей среды, бакпрепараты значительно менее опасны, характеризуются более высокой избирательностью и, как правило, эффективностью действия. Таким образом, в данном вопросе речь идет о принципиально ином подходе к решению проблемы повышения урожайности сельскохозяйственных растений за счет применения биологических, а не химических методов обогащения почвы азотом и фосфором или устранения вредителей. В этом случае оказывается, что оптимальное сочетание биологических и химических средств позволяет добиться синергизма – усиления суммарного результата – и надежно избавить земледелие от целого ряда проблем.
Все сказанное иллюстрирует сложную систему взаимосвязи и конкуренции, установившуюся к настоящему времени между промышленной биотехнологией и химической технологией. Наиболее наглядное представление о современных биотехнологических методах получения биологически активных веществ дают изложенные в этом пособии основы получения технологии отдельных биопрепаратов.
С развитием биотехнологии тесно связано качественно новое направление медицинской науки – молекулярная наномедицина. С ней связывают такие уникальные вещи, как:
- лаборатории на чипе;
- адресная доставка лекарств к пораженным клеткам;
- новые бактерицидные и противовирусные средства;
- диагностика заболеваний с помощью квантовых точек;
- нанороботы для ремонта поврежденных клеток;
- нейроэлектронные интерфейсы и многое другое.
Одной из областей интенсивного развития нанобиотехнологии в приложении к биомедицине является разработка новых методов селективной внутриклеточной и внутритканевой доставки физиологически активных веществ. Здесь имеется несколько направлений. Ряд наноразмерных форм углерода (фуллерены, нанотрубки) обладают хорошей проникающей способностью по отношению к биомембранам и, что весьма важно, оказываются способными преодолевать гематоэнцефалический барьер и являться транспортерами для лекарственных перпаратов.
Проведенные, в частности, в МГУ им. М. Ломоносова предварительные иследования трансмембранного транспорта наноструктур и их комплексов с биополимерами показывают принципиальную возможность создания наноустройств (наномашин) для селективного распознавания рецепторных участков на поверхности клетки и доставки в них активных субстанций, что в перспективе способно расширить терапевтические возможности лечения онкологических заболеваний, нейродегенеративных заболеваний, нейроинфекций и др. и резко снизить терепевтические дозы лекарств, минимизировав побочные эффекты.
Важное направление связано с микро- и нанокапсулированием биологически-активных веществ (БАВ) на основе биодеградируемых полимеров, а также с использованием липосом. Разработка этой технологии проводится рядом инс титутов, что позволит в перспективе создать принципиально новые лекарственные препараты с контролируемым терапевтическим воздействием на определенные ткани и органы. Эта технология применяется для создания эффективных лекарственных систем контролируемого выведения инкапсулированных БАВ: лекарственных препаратов (в том числе нерастворимых в воде или нестабильных), пептидов и белков (имеющих функции гормонов и цитокинов), а также генетическх конструкций, несущих гены ферментов, гормонов и цитокинов.
Прогресс в развитии синтеза биодеградируемых полимеров, технологии нанокапсулирования, а также методов клеточной и молекулярной физиологии и патофизиологии позволит использовать технологию создания систем контролируемого выведения БАВ на основе наночастиц из биодеградируемых полимеров для лечения раковых заболеваний, гормональных расстройств различной этимологии, атеросклероза, диабета, туберкулеза и других социально значимых болезней, а также для генной терапии широкого спектра заболеваний.
Технология включения лекарственных веществ в нанокапсулы позволит использовать многие лекарственные соединения, доставка которых в органы и ткани была бы сильно затруднена из-за их нерастворимости в воде или нестабильности; эта технология позволит снизить токсичность и добиться желаемой фармококинетики для лекарственных препаратов. Нанокапсулирование белков и нуклеиновых кислот позволит создавать системы доставки в различные ткани организма пептидных гормонов, цитокинов и генетических конструкций. Разработка способов присоединения к наночастицам лигандов направленного действия поможет доставлять биологически-активные вещества в определенные ткани. Важным моментом является также изучение транспорта нанообъектов металлической и полупроводниковой природы, а также суперпарамагнитных наночастиц для селективного разрушения клеток при электромагнитном разогреве, что важно для лечения ряда опухолей.
