Біосинтез антибіотика доксорубіцину - Биология и естествознание дипломная работа

Главная

Биология и естествознание
Біосинтез антибіотика доксорубіцину

Обґрунтування вибору біологічного агента та поживного середовища для його культивування. Розрахунок кількості стадій підготовки посівного матеріалу, об’єму ферментера та кількості виробничих циклів. Біотрансформація ростового субстрату у цільовий продукт.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
Проект присвячено вивченню процесу біосинтезу антибіотика доксорубіцину, продуцентом якого є актиноміцет Streptomyces peucetius. Складається зі вступу, п`яти розділів, графічних матеріалів та списку використаної літератури.
Дипломний проект викладений на ___ сторінках друкованого тексту, містить 7 таблиць, 5 рисунків.
Основними положеннями в даній роботі є вибір та характеристика біологічного агента - продуцента антибіотику, характеристика кінцевої продукції виробництва, підбір обладнання для ферментаційних та після ферментаційних процесів
У роботі дано обґрунтування та викладено технологічний процес ділянки біосинтезу виробництва препарату, який включає блок допоміжних робіт і стадії вирощування культури.
Ключові слова: Streptomyces peucetius, доксорубіцин, антрацикліновий антибіотик, протипухлинний антибіотик, поживні середовища, біосинтез, культуральна рідина.
Розробка протипухлинних лікарських засобів є пріоритетним напрямком біотехнологічних досліджень в світі. Близько 60 % розроблюваних біотехнологічних засобів призначені для лікування раку або захворювань, пов'язаних з ним. Японія займає друге місце в світі після США. Поряд із США та Японією біотехнологія швидкими темпами розвивається і в країнах Західної Європи. За оцінкою Interpharm Press, скоординувавши свою діяльність, ці країни можуть в майбутньому зробити значний вплив на кон'юнктуру ринку біотехнологічних продуктів [8].
В Україна нині не приділяється належна увага формуванню ринку біотехнологічної продукції. Тому сучасний стан галузі характеризується наявністю науково-технологічного потенціалу і відсутністю структури, яка б сприяла широкому впровадженню біотехнологічних розробок [16].
Однією з вимог до проектування біотехнологічного виробництва є економічна доцільність вибору типового обладнання. Найважливішою стадією в проектуванні біотехнології є стадія біосинтезу. Отже ферментаційні системи та обладнання - одна з основних складових біотехнологічного процесу, як по складності реалізації, так і за впливом на рентабельність виробництва. Існуючі методи розрахунку і прогнозування змін технологічних параметрів ферментації досі залишаються недосконалими. Тому слід проводити роботи з удосконалення обчислювальних алгоритмів з метою оптимізації періодичних процесів мікробного синтезу [4].
Утворення антибіотиків - це спадково закріплена особливість метаболізму організмів [32]. Це специфічна особливість виду або штаму мікроорганізмів, яка виникла в результаті еволюційного розвитку як одна з пристосувальних особливостей щодо проявлення антагоністичних відносин, що дуже розповсюджені в світі мікроорганізмів [14].
Природні мікроорганізми, як правило, володіють низькою продуктивністю тих речовин, виробництво яких необхідно. Для біотехнології потрібні високопродуктивні штами мікроорганізмів. Їх створюють методами селекції - спрямованого відбору спонтанних або індукованих мутантів. У результаті селекції продуктивність продуцентів вдається збільшити в сотні або тисячі разів.
Одним з найбільш успішних і економічно вигідних напрямків мікробіологічної промисловості є виробництво медичних препаратів. Зазвичай вони ефективні у відносно малих кількостях і мають досить високу вартість. Отримання їх в ферментерах дозволяє знизити собівартість. Тому є доцільним розглядати найбільш ефективні методи отримання медичних препаратів [2].
Актуальність. Доксорубіцин відноситься до класу речовин, які володіють не тільки протимікробною, але і протипухлинною активністю [7]. Одним з важливих та перспективних завдань вітчизняної біотехнології є виробництво ефективних протипухлинних антибіотиків. Їх потреба в Україні висока у зв'язку із постійним зростанням числа онкологічних захворювань. Дані препарати активно використовуються при лікуванні злоякісних пухлин різного походження, таких як: різних гематологічних видах раку, саркомах м'яких тканин, карцинома тощо [22].
