Enzyme in der pharmazeutischen Industrie

Bereits vor dem Aufkommen der Biotechnologie wurden Enzyme und Proteine als Arzneimittel eingesetzt. Enzyme binden ihre Zielstrukturen hochspezifisch und mit hoher Affinität. Durch ihre katalytische Wirkung setzen sie zahlreiche Zielmoleküle in die gewünschten Produkte um, indem sie die Geschwindigkeit chemischer Umwandlungen und metabolischer Prozesse erhöhen. Diese Eigenschaft unterscheidet sie von allen anderen Arzneistoffklassen. Die biochemische Vielfalt sowie die Möglichkeit, die Enzymkonzentration durch Umwelt- und genetische Manipulationen leicht zu erhöhen, sprechen für den Einsatz von Enzymen mikrobiellen Ursprungs. Therapeutisch eingesetzte Enzyme bieten den großen Vorteil, wirtschaftlich und zuverlässig zu sein. Aufgrund hoher Ausbeuten eignen sie sich gut für Produktmodifikation und -optimierung. Verdauungs- und Stoffwechselenzyme können entweder allein oder in Kombination mit anderen Therapien zur Behandlung zahlreicher Erkrankungen eingesetzt werden, z. B. Leukämie, Hautulzera, kardiovaskuläre Erkrankungen, Morbus Parkinson, Entzündungen, Verdauungsstörungen, Pankreaserkrankungen usw. Sie werden zudem in der Diagnostik, biochemischen Untersuchung und Überwachung vieler schwerwiegender Erkrankungen verwendet.

Anwendung von Enzymen in der Krankheitsdiagnostik

Der Enzymstoffwechsel ist ein grundlegender biologischer Prozess und für das Überleben aller Spezies essenziell. Seine besondere Funktion besteht in der Katalyse chemischer Reaktionen. Enzyme finden breite Anwendung, um Reaktionsgeschwindigkeiten bis nahe an das Gleichgewicht zu erhöhen. Enzyme spielen eine Schlüsselrolle in den Stoffwechselaktivitäten aller Organismen – ob Mensch, Tier, Pflanze oder Mikroorganismus – und werden vielfältig in der mikrobiellen Biotechnologie sowie in diagnostischen Verfahren eingesetzt. Störungen des Enzymstoffwechselsystems führen zu zahlreichen Stoffwechselerkrankungen. Studien zeigen, dass viele Erkrankungen mit verschiedenen Komponenten des Enzymstoffwechselsystems assoziiert sind; Enzyme werden daher in der klinischen Diagnostik breit als spezifische Krankheitsmarker eingesetzt.

Anwendung von Enzymen in der Behandlung von Erkrankungen

Als Arzneimittel eingesetzte Enzyme weisen zwei wesentliche Eigenschaften auf, die sie von traditionellen Arzneistoffen unterscheiden. Erstens binden sie – im Gegensatz zu vielen klassischen Wirkstoffen – ihre Zielstrukturen mit sehr hoher Affinität und wirken dort. Zweitens sind sie hochspezifisch und fungieren als Katalysatoren, um zahlreiche Zielmoleküle in die gewünschten Produkte umzusetzen. Diese beiden Merkmale machen Enzyme zu spezifischen und potenten Arzneimitteln, die therapeutisch relevante biochemische Prozesse im Körper ermöglichen können, die mit niedermolekularen Wirkstoffen nicht erreichbar sind.

Die katalytische Aktivität von Enzymen wird in der industriellen Arzneimittelherstellung genutzt. Enzyme werden außerdem als Verdauungshilfen eingesetzt, indem sie Verdauungsenzyme wie Amylase, Lipase und Protease ergänzen. Nahezu alle bislang entwickelten Enzymtherapien beziehen sich auf genetische Erkrankungen. Darüber hinaus wird die Enzymersatztherapie bei relativ seltenen, angeborenen Stoffwechseldefekten (inborn errors of metabolism) angewendet. Mehrere Enzyme werden zudem zur Prävention und Behandlung häufiger Erkrankungen wie Herzinfarkt und Schlaganfall eingesetzt. Das Enzym Kollagenase wurde zur Heilung von Verbrennungswunden bei Kindern beschrieben, und das Enzym Chondroitinase ABC in der Behandlung von Rückenmarksverletzungen.

Anwendung von Enzymen in der Arzneimittelherstellung

Häufig wird angenommen, dass enzymatische Transformationen (bzw. Biokatalyse) eine neue und aufkommende Technologie in der Herstellung niedermolekularer Wirkstoffsubstanzen (Active Pharmaceutical Ingredients, APIs) seien. Tatsächlich enthält jedoch bereits eine beträchtliche Anzahl marktgängiger Arzneimittel Zwischenprodukte, die mittels Biokatalyse hergestellt werden. Die stark gestiegene Zahl und Verfügbarkeit von Enzymen für die synthetische organische Chemie hat die Biokatalyse zu einer zunehmend attraktiven und praktikablen Herstellungsoption gemacht. Wie stets sind Herstellkosten (Cost of Goods) und Prozessproduktivität zentrale Treiber für die Implementierung. Darüber hinaus sind Nachhaltigkeit sowie die Einführung umweltfreundlicherer und sichererer Technologien klare Faktoren, die die Auswahl von Herstellrouten heute und künftig beeinflussen. Biokatalyse ist eine „grüne“ Technologie, und Lebenszyklusanalysen zeigen, dass der Einsatz rekombinanter Technologien wesentlich dazu beiträgt, den Nachhaltigkeitsvorteil eines biokatalysierten Prozesses gegenüber einem traditionellen chemischen Prozess zu maximieren.

Zugehörige Dienstleistungen

Industrielle Enzymproduktion

Zugehörige Produkte

Enzyme für Diagnostik und Bioanalyse
Enzyme für Onkologie und Thrombosetherapie

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Anwendung von Enzymen in der Krankheitsdiagnostik

Anwendung von Enzymen in der Behandlung von Erkrankungen

Einsatz von Enzymen in der Arzneimittelherstellung