Джерела і методи отримання лікарських речовин






    Головна сторінка





Скачати 43.41 Kb.
Дата конвертації10.12.2017
Розмір43.41 Kb.
Типреферат

ДЖЕРЕЛА І МЕТОДИ ОТРИМАННЯ ЛІКАРСЬКИХ РЕЧОВИН


Джерела отримання лікарських речовин

Джерелом отримання неорганічних JIBявляется мінеральну сировину, причому використовують або самі мінерали, або окремі елементи.

Для отримання синтетичних органічних JIBпріменяют продукти сухої перегонки кам'яного вугілля, дерева, горючих сланців, а також різні фракції нафти. Переробкою цих видів сировини займається коксохімічна, лісохімічна та нафтопереробна промисловість. Продукти переробки широко використовуються в самих різних галузях народного господарства, в тому числі в медичній промисловості.

Кам'яновугільна смола являє собою складну суміш, яка включає понад 480 різних ароматичних і гетероциклічних сполук. За допомогою ректифікаційних колонок кам'яновугільну смолу піддають поділу на фракції. У табл. 3.1 вказані температурні інтервали (межі википання) і основні продукти, що містяться в кожній фракції.

Потім кожну фракцію переганяють в більш вузькому температурному інтервалі, виділяючи індивідуальні речовини. Для їх очищення використовують адсорбцію, обробку сірчаною кислотою (сульфування), лугами (виділення фенолятов) і т.д. Виділені індивідуальні речовини служать вихідними продуктами для основного і тонкого органічного синтезу різних з'єднань, в тому числі JIB.

Аналогічно переробляють деревину, яка при сухій перегонці утворює деревне вугілля і дві фракції рідин (деревну смолу). Одна з них містить метиловий спирт, ацетон і оцтову кислоту, а інша (деревне дьоготь) - феноли, фенолокислоти, жирні кислоти, вуглеводи і деякі інші органічні речовини. Деревина є також джерелом отримання фурфуролу, крезолу, ефірів пірокатехіна і пирогаллола.

Фракції кам'яновугільної смоли

фракції Межі википання, ° С Основні компоненти
Легка 80-160 Бензол, толуол, ксилол, тіофен, сірковуглець, піридин і ін.
фенольна 165-210 Фенол, крезоли, нафталін, азотисті і сірчисті з'єднання (инден, кумарон і ін.)
нафталінова 216-230 Нафталін, метилнафталін, тіонафтен, індол і ін.
Поглинювальна 235-300 Похідні нафталіну, ацетанафтен, флуорен, індол і ін.
антраценового 280-360 Антрацен, фенантрен, карбазол, їх аналоги, парафіни та ін.
Пек кам'яновугільний вище 360 Парафін, пірен, Хріза і ін.

Використовують в якості вихідних речовин для синтезу JIBпродукти переробки нафти, яка представляє собою суміш близько 1000 сполук - головним чином вуглеводнів різних класів, а також сірчистих і азотистих сполук (похідні піролу, піридину, хіноліну, індолу, карбазолу). У медицині та фармації застосовують суміші рідких і твердих граничних вуглеводнів і азотисті сполуки, одержувані при перегонці нафти.

Більше 40% ЛЗ, які використовуються в медицині, мають рослинне походження. Як правило, їх відрізняють мала токсичність і відсутність побічних ефектів при тривалому застосуванні. В даний час, за даними ВООЗ, в 73 країнах світу для лікувальних цілей застосовують близько 10 000 видів лікарських рослин, але в офіційні видання 38 країн входить тільки близько 2000 видів. Експертами ВООЗ складено «Перелік найбільш широко використовуваних у всьому світі видів лікарських рослин», до якого увійшли 235 найменувань. В нашій країні застосовують приблизно 170 видів рослин і отримують з них понад 100 ЛВ.

Рослинна сировина - листя, квітки, корки, насіння, плоди, коріння рослин - саме по собі може представляти лікарські засоби. У рослинах виявлено більше 12 000 хімічних сполук різних класів. З JIPCвиделяют ефірні і жирні олії, смоли, білки, вуглеводи, які або прямо використовують як ЛЗ, або в якості вихідної сировини для їх отримання. АРС є джерелом отримання природних БАР: алкалоїдів, терпенів, глікозидів, вітамінів. Виділені у вигляді індивідуальних сполук, вони представляють собою ЛВ. Шляхом екстракції з рослинної сировини отримують також галенові препарати.

Основні напрямки створення нових лікарських речовин

Наукові принципи створення ЛЗ стали формуватися на початку XX ст. До цього їх виявляли випадково або, використовуючи досвід народної медицини, серед рослин. Випадково було виявлено наркотизирующее дію хлороформу, етанолу, закису азоту, снодійну дію барбітуратів, судинорозширювальний ефект нітратів і т.д. Але вже в кінці XIX ст. рядЛВ був створений в результаті емпіричного пошуку. Досліджуючи жарознижувальну активність похідних аніліну, отримали ацетаніліду і фенацетин, з фенолу і саліцилової кислоти був одержаний складний ефір - фенилсалицилат, що виявляє після гідролізу в кишечнику антисептичну та протизапальну дію більш «м'яке», ніж вихідні компоненти і т.д.

Незважаючи на те що в наступні роки все ширше стали застосовувати наукові підходи створення ЛВ, емпіричний пошук свого значення повністю не втратив. І зараз продовжують ним користуватися, піддаючи скринінгу як знову синтезовані органічні сполуки, так і продукти природного походження, виділені з рослин, грибів, тваринної сировини. Виходячи з розглянутих передумов створення нових Л В, можна виділити наступні основні напрямки в рішенні цієї проблеми.