Новизна. Пропонується використовувати рекомбінантний штамів Streptomyces peucetius ATCC 27952, що володіє зниженою чутливістю до наявності продукованого ними доксорубіцину в середовищі. Це дозволяє збільшити вихід продукту більше, ніж у 2 рази (з 2,1 мг/л до 5 мг/л). Для біосинтезу доксорубіцину, в даному проекті використовується поживне середовище, яке за собівартістю є дешевшим ніж середовища, які зазвичай використовуються [27].
РОЗДІЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА КІНЦЕВОЇ ПРОДУКЦІЇ ВИРОБНИЦТВА
Доксорубіцин (лат. Doxorubicinum, англ. Doxorubicin) - один з антрациклінових антибіотиків, що продукується штамами Streptomyces coeruieorubidus або Streptomyces peucetius. У 1969 році DXR вперше був виділений із S. peucetius var. Caesius ATCC 27952, мутантний штам, отриманий із S. peucetius ATCC 29050 [6].
Антрацикліновий антибіотик доксорубіцин володіє високою протипухлинною і протилейкозною активністю при низькій вибірковості дії.
DXR утворюється C-14 гідроксилюванням його безпосереднього попередника даунорубіцину, а також виконує свою антипроліферативну дію на ракові клітини за допомогою двох різних механізмів: інтеркаляції та інгібування ферменту. Обидва ці механізми спричиняють руйнування ДНК, що в кінцевому результаті призводить до загибелі клітин [12].
Механізм цитотоксичної дії антибіотика пов'язаний, головним чином, з інгібуванням синтезу нуклеїнових кислот (ДНК та РНК) шляхом інтеркаляції між парами азотистих основ, порушенням вторинної спіралізації ДНК за рахунок взаємодії з топоізомеразою II, а також зв'язуванням з ліпідами клітинних мембран, що супроводжується зміною транспорту іонів і клітинних функцій [26].
Після введення доксорубіцин швидко розподіляється в плазмі та в тканинах. Вже через 30 с препарат виявляється в печінці, легенях, серці та нирках. Він не проникає крізь гемато-енцефалічний бар'єр, однак є проникним через плацентарний бар'єр і виявляється в грудному молоці.
Період напіввиведення доксорубіцину та його метаболіту становить від 20 до 48 год [34].
Доксорубіцину гідрохлорид є кристалічний або аморфний порошок оранжево-червоного або червоного кольору. Гігроскопічний, розчинний у водних розчинах кислот, бутанолі, хлороформі, важкорозчинний в метанолі та ацетоні, у воді розчинність становить 2600 мг /л при 25 ° С. Водні розчини мають жовто-помаранчевий колір при кислотному рН, оранжево-червоний при нейтральному рН, і фіолетово-синій при рН > 9. Водні розчини залишаються незмінними після зберігання протягом місяця при 5° С , але нестабільні при високих температурах або при кислій або лужній реакції середовища. рН 4,0-5,5.
Температура плавлення: 205° С з розкладанням [33].
Назва за ІЮПАК: (8S-цис)-10(3-аміно-2,3,6-тридезокси-альфа-L-ліксогексо-піранозил)окси-7,8,9,10-тетра-гідро-6,8,11-тригідрокси-8-(гиіроксил-ацетил)-1-метокси-5,12-нафтацендіон [33].
Належить до полікетидних продуктів ІІ типу. Молекула доксорубіцина складається з тетрациклічного антрахіноїдного аглікона доксорубіцинона, з'єднаного глікозидним зв'язком з аміноцукром даунозаміном (рис. 1.1)[19].
Рис. 1.1. Структурна формула молекули доксорубіцина
Застосовується для лікування гострого лімфобластного і мієлобластного лейкозу; злоякісної лімфоми ходжкинського і неходжкинського типу; раку молочної залози, легень, сечового міхура, щитовидної залози, яєчників; остеогенної саркоми; саркоми м'яких тканин; саркоми Юінга; нейробластоми; пухлин Вільмса [35].
Пригнічує кровотворення, має імуносупресивну і кардіотоксичну дію. Летальна доза для щурів при підшкірному введенні LD 50 = 21800 мкг / кг. Може викликати віддалені ефекти у вигляді розвитку вторинних злоякісних пухлин (ризик підвищується при тривалому вживанні). Виявляє канцерогенну дію у тварин і потенційно канцерогенний для людини. Але доксорубіцином було проявлено кращу активність, ніж даунорубіцин проти пухлин у мишей. Впливає на статеву функцію, але у людини це дія слабкіша, ніж дія, що виявляється в дослідах на мишах [28]. У експериментах на тваринах проявляє ембріотоксичний і тератогенний ефект.
