Получение лекарственных препаратов методами биотехнологии

Обладая высокой специфичностью действия, они обеспечивают идентификацию не только вида возбудителя, но и его серотипа. С помощью моноклональных антител можно тестировать различные гормоны, метаболиты, белковые факторы. Наиболее быстрый метод индикации основан на применении антител, иммобилизованных на мембранных электродах — аналогах ферментных биосенсоров. Они позволяют диагностировать беременность, выявлять предрасположенность к диабету, ревматоидному артриту (J. Col-linsetal., 1986), идентифицировать наследственные заболевания, сопровождающиеся утратой тех или иных ферментов и других белковых компонентов. Моноклональные антитела широко используют для диагностики рака и определения его форм.[3] 
 
Трудности связаны с тем, что специфических «раковых» антигенов, по-видимому, не бывает, и характерные для злокачественно переродившейся клетки детерминанты могут быть с некоторой, пусть небольшой, вероятностью обнаружены и в здоровых клетках. Перспективна диагностика рака при помощи моноклональных антител к вырабатываемым злокачественной опухолью особым гормонам, аутокринам, ведущим к самостимуляции роста раковых клеток. 
 
Моноклональные антитела имеют не только диагностическое, но и лечебное значение. При аутоиммунных заболеваниях, когда иммунные клетки «ополчаются» против собственных органов и тканей, моноклональные антитела соответствующей специфичности могут связывать антитела, наносящие вред организму больного. Для лечения рака предлагают использовать моноклональные антитела, конъюгированные с токсичными для раковых клеток соединениями. Моноклональные антитела доставляют яд точно по адресу, избегая поражения здоровых клеток. Поэтому к моноклональным антителам можно присоединять очень сильные токсины, например рицин — яд из клещевины, одной молекулы которого достаточно для поражения одной клетки. В современной фармацевтической промышленности моноклональные антитела используют для очистки лекарственных препаратов. 
 
Диагностическое значение имеют короткие фрагменты ДНК и РНК, несущие радиоактивную или иную метку, так называемые ДНК/РНК-пробы. С их помощью можно установить наличие в организме определенных типов нуклеиновых кислот, соответствующих болезнетворным агентам, злокачественным опухолям, а также проверить геном пациента на наличие у него тех или иных генетических аномалий. Метод основан на комплементарном взаимодействии проб с участками ДНК или РНК, выделенными из исследуемых клеток и фиксированными на носителе. Взаимодействия нуклеотидных цепочек пробы с ДНК (РНК) из образца регистрируют по радиоактивной метке или иным способом.[4] 
 
Моноклональные антитела и ДНК/РНК- пробы используют для диагностики болезней животных и растений. В частности, с помощью этих проб проводят индикацию зараженности картофеля вирусом. Диагностические средства из арсенала биотехнологов предлагают применять для быстрого определения пола у цыплят. 
 

6. Рекомбинантные  вакцины и вакцины-антигены 
Вакцинация — один из основных способов борьбы с инфекционными заболеваниями. Путем поголовной вакцинации ликвидирована натуральная оспа, резко ограничено распространение бешенства, полиомиелита, желтой лихорадки. На повестке дня — изготовление вакцин против гриппа, гепатитов, герпесов, свинки, кори, острых респираторных заболеваний. Большое экономическое значение имеет разработка вакцин против болезней сельскохозяйственных животных — ящура, африканской болезни лошадей, овечьей болезни «синего языка», трипаносомозов и др. Традиционные вакцинные препараты изготовляют на основе ослабленных, инактивированных или дезинтегрированных возбудителей болезней.[8] 
 
Современные биотехнологические разработки предусматривают создание рекомбинантных вакцин и вакцин-антигенов. Вакцины обоих типов основаны на генно-инженерном подходе. 
 
Для получения рекомбинантных вакцин обычно используют хорошо известный вирус коровьей оспы (осповакцины). В его ДНК встраивают чужеродные гены, кодирующие иммуногенные белки различных возбудителей (гемагглютинин вируса гриппа, гликопротеин D вируса герпеса, поверхностный антиген вируса гепатита В, антиген малярийного плазмодия). Получаются вакцины против соответствующих инфекций, хорошо зарекомендовавшие себя в опытах на животных. К их достоинствам относится возможность создания поливалентных вакцинных препаратов на основе объединения участков ДНК различных патогенов «под эгидой» ДНК вируса осповакцины. Открывается возможность одномоментной комплексной иммунизации, скажем, крупного рогатого скота против всех опасных инфекций данной местности.[9] 
 
