- •Новосибирский государственный медицинский университет применение ферментов в медицине
- •1. Энзимодиагностика
- •Функциональные и нефункциональные ферменты и причины изменения их активности
- •1.2. Повышение специфичности энзимологических исследований
- •1. Интерпретацией результатов исследований в свете клинической картины;
- •2. Выполнением набора тестов;
- •3. Определением изоферментов.
- •1.3. Множественные формы ферментов.
- •Лактатдегидрогеназа
- •Креатинкиназа
- •1.4. Единицы активности ферментов
- •1.5. Правила определения активности ферментов
- •1.6. Биохимические констелляции
- •Инфаркт миокарда
- •Повреждения нервной ткани
- •Панкреатит
- •Гепатит
- •Костная ткань
- •2. Использование ферментов в качестве лекарственных препаратов
- •2.1. Заместительная терапия
- •2.2.Удаление некротирующих тканей
- •2.3. Применение ферментов в лечении келлоидных рубцов
- •2.4. Фибринолитические средства
- •2.5. Ферменты как противовирусные препараты
- •2.6. Применение ферментов в комплексной противоопухолевой терапии
- •2.7. Системная энзимотерапия
- •2.8. Иммобилизованные ферменты и преимущества их применения
- •2.9. Ограничения к применению ферментных препаратов
- •3. Использование ферментов в качестве аналитических реагентов Ферментные реагенты
- •Ферментные электроды
- •Автоматические анализаторы
- •Технология «сухой химии»
- •Иммуноферментный анализ
- •Тесты для контроля самоподготовки
2.7. Системная энзимотерапия
Одним из современных направлений использования ферментов в качестве лекарственных средств является системная энзимотерапия – лечение с помощью целенаправленно составленных смесей гидролитических ферментов, лечебная эффективность которых основана на комплексном воздействии на ключевые процессы, происходящие в организме. В состав препаратов (вобэнзим, флогэнзим и вобэ-мугос Е) входят ферменты растительного и животного происхождения. Ферменты оказывают противовоспалительное, иммуномодулирующее, антиагрегатное, фибринолитическое, противоотечное, вторичноанальгезирующее действие. Однако остаются открытыми вопросы, связанные с пониманием механизмов фармакологического действия, а также с возможностью резорбции перорально применяемых ферментов из кишечника в кровь.
2.8. Иммобилизованные ферменты и преимущества их применения
Сочетание уникальных каталитических свойств ферментов с преимуществом иммобилизованных ферментов как гетерогенных катализаторов позволило создать лекарственные препараты пролонгированного действия.
Под иммобилизацией понимают закрепление агента на некотором носителе путем химических (ковалентных) или физико-химических связей. В качестве носителей для иммобилизованных агентов могут использоваться различные вещества: природные и синтетические, органические и неорганические, высоко- и низкомолекулярные.
Наиболее широко в качестве природных носителей используются полисахариды, также как целлюлоза, декстан, агароза и их производные. Синтетические полимерные носители для иммобилизации ферментов созданы на основе стирола, акриловой кислоты, поливинилового спирта, полиуретана.
В качестве низкомолекулярных носителей применяются либо природные липиды (в основном фосфолипиды), либо их синтетические аналоги. Липидные носители используются в виде монослоёв на различных поверхностях или в виде бислоёв сферической формы (липосомы). Липосомы нашли широкое применение в косметологии, а также в составе препаратов для внутреннего применения.
Неорганические носители – это матрицы на основе силикагеля, глины, керамики, природных минералов и их оксидов.
В настоящее время в медицине в качестве носителей применяются целлюлоза, акриламид, активированный уголь, декстран, силикагель, глина, алюмогель и др.
Существуют две основные группы методов иммобилизации ферментов на носителе:
-
физические методы, не предполагающие связывания фермента с носителем ковалентными связями;
-
химические, при использовании которых между ферментом и носителем образуются ковалентные связи.
Самым старым способом иммобилизации является физическая абсорбция (Рис.4). В основе этого способа – физическое или ионное взаимодействие фермента с носителем, который может быть как неорганическим, так и органическим веществом. Недостаток такого метода иммобилизации является десорбция и её последствия. Для уменьшения десорбции иммобилизацию проводят: а) на носителе, модифицированным обработкой ионами металлов, различными функциональными группами, ковалентной пришивкой молекул, являющихся специфическими лигандами для иммобилизованных веществ; б) с агентом, до иммобилизации модифицированным введением ионогенных или гидрофобных групп; в) и использованием бифункциональных носителей.
Недостатки адсорбции можно избежать при иммобилизации ферментов в поры геля (Рис.4). Для иммобилизации ферментов применяются: несшитые полимерные гели, образующиеся полисахаридами (крахмалом, агар-агаром, альгинатом, каррагинаном и др.); сшитые полимерные гели, образуемые поливиниловым спиртом или полиакриламидные гели. Преимущества ферментов, включенных в матрицу заключаются в том, что фермент практически не прикреплён и, следовательно, не испытывает стерических помех, активный центр фермента не блокирован, фермент защищен от действия протеаз.
Рис. 4. Методы иммобилизации ферментов. а – адсорбция фермента на носителе; б – метод включения фермента в гель; в – ковалентное связывание фермента с носителем; г – включение фермента в полупроницаемые капсулы. 1 – носитель; 2 – молекулы фермента.
При использовании химических методов иммобилизации (Рис.4) ковалентные связи образуются за счёт содержания на поверхности фермента различных функциональных групп: гидроксильных, имидазольных, карбоксильных, тиоловых, аминогрупп и др. В некоторых случаях процесс иммобилизации протекает с участием третьего участника – сшивающего агента. Ковалентная иммобилизация позволяет получать препараты с заданными и контролируемыми свойствами.
Свойства иммобилизованных ферментов отличаются от свойств в чистом виде. Это связано со следующими факторами:
-
изменением конфигурации иммобилизованной молекулы фермента под влиянием носителя;
-
жёстко регулируемой концентрацией фермента;
-
стерическими затруднениями доступа субстрата к молекуле фермента;
-
замедлением (пролонгированием) выхода фермента из матрицы-носителя.
В процессе иммобилизации может быть затронута пространственная структура фермента, что в ряде случаев приводит к снижению активности. Причиной такого явления могут быть стерические ограничения, возникающие в том случае, когда иммобилизация препятствует непосредственному контакту между молекулами фермента и субстрата или мешает доступу субстрата в полимерную матрицу.
Высокая стабильность иммобилизованных ферментов, вероятно, является следствием уменьшения их подвижности, и подавления, вследствие этого, процессов агрегации и диссоциации молекул ферментов, а также появление стерических ограничений, приводящих к тому, что протеазы не могут проникнуть в микроокружение фермента и вызвать протеолиз.
Иммобилизованные ферменты обладают рядом преимуществ по сравнению со свободными молекулами:
-
повышение стабильности фермента и увеличение времени циркуляции в организме;
-
целенаправленное изменение свойства фермента для оптимизации каталитического процесса.
-
повышение стабильности фермента
-
многократное использование катализатора
-
получение продуктов реакции, не загрязнённых ферментом
-
проведение непрерывного процесса
-
целенаправленное изменение свойства фермента для оптимизации каталитического процесса.
Сочетание уникальных каталитических свойств ферментов с преимуществом иммобилизованных ферментов как гетерогенных катализаторов позволило не только создать лекарственные препараты пролонгированного действия, но также создать новые промышленные технологические процессы в производстве лекарственных средств.