Enzyme in der pharmazeutischen Industrie

Selbst vor der Entstehung der Biotechnologie wurden Enzyme und Proteine als Arzneimittel verwendet. Enzyme binden sehr spezifisch und mit hoher Affinität an ihre Zielmoleküle. Sie wandeln durch katalytische Wirkung mehrere Zielmoleküle in die gewünschten Produkte um, indem sie die Geschwindigkeit chemischer Umwandlungen und Stoffwechselprozesse erhöhen. Diese Eigenschaft unterscheidet sie von allen anderen Arzneimitteltypen. Die biochemische Vielfalt und die Leichtigkeit, mit der die Enzymkonzentration durch Umwelt- und genetische Manipulation erhöht werden kann, bieten den Vorteil der Verwendung von Enzymen mikrobiellen Ursprungs. Therapeutisch eingesetzte Enzyme haben den großen Vorteil, wirtschaftlich rentabel und zuverlässig zu sein. Aufgrund hoher Ausbeuten sind sie leicht für Produktmodifikation und -optimierung einsetzbar. Verdauungs- und Stoffwechselenzyme können entweder allein oder in Kombination mit anderen Therapien zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten wie Leukämie, Hautgeschwüren, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Parkinson-Krankheit, Entzündungen, Verdauungsstörungen, Pankreaserkrankungen usw. eingesetzt werden. Sie werden auch bei der Diagnose, biochemischen Untersuchung und Überwachung vieler bedrohlicher Krankheiten verwendet.

Anwendung von Enzymen in der Krankheitsdiagnose

Der Enzymstoffwechsel ist ein grundlegender biologischer Prozess, der für das Überleben aller Spezies essenziell ist. Ihre besondere Funktion besteht darin, chemische Reaktionen zu katalysieren. Enzyme haben ein breites Anwendungsspektrum zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit nahe dem Gleichgewicht. Enzyme spielen eine Schlüsselrolle bei den Stoffwechselaktivitäten aller Organismen, ob Mensch, Tier, Pflanze oder Mikroorganismus; Enzyme haben ein breites Anwendungsspektrum in der mikrobiellen Biotechnologie und deren Diagnoseverfahren. Die Störung des Enzymstoffwechselsystems führt zu vielen Stoffwechselkrankheiten. Studien haben gezeigt, dass viele Krankheiten mit zahlreichen Komponenten des Enzymstoffwechselsystems in Zusammenhang stehen und in der klinischen Untersuchung als spezifischer Marker für Krankheiten weit verbreitet sind.

Anwendung von Enzymen in der Behandlung von Krankheiten

Als Arzneimittel eingesetzte Enzyme besitzen zwei wichtige Eigenschaften, die sie von traditionellen Arzneimitteln unterscheiden. Erstens binden und wirken sie im Gegensatz zu Arzneimitteln mit großer Affinität an ihren Zielmolekülen. Zweitens sind sie hochspezifisch und wirken als Katalysator, um mehrere Zielmoleküle in die gewünschten Produkte umzuwandeln. Diese beiden Eigenschaften machen Enzyme zu spezifischen und potenten Arzneimitteln, die therapeutische Biochemie im Körper ermöglichen, was kleine Moleküle nicht können. Die katalytische Aktivität von Enzymen wird in der industriellen Herstellung von Arzneimitteln genutzt. Enzyme werden auch als Verdauungshilfe eingesetzt, wobei sie Verdauungsenzyme wie Amylase, Lipase und Protease ergänzen. Fast alle bisher entwickelten Enzymtherapien befassen sich mit genetischen Störungen. Auch die Enzymersatztherapie wird bei relativ seltenen, angeborenen Stoffwechselstörungen eingesetzt. Mehrere Enzyme werden auch zur Vorbeugung und Behandlung häufiger Krankheiten wie Herzinfarkt und Schlaganfall verwendet. Das Enzym Kollagenase wurde zur Heilung von Brandwunden bei Kindern berichtet und das Enzym Chondroitinase ABC bei der Behandlung von Rückenmarksverletzungen.

Anwendung von Enzymen in der Arzneimittelherstellung

Oft wird angenommen, dass Enzymumwandlungen (oder Biokatalyse) eine neue und aufkommende Technologie bei der Herstellung von kleinen Molekülen als Wirkstoffe (APIs) sind. Tatsächlich enthalten bereits relativ viele auf dem Markt befindliche Arzneimittel Zwischenprodukte, die durch Biokatalyse hergestellt wurden. Die explosionsartige Zunahme der Anzahl und Menge verfügbarer Enzyme für den synthetischen organischen Chemiker hat die Biokatalyse zu einer zunehmend attraktiven und praktikablen Herstellungsoption gemacht. Wie immer sind die Kosten der Waren und die Produktivität des Prozesses entscheidende Faktoren für die Einführung. Darüber hinaus sind Nachhaltigkeit und die Einführung umweltfreundlicherer und sichererer Technologien heute und in Zukunft klare Faktoren, die die Auswahl des Herstellungswegs beeinflussen. Biokatalyse ist eine grüne Technologie, und Lebenszyklusanalysen zeigen, dass der Einsatz rekombinanter Technologien einen wesentlichen Beitrag zur Maximierung des Nachhaltigkeitsvorteils eines biokatalysierten Prozesses im Vergleich zu einem traditionellen chemischen Prozess leistet.

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