Вирус, вызывающий инфекцию, состоит из оболочки и внутренней молекулы ДНК или РНК. В этой молекуле есть участок (ген), отвечающий за синтез части (молекул) оболочки вируса. Ученые научились выделать ген РНК или ДНК, ответственный за синтез определенной молекулы оболочки вируса. Этот ген вшивают в пищевые дрожжи, которые мы постоянно употребляем в пищу, и на поверхности дрожжей синтезируется участок, похожий по своему строению на участок оболочки вируса. Этот участок из дрожжей вырезают и из него делают вакцину.  Получается, что рекомбинантная вакцина - это кусочки оболочки дрожжей, похожие на оболочку вируса. Если их ввести в организм человека, то его иммунная система синтезирует антитела к этим кусочкам дрожжей, которые будут защищать нас и от похожей оболочки вируса, т.е. от конкретной вирусной инфекции. Следовательно, рекомбинантная вакцина совсем не содержит возбудителя инфекции, не содержит ни вирусных, ни дрожжевых генов и не может встраиваться в генный аппарат клетки человека. 
 
Вот и получается, что, несмотря на название «генно-инженерная», «рекомбинантная», которым пугают людей, это - самая безопасная на сегодняшний день вакцина. К таким вакцинам относится вакцина против гепатита В, вакцины против вируса папилломы человека. 
 

Вакцины-антигены получают, клонируя гены возбудителя болезни в Е. coli, дрожжах, клетках насекомых и млекопитающих. Клонирован ген поверхностного антигена HBS-вируса гепатита В (сывороточного гепатита), ген белка оболочки вируса ящура. Вирус ящура существует в виде многих серотипов, методом белковой инженерии удалось скомбинировать иммуногенные компоненты различных серотипов в рамках одной вакцины-антигена.[8] 
 
Вакцины-антигены высокостабильны при хранении и перевозке, сравнительно просты в изготовлении (в том числе и при крупномасштабном производстве), содержат минимальное количество белка и поэтому малоопасные как аллергены. Они гарантированы от остаточной инфекционности — способности вызывать инфекционную болезнь вместо того, чтобы предохранять от нее. Проблемой является низкая иммуногенность вакцин-антигенов. Одной из причин может быть то, что вакцина не включает всех компонентов возбудителя, необходимых для создания иммунитета к нему. Так, вирус, покидая клетку, часто «одевается» ее мембраной. Компоненты этой мембраны, отсутствующие в генноинженерном белке, могут обладать иммуногенными свойствами. К повышению иммуногенности вакцин-антигенов ведет добавление адьювантов, иммобилизация вакцин на носителях или их включение в липосомы.[8] 
 
7. Ферменты медицинского назначения 
Многообразно применение ферментных препаратов в медицине. Их используют для растворения тромбов, лечения наследственных заболеваний (вместо отсутствующих эндогенных ферментов), удаления нежизнеспособных, денатурированных структур, клеточных и тканевых фрагментов, освобождения организма от токсических веществ(Н.   Ф.Казанская   и   др.,1984). Яркий   пример спасения   жизни   больных с   тромбозом конечностей,   легких, коронарных сосудов сердца при  помощи громболитических ферментов   (стрсптокиназы,   урокиназы). Ген  урокиназы  клонирован  в бактериях  (S. Prentis, 1984). В современной медицине протеазы применяются для очистки очагов гнойно-некротических процессов от   патологических   продуктов,   а   также   для   лечения   ожогов Лечение рака связано с использованием  L-аспарагиназы,  которая лишает раковые клетки ресурсов необходимого для их развития аспарагина, поступающего с током крови. Здоровые клетки   в   отличие   от   раковых   (некоторых   типов)   способны   к самостоятельному синтезу аспарагина.[1] 
 
Известно около 200 наследственных заболеваний, обусловленных дефицитом какого-либо фермента или иного белкового фактора. В настоящее время делают попытки лечения этих заболеваний с применением ферментов. Так, пытаются лечить болезнь Готе, при которой организм не способен расщеплять, глюкоцереброзиды. 
 
В   последние   годы   все   больше   внимания   уделяют   ингибиторам  ферментов.  Ингибиторы  протеаз,  получаемые  из  актиномицетов   (лейпептин, антипаин, химостатин и др.)   и генно-инженерных штаммов Е. coil  (эглин)   и дрожжей  (a-1 антитрипсин) оказываются   полезными   при   септических   процессах,   инфаркте миокарда, эмфиземе легких, панкреатите.