Каждый из нас хотя бы раз в жизни сдавал, к примеру, анализ крови. При этом результатов анализа, как правило, приходилось ждать несколько дней, а то и недель – ведь сначала образец попадал в лабораторию, дожидался там своей очереди, затем анализировался на специальном оборудовании, и лишь после этого возвращался (в виде распечатки результатов) к врачу. Помимо этого нам приходилось еще и здорово раскошелиться, так как в стоимость анализа «включены» оплата труда врача и лаборантов, стоимость транспортировки пробирок, стоимость эксплуатации дорогостоящего оборудования, аренда помещений лаборатории и т. д. А ведь порой скорость, точность и доступность анализа – воп-рос жизни и смерти в прямом смысле слова.
И как было бы здорово, если бы врачи или даже сами пациенты могли мгновенно проводить сложнейшие анализы и получать результаты в течение нескольких минут! Представьте себе, какой потрясающе компактной и эффективной могла бы быть лаборатория, если бы все ее пространство (включая инструменты, столы, проходы, клавиатуры, мониторы, и т. д. ) можно было бы «сжать» до размеров обыкновенного микрочипа, а все производимые в ней человеческие действия по доставке, перемещению и анализу образца полностью автоматизировать!
А теперь представьте, что такие лаборатории уже существуют! Называются они лабораториями на чипе (от англ. lab on chip). Один чип размером порядка 4х4 см может заменить целый комплекс оборудования, необходимого для анализа ДНК/РНК, установления родства, определения генетически модифицированных организмов, ранней диагностики онкологических заболеваний, изучения эффективности трансфекции клеток, количественного определения белков, определения уровня экспрессии генов и многого другого!
При этом такая кроха-лаборатория умеет анализировать одновременно до 12 разных образцов, а время анализа, занимавшего раньше недели, сокращается до 15- 30 минут. Вспомним первые ЭВМ: они занимали огромные комнаты, а их обслуживанием занимался целый коллектив специально обученных инженеров-операторов. А сегодня любой карманный компьютер, несмотря на свои малые размеры, в тысячи раз превосходит по быстродействию и функциональности самой «продвинутый» компьютер того поколения.
Аналогия с компьютером здесь не случайна, поскольку на первый взгляд лаборатории на чипе очень похожи на своих электронных собратьев: они также создаются на кремниевых подложках, а крохотные ячейки связываются микро-или нано-«дорожками». Отличие заключается в том, что по дорожкам у них не всегда течет ток. По многим из них течет жидкость из крохотных резервуаров, имплантированных в чип при производстве. Функционально ячейки тоже отличаются.
Лаборатория на чипе представляет собой МЭМС - устройство для биохимических анализов. Принимая во внимание стремительный прогресс в области МЭМС систем, можно прогнозировать, что в дальнейшем размеры и стоимость устройств будут уменьшаться (а функциональность, соответственно, расти), и через несколько лет такая лаборатория станет для нас таким же привычным средством диагностики самочувствия, как сегодня термометр.
Чтобы лекарство было эффективным важно, чтобы его молекулы попали к нужным клеткам: антидепрессанты попали в мозг, противовоспалительные средства – в места воспалений, антираковые препараты – в опухоль и т. д. Способность молекул вещества попадать в теле пациента туда, где они необходимы, называется биологической усвояемостью.
Биологическая усвояемость – камень преткновения всей современной фармацевтики. Более 65 % денег, потраченных на разработку новых лекарств, выбрасывается на ветер из-за их плохой усвояемости. Один из способов улучшить ее – просто увеличить дозу лекарства. Однако многие лекарства токсичны, и увеличенная доза может вызвать у пациента тяжелые последствия (а порой даже убить). Это особенно важно для противораковых препаратов, которые убивают не только больные, но и здоровые клетки.
Феномен раковых клеток, с точки зрения биотехнолога, заслуживает отдельного рассмотрения. Онкологические заболевания являются одной из главных причин смертности. Самое поразительное, что смерть человека вызывают его же собственные клетки, превратившиеся каким-то образом в бессмертные.
В общих чертах этот процесс выглядит следующим образом.