Виділення і вивчення біологічно активних речовин (алкалоїдів, гормонів, терпенів, глікозидів, сапонінів, кума- Рінов). Це один з найважливіших принципів отримання ЛВ, який має вже вікову історію. Так були отримані кокаїн, морфін, хінін, пілокарпін, платифілін та ін.

Хімічна модифікація структури відомих синтетичних і природних ЛВ. Суть її полягає в зміні хімічної будови відомого ЛВ з метою отримання нового, більш активного. Прикладом може служити модифікація структури природних пеніцилінів або цефалоспоринів з метою отримання більш активних синтетичних аналогів. Використовується також прийом отримання структурних аналогів з новою спрямованістю фармакологічної дії. Наприклад, в результаті дослідження побічного діуретичної дії у сульфаніламідів створений цілий ряд діуретичних засобів, похідних сульфонілсечовини.

Відтворення біогенних фізіологічно активних речовин. Отримання вітамінів, гормонів, ферментів, амінокислот з рослинної і тваринної сировини пов'язане з рядом труднощів. Основний з них є мале їх зміст і складність виділення. Тому більш ефективною є розробка методів синтезу цих речовин хімічними, мікробіологічними, генноінженерних шляхом. Так отримують рибофлавін, кислоту нікотинову, ряд гормональних препаратів та ін.

Введення фармакофор відомого ЛВ в молекулу нового органічної сполуки. Фармакофор називають фрагмент молекули, що обумовлює фармакологічну активність ЛВ. Так, наприклад, отримання численних протипухлинних ЛВ було здійснено шляхом введення в молекулу діхлоретіламінового фрагмента.

Принцип молекулярного моделювання, сутність якого полягає в попередньому встановленні стереохімічних особливостей молекули ЛВ і биорецепторами. Наприклад, вимірювання за допомогою рентгеноструктурного аналізу відстаней між атомами або зарядами у стероїдних сполук і синтез на цій основі аналогів з заданими на молекулярному рівні параметрами. На основі цього принципу створені синтетичні аналоги естрогенних гормонів, що не мають стероїдної структури.

Створення ЛВ на основі природних метаболітів використовується в різних напрямках. Здатність відшкодовувати необхідне фізіологічно активна речовина при нестачі його надходження або утворення в організмі відкриває великі можливості замісної терапії. Разом з тим отримане на основі природного метаболіту Л В може надавати при наявності певного патологічного стану виражений фармакологічний ефект. Він виникає за рахунок активації або кореляції біохімічних процесів і фізіологічних реакцій і спрямований на ліквідацію патологічних зрушень. Це дозволило створити на основі метаболітів ЛВ - антидепресанти, антиконвульсанти, антиаритмики, анальгетики, імуномодулятори, ноотропи та ін. Особливо важливо, що ці Л В відрізняються безпекою і швидким проявом зазначеної активності (протягом декількох хвилин).

Використання антіметаболітов засноване на створенні синтетичного ЛВ, схожого за хімічною структурою з метаболітом. При застосуванні такого антиметаболіти відбувається процес підміни метаболіту в природних біологічних реакціях. Виникає порушення (гальмування) функції ферментних систем імітаторами метаболіти. Цей принцип лежить в основі дії сульфаніламідних, багатьох протипухлинних та противірусних засобів. Як правило, антиметаболіти не викликають побічних ефектів завдяки схожості хімічної структури з біогенними речовинами.

Використання комбінаторної хімії, суть якої полягає в поєднанні хімічних і біологічних методів. Створена ця методологія в 1990-х рр. і заснована на паралельному синтезі і біологічних випробуваннях великого числа нових з'єднань в дуже малих кількостях. На твердих підкладках в мініатюрних реакційних осередках отримують до декількох тисяч з'єднань в день і тут же тестують їх у вигляді сумішей або після виділення індивідуальних речовин. У сукупності з автоматизацією паралельного синтезу цілих сімейств речовин значно скорочуються витрати реа- ге.-ггов при дуже великому зростанні продуктивності.

Пошук економічних схем синтезу здійснюється також блоковим методом, що дозволяє отримувати БАВ малим числом стадій з великих фрагментів молекул або блоків, які пов'язують між собою. Уже в самій хімічною структурою багатьох складних природних з'єднань закладена інформація про можливі шляхи їх синтезу. Витягти її допомагає блоковий метод на основі деструктивного підходу, що дозволяє здійснити підбір блоків, необхідних для подальшого синтезу.

Генна фармакологія виникла на основі досягнень сучасної генетики в останні роки. Суть її полягає в використанні для лікувальних цілей і для управління процесом ЛЗ «клонованих» генів і інших генетичних прийомів. Ці дослідження знаходяться на початковій стадії і вимагають ще серйозного вивчення з точки зору безпеки лля хворого.

Таким чином, в даний час використовуються найрізноманітніші принципи створення нових ЛВ від різних варіантів скринінгу до виявлення і дослідження біологічно активних речовин рослинного і тваринного походження, відтворення їх синтетичним шляхом і отримання різних модифікацій молекул.

Отримання лікарських речовин з рослинної і тваринної сировини

Загальні методи виділення біологічно активних речовин

Основою для проведення досліджень в області виділення нових ЛВ з рослин зазвичай є відомості, наявні в народній медицині, або інші передумови, що дозволяють вважати, що в рослині містяться БАВ. Обов'язковою умовою є наявність необхідних ресурсів для вихідної сировини. Якщо його в природі недостатньо, то воно вводиться в культуру, що вимагає проведення необхідних випробувань.