Однією з характерних токсикологічних особливостей доксорубіцину є кардіотоксичність. Оскільки прояв кардіотоксичної дії залежить від дози і різко підвищується при високих кумулятивних дозах, протипухлинну активність доксорубіцина не можна реалізувати повністю. Включення цитостатика в ліпосоми дозволяє оптимізувати протипухлинний ефект.
При одночасному вживанні з циклоспорином спостерігається підвищення концентрації доксорубіцина в плазмі і посилення мієлотоксичної дії; з циклофосфамідом, мітоміцином, дактіноміцином -- можливе посилення кардіотоксичної дії доксорубіцина. При вживанні доксорубіцина (протягом 3 діб) в комбінації з цитарабіном (у вигляді інфузії протягом 7 днів) описані випадки розвитку некротичного коліту і важких інфекційних ускладнень. Доксорубіцин несумісний з розчином гепарину (поява осаду) [35].
Фармакодинаміка. Доксорубіцин чинить виражену протипухлинну і протилейкозну дію. Препарат швидко проникає в клітини, зв'язується з пери нуклеїновим хроматином, пригнічує поділ клітин та синтез нуклеїнових кислот, виявляючи специфічну дію на фазу S поділу клітин, спричиняючи хромосомні аберації.
Фармакокінетика. Після внутрівенного введення Доксорубіцин швидко розподіляється в плазмі та тканинах - вже через 30 с препарат виявляється в печінці, легенях, серці та нирках. Об'єм розподілу в рівноважному стані становить 20 - 30 л/кг. Протягом години після введення Доксорубіцин частково метаболізується в печінці в активний метаболіт. Не проникає крізь ГЕБ. Період напів виведення для Доксорубіцину та його метаболіту становить від 20 до 48 годин. Виводиться з жовчю в незміненому вигляді (приблизно 40 % протягом 5 днів) та нирками в незміненому вигляді та у вигляді метаболітів (майже 5 - 12 % протягом 5 днів).
Показання: гострий лімфобластний та мієлобластний лейкоз, хронічні лейкози, лімфогранулематоз (хвороба Ходжкіна), неходжкінська лімфома, множинна мієлома, остеосаркома, саркома Юінга, саркома м'яких тканин, нейробластома, рабдоміосаркома, пухлина Вільмса, рак молочної залози, рак ендометрія, яєчників, передміхурової залози, легень, шлунка, щитовидної залози, несеміноматозного раку яєчок, перехідного раку сечового міхура.
РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА БІОЛОГІЧНОГО АГЕНТА
2.1 Обґрунтування вибору біологічного агента
Бактерії Streptomyces peucetius var. сaesius (штами S. peucetius АТСС 29050, S. peucetius var. caesius АТСС 27952) є продуцентами доксорубіцину, який використовується в якості протипухлинного засобу [5].
Бактеріальні штами, виділені з природи зазвичай виробляють лише дискретні кількості вторинних метаболітів На основі біосинтетичних досліджень і аналізу кінцевого продукту, різних чинників, що впливають на його виробництво штамом S. peucetius ATCC 27952, розглядається, щоб уникнути недоліків у виробництві DXR, тим самим забезпечуючи ідеї генної інженерії промислових штамів S. peucetius [10]. Тому проводилися дослідження у клонуванні генів стійкості S. peucetius АТСС 27952 до доксорубіцину. Останні 3 реакції біосинтезу кінцевого продукту каталізуються одним ферментом, активність якого знижується з підвищенням концентрації антибіотику.
Рекомбінантні плазміди, pDrrAB25, pDrrC25 і pDrrABC25 були побудовані надекспресією drrAB, drrC і drrAB в S. peucetius АТСС 27952 відповідно.
Олігонуклеотиди були використані для ампліфікації нуклеотидних послідовностей drrA і drrB одночасно з геномної ДНК S. peucetius, і продукт ПЛР клонували в pIBR25 на сайтах XbaI і EcoRI, щоб отримати рекомбінантну експресійну плазміду pDrrAB25. Аналогічно була побудована плазмида pDrrC25 на сайтах EcoRI і Hin DIII [27].
Рекомбінантними штамами продукувалося більше доксорубіцину, ніж батьківський штамом: 2,2-кратне збільшення з pDrrAB25 (2,6 мг/л), 5,1-кратним збільшенням pDrrC25 (6,5 мг/л) і 2,4-кратним збільшенням з pDrrABC25 (3 мг/л).
