Направления применения ферментов в медицине

Фермент гиалуронидазу получают из семенников крупного рогатого скота. Гиалуронидаза входит в состав таких препаратов,  как  лидаза и ронидаза, которые применяют в качестве келлоидолитических препаратов с целью увеличения проницаемости капилляров, рассасывания рубцовой ткани.

Коллагеназа избирательно действующая на коллаген (основной компонент соединительной ткани), вызывает его деструкцию. Ферментный препарат, содержащий коллагеназу (Коллализин®) оказывает литический эффект на келлоидную ткань.

1.4. Фибринолитические средства

Свертывание крови — это комплексный, очень сложный процесс, который состоит из отдельных фаз и подвержен влиянию примерно 30 известных в настоящее время факторов, способствующих или противодействующих ему. Процесс, противоположный свёртыванию крови, называется фибринолизом. Механизмы обоих процессов, несмотря на их противоположные функции, весьма сходны. И в том и в другом случае активную роль играют протеолитические ферменты: при свертывании — тромбин, при фибринолизе — плазмин, которые вначале образуются в форме неактивных предшественников протромбиногена и плазминогена.

Фибринолитические препараты вызывают разрушение образовавшихся нитей фибрина; они способствуют, в основном, рассасыванию свежих (ещё не подвергшихся ретракции) тромбов. В качестве фибринолитических средств применяют протеолитические  ферменты.  Препараты делят на две группы – прямого и непрямого действия.  К первой группе относят вещества, непосредственно влияющие на плазму крови, сгусток нитей фибрина. К ним относят плазмин – фермент, который образуется при активации, содержащегося в крови плазминогена.  Ко второй группе относят активаторы плазминогена: бактериальную стрептокиназу и рекомбинантной тканевый активатор плазминогена – алтеплазу.  Они неактивны при непосредственном действии на нити фибрина, но при введении в организм активируют эндогенную фиброинолитическую систему крови (превращают плазминоген в плазмин, тем самым, способствуя растворению фибринового сгустка). Основное применение в качестве фибринолитических средств в настоящее время имеют препараты, относящиеся к непрямым фибринолитикам.

С большим успехом используется стрептокиназа, полученная из культуры различных штаммов Streptococcus haemolyticus. Фермент, взаимодействуя с плазминогеном, образует «активаторный комплекс», катализирующий превращение плазминогена крови и кровяных сгустков в плазмин. Последний обладает протеолитической активностью, вызывает лизис нитей фибрина кровяных сгустков, деградацию фибриногена и других плазменных протеинов (в том числе V и  VII факторов свёртывания крови), растворяет тромбы, действуя как на их поверхности, так и изнутри. Стрептокиназа наиболее эффективна при свежих сгустках фибрина (до ретракции). Иммобилизованная стрептокиназа (стрептодеказа) оказывает пролонгированное фибринолитическое действие. Фибринолитические препараты используют при лечении тромбозов конечностей, коронарных сосудов, легких и других заболеваниях сосудов.

1.5. Ферменты как противовирусные препараты

Использование ферментов для лечения вирусных заболеваний основано на том, что вирусы, находясь вне клетки, не способны вырабатывать какие бы то ни было ингибиторы для защиты собственных белков от действия протеаз. Следовательно, протеолитические ферменты могут разрушить или инактивировать белковую оболочку вируса в период его внеклеточного существования и таким образом предотвратить его проникновение в клетку. Таким образом, повышение протеолитической активности крови и плазмы может быть эффективным средством борьбы с вирусными инфекциями.

Положительные результаты терапии ферментами могут быть достигнуты при лечении таких вирусных заболеваний у человека, как опоясывающий лишай, вирусная пневмония, паротит (свинка), корь, краснуха. Значительно сокращается длительность болезни, не возникают осложнения.

В состав лекарственных препаратов входят также гидролитические ферменты нуклеазы, разрушающие ДНК и РНК.  Дезоксирибонуклеаза гидролизует (деполимеризует) ДНК с образованием дезоксирибонуклеотидов. Для медицинского применения получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота.

 Дезоксирибонуклеазу применяют в качестве антивирусного препарата. Фермент обладает способностью задерживать развитие вирусов герпеса, аденовирусов и других вирусов, содержащих ДНК. Эффект связан с деполимеризацией ДНК до моно- и олигонуклеотидов путем расщепления межнуклеотидных связей. Подавляя синтез вирусной ДНК, дезоксирибонуклеаза не повреждает вместе с тем ДНК клеток макроорганизма.

Кроме того, дезоксирибонуклеаза используют для лечения гнойно-некротических процессов, вызванных, в основном, вирусами. Препарат вызывает также деполимеризацию и разжижение гноя. Применяют при герпетических кератитах, аденовирусных конъюнктивитах и кератитах, абсцессах легких, остром катаральном воспалении верхних дыхательных путей аденовирусной природы; для уменьшения вязкости и улучшения эвакуации мокроты и гноя при бронхоэктатической болезни, пневмонии, у больных с гнойными заболеваниями легких, туберкулезом легких.