Для отримання ЛЗ перспективні рослини піддають хімічним дослідженням. При цьому вивчається процес накопичення БАР в залежності від кліматичних, вікових, сезонних, добових змін. Це дозволяє вибирати оптимальні умови вирощування або заготовки дикорослого АРС. Потім здійснюють розробку оптимальних умов виділення суми і подальшого поділу БАВ.

Виділення БАР з рослинної і тваринної сировини, їх поділ і очищення являють собою складну задачу.Незважаючи на різноманіття видів сировини, фізичних і хімічних властивостей видобутих з'єднань, процес їх виділення складається в основному з наступних стадій: подрібнення вихідної сировини, приведення його у тісний контакт з розчинником, відділення екстракту від сировини, видалення і регенерація розчинника з екстракту і вихідної сировини, виділення і очищення біологічно активної речовини.

Екстракція природних речовин з рослинних або тваринних тканин може бути здійснена або витягом комплексу містяться в них сполук з подальшим поділом на окремі компоненти, або послідовної екстракції окремих з'єднань або класів сполук. Зазвичай в рослинах міститься кілька биогенетически пов'язаних з'єднань, схожих за хімічною структурою та властивостями, що значно ускладнює завдання. Ось чому найчастіше вилучають сума БАВ з домішкою інших супутніх природних сполук, що містяться у вихідній сировині.

З які раніше не дослідженого рослинної або тваринної сировини екстракцію послідовно проводять розчинниками з зростаючій полярністю. Якщо об'єктом служать сухі тканини, то проводять сублімацію або перегонку з водяною парою з наступною екстракцією наступними розчинниками: петролейним ефіром, ефіром, хлороформом, етанолом, водою (послідовно - холодної, теплої, підкисленою, підлуженою). У разі необхідності створюють вужчі інтервали рН водних розчинів. Нерідко з отриманих водних витягів БАВ екстрагують розчинником, не що змішується з водою (ефіром, хлороформом). Потім після відділення екстракту і відгону розчинника отримують виділяється речовина.

При виділенні БАВ необхідно враховувати можливість їх розкладання під впливом розчинників, температури, умов виконання екстракції, а також впливу ферментів, що містяться в рослинному або тваринному сировину. Особливо важливо враховувати ці обставини при проведенні перекристалізації, сублімації, різних видів перегонки. Тому для очищення лабільних органічних речовин зазвичай користуються перегонкою в вакуумі при 13,33-19,99 ■ 10 2 Па (10-15 мм рт. Ст.) Або високому вакуумі при 1,33-0,133 Па (0,01-0,001 ммрт . ст.).

Віконниці масу рослинної сировини становлять клітковина, білки, хлорофіл, смоли, слизу, дубильні та інші речовини. Тому дуже складно відокремити БАВ від цих супутніх речовин. В хіміко-фармацевтичної промисловості для цієї мети поки що широко використовуються різні варіанти екстракції (безперервна, напівбезперервна, ре- екстракція і ін.). Застосовують також більш сучасні методи поділу, наприклад метод багаторазового фракційного екстрагування, або метод противоточного екстрагування, а також електрофорез, діаліз, 'позво-. "Люшіе розділяти складні суміші високомолекулярних речовин. Недоліками зазначених методів є можлива деактивація БАВ внаслідок низької їх стабільності і недостатня ступінь очищення.

Поряд з цими методами все ширше використовують різні варіанти хроматографії. Для виділення, розділення і очищення від домішок органічних сполук користуються колоночной і ионообменной хроматографією.

Більш перспективним є використання для виділення методу гельпронікающей хроматографії, що дозволяє розділяти суміші на складові компоненти, що розрізняються за молекулярною масою. Хімічна інертність використовуваних при цьому нерухомою і рухомою фаз виключає можливість дезактивації виділяються речовин. У разі необхідності хроматографический процес поділу нестабільних речовин можна проводити в холодильній камері.

Виділене з'єднання піддають структурному хімічного дослідження, а потім вивчають його фармакологічна дія.

Отримання лікарських речовин методом культури тканин вищих рослин

У нашій країні заготовлюються десятки тисяч тонн АРС. Однак потреба в БАВ, що містяться в рослинах, з кожним роком зростає, а природні запаси лікарських рослин знижуються внаслідок інтенсивної урбанізації, освоєння нових орних земель, скорочення лісових угідь і т.д.

Зазначені обставини зажадали пошуку нових шляхів отримання БАР. Одним з них є принципово новий метод отримання цих речовин, заснований на використанні в якості сировини ізольованих тканин і клітин, що ростуть на штучних поживних середовищах. Доведено, що в цих умовах рослинні клітини здатні синтезувати різні БАВ подібно до того, як це відбувається при вирощуванні самої рослини. Крім того, клітини культури тканин можуть бути використані для біотрансформації ряду БАВ. Все це дає можливість розробки технології отримання БАР, що володіють різним фармакологічною дією.

Дослідження в галузі культури тканин і клітин різних рослин проводяться в останні десятиліття у багатьох країнах, особливо в США, Англії, Японії. Основні напрямки досліджень - отримання штамів культур лікарських рослин і скринінг виділяються ними БАВ, отриманих в умовах культур тканин рослин, для виявлення найбільш ефективних ЛВ.

Наукові основи методу культури тканин вищих рослин почали розроблятися в нашій країні в 1959 р в Інституті фізіології рослин АН СРСР ім. К.А. Тімірязєва. Тут проведено дослідження культури тканини маку снотворного - джерела морфінової алкалоїдів. З огляду на складність синтезу цієї групи алкалоїдів і ліквідацію посівів маку снотворного, культура його тканини залишається єдиним шляхом отримання алкалоїдів групи морфіну.