Також доксорубіцин продукується штамом Streptomyces coeruleorubidus, але його здатність продукувати доксорубіцин нижча , ніж у S. рeucetius. Тому
S. coeruleorubidus використовують для отримання іншого антибіотику - даунорубіцину.
Отже, наведені дані свідчать про можливість використання мутантів, стійких до даунорубіцину i доксорубіцину, у селекції S. peucetius var. сaesius. та здатність мутантів до перетворення екзогенного даунорубіцину у доксорубіцин. Для культивування обрано рекомбінантний штам S. peucetius pDrrC25, який синтезує 6,5 мг/л доксорубіцину [27].
2.2 Наведення складу поживного середовища
Виробничий штам Streptomyces peucetius ATCC 27952 пропонується вирощувати на середовищі, складу, г/л:
2.3 Морфолого-культуральні та фізіолого-біохімічні ознаки біологічного агента
S. peucetius - типовий представник стрептоміцетів, які являють собою тонкі (0,3-1,5 мкм) нитки - міцелій, що проявляється у них в оптимальних для існування умовах.
Склад оболонок близький до бактеріального. Клітинна стінка 1-го типу, містять L-діамінопімелінову кислоту, гліцин і невеликі кількості арабінози. Характеризуються високим вмістом ГЦ пар у ДНК [3]. Грам-позитивна культура.
Рід Streptomyces є найбільшим родом, що синтезує антибіотики і використовується з 1940-1950 р. в їх промисловому виробництві [3].
Стрептоміцети ростуть в рідкому середовищі у вигляді плівки на поверхні, іноді утворюють пухнастий осад, залишаючи середовище абсолютно прозорим, на відміну від типових бактерій. При рості на твердому середовищі утворюють добре розвинений повітряний міцелій, що не розпадається в процесі розвитку на окремі клітини [3].
Спори, що проростають на твердому середовищі або фрагменти міцелію дають гіфи, проникаючі в агар (субстратний міцелій), а також гіфи, які багаторазово гілкуються і щільно переплітаються на поверхні агару, утворюючи щільні колонії діаметром 1 - 10 мм. [3]. Ступінь щільності колоній залежать від складу середовища. Ріст колоній S. peucetius зображено на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Ріст колоній S. peucetius на поверхні агару
У деяких штамів роду Streptomyces колонії покриває повітряний міцелій - вільні гіфи, які мають гідрофобну оболонку і зростають вертикально вгору від поверхні колонії. На стадії утворення спор колонії стрептоміцетів стають порошкоподібними чи бархатистими, їх легко відрізнити від типових бактеріальних колоній.
Streptomyces peucetius - хемоорганогетеротроф, облігатний аероб. Оптимальна температура для біосинтезу та розвитку S. peucetius 30°С [14]. Оптимальне значення рН 6,5-8 [14].
Вважається що актиноміцети більш стійкі до висушування ніж неміцеліальні бактерії, завдяки чому вони домінують в пустельних грунтах. Актиноміцети ростуть при більш низькій вологості, ніж більшість грамнегативних бактерій [14].
Незважаючи на те, що штами S. peucetius АТСС 29050 та S. peucetius АТСС 27952 є продуцентами DNR та DXR, їх стійкість до власних антибіотиків значно нижча, ніж до актиноміцину D (Act D). Якщо Act D повністю пригнічує ріст цих штамів (на МС) лише у концентрації 200 мкг/мл то DNR та DXR - у концентрації 30 та 50 мкг/мл [5].
Таксономічне положення S. peucetius згідно ІХ видання Керівництва Бергі з систематики бактерій
Таксономічне положення S. peucetius згідно філогенетичної класифікації
Таксономічне положення S. peucetius згідно Х видання Керівництва Бергі з систематики бактерій
РОЗДІЛ 3. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ
У 1974 році доксорубіцин був удосконалений для застосування в США. Всі дослідження в той час були спрямовані на розробку такого похідного доксорубіцину, яке виявляло б такий або більший протипухлинний ефект, але при цьому мало б менш виражену кардіотоксичність.
Нові винайдені препарати мають ту ж загальну структуру антрациклінового кільця, але вони були дещо модифіковані. За останні 30 років досліджувалася протипухлинна дія більше ніж 2000 препаратів. Клінічні випробування деяких з них проводяться і зараз , але доксорубіцин залишається найбільш широко застосовуваним препаратом з усіх антрациклінів.
Антрацикліни - клас протипухлинних препаратів, що володіють широким спектром активності на злоякісні пухлини в організмі людини, за винятком раку товстої кишки [38].
