酶,是生命不可缺少的核心物質(zhì)。基因編輯、干細(xì)胞技術(shù)、靶向藥物……生命科學(xué)中的諸多關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品制造,都離不開酶。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展,科學(xué)家們對酶的理解更深入,利用酶、改造酶,這種“綠色制造”,不僅能改善人類的生活,也開啟了設(shè)計生命的大門。
人們對酶的認(rèn)識,或許可以從酒開始講起。有一種觀點認(rèn)為酒是這樣起源的:古代勞動人民有了富余的糧食后,將它們存在空的桑樹洞里。時間久了,糧食就變成了一種具有香味的液體。后來,這種無意的發(fā)現(xiàn)就變成了有意識的行為,釀酒由此而生。但那時的人們并不清楚,釀酒的過程就是人類最早利用酶的開端——糧食中的糖類之所以能夠變?yōu)榫凭褪敲冈谄鹱饔谩?/span>
今天,我們已經(jīng)知道,酶,是一類由細(xì)胞產(chǎn)生的生物大分子催化劑。對現(xiàn)代工業(yè)而言,酶,也是綠色生物制造的核心“芯片”。由于酶具有高催化效率、高度的專一性、作用條件溫和、可生物降解等優(yōu)點,在工業(yè)制造中可減少原料和能源的消耗,具有綠色制造和可持續(xù)發(fā)展的典型特征。例如,藥廠用特定的合成酶來合成抗生素;纖維素被纖維素酶分解后進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料。在科學(xué)研究中,基因操作的“分子剪刀”“縫合器”與“精準(zhǔn)編輯器”本質(zhì)都是酶;這樣的例子舉不勝舉。
2021年中國重組胰蛋白酶市場銷售收入達(dá)到了6.51百萬美元,預(yù)計2028年可以達(dá)到11.37百萬美元,2022-2028期間年復(fù)合增長率(CAGR)為8.22%。
*數(shù)據(jù)來源:恒州誠思
從以上數(shù)據(jù)可以看到,胰酶這個市場并不算很大,但其仍然是制藥行業(yè)中不可或缺的輔助用酶之一。
01 胰蛋白酶和重組胰蛋白酶的區(qū)別
胰蛋白酶大致可以分為兩種,一種是傳統(tǒng)使用的動物源性的胰蛋白酶,主要提取自?;蜇i的胰腺組織,其缺點是可能會帶來病毒污染的風(fēng)險;另一種則是非動物源性胰酶,即利用基因重組技術(shù)生產(chǎn)的重組胰蛋白酶。
胰蛋白酶
早期的胰蛋白酶在生物制藥的主要應(yīng)用是胰島素的生產(chǎn),不過很快也在其他領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。動物源的胰蛋白酶具有極大的潛在風(fēng)險,其自身可能攜帶大量可感染人的病毒,例如:瘋牛病的牛帶有的BSE病毒,豬的口蹄疫病毒,可在人和動物之間傳播的禽類的流感病毒等。
重組胰蛋白酶
重組胰蛋白酶是一種使用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的酶。它是胰蛋白酶的一種形式,是在實驗室中合成的,而不是從動物來源(例如豬或牛的胰腺)中提取的。
重組胰蛋白酶具有許多潛在用途,包括用于生產(chǎn)藥品、用作研究工具以及生物技術(shù)應(yīng)用,例如蛋白類藥物的生產(chǎn)、細(xì)胞的分離、疫苗生產(chǎn)以及用于細(xì)胞分析的組織樣本的制備, 同時解決了傳統(tǒng)使用的豬或牛胰蛋白酶可能帶來病毒污染的風(fēng)險。我國2020版藥典第一次收錄了無動物源性重組胰蛋白酶的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)??傮w而言,重組胰蛋白酶在生物藥及科研領(lǐng)域是不可缺少的工具酶。
02 重組胰蛋白酶的應(yīng)用
在醫(yī)藥開發(fā)、生化研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
在生化研究方面,重組胰蛋白酶可分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、氨基酸序列;
在醫(yī)藥領(lǐng)域,由于重組胰蛋白酶會選擇性水解賴氨酸、精氨酸肽鏈,因此可用于治療各種炎癥、潰瘍、癬疥、水腫、血腫等疾病,并能夠促進(jìn)抗生素等藥物向病灶滲透。重組胰蛋白酶制劑主要是注射用胰蛋白酶,可用于外科炎癥、肺氣腫、支氣管炎、創(chuàng)傷性損傷、毒蛇咬傷等治療領(lǐng)域。
在疫苗生產(chǎn)中的應(yīng)用
疫苗是目前預(yù)防疾病發(fā)生和傳播最為有效的方式,主流生產(chǎn)疫苗的主要方法有:雞胚培養(yǎng)系統(tǒng)和動物細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。