Систематичні дослідження культури тканини зміїної і женьшеню проведені в Санкт-Петербурзькій хіміко-фармацевтичної академії. Розроблено оригінальну технологію вирощування тканин. Активізуються роботи в ВИЛАР з культивування тканин таких ЛР, як крестовнік ромболістний, скополію гімалайська, наперстянка шерстистий і червона, паслін часточковий, діоскорея дельтовидная, стефанія гладка і ін. Екстракцію алкалоїдів можна робити як з висушеної (вихід до 88%), так і з сирої (до 80%) біомаси. Технологія виділення алкалоїдів з біомаси мало відрізняється від їх отримання з АРС.

Звичайно, культура рослинних тканин не завжди може замінити традиційні способи вирощування АРС. У тих випадках, коли сировинна база може бути легко забезпечена за рахунок гарантованих запасів дикорослих видів в природі або в умовах сільськогосподарського виробництва, не має сенсу займатися меточного промисловою технологією. Однак безсумнівний інтерес така технологія представляє для ендемічних видів, багатьох тропічних і субтропічних рослин, вирощування яких в силу кліматичних умов неможливо в нашій країні (строфант, пілокарпус, фізостігма, іпекакуана, чілібуха і ін.).

Отримання лікарських речовин на основі застосування біологічного синтезу

Загальні уявлення про біотехнології і її основні галузі

Одним з перспективних шляхів отримання ЛВ є біотехнологія з використанням методів генної інженерії. Її основу складають генетичні ресурси, закладені в клітинах рослин, тварин і мікроорганізмів. Сучасний рівень розвитку хімії, біології та інших наук дозволяє змінювати молекули, що входять до складу біологічних систем, і створювати їх варіанти, які не могли з'явитися в процесі природної еволюції.

Біотехнологія - це технологія отримання різних продуктів з живих клітин різного походження. Успішний розвиток біології значно збагатило такі напрямки біотехнології, як технічна біохімія, мікробіологія, і призвело до виникнення принципово нових, перспективних напрямків - генетичної і клітинної інженерії. Об'єктами біотехнології є культивовані тканини і клітини тварин і рослин (вищих організмів), а також мікроорганізми, створені методами генної інженерії, тобто шляхом перенесення генетичного матеріалу від одних організмів до інших, в тому числі від вищих до одноклітинних.

Поняття «клітинна інженерія» включає використання або самих культивованих клітин, або різних маніпуляцій з ними для створення нових технологій. Клітинне конструювання здійснюють гибридизацией або введенням в них чужорідного генетичного матеріалу (клітинних органел, бактерій). Результатом клітинного конструювання є поліпшення клітин-продуцентів в культурі або отримання клітинних систем з новими властивостями, а в разі рослинних клітин - отримання рослин з новими властивостями.

Біотехнологія забезпечує найпрогресивніші методи отримання нових ЛВ. Починаючи з другої половини 70-х рр. в нашій країні і за кордоном, особливо в США, Японії, ФРН, створена галузь біотехнології, що забезпечує отримання ЛВ на основі використання генної інженерії. За допомогою генної інженерії були розроблені нові штами мікроорганізмів, що дозволили отримати гормональні речовини, здійснити мікробіологічний синтез інсуліну, інтерферону та інших цінних речовин, синтезованих тільки організмом людини.

Надзвичайно важливо, що в якості джерел сировини для біотехнології все ширше використовуються нехарчові рослинні ресурси і відходи сільського господарства, харчової промисловості. Це дозволяє перетворити біотехнологію в безвідходне виробництво. Порівняльна оцінка тривалості традиційних і біотехнологічних методик переконливо підтверджує переваги останніх.

Найбільший інтерес для фармації представляють такі галузі біотехнології, як виробництво вторинних метаболітів, протеїнова технологія, отримання моноклональних антитіл, інженерна ензимологія.

Традиційна методика отримання ЛВ шляхом вирощування рослин на дослідному полі вимагає тривалого часу (1-6 міс.). Більш економічно використання біотехнологічної методики, заснованої на вирощуванні калусних і меристемних клітинних культур (7-14 днів). При отриманні біологічно активних речовин з тваринних тканин традиційний спосіб розведення тварин вимагає 1-9 міс., Вирощування культури клітин тканини на твердій фазі - 7-10 днів. Найменше часу, всього 1-3 дня, потрібно для отримання БАР шляхом культивування мікроорганізмів, так як вони ростуть швидше клітин рослин і тварин і вимагають простих поживних середовищ.

Сутність протеїнової технології полягає в застосуванні генетично змінених мікроорганізмів. Це дозволяє значно знизити вартість дорогих ЛВ, наприклад таких, як інсулін або інтерферон, що вимагають для виробництва дефіцитного природного сировини.

Так, найбільш продуктивними для отримання інтерферону є дріжджові клітини. Введення в них чужого гена здійснюють за допомогою вектора, яким служать мініхромосоми (плазміди), що містяться в багатьох бактеріях і складаються з маленьких кільцевих молекул ДНК. Технологія введення гена полягає в його виділенні через бактерії, створенні рекомбінантних ДНК, встройке їх в мікробну або тваринну клітину - реципієнт, яка набуває нової властивості - продукувати заданий білок.

Отримання моноклональних антитіл - метод імунної біотехнології. Він заснований на створенні гібридів, які продукують моноклональні антитіла до багатьох антигенів бактерій, вірусів, тварин і рослинних клітин. Метод дозволяє отримувати чисті ферменти і білки.

Важливою складовою частиною сучасної біотехнології є інженерна ензимологія. Одне з її досягнень - створення іммобілізованих ферментів - нового типу биокатализаторов. На відміну від природних ферментів вони мають термостабильностью, працюють в широкому інтервалі рН, можуть використовуватися багаторазово, легко відокремлюються від продуктів реакції. В хіміко-фармацевтичної промисловості іммобілізовані ферменти використовуються для поділу рацемічних сумішей амінокислот, біосинтезу ряду природних речовин і їх напівсинтетичних аналогів, зокрема 6-аминопенициллановой (6-АПК) і 7-амінодезацетоксіцефалоспорановой кислот і ін.

мікробіологічний синтез

Промисловий спосіб отримання хімічних сполук та інших продуктів, що здійснюється завдяки життєдіяльності мікробних клітин, відомий під назвою мікробіологічного синтезу. Такі його продукти, як пекарські дріжджі, відомі давно, однак широке використання мікробіологічного синтезу почалося з 50-х рр. XX ст. в зв'язку з освоєнням виробництва пеніциліну. З цього часу почала бурхливо розвиватися мікробіологічна промисловість.

В процесі мікробіологічного синтезу відбувається утворення складних речовин з простіших в результаті функціонування ферментних систем мікробної клітини.Цим він відрізняється від бродіння, в процесі якого також утворюються продукти обміну речовин мікроорганізмів (спирти, кислоти та ін.). Однак бродіння супроводжується, навпаки, ферментативним розпадом органічних речовин. Мікробіологічний синтез використовує здатність мікроорганізмів розмножуватися з великою швидкістю і виділяти надлишкові кількості продуктів обміну речовин (амінокислот, вітамінів і ін.), У багато разів перевищують потреби мікробної клітини. Такі мікроорганізми-продуценти виділяють з природних джерел або отримують мутантні штами, більш активні, ніж природні. В останні роки в якості продуцентів застосовують культури, отримані методами генної інженерії, в яких функціонує чужорідний для них ген. Початковою сировиною для мікробіологічного синтезу органічних сполук служать дешеві джерела азоту (нітрати) і вуглецю (вуглеводні, вуглеводи, жири).

Мікробіологічний синтез включає ряд послідовних стадій, основними з яких є: підготовка необхідної культури мікроорганізму-продуцента, вирощування продуцента, ферментація (культивування продуцента в заданих умовах) або власне процес синтезу, фільтрація і відділення біомаси, виділення і очищення отриманого продукту, висушування.

В даний час мікробіологічний синтез широко використовують для промислового отримання амінокислот, вітамінів, провітамінів, коферментів і ферментів, нуклеозідфосфатов, алкалоїдів і ряду інших ЛВ.

Мікробіологічний синтез вітамінів і коферментів все ширше включається в нові технологічні схеми. Використання досягнень в області фізіології мікроорганізмів - продуцентів БАР - дозволяє оптимізувати біосинтез і збільшувати їх вихід. Використання в промисловості зазначених методів дає можливість застосовувати більш дешеві джерела сировини, збільшувати вихід продукції, замінювати дорогі і трудомісткі стадії хімічного синтезу.

Вивчення хімії та біохімії мікробних ферментів не тільки розширює можливості отримання, але і дозволяє виявити існування нових вітамінів і ферментів. Це відкриває шляхи створення нових ЛВ природного походження.

Більшість органічних кислот отримують хімічними методами з продуктів переробки нафти і сухий перегонки деревини. Однак, коли кислота використовується для харчових або медичних цілей або синтез її є складним, доцільно використовувати мікробіологічні методи. Зараз лимонну, глюконовую, кетогулоновую і ітако- нову кислоти отримують тільки мікробіологічними шляхом, а молочну та оцтову - як хімічним, так і мікробіологічним методами. Багато з цих кислот або самі є Л В, або використовуються в якості вихідних продуктів їх синтезу або отримання солей. Основною сировиною для виробництва органічних кислот раніше служили вуглеводи (глюкоза, сахароза, крохмаль). Починаючи з 60-х рр. XX ст. для цієї мети все ширше використовується нехарчове сировину - нормальні парафіни нафти в поєднанні зі спеціально селекціоновані штамами дріжджів.

Мікроорганізми є продуцентами амінокислот, які використовуються в медичній практиці, або напівпродуктами синтезу Л В. Виробництво амінокислот в даний час - широко розвинена галузь біотехнології. У нашій країні широко розвинене промислове виробництво триптофану, лізину, лейцину, ізолейцину, проліну і інших амінокислот. Технологія виробництва заснована на керований процес ферментації з використанням методів традиційної селекції. З цією метою попередньо проводиться відбір мутантів для створення штамів - продуцентів тієї чи іншої амінокислоти. Такі штами є активними продуцентами амінокислот, в тому числі застосовуваних в медицині.

При отриманні ряду ЛВ використовується мікробіологічна трансформація органічних сполук, тобто перетворення одних органічних сполук в інші, здійснюване ферментами мікроорганізмів. Перевага мікробіологічної трансформації в порівнянні з органічним синтезом полягає в специфічності дії ферментів і виконанні біосинтезу в «м'яких» умовах (у водному середовищі при температурі не вище 100 ° С), що значно спрощує технологію. При цьому істотно зменшується утворення побічних продуктів і шкідливих відходів.

Мікробіологічна трансформація може бути застосована для перетворень органічних сполук за допомогою таких процесів, як окислення, відновлення, амінування, декарбоксилирование, дезамінування, гідроліз, метилювання, конденсація, етерифікація, галогенирование, ізомеризація, розщеплення на оптичні антиподи, синтез нуклеотидів з попередників і ін.