На сьогодні в світі на препарати від ракових захворювань витрачається 895.2 млрд. доларів , а серцеві - 753 млрд., і все інше - набагато менше: 298.2 млрд. - такі витратина лікування від судинних захворювань, 204.4 млрд. - від ДТП , 193.3 - від СНІДу , 125.8 млрд. - від респіраторних захворювань (включаючи пневмонію).
За даними IMS, обсяг продажів в 2016 доксорубіцину гідрохлорид для ін'єкцій в США перевищив $ 30 мільйонів. Станом на 2016 рік в Україні на обліку в онкологічних установах знаходиться 960 тис. людей, смертність склала - 77417.
Рак є однією з основних причин смерті у світі - в 2014 році зафіксовано 7,6 млн випадків смерті від раку. Основними типами раку є:
рак легенів - 1,37 мільйона випадків смерті;
рак шлунка - 736000 випадків смерті;
рак печінки - 695 000 випадків смерті;
рак товстого кишечника - 608 000 випадків смерті;
рак молочної залози - 458 000 випадків смерті;
рак шийки матки - 275 000 випадків смерті.
Україна на другому місці в Європі за темпами поширення раку. Ризик розвитку онкологічних захворювань становить 27,7% для чоловіків і 18,5% для жінок. Злоякісні новоутворення вражають в Україні кожного четвертого чоловіка і кожну шосту жінку.
Щорічно в Україні більше 160 тис. чоловік дізнаються, що вони онкохворі. Щороку від раку помирають близько 90 тис. осіб, з них 35% люди працездатного віку.
За розрахунками фахівців, до 2020 року кількість вперше захворілих на рак в Україні перевищить 200 тис.
За останні десять років кількість хворих зросла на 25%, загальна чисельність населення скоротилася на 4 млн. чоловік. Онкологічна захворюваність стабільно зростає на 2,6-3% на рік, і рак продовжує «молодіти». Здавалося б, за цими показниками ми не сильно відрізняємося від розвинених країн, проте слід враховувати, що середня тривалість життя українців на 10-20 років нижча, а захворюваність на рак істотно зростає після 50 років. І далеко не кожен українець доживає до «свого раку», вмираючи від інших причин.
Основними фірмами-виробниками доксорубіцину є:
«Фармстандарт-біолек» (Україна) - харківське підприємство з виробництва імунобіологічних та лікарських препаратів. Являється одним з найстаріших фармацевтичних підприємств на Україні. Було засновано в 1898 році і стало першим в Україні підприємством з виробництва імунобіологічних препаратів, вакцин і сироваток. Пріоритетним напрямком є ??випуск цитотоксичних антибіотиків для лікування онкологічних захворювань, також засобів для наркозу, гормональних і ферментних препаратів та інше.
ТОВ «Сінбіас Фарма» (Україна) - донецька компанія, яка займається виробництвом протипухлинних субстанцій. На підприємстві створено повний цикл виробництва антрациклінових антибіотиків. В даний час протиракові препарати поставляються в багато країн світу. У 2005 р. отримані Європейські Сертифікати Відповідності, а також Сертифікат Належної Виробничої Практики (GMP ) від уповноваженого відомства Німеччини, що дозволяє підприємству авторизувати свою продукцію для використання в ЄС.
"Омутнинская научная опытно-промышленная база" (Росія) утворена в 1974 році для виконання науково-дослідних робіт, пов'язаних з випробуванням технологічного обладнання та з відпрацюванням дослідно - промислових технологій. На сьогодні в Росії в даному ринковому сегменті ВАТ "Омутнинская научная опытно-промышленная база" - одне з найбільших вітчизняних підприємств з випуску субстанцій протипухлинних препаратів.
ЗАТ «Бринцалов-А» - «Ферейн» (Росія) є одним з найстаріших і великих фармацевтичних підприємств країни діє з 1912 року. Сьогодні ЗАТ "Бринцалов-А" виробляє високоефективні медичні препарати: антибіотики, серцево-судинні препарати, антидепресанти, онкологічні препарати та ін.
«Ленс-Фарм» (Росія) - компанія, яка працює на фармацевтичному ринку з 1991 року. У 1999 році фірма «Ленс-Фарм» розпочала реалізацію програми виробництва онкологічних препаратів, яка вважається одним з головних напрямків у роботі фірми в даний час.