По замыслу природы, все клетки организма должны регулярно обновляться, то есть какое-то время жить, делиться, функционировать, а затем умирать, освобождая пространство для своих молодых собратьев. Во взрослом организме деление клеток строго контролируется и происходит в разных тканях по-разному, а некоторым клеткам (например, нейронам) деление вообще запрещено. В природе роль биологических часов, регулирующих длительность жизни клетки, выполняют так называемые теломеры – особые участки ДНК на концах хромосом. Каждое деление клетки сопровождается укорачиванием ее теломеров, и, когда последние укорачиваются до предельных размеров, клетки «понимают», что пришла пора умирать, и запускают механизм клеточного самоубийства – апоптоза. Раковые же клети не подвержены процессу старения, поскольку всякий раз «умудряются» восстанавливать длину своих теломеров при помощи особого фермента теломеразы, и поэтому способны размножаться бесконечно.
В результате действия патогенных физических и химических факторов в раковую может превратиться любая клетка организма. До поры до времени такая клетка ничем не отличается от других и строго подчиняется «правилам общежития», принятым в многоклеточном сообществе. Но в какой- то момент она перестает подчиняться законам природы и начинает бесконтрольно делиться, требуя все больше территориальных, материальных и энергетических ресурсов организма в ущерб другим, более «законопослушным» клеткам (причем такое поведение передается и всему потомству раковой клетки).
В месте скопления быстро размножающихся раковых клеток образуется опухоль, которая, если ее вовремя не ликвидировать, может дать метастазы – множественные очаги болезни, возникающие по всему телу в результате распространения раковых клеток кровотоком. В процессе метастазирования, как правило, уже поздно что-либо делать – человек обречен на медленную мучительную смерть.
Коварство клетки-предательницы состоит в том, что для «сил безопасности» нашего организма, иммунной системы, эта клетка – своя, такая же, как и все остальные клетки. Вот почему организм, способный с помощью иммунитета успешно бороться с вторжением извне всевозможных бактерий и вирусов, часто оказывается беспомощным перед лицом «внутреннего врага».
Правда, в организме есть еще и «тайная полиция», способная на ранних стадиях справиться с раковой клеткой. Это особые клетки, T-лимфоциты (их еще называют Т-киллерами). Однако раковая клетка умеет «обманывать» их, выделяя в окружающую среду особый токсин, нарушающий нормальную для Т-киллеров кислотность (pH) и тем самым не подпуская их к себе.
Существует гипотеза, что раковые клетки периодически появляются в каж- дом организме, но если организм обладает достаточно сильным иммунитетом, то ему ничего не стоит их вовремя распознать и уничтожить. Но возрастающее с каждым годом число онкологических заболеваний убедительно свидетельствует, что человеку, ослабленному стрессами, отравленному загрязненной средой обитания и вредными привычками, просто не хватает сил эффективно бороться с этими «хитрыми» врагами. То же пресловутое курение (и пассивное в том числе) повышает риск заболевания раком легких на 60.
Недостаток знаний о причинах появления опухолей ограничивает и возможности их лечения. Сегодня врачи еще не лечат раковые клетки («не перевоспитывают» их), а просто стараются убить, чтобы продлить жизнь всего организма. Для этого у онкологов есть набор проверенных методов: операция, химиотерапия, лучевая терапия или их сочетание.
Операция направлена на то, чтобы удалить саму опухоль. Для этого часто приходится вырезать больные ткани полностью, что очень травматично для организма. Такой метод лечения на ранних стадиях часто оказывается эффективным, однако часть опухолевых клеток может остаться в организме, и оперативное лечение дополняют лучевым или химиотерапевтическим.
Лучевая терапия основана на том, что опухолевые клетки более чувствительны к различным видам облучения, чем здоровые ткани. Поэтому их убивают, облучая больной орган, например, рентгеновскими лучами. Но в этом случае часто гибнут и здоровые клетки, а из-за патогенного действия ионизирующего излучения на организм часто развивается лучевая болезнь.
Химиотерапевтическое лечение также основано на повышенной чувствительности опухолевых клеток к различным химических препаратам. Химиотерапия достаточно эффективна, но она сильно повреждает все клетки организма, в т. ч. костный мозг – главный кроветворный орган и «склад запчастей» – стволовых клеток. Поэтому увеличивать дозу можно лишь до определенных пределов.
Итак, проблема всех современных методов лечения рака заключается в том, что лекарственные препараты действуют как на больные, так и на здоровые клетки, то есть не избирательно. Сказывается также и проблема биоусвояемости препаратов, которые приходится вводить в больной организм в больших количествах, чтобы победить болезнь не умением, а числом. Вот почему от подобных «бомбардировок» возникает много побочных эффектов.
