Класифікація протипухлинних препаратів і цитокінів

ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИРОБНИЦТВА ПРОТИПУХЛИННИХ ПРЕПАРАТІВ

Історія відкриття

Алкілуючі засоби. Одними з перших в якості протипухлинних засобів стали застосовувати похідні біс-(β-хлоретил) аміну.

Приводом до використання цих сполук послужили дані , отримані в 40 -х роках XX в. Під час Другої світової війни, коли детально вивчався вплив на організм бойових отруйних речовин: іприту (або біс- β - хлоретілсульфіда) і азотистого іприту (або тріхлоретіламіна). Вже раніше, в 1919 р., встановили, що азотистий іприт викликає виражену лейкопенію і аплазию кісткового мозку. Подальші дослідження показали, що азотистий іприт надає специфічне цитотоксичну вплив на лімфоїдні тканини і має протипухлинну активність при лімфосаркомі у мишей. Клінічні випробування трихлоретіламіна були розпочаті в 1942 р., що стало початком ери сучасної хіміотерапії пухлин.

В даний час в медичній практиці використовуються менш токсичні похідні біс-(β-хлоретил) аміну (сарколізін, хлорамбуцил, циклофосфамід, ембіхін та ін.)

Антиметаболіти. Протипухлинну активність антиметаболітів виявили на початку 60-х рр.. Виявилося, що метотрексат, який є антиметаболітом фолієвої кислоти, ефективний при деяких пухлинах людини, особливо при хориокарциноме у жінок і при гострій лейкемії. Пізніше в медичній практиці з'явилися й інші антіметаболіти - аналоги пурину і піримідину.

Антибіотик. Перший протипухлинний антибіотик - дактіноміцін - був отриманий в 1963 році. У подальшому скринінг продуктів життєдіяльності мікробів привів до відкриття цілого ряду ефективних хіміотерапевтичних протипухлинних препаратів, що є продуктами різних видів грунтових грибів або їх синтетичними похідними.

В даний час з протипухлинних антибіотиків найбільше практичне застосування мають антрацикліни (антрахінонові з'єднання), блеоміцин, що відноситься до флеоміцінам, дактіноміцін, що є актиноміцином, і мітоміцін - своєрідний антибіотик з алкілуючою механізмом дії.

Протипухлинні гормональні засоби та антагоністи гормонів

Взаємодія між гормонами і гормонально залежними пухлинами було виявлено вперше в 1896 р., коли хірург з Глазго J. Beatson опублікував дані успішного лікування трьох жінок з прогресуючим раком молочної залози, яким була проведена двостороння оваріектомія.

Початок застосування андрогенів (зокрема тестостерону) для лікування раку молочної залози відносять до 40-м рр.. XX в.

Починаючи з 1951 р. при лікуванні раку молочної залози широко використовуються прогестини. Гестагенні препарати застосовують також для лікування раку ендометрія і раку нирок, але мало використовують для лікування раку простати.

Основним показанням до призначення естрогенів, початок використання яких в онкологічній практиці також відноситься до 40-их рр.. XX в., Є рак передміхурової залози. При раку молочної залози їх тепер призначають дуже рідко.

Класифікація протипухлинних препаратів і цитокінів

I. Алкілюючі препарати:

1. Алкілсульфонати (бусульфан, треосульфан).

2. Этіленіміни (тіотепа).

3. Похідні нітрозосечовини (кармустін, ломустін, мюстофоран, німустін, стрептозотоцин).

4. Хлоретіламіни (бендамустін, хлорамбуцил, циклофосфамід, іфосфамід, мелфалан, трофосфамід).

II. Антіметаболіти:

1. Антагонисты фолиевой кислоты (метотрексат, ралитрексед).

2. Антагонисты пурина (кладрибин, флударабин, 6-меркаптопурин, пентостатин, тиогуанин).

3. Антагонисты пиримидина (цитарабин, 5-фторурацил, капецитабин, гемцитабин).

III. Алкалоиды растительного происхождения:

1. Подофиллотоксины (этопозид, тенипозид).

2. Таксаны (доцетаксел, паклитаксел).

3. Винка-алкалоиды (винкристин, винбластин, виндезин, винорельбин).

IV. Противоопухолевые антибиотики:

1. Антрациклины (даунорубицин, доксорубицин, эпирубицин, идарубицин, митоксантрон).

2. Другие противоопухолевые антибиотики (блеомицин, дактиномицин, митомицин, пликамицин).

V. Другие цитостатики:

1. Производные платины (карбоплатин, цисплатин, оксалиплатин).

2. Производные камптотецина (иринотекан, топотекан).

3. Другие (альтретамин, амсакрин, L-аспарагиназа, дакарбазин, эстрамустин, гидроксикарбамид, прокарбазин, темозоломид).