«Teva Pharmaceutical Industries» -- міжнародна фармацевтична компанія зі штаб-квартирою в Ізраїлі. Компанія являється значним світовим виробником препаратів-генериків, що входять до топ-10 фармацевтичних компаній. Історія Teva в Україні почалася в 1997 році з відкриття представництва та виведення на фармацевтичний ринок доступних генеричних онкологічних препаратів.
«EBEWE Pharma» (Австрія) - 1934 року займає провідне місце в австрійській фармацевтичної промисловості. Фірма має один із найсучасніших у Європі високоякісної технологією виробництва, яка відповідає вимогам GMP, що висуваються до виготовлення фармацевтичних препаратів. Лікарські препарати фірми EBEWE застосовуються в різних областях медицини, таких як: неврологія, кардіологія, гастроентерологія, онкологія і т.д.
«Schering Plough» (Німеччина) - корпорація, яка була заснована в 1851 році Ернстом Християном Фрідріх Шерінгом як «Schering AG». «Schering Plough» випускає фармацевтичні препарати, найбільш відомими з яких є протиалергенні «Кларитин» і «Clarinex» та протипухлинний препарат «Temodar» (для лікування пухлини головного мозку). Доксорубіцин випускається під торговою назвою «Келикс».
3.2 Розрахунок потужності виробництва
Доксорубіцин застосовується в хіміотерапії майже всіх видів пухлин: гострий лімфобластний і мієлобластний лейкоз; злоякісна лімфома ходжкинського і неходжкинського типу; рак шлунка, рак підшлункової залози; рак сечового міхура; раку молочної залози, легень, сечового міхура, щитовидної залози, яєчників; рак ендометрія, рак шийки матки, рак передміхурової залози, гострий лімфобластний лейкоз, гострий мієлобластний лейкоз, хронічний лімфолейкоз, мієломна хвороба; остеогенна саркома; саркома м'яких тканин; саркоми Юінга; нейробластома [35].
Згідно даних Інституту раку за 2014 рік в Україні 960 тис. осіб перебувають на обліку в онкологічних установах. І приріст щорічно складає в середньому 0,6%. Отже станом на 2015 рік кількість хворих складає 960000Ч1,006 = 971555 осіб.
За тими ж даними склад хворих такий: 1/3 - чоловіки, 2/3 - жінки.
Схема курсу лікування: препарат вводиться пацієнту протягом 4 тижнів по 3 дні в кількості 20-30 мг/м2 . За курс необхідно 4Ч3 = 12 введень. Дозу беремо в середньому 25 мг/м2. Підрахувавши 25Ч12 отримаємо 300 мг/м2, тобто за 1 курс хворому необхідно ввести 300 мг/м2 препарату.
Згідно даних Держкомстату МОЗ України при лікуванні раку 33,92 % обирають хірургічний спосіб, 24 % - гормонотерапію, 18 % - променеву терапію, 23,28 % - хіміотерапію і 0,8 відмовляються від лікування. Провівши підрахунки робимо висновок, що лікують пухлини за допомогою хіміотерапії 971555Ч0,2328 = 226178 осіб.
Як протипухлинні, на сьогодні, застосовують понад 50 препаратів, а потенціальних засобів вивчено понад 500000. Головним недоліком більшості протипухлинних препаратів є мала вибірковість дії стосовно пухлинних клітин. Крім того, швидко виникає звикання клітин до препаратів.
Процес звикання можна уповільнити шляхом комбінованого застосування препаратів з різною структурою і неоднаковим механізмом дії. Протибластомним засобам властиві тяжкі побічні і токсичні ефекти. При цьому уражаються кістковий мозок, слизові оболонки кишечнику, виявлено негативний вплив на статеві залози (застосування протибластомних препаратів може зумовити стерильність). Ці засоби також виявляють імунодепресивну, мутагенну і тератогенну дії. В деяких випадках для зменшення токсичної дії і підвищення ефективності препаратів їх вводять внутрішньоартеріально безпосередньо до пухлини. Останнім часом як один з компонентів комбінованої терапії при пухлинних захворюваннях використовують імуностимулювальні засоби. В основі комбінованої терапії пухлин лежить принцип використання препаратів з різною хімічною будовою і механізмом дії.