目前使用最為廣泛的是動物細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng),動物細(xì)胞在適宜環(huán)境下能夠迅速增殖,并且由于其與人體組織細(xì)胞極為相似,故而其生產(chǎn)的疫苗具有很高的免疫原性。傳統(tǒng)的雞胚培養(yǎng)疫苗系統(tǒng)則存在許多不足之處,比如培養(yǎng)的病毒容易發(fā)生變異;與人群流行病毒株存在差異導(dǎo)致疫苗效果不佳或無預(yù)防效果;病毒大范圍傳播時健康雞胚供應(yīng)受限致使短時間內(nèi)無法滿足對疫苗的需求。
1、用于疫苗生產(chǎn)中細(xì)胞培養(yǎng)時的細(xì)胞解離
貼壁依賴型動物細(xì)胞在培養(yǎng)時都是貼附于固相表面進(jìn)行生長,一般貼附于培養(yǎng)器皿表面或微載體,我們稱之為貼壁培養(yǎng)。在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中,需要使用細(xì)胞消化液對貼壁細(xì)胞進(jìn)行處理,使之成為單個細(xì)胞并且不對其造成損傷,其中酶類細(xì)胞消化液主要成分為蛋白水解酶和緩沖保護(hù)溶液。
當(dāng)前市場上所售以重組胰蛋白酶消化液為主,重組胰蛋白酶能夠水解細(xì)胞間的沾粘蛋白,釋放出單個獨立細(xì)胞,并且很好的保持細(xì)胞的完整性和細(xì)胞活性。
2、用于疫苗生產(chǎn)中裂解病毒
以細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)培養(yǎng)的流感病毒血凝素HA為例:流感病毒血凝素HA被宿主蛋白酶裂解為成熟的HA1和HA2后才能夠介導(dǎo)病毒囊膜與靶細(xì)胞融合,開始病毒生命周期,因此HA的裂解成為病毒感染細(xì)胞的首要因素,因此可以采用外加重組胰蛋白酶的方式進(jìn)行裂解,以進(jìn)行病毒疫苗的生產(chǎn),其可有效的提高病毒產(chǎn)量,從而進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)并簡化相關(guān)生產(chǎn)工藝。
3、用于消除疫苗生產(chǎn)過程中可能造成的生物危害
當(dāng)前基因工程疫苗是國際社會生物安全管理的一個集中點,在基因工程疫苗的研制過程中,經(jīng)過基因重組而攜帶外源基因的生物體一旦逃逸到環(huán)境中,經(jīng)過基因整合后,可能會引起生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,打破其在長期進(jìn)化過程中所形成的生態(tài)平衡,威脅自然界中的生物,有些病毒具有導(dǎo)致靶組織損傷的基因,可能使原本無害的微生物變得極其危險。
冀百康 ● 重組胰蛋白酶
冀百康的重組胰蛋白酶是從重組畢赤酵母中分離純化得到的,屬于生物化學(xué)級別的基因工程酶,不含 DFP、PMSF 和 TLCK 等酶抑制劑,具有與天然胰蛋白酶相同的活性和特異性。其活性受絲氨酸蛋白酶抑制劑如 PMSF 和 TLCK 等、金屬離子螯合劑如 EDTA 等的抑制。
本品分為:藥典級、細(xì)胞培養(yǎng)級、1:250 三種類型。
*注:以上產(chǎn)品僅用于科研生產(chǎn),不得用于臨床和人體;產(chǎn)品檢測結(jié)果以質(zhì)量檢測報告準(zhǔn),可按客戶要求定制。
產(chǎn)品優(yōu)勢:
● 無動物源性、無動物病毒、無致病物質(zhì)、無外源因子污染,安全性高
● 不含雜酶,宿主蛋白和宿主細(xì)胞DNA殘留量符合藥典標(biāo)準(zhǔn)
● 符合中國藥典 2020 版和 USP43 的標(biāo)準(zhǔn)
● 生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境符合相關(guān)法規(guī)要求,生產(chǎn)過程完全符合GMP指導(dǎo)原則
● 批量生產(chǎn),可以保證穩(wěn)定連續(xù)的批次生產(chǎn),產(chǎn)品批次間無差異,質(zhì)量穩(wěn)定
由于胰蛋白酶主要是在滅活疫苗中使用,加上目前大多企業(yè)使用動物源性胰蛋白酶主要來自進(jìn)口,那么在供應(yīng)鏈國產(chǎn)化的呼聲中,國產(chǎn)替代更突顯其高品質(zhì)成本低的優(yōu)勢。
從基因到蛋白質(zhì),再到細(xì)胞,最終組合形成生物體——生命的設(shè)計之路還很遙遠(yuǎn),而酶學(xué)研究的工作冀百康一直在路上。
*參考文獻(xiàn):
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[3]《中國藥典》2020年版,<3603> 重組胰蛋白酶
[4]光明日報 《酶,是生命不可缺少的核心物質(zhì)》2021-11-18
[5]《關(guān)于重組胰蛋白酶在細(xì)胞培養(yǎng)中的使用優(yōu)點》2021-04-07