Рибонуклеаза обладает специфической способностью деполимеризовать РНК до кислоторастворимых моно- и олигонуклеотидов. Ферментный препарат также получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота.  Фермент способен разжижать гной, слизь, вязкую и густую мокроту; имеет также противовоспалительные свойства. В связи с разрушением нуклеиновых кислот, рибонуклеаза обладает способностью задерживать размножение ряда РНК-содержащих вирусов. Кроме того, препарат применяют (внутримышечно) при лечении клещевого энцефалита.

1.6. Применение ферментов в комплексной противоопухолевой терапии

 Особое значение занимает энзимотерапия опухолевых заболеваний.  В течение многих лет в качестве комплексной терапии   некоторых форм лейкозов  применяют фермент  L-аспарагиназу (аспарагиназа медак).

Предпосылкой антилейкемического действия аспарагиназы послужило обнаружение в лейкозных клетках дефектного фермента аспарагинсинтетазы, катализирующего реакцию синтеза аспарагина. Лейкозные клетки не могут синтезировать аспарагин и получают его из плазмы крови. Если имеющийся в плазме аспарагин разрушать введением аспарагиназы, то в лейкозных клетках наступит дефицит аспарагина и в результате - нарушение метаболизма клетки.   В первую очередь  снижение синтеза белка наблюдается в быстро-делящихся лейкозных клетках. Тем самым значительно уменьшается число опухолевых клеток в периферической крови и костном мозге. 

Применение ферментных препаратов (при парентеральном введении) ограничено их иммуногенностью и крайне малым  временем нахождения в организме человека. В этом отношении гораздо более перспективно применение иммобилизованных ферментов, которые более стабильны, обладают пролонгированным действием, меньшей иммуногенностью. В препарате онкаспар L-аспарагиназа путём химического метода иммобилизации  фермент образует ковалентные связи с носителем – монометоксиполиэтиленгликолем. 

1.7. 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. 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, декстран, акароза 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 монослоев на различных поверхностях или в виде бислоев 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. 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. 

2.1 Особенности  использования иммобилизованных  ферментов

1. Наиболее  широко и эффективно процессы  иммобилизации применяются для создания более стабильных форм, легко разрушающихся и теряющих свою активность медицинских препаратов. Так иммобилизация медицинских ферментов позволяет значительно увеличить сроки их хранения, делает их более устойчивыми к воздействию внутренних сред организма, позволяет сохранить первоначальную активность ферменте в течение продолжительного времени.

2. Успех использования  иммобилизованных препаратов в  значительной мере определяется  правильным выбором носителя  для иммобилизации и метода иммобилизации.

Иммобилизация лекарственных веществ на различных природных и синтетических полимерах не только повышает гидролитическую способность этих соединений, но и приводит к увеличению эффективности самих лекарств.

3. Разработанные  методы иммобилизации биологических  активных соединений на неорганических матрицах позволяют проводить процессы модификации ряда хирургических инструментов и аппаратов, а также поверхностей различных эндопротезов, заменяющих работу важнейших органов человека. На основе иммобилизованной уреазы созданы и прошли успешные испытания портативные аппараты искусственной почки. По мнению многих специалистов, на смену эре антибиотиков и гормональных препаратов приходит эра ферментов. Иммобилизованные ферменты успешно используются для удаления различных вредных метаболитов, лечения некоторых злокачественных новообразований. В практической медицине используются различные типы повязок, тампонов с иммобилизованными на их поверхности ферментами, антибиотиками, антисептиками и т.д..

4. Процессы  иммобилизации широко применяются  в медицине для аналитических  и препаративных целей. С применением иммобилизованных препаратов разработаны более точные и экономические методы массовых клинических анализов для определения глюкозы, молочной кислоты и инсулина в крови, мочевины в сыворотке крови, галактозы в моче, пенициллина в фармацевтических препаратах.

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.

3. Ограничения к применению ферментных препаратов

Идея применения  ферментов  в  качестве  лекарственных  средств  (фармакологии  ферментов)  всегда  казалась  заманчивой.  Однако  их  нестабильность,  короткий  период  полураспада,  нежелательные  антигенные  свойства,  связанные  с  белковой  природой  ферментов  и  опасностью  развития  аллергических  реакций,  трудности  доставки  к  пораженным  органам  и  тканям  (мишеням)  существенно  ограничивали  возможности  использования  ферментных  препаратов.  В  разработке  методов  иммобилизации  ферментов  (см.  ранее)  наметились  конкретные  пути  преодоления  указанных  трудностей:  применение  водорастворимых,  биосовместимых  носителей,  например  полимолочной  кислоты  (легко  разлагается  в  организме),  использование  методов  химической  модификации  и  микрокапсулирования,  приготовление  моно-  и  поликлональных  антител  и  ферментсодержащих  липосом  и  т.д. Ограничением в применении ферментных препаратов с лечебной целью  является трудоемкость технологий и дороговизна получения чистых ферментных препаратов в кристаллическом виде, пригодном для хранения и применения. Кроме того, при использовании ферментных препаратов приходится учитывать также и другие обстоятельства.