Класифікація протипухлинних засобів
Алкілювальні засоби (циклофосфан, тіофосфамід, мієлосан)
Антиметаболіти (меркаптопурин, метотрексат, фторурацил)
Алкалоїди (колхамін, вінбластин, вінкристин)
Антибіотики (брунеоміцин, блеоміцин, доксорубіцин, даунорубіцин, дактиноміцин, ідарубіцин, іксабепілон, мітоміин, епірубіцин)
Гормональні та антигормональні засоби (фосфестрол, флутамід)
Кожен з наведених препаратів має сильно виражену побічну дію: нудота, блювання, алопеція, лейкопенія, геморагічний цистит, агранулоцитоз з явищами геморагічного діатезу, анемія, анорексія, аменорея, тромбоцитопенія, гіпоплазія або аплазія кровоносної системи тощо.
Серед антибіотичних препаратів велика кількість належить до напівсинтетичних, тобто молекула була штучно покращена. Антибіотичні препарати також мають достатньо високу вартість, що також слід враховувати при виборі хіміотерапевтичних препаратів.
При розробленні проекту ми обираємо як препарат лікування саме доксорубіцин. Даний препарат характеризується порівняно незначними побічними реакціями та невисокою вартістю (100 грн за 10 мг) порівняно з іншими.
Для проходження курсу лікування одним хворим треба 300 мг/м2 доксорубіцину, а для лікування всіх хворих - 300Ч226178 = 67853400 мг/м2 =67853,4 г/м2 тіла препарату.
Враховуючи, що в середньому поверхня тіла чоловіків складає 1,9 м2 , а жінок - 1,6 м2 , а співвідношення кількості хворих чоловіків до жінок 1:2 отримаємо, що середня площа поверхні тіла пацієнта (1,9+1,6+1,6)/3 = 1,7 м2.
Якщо середня поверхня тіла хворого 1,7 м2, а пацієнтів всього 226178 і на лікування одного за курс витрачається 300 мг/м2 препарату, то для проходження повних курсів лікування всіх осіб необхідно 1,7Ч226178Ч300 = 115350780 мг = 115,5 кг доксорубіцину.
В Україні Доксорубіцин у вигляді лікарського препарату випускається лише двома фірмами (ПАО «Фармстандарт-Биолек» та Корпорація «Артеріум»), а решта постачається в нашу країну закордонними імпортерами. Проект виробництва спрямований на ліквідацію іноземної продукції з українського ринку. Враховуючи кількість продукції, випускаємої вітчизняними виробниками, дане виробництво забезпечить 70% потреби в антибіотику.
Отже, потужність виробництва складає 82 кг доксорубіцину за рік.
Зважаючи на те, що не всі хворі будуть використовувати доксорубіцин при лікуванні приймемо, що 30 % виробленої продукції буде експортовано.
Оскільки вихід доксорубіцину (концентрація у культуральній рідині) становить 0,85 г/л = 0,85 кг/м3, а потреба в Україні 82 кг/рік, то розрахуємо об'єм культуральної рідини за рік:
Окрім цього, нам необхідно врахувати втрати, які можуть виникнути в процесі виробництва, вони становлять 10%, отже, з урахуванням втрат річний об'єм культуральної рідини становитиме:
3.3 Розрахунок кількості виробничих циклів
для отримання річної потреби цільового продукту і геометричного об'єму ферментера
1. Приймаємо кількість робочих днів на рік - 300.
Ефективний фонд робочого часу Nеф. = 300Ч24 = 7200 год.
Tцф = Tф+Tдр = 148+14 = 162 (год), де
Tф - тривалість виробничої ферментації (біосинтезу);
Tдр - тривалість допоміжних робіт (допоміжні роботи включають: миття та огляд (4 год), перевірка на герметичність (2 год), стерилізація (2 год), охолодження (1 год), завантаження середовища (2 год), засів (1 год), вивантаження культуральної рідини (1 год).
3. Кількість циклів за рік становитиме:
Об'єм культуральної рідини, який треба одержати за цикл:
Обираємо ферментер об'ємом 5 м3 з коефіцієнтом заповнення Кз = 0,5. Об'єм культуральної рідини становить Vк.р = 2,5 м3, що більше за розрахований.
3.4 Розрахунок кількості стадій підготовки посівного матеріалу
Виробничий біосинтез здійснюють у ферментері об'ємом 5 м3 з коефіцієнтом заповнення, 0,5.
Робочий об'єм ферментера (Vроб) визначають за формулою:
де: Vг.ф. - геометричний об'єм ферментера;
Кількість посівного матеріалу (доза) становить 10 % від об'єму поживного середовища. Отже, для одержання 2,5 м3 культуральної рідини потрібно:
Vроб.1=2,5Ч0,1=0,25 м3 посівного матеріалу.
Для одержання 0,25 культуральної рідини треба мати:
Vроб.2=0,25Ч0,1=0,025 м3 посівного матеріалу.