Поэтому сегодня учеными всего мира ведутся активные работы по адресной доставке лекарств, которые будут точно попадать в цель, не повреждая других органов. Для этого пытаются создать некое «транспортное средство» для точной доставки лекарств в клетку, так как многие болезни (не только рак) зависят от нарушения внутриклеточных механизмов, повлиять на которые можно только доставив лекарство в клетку.
Поиск молекулярного транспорта начался в восьмидесятые годы, когда исследователи стали активно заниматься генной инженерией. В частности, группе российских ученых под руководством Александра Соболева удалось разработать специальную макромолекулу-транспортер, способную доставить лекарство в дефектную клетку.
Опыты, которые ставила группа Соболева на раковых клетках, показали, что эффективность лекарственного вещества, которое доставляется макромолекулой-транспортером в ядро, при различных типах рака может возрастать в 250-1000 раз, а это значит, что во столько же раз можно снизить дозу препарата, чтобы вызвать нужный эффект.
Конструкция транспортера состоит из четырех функциональных модулей: лиганда, эндосомолитического модуля, сигнала внутриядерной локализации и собственно носителя лекарства. На первом этапе работает лиганд – модуль, обеспечивающий обнаружение больной клетки (например, раковой), ее «молекулярное узнавание». Он же отвечает и за поглощение всей конструкции клеткой. Второй модуль – эндосомолитический – разрывает эндосому, «пузырь», образующийся вокруг транспортера при его втягивании внутрь клетки. Далее в игру вступает третий модуль, который позволяет транспортеру проникнуть через поры ядерной мембраны. И наконец, четвертый модуль, несущий лекарство, позволяет ему приступить к выполнению основной задачи – уничтожению ядра.
Откуда взяли модули макромолекулы-транспортера? Один из используемых лигандов был взят из человеческого гормона, обладающего высоким сродством к рецепторам соответствующей клетки-мишени, эндосомолитический модуль – из дифтерийного токсина, модуль внутриядерной доставки – из белка обезьяньего вируса, носитель лекарства – из части гемоглобиноподобного белка кишечной палочки. Далее с помощью генноинженерных методов была создана единая работоспособная конструкция.
«Меняя программу модулей, мы можем получить макромолекулы-транспортеры для лечения любого типа рака. К примеру, если для лечения какого-то заболевания нужно доставить лекарство не в ядро, а в другую органеллу клетки, то будет заменена программа модуля внутриклеточной локализации. Или меняется программа носителя в зависимости от лекарственного средства, которое необходимо доставить», – объясняет Александр Соболев.
Помимо чисто генноинженерных методов, ведутся разработки и в области применения различных наносистем для обнаружения и уничтожения раковых клеток. В качестве примера можно привести идею создания антираковых наносистем непосредственно в опухолевой ткани.
Было установлено, что если в клеточную ткань ввести растворы некоторых веществ, то наночастицы этих веществ зародятся, вырастут и соберутся в агрегаты на клеточных структурах ткани. Наночастицы почти не влияют на функционирование клеток, но делают их чувствительными к действию внешнего акустического поля (ультразвук). Если после образования наночастиц на них подействовать акустическими волнами, то они нагреются до 43 °С за время, за которое клетки без наночастиц почти не изменят температуры. Это позволило предположить, что если найти вещества, наночастицы которых могут формироваться в раковых клетках со значительно большей вероятностью, чем в здоровой ткани, то раковые клетки можно будет селективно нагреть и убить. И такие вещества были найдены. Были получены интересные результаты действия одного из них (терофтала) на развитие раковой опухоли у мышей. Стало очевидным, что сами по себе наночастицы терофтала не влияют на развитие опухоли, а акустическое поле лишь слабо замедляет ее рост.
3. Технология лекарств широко использует данные химии, физики, математики и медико-биологических дисциплин (физиология, биохимия и др. ). Наиболее тесно технология лекарств и галеновых препаратов связана с дисциплинами фармацевтического профиля: фармакогнозией, изучающей лекарственное растительное сырье и продукты его первичной обработки, фармацевтической химией, изучающей разнообразные лекарственные препараты, представляющие собой химически индивидуальные вещества, а также организацией и экономикой фармации, изучающей устройство аптечных учреждений.