VI. Моноклональные антитела (эдерколомаб, ритуксимаб, трастузумаб).

VII. Гормоны:

1. Антиандрогены (бикалутамид, ципротерона ацетат, флутамид).

2. Антиэстрогены (тамоксифен, торемифен, дролоксифен).

3. Ингибиторы ароматазы (форместан, анастрозол, экземестан).

4. Прогестины (медроксипрогестерона ацетат, мегестрола ацетат).

5. Агонисты LH-RH (бусерелин, госерелин, лейпролеина ацетат, трипторелин).

6. Эстрогены (фосфэстрол, полиэстрадиол).

VIII. Цитокины:

1. Факторы роста (филграстим, ленограстим, молграмостим, эритропоэтин, тромбопоэтин).

2. Интерфероны (а-интерфероны, р-интерфероны, у-интерфероны).

3. Интерлейкины (интерлейкин-2, интерлейкин-3, интерлейкин-П).

Алкілуючі препарати. В основі біологічної дії препаратів цієї групи лежить реакція алкілування - приєднання алкильної (метільної) групи цитостатика до молекул органічних сполук, в першу чергу - молекулам ДНК. Алкілування відбувається по позиції 7 гуаніну та інших підстав, в результаті чого утворюються аномальні пари основ. Це призводить до прямого стримування транскрипції або до утворення дефектної РНК і синтезу аномальних білків. Фазової специфічності препарати цієї групи не мають.

Антиметаболіти. Структурна або функціональна схожість з молекулами - метаболітами дозволяє цим препаратам блокувати синтез нуклеотидів і тим самим пригнічувати синтез ДНК і РНК або безпосередньо вбудовуватися в структури ДНК і РНК, блокуючи процеси реплікації ДНК і синтезу білків. Мають фазової специфічністю, найбільш активні в S- фазі.

Алкалоїди рослинного походження. Цитостатичний ефект винка - алкалоїдів обумовлений деполимеризацией тубуліну - білка, що входить до складу мікротрубочок веретена мітотичного поділу. Процес клітинного ділення зупиняється у фазі мітозу. Невеликі дози винка - алкалоїдів можуть викликати оборотну зупинку мітозу з наступним відновленням клітинного циклу. Це спостереження зумовило численні спроби інтеграції цитостатиків цієї групи в схеми хіміотерапії з метою «синхронізації» клітинного циклу.

Таксани також впливають на механізм утворення мікротрубочок, але трохи інакше - ці препарати сприяють полімеризації тубуліну, викликаючи утворення дефектних мікротрубочок і необоротну зупинку клітинного поділу.

Подофіллотоксін впливають на клітинний розподіл допомогою інгібування топоізомерази II - ферменту, відповідального за зміну форми («розкручування» і «скручування») спіралі ДНК, необхідне в процесі реплікації. Наслідком такого інгібування є блокування клітинного циклу у фазі G2, тобто гальмування їх вступу в мітоз.

Протипухлинні антибіотики. Безпосередньо впливають на ДНК шляхом інтеркаляції (освіта вставок між парами підстав), запускають механізм вільно -радикального окислення з пошкодженням мембран клітин і внутрішньоклітинних структур, а також ДНК. Порушення структури ДНК веде до порушення процесів реплікації і транскрипції.

Механізми протипухлинної дії цитостатиків, не включених до ці 4 групи, досить різні. Препарати платини мають багато спільного з алкилирующими цитостатиками (ряд авторів відносить їх саме до цієї групи), похідні камптотецину (інгібітори топоізомерази I) у ряді класифікацій відносяться до групи алкалоїдів рослинного походження і т.д.

Хімічні властивості

Протипухлинні, лікарські речовини, що порушують життєдіяльність пухлинних клітин. Один з характерних ознак більшості протипухлинних засобів- здатність у відносно невеликих дозах порушувати мітоз (процес поділу) клітин, пригнічувати ріст тканин організму, що супроводжується появою нових клітин, у тому числі пухлинних. Такі речовини називають цитостатическими (цитостатиками). Серед протипухлинних засобів є речовини тваринного і рослинного походження, синтетичні і напівсинтетичні речовини, що є структурними аналогами природних. з'єднань, і синтетичних з'єднань, що не мають структурного подібності з природними. По механізму дії всі синтетичні протипухлинні засоби можна розділити на три групи: алкілуючі агенти, антиметаболіти і речовини, що володіють різними механізмами дії. Перші мають в молекулах алкилирующие угруповання, завдяки яким вони взаємодіють з хімічними сполуками, що входять до складу клітин або беруть участь в обміні речовин.

