Кудряшова Елена Кафедра Химической энзимологии Москва 2009

ПРИМЕНЕНИЕ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ.

Иммобилизация белков (ферментов) – суть ограничение подвижности данных биомолекул. Иммобилизация биомолекул является одним из основных методов биотехнологии. Метод иммобилизации широко применяется в производстве лекарственных средств; в пищевой промышленности; в производстве косметических средств; в химическом анализе и многих других областях. Цели иммобилизации весьма разнообразны: это может быть перевод биокатализатора в гетерогенное состояние; стабилизация биокатализатора и/или придание новых функциональных или структурных свойств для более эффективного использования в биокаталитическом процессе. При иммобилизации ферменты из разряда гомогенных катализаторов переходят в разряд гетерогенных или микрогетерогенных. Иммобилизация позволяет пространственно разделить фермент и реагенты, что обуславливает возможность получать продукт без примеси фермента; в нужный момент остановить реакцию; регенерировать фермент после окончания реакции и использовать его для нового цикла биотехнологического процесса. Другим, не менее важным аспектом, является придание белкам по средствам образования надмолекулярных структур требуемых физико-химических свойств (гидродинамические свойства, пространственная ориентация биомолекул, агрегатное состояние). Перечисленные свойства важны для расширения области практического использования ферментов. Фактором, способствующим длительному, в том числе непрерывному, функционированию иммобилизованных ферментов является их повышенная стабильность, сохранение активности в течении длительного времени как при хранении, так и в ходе протекания биокаталитической реакции (операционная стабильность). В результате иммобилизации ферменты могут приобретать свойства, не характерные для них в свободном состоянии.

В последние годы в результате интенсивного развития биотехнологии и генной инженерии ферменты и белки находят широкое применение в медицине. В настоящее время существует более 400 видов лекарственных средств на основе белков. Однако при пероральном применении таких лекарств стоит проблема ферментативной и/или кислотной деградации в желудочно-кишечном тракте. При внутривенном введении препаратов ряд белок-содержащих лекарств также характеризуются коротким временем полураспада, в частности, вследствие поглощения клетками ретикулоэндотелиальной системы (РЭС), состоящей в основном из макрофагов. Другой проблемой, связанной с применением белков медицинского назначения, является наличие аллергических реакций. Для решения данной проблемы разработан ряд подходов основанных на создании ферментсодержащих микро- и наносистем, различного типа (по природе, структурной организации и функциональным свойствам), которые применяются в зависимости от назначения лекарств и требований предъявляемых к системам.

Каковы основные преимущества применения методов иммобилизации и инкапсулирования при разработке новых лекарственных форм?

• Адресная доставка. Первое и главное преимущество - включение лекарственных препаратов в наносистемы позволяет осуществлять адресную доставку лекарства. Это может реализоваться за счет целенаправленного подбора размеров наночастиц. Например, размер наночастиц может быть больше диаметра пор капилляров, тогда объем распределения наночастиц, содержащих лекарство ограничивается компартаментом введения. Например, при внутривенном введении наночастицы плохо проникают в здоровые органы и ткани, но хорошо проникают в очаги воспаления, т.к. вблизи очагов воспаления капилляры, снабжающие эти области кровью, сильно перфорированы. Этот процесс называется пассивное нацеливание. Существует также метод «активной» адресной доставки лекарства, где в качестве "молекулярного адреса" наиболее часто выбирают иммуноглобулины, имеющие соответствующие мишени на целевых клетках. Ясно, что в результате адресной доставки (как пассивной так и активной) достигается значительное увеличение эффективности действия препаратов при существенном снижении токсичности.

• Пролонгированное действие лекарства. Важное преимущество наночастиц как лекарственной формы - постепенное высвобождение лекарственного вещества, инкорпорированного в них, что увеличивает время его действия.

• Стабилизация против био- и кислотной деградации в желудочно-кишечном тракте при пероральном применении лекарственного препарата. При внутривенном введении – возможна защита (маскирование, экранирование) от захвата макрофагов клетками ретикулоэндотелиальной системы РЭС (например, при модификации поверхности частицы полиэтиленгликолем (ПЭГ)).

• Снижение иммуногенности за счет маскирования лекарственного материала включенного в микрокапсулы

• Возможность конструировать комплексные препараты, например, поливалентные вакцины.