Из медико-биологических дисциплин технология лекарств наиболее связана с фармакологией, предметом которой является изучение действия лекарственных средств на человеческий организм. Знание фармакологии крайне необходимо при изучении биофармации – теоретической основы технологии лекарств.
Источником большинства лекарственных средств, поступающих в аптеку, является медицинская промышленность. Различают следующие самостоятельные отрасли медицинской промышленности: химико-фармацевтическую, галено-фармацевтическую и промышленность антибиотиков, органопрепаратов и витаминов. К химико-фармацевтической промышленности относится производство синтетических веществ фармакологически активных веществ, выделяемых в чистом виде из природного сырья. К компетенции галено-фармацевтической промышленности относится производство галеновых и новогаленовых препаратов, а также разнообразных готовых лекарств. Производство антибиотиков и витаминов сосредоточено в особых отраслях медицинской промышленности.
Фармацевтические заводы построены по цеховому принципу. Если эти заводы не узко специализированы, то обычно они имеют четыре основных цеха: 1) галеновый, 2) таблеточный, 3) ампульный, 4) фасовочный.
Производство лекарственных продуктов - препаратов и готовых лекарств – осуществляется по разработанным и утвержденным промышленным регламентам, то есть по правилам, устанавливающим определенный порядок работы.
Промышленный регламент является не только основным технологическим документом. Он одновременно используется для проектирования промышленного производства лекарственных продуктов или внесения необходимых изменений в действующее производство. Также на основании промышленного регламента: 1) устанавливаются технико-экономические нормативы, в том числе нормы расхода сырья и материалов; 2) составляются производственные инструкции по технике безопасности, промышленной санитарии и противопожарным мероприятиям, 3) разрабатываются мероприятия по утилизации отходов производства, обезвреживанию и очистке промышленных стоков и выбросов в атмосферу. Промышленные регламенты разрабатываются экспериментальными и промышленными предприятиями.
Разработка промышленного регламента производится в соответствии с стандартом.
Лабораторный регламент - технологический документ, которым завершаются научные исследования в лабораторных условиях при разработке производства лекарственного продукта. На основании лабораторного регламента проектируется и эксплуатируется опытно-промышленная установка, создаваемая для обработки новой технологии производства лекарственного продукта.
Опытно-промышленный регламент - технологический документ, которым завершается отработка новой технологии производства лекарственного продукта на опытно-промышленной установке. Этот этап может проводиться в лабораториях разработчика или в цехах предприятия. Опытно-промышленный регламент служит основой для проектирования промышленного производства лекарственного продукта.
Пусковой регламент - технологический документ, на основании которого осуществляется ввод в эксплуатацию и освоение вновь созданного промышленного производства лекарственного продукта.
Промышленный регламент состоит из следующих разделов:
1. Характеристика конечного продукта производства. Включает название (утвержденное); основное назначение продукта; информацию о документах, дающих право на промышленное производство; краткое описание свойств продукта; информацию о документах, дающих право на промышленное его производство, краткое описание свойств продукта; виды и формы упаковки. Применительно к лекарственной форме галенового или химико-фармацевтического препарата приводятся: 1) название формы (таблетки, капсулы и др. ); 2) содержание препарата – субстанций и вспомогательных веществ в единице формы; 3) описание внешнего вида лекарственной формы, органолептические признаки и все характерные и важные для данной лекарственной формы свойства; 4) полные сведения (формулы, относительная молекулярная масса и все основные свойства) о каждом препарате, входящем в состав лекарств, в объеме требований, типичных для отдельных видов лекарственных препаратов; 5) фармакологическая характеристика сведений об области применения в медицинской практике; 6) условия сохранности и факторы, ускоряющие разрушение препарата или вызывающие изменение свойств лекарственной формы и препаратов – субстанций, которые включены в лекарственную форму.
2. Химическая схема производства. Характерна для синтетических и химико-фармацевтических препаратов.
3. Технологическая схема производства. Этот раздел регламента должен особенно четко и наглядно отображать последовательность выполнения работ в производстве с подразделением их по стадиям и операциям технологического процесса и с указанием мест потребления сырья, а также промежуточных продуктов и мест образования отходов (материальный поток).
4. Промежуточные продукты, сырье и материалы. В табличных формах приводятся данные, устанавливающие требования к качеству исходного сырья, промежуточных продуктов и всех необходимых для производства материалов.
|
|
|