Алкілуючі засоби. Всі алкілюючі засоби мають сильні електрофільні групи, які шляхом утворення карбкатіон або перехідних комплексів взаємодіють з нуклеофільними групами (фосфатними, сульфгідрильними, ними - дазольнимі , гідрокси- , карбокси- і аміногрупами) інших молекул з утворенням ковалентного зв'язку. Цитотоксичну дію цих препаратів прямо пов'язане з алкилированием ДНК. Біфункціональні алкилирующие засоби (наприклад, хлоретіламіни) найбільш активно з'єднуються з атомом N- 7 гуаніну - можливо, їх біологічну дію пов'язане головним чином з цією реакцією. Однак алкілування піддаються й інші атоми азотистих основ (особливо атоми N- 1 і N- 3 аденіну , N- 3 цитозину і 0-6 гуаніну), а також фосфатні групи ДНК, аміногрупи і сульфгідрильні групи білків.

До антиметаболітів, застосовуваним як протипухлинних засобів, відносять структурні аналоги фолієвої кислоти (метотрексат), пуринів (меркаптопурин, тіогуанін та ін), піримідинів (фторурацил, тегафур, цитарабін та ін.)

Цитостатичнудію всіх цих сполук пов'язано з порушенням синтезу нуклеїнових кислот (ДНК і РНК). Антиметаболіти є фазоспеціфічнимі засобами - вони переважно діють в S- фазі клітинного циклу.

Застосування

Ракова пухлина характеризується неконтрольованим розмноженням клітин, проникненням у тканини і метастазами. В даний час налічується більше ста різних видів ракових пухлин, що мають характерні особливості, зокрема чутливість до протипухлинних агентам. Частота, географічний розподіл і особливості специфічних видів злоякісних пухлин залежать від різноманітних причин, що включають стать, вік, расу, генетичну схильність і вплив канцерогенів навколишнього середовища. Вважається, що найважливішим із цих факторів є останній. Хімічні канцерогени, наявні в сигаретному димі, а також Нітрокрасителі та бензини достовірно викликають розвиток пухлин у тварин і людини. Крім того, показано, що причиною пухлини можуть бути певні віруси. Однак у більшості випадків конкретну причину появи пухлини ідентифікувати не вдається. Слід пам'ятати, що більшість пухлин з'являються в результаті клонування однієї єдиної клітини. Причиною її неконтрольованого розмноження є ряд послідовних змін в генетичному апараті, які призводять до появи виражених агресивних характеристик цього клону клітин. У результаті цього пухлинні клітини починають проникати в інші навколишні тканини, а також здатні переноситися рідинами організму в інші органи і тканини.

Існують три основні методи терапії пухлинних захворювань в даний час - хірургічний, променевої та хіміотерапія. Застосування кожної з них визначається типом і стадією захворювання. Хіміотерапія ізольовано застосовується лише для лікування малого числа пухлинних процесів, однак вона практично завжди доповнює два інших методу лікування.

Ефективність практично всіх протипухлинних агентів пов'язана з впливом на клітинний цикл розмноження , тобто препарати надають згубний вплив на всі активно діляться клітини . Звідси випливає: 1) клітини пухлини, які не розмножуються в даний момент, не зачіпаються протипухлинною терапією, проте за сприятливих обставин вони можуть перейти в стадію розмноження і зумовити ремісію пухлинного процесу, 2) будь-які інтенсивно діляться клітини організму можуть бути пошкоджені протипухлинними препаратами.

Тому всі протипухлинні засоби в більшій чи меншій мірі викликають порушення кровотворення, стерилізацію, уповільнення росту у дітей, погіршення ранозажівленія, випадання волосся і тератогенний ефект. Основними групами протипухлинних засобів є:

- Алкілуючі агенти;

- Антіметаболіти,

- Протипухлинні антибіотики,

- Препарати рослинного походження,

- Гормони та їх антагоністи,

- Різні синтетичні агенти.

Алкілуючі препарати - здатні утворювати алкільні угруповання, які здатні ковалентно зв'язуватися з різними клітинними елементами і, що особливо важливо, з ДНК. Алкіліруя ДНК, ці препарати перешкоджають процесам зчитування інформації та реплікації, що призводить до загибелі клітини. Алкілуючі агенти особливо ефективні проти діляться клітин. До цієї групи препаратів відносяться такі препарати, як циклофосфан, новембехін, міелосан, Нітрозометілмочевіна. Побічними ефектами є пригнічення кровотворення , диспепсичні розлади (блювота , пронос).

Антиметаболіти є антагоністами природних метаболітів клітини, представляючи собою їхні близькі структурні аналоги. Ця група включає в себе аналоги пурину (меркаптопурин), піримідину (фторурацил) і фолієвої кислоти (метотрексат). Механізм їх дії пов'язують з порушенням синтезу життєво важливих для клітини компонентів ДНК і РНК. Меркаптопурин і метемрексат найчастіше за все використовують при пухлинах крові, тоді як фторурацил досить ефективний при солідних пухлинах - раку молочної залози, шлунка, кишечника.