Уменьшение концентрации глюкозы в крови больных диабетом  может быть достигнуто при  использовании ингибиторов кишечных инвертаз и амилаз, отвечающих за превращение крахмала и сахарозы в глюкозу.  Особой задачей является  поиск  ингибиторов ферментов, с   помощью   которых   патогенные   микроорганизмы   разрушают антибиотики, вводимые в организм больного.[3] 
 
Тканевые активаторы плазминогена относится к числу наиболее перспективных лекарственных средств для предотвращения и лечения ишемических поражений - инфаркта миокарда и инсульта коры головного мозга. Рекомбинантные тканевые активаторы плазминогена представлены препаратом -Метализе(тенектеплаза, Boehringer Ingelheim Pharma ) и двумя российскими препаратами - Пуролаза и Гемаза (рекомбинантная проурокиназа, Экспериментальное производство медико-биологических препаратов, ГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс). Проурокиназа человека катализирует превращение плазминогена в плазмин - сериновую протеазу, способную лизировать фибриновые сгустки, и обладает высокой специфичностью действия, так как активизирует плазминоген преимущественно в области тромба, что снижает риск возникновения возможных кровотечений и геморрагий. Пуролаза применяется в кардиологии для лечения острого инфаркта миокарда в первые 4-8 часов от начала болезни. Аналогичный, но меньшей дозировки препарат Гемаза используется в офтальмологии для повышения эффективности лечения гемофтальмов, гифемы, реактивного фибриноидного синдрома после экстракции катаракты и др. 
 
 Препарат рекомбинантной альфа-ДНК-азы Пульмозим (Hoffman-La-Roche), применяемый в виде ингаляций, расщепляет внеклеточную ДНК, содержащуюся в вязком бронхиальном секрете, и используется как муколитическое средство у больных муковисцидозом. 
 
 В "ГосНИИ особо чистых биопрепаратов" разработана технология производства рекомбинантной супероксиддисмутазы. В свое время с этим действующим веществом регистрировались глазные капли Эрисод. В настоявшее время Эрисод не выпускается, разработчик ищет инвесторов, но рекомбинантная супероксиддисмутаза нарабатывается и находит место в качестве компонента лечебной косметики (ООО "Рэсбио" Санкт Петербург) , помогающей устранять болезненные симптомы солнечных и термических ожогов, снимать аллергический зуд и воспалительные кожные реакции.[6] 
 
Таковы основные направления биотехнологических разработок в области медицины. Без преувеличения можно сказать, что центральное приложение новейших биотехнологических подходов — медицина. Одной из проблем, связанных с белками медицинского назначения, является наличие у них побочных эффектов. Например, аллергические реакции возникают как против генно-инженерных белков, так и против моноклональных антител, даже если их получают на основе человеческих гибридом. Эта проблема не нова для медицины и не является непреодолимой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
В настоящее время не вызывает сомнений утверждение, что будущее фармацевтической отрасли в большой степени будет определяться биотехнологиями. В отличие от традиционных лекарственных средств, полученных методами химического синтеза, в фармацевтических биотехнологиях используются методики, позволяющие создавать соединения, составляющие основу лекарственных препаратов (прежде всего, белки), зачастую идентичные естественным. Главным преимуществом лекарственных препаратов, полученных биотехнологическим путём, является их высокая специфичность по отношению к факторам, связанным с возникновением и развитием болезни. Этот подход позволил создать ряд препаратов для лечения таких недугов, как онкологические, сердечно-сосудистые, нейродегенеративные заболевания. [4] 
 
До появления технологии рекомбинантных ДНК многие лекарственные препараты на основе белков человека удавалось получать только в небольших количествах, их производство обходилось очень дорого, а механизм биологического действия был недостаточно изучен. С началом развития генной инженерии ожидалось, что с помощью новой технологии можно будет получать весь спектр таких препаратов в количествах, достаточных для их эффективного применения в клинике. И эти ожидания оправдались. Несколько десятков препаратов, полученных биотехнологическим путём, уже рекомендованы для широкого применения.  
 
По подсчётам специалистов, ежегодный объём мирового рынка лекарственных средств на основе белков, созданных генноинженерным путём, увеличивается на 15% и к 2010 году составит 18 миллиардов долларов.    
 
Наиболее яркие примеры работ наших биотехнологов в этой области — выпуск генно-инженерного инсулина человека, осуществляемый в Институте биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН.  
 
Кроме того, в ИБХ РАН совместно с Гематологическим научным центром РАМН, выполняются работы по выпуску рекомбинантных белков человека для борьбы с массивными кровопотерями. Разработанные препараты рекомбинантный человеческий сывороточный альбумин (рЧСА) и рекомбинантный фактор свертывания крови VIIа (рФактор VIIa) являются средствами «скорой помощи» для осуществления неотложных реанимационных мероприятий, необходимых как в мирное время, так и в условиях вооруженных конфликтов и для медицины катастроф. [1] 
 
Разработка новых методов профилактики и лечения многих заболеваний внесла огромный вклад в рост благосостояние людей. Однако этот процесс нельзя считать завершенным. Так называемые «старые» заболевания — например, туберкулёз — могут дать о себе знать, как только ослабнут профилактические меры или появятся лекарственно-устойчивые штаммы бактерий.