Встановлено таксономическая специфічність ряду мікробіологічних трансформацій. Так, наприклад, гідроксілі- вання стероїдів відбувається в присутності ряду грибів, а відновлення стероїдів - мукобактерій. Окислення аміногрупи сприяє наявність стрептоміцетов, а дезамінуванню і відновленню - дріжджі; окислення різних вуглеводнів і розщеплення ароматичного кільця відбувається під впливом псевдомонад, а гидроксилирование ароматичного ядра - в присутності артробактерій і т.д.

Сутність біохімічного окислення полягає в використанні ізольованих органів тварин. Так, наприклад, отримують 11-оксістероіди, пропускаючи через ізольовані наднирники або їх гомогенати розчин відповідного стероїду.

Для мікробіологічного окислення стероїдних сполук (наприклад, прогестерону в положенні 11) використовують мікроорганізми деяких видів Як ^ оріз. Такого типу окислення відрізняється від біохімічного порівняно більш простою технологією виділення, очищення і значним виходом (30-60%) кінцевого продукту.

У нашій країні мікробіологічна трансформація широко використовується при промисловому отриманні стероїдних гормонів, зокрема преднізолону з гідрокортизону, преднизона з кортизону, гідрокортизону з кортексолона і т.д. Застосування мікроорганізмів у синтезі таких ЛВ, як кортизон, гідрокортизон і ін., Дозволило у багато разів знизити вартість виробництва.

Ряд полісахаридів, які використовуються в медицині як замінник плазми крові, також продукується мікроорганізмами. Перспективним виявилося використання полісахаридів в якості антисептиків. Вчені Санкт-Петербурзької хіміко-фармацевтичної академії на основі оригінального полісахариду створили ранозагоювальну губку - аубазіпор, а НДІ вакцин і сироваток - новий антисептичний препарат катацел (полімерна сіль на основі целюлози та амонійного підстави).

Великі переваги у біотехнології алкалоїдів на основі мікробіологічного синтезу в порівнянні з методами їх отримання з рослинної сировини. Знаючи біохімічні особливості мікроорганізмів-продуцентів і механізм біосинтезу алкалоїдів, можна направлено управляти процесом мікробіологічного синтезу, який до того ж не залежить від погодних умов і може бути максимально автоматизований. Методами селекції і генетики на основі диких штамів отримують високоактивні продуценти алкалоїдів. Великий інтерес представляють, наприклад, гриби і, зокрема, Аскоміцети роду С1а \ ч'сер5, які синтезують ергоалкалоіди.

Ферменти, будучи складними за хімічною структурою сполуками, в більшості випадків можуть бути отримані тільки на основі мікробіологічного синтезу. Ферменти все ширше застосовуються в якості ЛВ.

Інтенсивний розвиток біотехнології відкриває нові перспективи практичного застосування мікроорганізмів для отримання вітамінів і коферментів, створює можливості для вдосконалення технічного рівня цих виробництв, впровадження в практику процесів керованого безперервного культивування. Великі можливості створює застосування в біотехнології вітамінів таких джерел сировини, як вуглеводні, нижчі спирти і кислоти.

За допомогою біотехнології була вирішена проблема отримання рибофлавіну, широко застосовується в медичній практиці. Методи генної інженерії дозволяють в бацили розмножувати гени, що відповідають за біосинтез рибофлавіну. В результаті проведених досліджень кількість виділяється рибофлавіну зросла в 4-5 тис. Разів. Мікроорганізми служать продуцентами аскорбінової кислоти (на ряді етапів її отримання), р-каротину, деяких цитохромів і нуклеотидів, тіаміну, ціанокобаламіну та ін.

Основну частину біотехнологічної продукції займають антибіотики, потреба в яких дуже велика. При цьому біотехнологія дозволяє вирішити дві проблеми: збільшити обсяг виробництва антибіотиків і в той же час зменшити їх негативний вплив на організм. Вирішенню цих проблем сприяло створення науковим колективом ВНДІ антибіотиків під керівництвом акад. АМН С.М. Навашінатак званих «ключевихсоедіненій» для виробництва нових антибіотиків. Для цієї мети з мікроорганізмів виділені речовини, що прискорюють процеси утворення антибіотиків. Вміщені в спеціальні полімерні гранули, вони протягом тривалого часу дозволяють отримувати нові антибіотики в промисловому масштабі. Реактори, в яких відбувається цей процес, відрізняються високою продуктивністю, займають мало місця, відходів практично не дають. Отримане нове покоління антибіотиків має більш широкий спектр антимікробної дії. Вони практично не викликають алергічних реакцій.

Дуже активно дослідження в галузі біотехнології та генної інженерії ведуться в Державному науковому центрі - ДержНДІ особливо чистих біопрепаратів. Спільно з науковцями інших НДІ тут розробляються технології одержання ЛП на основі рекомбінантних білків, поліпептидів і мікроорганізмів; конструюються нові форми доставки ЛЗ і т.д. На дослідному заводі цього НДІ випускаються генно-інженерні препарати: інтерлейкін 1, ерітропо- Етін, інтерферон 2 і бактеріальний препарат вітафлор. Разом з фахівцями Російської військово-медич- ської академії вдалося створити на основі інтерлейкіну 1-бета ЛП для лікування наслідків уражень променевої і хімічної природи, а еритропоетин виявився ефективним при залізодефіцитної анемії.

Вчені ГНЦ прикладної мікробіології на основі генної інженерії з використанням бактерій Е. coliсоздалі технологію культивування гібридного білка-попередника інсуліну людини. Це дозволить вирішити проблему виробництва вітчизняного інсуліну.