Протипухлинні антибіотики - надають свою дію не тільки на мікроорганізми, а й на діляться клітини макроорганізму. Механізм їх дії пов'язують з пригніченням синтезу нуклеїнових кислот. До них відносяться дактіноміцін, олівоміцін, рубоміціі, блеоміцин та інші. Крім типових для всіх протипухлинних засобів побічних ефектів, препарати цієї групи здатні викликати кандидоз - поразка дріжджоподібними грибками. Крім того, вони мають виражену дратівливим і імунодепресивноюдією.

Препарати рослинного походження - являють собою алкалоїди різних рослин. Механізм їх дії не до кінця з'ясований. Вінкристин і вінбластин використовують для парентерального введення, подофиллин може застосовуватися всередину, а колхамін використовується тільки місцево.

Гормони та їх антагоністи - застосовуються в основному при гормонозалежних пухлинах яєчників, матки та молочних залоз у жінок і раку простати у чоловіків. Принцип лікування полягає у застосуванні гормонів протилежної статі для пригнічення стимулюючого впливу на зростання пухлини власних статевих гормонів. Наприклад , при раку простати вводять естрогени, а при раку молочної залози - андрогени. Інший напрямок у подібної терапії полягає у створенні антагоністів природних гормонів (антагоніст естрогенних гормонів - тамоксифен, антагоніст андрогенних гормонів - флутамід)

2. БІОТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ

Опис родуценту

Streptomyces caespitosus

Стрептоміцети (Streptomyces) — рід бактерій типу актинобактерії, грам-позитивних бактерій з високим вмістом гуаніну/цитозину бактерії. Стрептоміцети знаходяться переважно в ґрунті і у залишках рослин, проте насьогодні їх виділено з усіх екологічних ніш. Більшіть видів формують ендоспори. Streptomycete відомі своїм характерним «земляним» запахом, який походить від виробництва непостійного метаболіту, геозміну.

Streptomycetes характеризуються складним вторинним метаболізмом. Також стерптоміцети характеризуються складним циклом морфологічної диференціації. Хромосоми стрептоміцетів — лінійні, одні з найбільших серед бактерій, вони містять 7000-8000 генів, з яких багато задіяні у синтезі вторинних метаболітів (антибіотиків, гормон-подібних молекул, сидерофорів тощо). Вони виробляють велике число антибіотиків, які знаходяться у клінічному використанні. Стрептоміцин, який зараз вже рідко використовується, бере свою назву безпосередньо від назви роду Streptomyces.

Стрептоміцети — одні з найважливіших продуцентів антибіотиків і інших біологічно активних речовин. Зокрема, з них виділено: антибактерійні сполуки тетрациклін (Streptomyces rimosus), цефаміцин (S. clavuligerus), канаміцин (S. kanamyceticus), хлорамфенікол (S. venezuelae), моеноміцин (S. ghanaensis), протипухлинні агенти доксорубіцин (S. peucetius), ногаламіцин (S. nogalater), ландоміцин (S. globisporus), імуносупресор рапаміцин (S. hygroscopicus), протигрибкові сполуки ністатин (S. noursei),амфотерицин (S. nodosus), іонофори монензин (S. cinnamonensis) і тетроназин (S. longisporoflavus) тощо.

Streptomyces інколи можуть бути патогенами людини, наприклад, нечаста інфекція біла міцетома може бути викликана S. somaliensis.

Домен: Бактерии

Тип: Актінобактерии (Actinobacteria)

Класс: Актінобактеріи

Порядок: Актіномицети

Семейство: Стрептоміцетовие

Род: Стрептоміцети

Вид: Streptomyces caespitosus

Рис. 1. Зовнішній вигляд Streptomyces caespitosus

2.2 Стадії розвитку продуцента

В умовах глибинної культури процес розвитку організму і синтезу антибіотика проходить у дві фази.

У першій фазі розвитку культури або, як її іноді називають, тропофазе (фаза збалансованого росту мікроорганізму), спостерігається інтенсивне накопичення біомаси продуцента, пов'язане з швидким споживанням основних компонентів середовища і з високим рівнем поглинання кисню.

У другій фазі розвитку, іменованої ідіофазой (фаза незбалансованого росту мікроорганізму), накопичення біомаси сповільнено або навіть зменшена. У цей період продукти метаболізму мікроорганізму лише частково використовуються на побудову клітинного матеріалу, вони в основному спрямовуються на біосинтез антибіотика. Звичайно максимум продукції антибіотика в середовищі настає після максимуму накопичення біомаси.

Інтенсифікувати антібіотікообразованіе можна шляхом спільного культивування продуцента антибіотика з іншими спеціально підібраними видами мікроорганізмів.

ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА