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.