25 л культуральної рідини можна одержати з використанням
Vроб.3=25Ч0,1=2,5 л посівного матеріалу.
Приготування такої кількості інокуляту здійснюють в качалочних колбах об`ємом 0,75 дм3. Кількість колб - 17 шт..
Для одержання 2,5 л культуральної рідини потрібно мати:
Vроб.4=2,5Ч0,1=0,25 л посівного матеріалу.
Таку кількість посівного матеріалу одержують культивуванням культури штаму Streptomyces peucetius ATCC 27952 в качалочних колбах об`ємом 0,75 дм3. Кількість колб - 2 шт.
Отже, процес одержання посівного матеріалу для забезпечення виробничого біосинтезу доксорубіцину у ферментері об'ємом 5 м3 з коефіцієнтом заповнення 0,5 буде проходити у 4 етапи [10].
РОЗДІЛ 4. БІОСИНТЕЗ ЦІЛЬОВОГО ПРОДУКТУ
4.1 Шляхи катаболізму ростового субстрату у біологічного агента
Основним вуглецевим субстратом для вирощування Streptomyces peucetius є декстран, з якого потім утворюється глюкоза. Катаболізм глюкози здійснюється за гліколізом (шлях Ембдена-Мейєргофа-Парнаса, фруктозо-1,6-дифосфатний шлях). Процеси перетворення глюкози на гліцеральдегід-3-фосфат пов'язані з витратами енергії. Під час подальшого окиснення гліцеральдегід-3-фосфату до пірувату енергія вивільнюється. Перетворення 1,3-дифосфогліцерату на 3-фосфогліцерат спряжено з фосфорилюванням АДФ і утворенням АТФ (фермент фосфогліцераткіназа). Ця реакція є одним з пунктів гліколізу, в яких АТФ утворюється в результаті фосфорилювання на рівні субстрату. Фосфоенолпіруват (ФЕП) - це друга сполука, яка містить фосфорильний зв'язок з високою енергією гідролізу: при утворенні пірувату з ФЕП фосфат переноситься на АДФ з утворенням АТФ (фермент піруваткіназа). Ця реакція є другим пунктом утворення АТФ на рівні субстрату у шляху Ембдена - Мейєргофа - Парнаса. Обидві реакції, які проходять з виділенням енергії (утворенням АТФ) у процесі перетворення гліцеральдегід-3-фосфату на піруват є для анаеробних мікроорганізмів основними етапами, які постачають енергію. Усі реакції за винятком трьох (гексокіназної, фосфофруктокіназної та піруваткіназної), є повністю оборотними [25].
4.2 Біотрансформація ростового субстрату у цільовий продукт
Основними сполуками синтезу доксорубіцину культурою S. peucetius є 7,9,12-декакетиди, що утворюються в результаті конденсації Малон-КоА, метилмалон-КоА і бута
Біосинтез антибіотика доксорубіцину дипломная работа. Биология и естествознание.
Курсовая Работа Енвд
Дипломная работа по теме Меры оперативного воздействия
Курсовая работа: Предпосылки и перспективы развития туристических связей Республики Беларусь и Польши
Рождественская Ночь Сочинение На Тему Милосердие
Реферат: ГО Правила поведения и действия населения в очагах поражения. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Машиностроительный комплекс Российской Федерации
Эссе Клуб Москва Официальный
В Чем Смысл Жизни Вывод Сочинение
Дипломная работа по теме Процессы коммуникации в администрации Новгородского муниципального района
Светская Этика Реферат
Реферат На Тему Физические Величины
Контрольная работа: Охрана труда применительно к отделу "Маркетинг" Дома книги "Молодая гвардия"
Содержание Реферата Образец Скачать
Отчет по практике по теме Характеристика 'ТНК-ВР'
Реферат: Профессиональное педагогическое мышление учителя начальных классов как ключевая компетенция специалиста
Реферат: «Спроектировать кожухотрубный теплообменник для конденсации паров аммиака в составе холодильной установки»
Реферат по теме Логический и циклический характер инновационного процесса
Налоговой Системы Курсовая Работа
Практическое задание по теме Аналіз читацького ринку на прикладі форуму видавців 2010 у Львові
Реферат: Финансовая система РФ 7
Бактерии-термофилы - Биология и естествознание презентация
Пожарная безопасность. Классификация пожаров и промышленных объектов по пожароопасности - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда контрольная работа
Анализ флоры рек Вологодской области - Биология и естествознание дипломная работа