У Новосибірському ГНЦ вірусології та біотехнології розроблені ЛП на основі рекомбінантних цитокінів. Один з - альнорін - перспективне протипухлинний засіб, а другий - бефнорін - пройшов клінічні випробування як імуномодулятор.

Важливою галуззю використання мікроорганізмів є отримання вакцин для медичних цілей. Вакцин належать великі перспективи у створенні нових високоефективних ЛЗ для лікування таких небезпечних для людини захворювань, як ВІЛ-інфекція, злоякісні та інші захворювання. Дослідники Вірусологічного центру НДІ мікробіології впритул підійшли до створення суперсовершенной вакцини. Вона буде викликати довічний імунітет після одноразового введення, містити антигени максимальної кількості збудників інфекції, бути безпечною, стійкою до позитивних температур, вводитися безпечним пероральним шляхом. І це не утопія, а реальний шлях, в основі якого лежить створення генно-інженерних, рекомбінантних вакцин. Дослідження в цьому напрямку почалися ще в 1982 р і в результаті вже створено кілька рекомбінантних конструкцій, зокрема вакцин проти гепатиту В і кліщового енцефаліту. Ці вакцини показали набагато більшу безпеку і знижену реакто- генность в порівнянні з вакцинами на основі «батьківських штамів».

Вчені прийшли до висновку про те, що лікування ВІЛ-інфекції можливо тільки за допомогою вакцини. Всі інші Л З неефективні і до того ж порушують імунну систему. З 50 створених вакцин дві дійшли до клінічних випробувань (випробовуються в США і Таїланді). Перспективними виявилися вакцини на основі вірусів (в т.ч. убитих вірусів), а також на основі сальмонел. Найбільш близькі до створення вакцини для лікування СНІДу вчені США. Передбачається її створення протягом 5 років, для чого є вже спеціальний фонд (1 млрд доларів). Передбачувана вартість такої вакцини дуже висока, тому в інші країни вона потрапить не раніше ніж через 15-25 років.

Шляхи синтезу лікарських речовин

Переважна більшість Л В являють собою органічні речовини.

Органічний синтез здійснюється в лабораторних і промислових умовах. Це розділ органічної хімії, в якому розглядаються шляхи і методи створення нових з'єднань. Виникнення даного напрямку органічної хімії тісно пов'язане з розробкою теорії хімічної будови і накопичення даних про хімічні властивості органічних сполук (друга половина XIX ст.).

В останні десятиліття дослідження в області органічного синтезу спрямовані на відтворення природних сполук і їх аналогів, а також створення теорії і надійних методів органічного синтезу. В результаті були синтезовані складні за хімічною структурою природні сполуки (алкалоїди, гормони, вітаміни, глікозиди, ферменти) і їх синтетичні аналоги. Синтез органічної сполуки з заздалегідь заданою структурою здійснюють з відносно простих і доступних з'єднань, що випускаються хімічною промисловістю. З них формується майбутня молекула.

Отримання органічного ЛВ - складний процес, нерідко складається з 10-20 стадій і більш. Він включає безліч технологічних операцій, заснованих на хімічних, фізичних і фізико-хімічних методах. Вихід готової продукції залежить від складності технології та інших факторів. Він коливається в дуже широких межах (від 1-2 до 50-80%).

Хімічні реакції, використовувані для синтезу органічних Л В, можна класифікувати на три основні групи: реакції заміщення, реакції перетворення заступників і реакції окислення - відновлення.

Реакції заміщення. Ці реакції засновані на заміщення атомів водню в алифатической ланцюга, ароматическом, гетероциклічні ядрі або в функціональній групі різними заступниками. Реакції заміщення використовують для того, щоб надати синтезується речовини будь-які нові властивості або отримати проміжний продукт з властивостями, необхідними для його подальшого перетворення в ЛВ.

Реакції перетворення заступників. Ця група реакцій заснована на хімічних перетвореннях заступників, наявних в молекулі проміжного продукту, щоб надати йому нових властивостей або змінити його реакційну здатність.

Реакції окислення - відновлення. Відновлення і окиснення - єдиний процес, в результаті якого одна група атомів відновлюється, набуваючи при цьому електрони, а інша група атомів окислюється. В окисно-відновних реакціях відбувається зміна не тільки ступеня окислення, але і складу молекули.

Розрізняють основний органічний синтез і тонкий органічний синтез.

Основний органічний синтез - промислове багатотоннажних виробництво органічних сполук, що здійснюється з продуктів переробки вугілля, нафти, природного газу. Основний синтез відрізняється від тонкого органічного синтезу порівняльної малостадійностью. Він здійснюється на великих виробничих комплексах, світове виробництво продуктів досягає 180 млн тонн / рік. Продукти основного органічного синтезу використовуються в різних галузях хімічної промисловості, в т.ч. хіміко-фармацевтичної. Деякі з них застосовують як ЛВ, але головним чином це вихідні продукти синтезу органічних ЛВ. І в тому, і в іншому випадках необхідна ретельна додаткове очищення продуктів основного синтезу від різних домішок. Вимоги до якості Л В відображені у відповідній нормативній документації.

Тонкий органічний синтез відрізняється від основного тим, що його продукція є результат малотоннажного виробництва органічних речовин складної будови. Здійснюється тонкий органічний синтез із продуктів основного органічного синтезу. Для нього характерні многостадийность, високі енерго- і трудовитрати, складне устаткування, використання гнучких блочно-модульних систем, автоматичних систем управління, залучення методів біотехнології, лазерної хімії та ін. Велике число стадій призводить до утворення не тільки проміжних, а й різних побічних продуктів синтезу , а отже, вимагає постадийного контролю якості та додаткової очистки від домішок і відходів виробництва.

Оскільки сучасні ЛВ відрізняються складним хімічним будовою, тонкий органічний синтез - єдиний шлях синтетичного отримання субстанцій з числа алкалоїдів, гормонів, антибіотиків, їх аналогів, а також інших органічних Л В.

Для отримання ЛВ використовуються різні синтетичні методи. Простіші за хімічною будовою органічні сполуки, що мають алифатическую, ароматичну, гетероциклічну структуру, отримують за допомогою повного органічного синтезу. Його застосовують і для отримання ряду природних БАР: алкалоїдів (атропін, кофеїн), вітамінів (кислота нікотинова), антибіотиків (левоміцетин) і ін. Вихідними продуктами синтезу служать головним чином продукти сухої перегонки кам'яного вугілля.

Широке застосування в медичній промисловості знайшов частковий синтез (напівсинтезу) на основі природних речовин, що мають схожу з ЛВ хімічну структуру. Так отримують багато Л В, які є синтетичними аналогами алкалоїдів, вітамінів, продуктами гідролізу глікозидів, напівсинтетичні антибіотики, а також аналоги ан- дрогенних, гестагенних, естрогенних гормонів, анаболічні стероїдні препарати та ін.

Синтез лікарських речовин - найважливіша складова частина фармацевтичної хімії. Разом з тим фармацевтичний синтез - складова частина органічної хімії. Розвиток досліджень в області фармацевтичного синтезу (перший етап) бере свій початок з робіт Д.Л. Романовського, І.І. Мечникова і П. Ерліха після відкриття і становлення принципів хіміотерапії. Потім в 30-х рр. послідувала ера створення сульфаніламідів (Г Домагк, О.Ю. Магідсон, М.В. Рубцов та ін.), а в 40-х рр. - ера антибіотиків (Е. Чейн, Е. Ваксман, А. Флемінг і ін.).

Другий етап розвитку фармацевтичного синтезу пов'язаний з встановленням хімічної структури і отриманням синтетичним шляхом вітамінів, кортикостероїдів, анаболічних, протитуберкульозних, протипухлинних, холинолитических, анестезуючих і інших засобів (Р. Вудворд, С.А. Гіллер, М.Н. Щукіна, HA Преображенський, І.Я. Постовскій і ін.).

Третім етапом стало створення простагландинів і нейрогормонів. Після класичних досліджень лауреатів Нобелівської премії Р. Елоу, Р. Гіллемена, А. Шелл була встановлена ​​структура нейрогормонов і синтезовані різні пептиди (Г.І. Чіппенс).

Завдяки успіхам сучасної органічної хімії вдалося здійснити повний синтез багатьох природних сполук, в тому числі таких складних, як вітамін Bij. Деякі з таких природних БАР синтезують в промислових масштабах. Однак складність технологічних процесів, многостадийность синтезу стримують розширення зазначеного шляху отримання ряду цінних ЛВ. Це викликає необхідність розробки спрямованого органічного синтезу, пошуку раціональних синтетичних схем.

Друга половина XX ст. характеризується бурхливим зростанням числа робіт по синтезу ЛВ і створенням нових синтетичних аналогів антибіотиків, стероїдних гормонів, ЛВ для лікування нервової та серцево-судинної систем. Були синтезовані і досліджені тисячі БАВ, десятки з них поповнили арсенал ЛВ.

Створення нового, оригінального ЛВ - надзвичайно складний і тривалий процес. З кількох тисяч синтезованих речовин відбирається лише близько 500 для тестування на органопрепарати, з яких до 250 вивчаються на тварин, 5 допускаються до клінічних випробувань і тільки один стає повноцінним лікарською речовиною. На його створення йде від 8 років (60-е рр.) До 15 років (90-і рр.). Відповідно зростають витрати на розробку ЛЗ, які в 90-і рр. XX ст. досягли 300-500 млн дол. США.

. Розробка нових методів синтезу Л В, необхідність їх ретельного очищення тісно взаємопов'язані з проблемами дослідження якості. Великі перспективи у вирішенні цих проблем створює використання комплексу сучасних фізико-хімічних методів. Застосовувалися раніше хімічні методи давали лише орієнтовне уявлення про наявність тих чи інших домішок в ЛВ. Різні хроматографічні методи і їх поєднання з абсорбційними і іншими сучасними фізико-хімічними методами дозволяють не тільки ідентифікувати, а й кількісно визначити зміст малих кількостей (десятих часток відсотка) домішок вихідних і проміжних продуктів тонкого органічного синтезу. Відбите в нормативної документації (ФС, ФСП) допустимий вміст домішок встановлюють при проведенні доклінічних випробувань. Фармакопійний аналіз повинен підтверджувати вимоги НД щодо якості лікарського засобу. Від ступеня чистоти ЛВ багато в чому залежить терапевтичний ефект і наявність побічних явищ.

До при створенні нових синтетичним ЛВ пред'являються різнобічні жорсткі вимоги. Як і ЛВ, отримані іншими шляхами, вони перш за все повинні мати більш високою активністю, вибірковістю, тривалістю фармакологічної дії в порівнянні з вже наявними аналогами. Вони не повинні мати небажаних побічних ефектів і токсичності, бути досить стабільними при зберіганні і не містити неприпустимих домішок інших речовин. Ці ЛВ повинні мати досить низьку собівартість і приносити прибуток на фармацевтичному ринку. Тільки при дотриманні всіх зазначених вимог нове ЛВ матиме достатнього попиту.


  • Фракції камяновугільної смоли

  • Скачати 43.41 Kb.