Биотехнология лекарственных средств и особенности контроля качества препаратов, полученных методами биотехнологии

     Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

     «Оренбургская государственная  медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации 
 
 

     КАФЕДРА ХИМИИ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ХИМИИ 
 
 

     Курсовая работа 
 

     Биотехнология лекарственных средств  и особенности  контроля качества препаратов, полученных методами биотехнологии 
 
 

     Исполнитель: студент Колмыкова К.А.

     51 Группы 5 курса

     Руководитель: доцент, к.б.н.

     Михайлова И.В 
 

     Оренбург  – 2011 г

     Список  сокращений 

     ВОЗ – всемирная организация здравоохранения;

     БАС – биологические активные соединения;

     ФСП – фармакопейная статья предприятия;

     НД  – нормативная документация;

     КИ  – клинические испытания;

     ОСТ – отраслевой стандарт;

     ЛС  – лекарственное средство;

     ВИЧ – вирус иммунодефицита человека;

     ТЕР – Tissue engineering product;

     МА – монокланальные антитела;

     ЕС  – Европейский союз. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание 

       Список сокращений………………………………………………………...…..2

       Введение………………………………………………………………………....4

       I. Биотехнология и ЛС………………………………………………………….6

        1.1. Особенности биотехнологических ЛС…………………………...…….10

        1.2. Биотехнологические ЛС…………………………………………...……12

       II. Создание биотехнологических ЛС……………………………...………...14

       III. Особенности контроля качества препаратов, полученных методами биотехнологии………………………………………………………………………...17

       Заключение…………………………………………………………………....22

       Выводы………………………………………………………………………...23

       Список литературы………………………………………………………...…24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     В традиционном, классическом, понимании биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов. Биотехнологические лекарственные средства – это лекарственные препараты, предназначенные для профилактики, лечения или диагностики in vivo, которые развивают не фармакологическую, а биологическую активность. Они обладают рядом существенных отличий от химико-синтетических лекарственных средств.

     Существенным  отличием биотехнологических лекарственных средств является то, что в них используется естественная способность к метаболизму.

     Следует также ожидать выхода на фармрынок  новой категории лекарственных  средств – биосимиляров – аналогов оригинальных биотехнологических лекарственных  средств со сходной, но неидентичной активной молекулой.

     В ЕС в этом году зарегистрированы два  первых биосимиляра (гормона роста  – соматотропина). На регистрации  в European Medicines Agency находятся порядка 12 биосимиляров (эритропоэтин и др.). Ожидается, что введение в медицинскую практику биосимиляров резко снизит затраты здравоохранения на биотехнологические лекарственные средства, сделает их доступными для широких слоев населения.

     В настоящее время биотехнология  является наиболее активной отраслью в области новых разработок. Объем продаж биотехнологических препаратов за 2007 год по всему миру составил $70 млрд., а прирост его по сравнению с предыдущим годом – 15%. Согласно прогнозу на 2012 года объем продаж возрастет до $92 млрд. В 2008 году в стадии клинических испытаний и на этапе регистрации находилось 633 биотехнологических препарата для лечения более 100 заболеваний. Основные направления, по которым в данное время ведутся исследования, это - разработка препаратов для лечения тяжелых форм рака, ВИЧ, аутоиммунных заболеваний, болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистых заболеваний, разработка методов лечения на основе использования стволовых клеток, клеточной технологии (Tissue Engineering Product TEP), соматических клеточных препаратов и нанотехнологии.

     Биотехнология является одна из наиболее молодых, но весьма перспективных отраслей высокотехнологического производства. Многие эксперты связывают решение актуальных медико-социальных проблем именно с развитием биотехнологии. В руках у врачей окажутся еще более эффективные препараты для борьбы с серьезными заболеваниями, многие из которых раньше считались неизлечимыми.

     Целью курсовой работы является изучение особенностей контроля качества препаратов, полученных методами биотехнологии.

     Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить общее понятие биотехнологии;
2. Проанализировать процесс создания биотехнологического ЛС;
3. Дать характеристику условиям, необходимым для биотехнологического производства ЛС.
4. Установить особенности контроля качества ЛС, полученных методами биотехнологии.

1. Биотехнология и ЛС

     В наше время прогресс фармакотерапии выражается в замещении в схемах лечения менее эффективных лекарственных  средств препаратами более эффективными и безопасными. Внедрение инновационных  технических и фармацевтических достижений в клиническую практику, необходимое для повышения эффективности медицинской помощи, связано с неизбежным увеличением затрат.

     В наши дни бремя этих затрат столь  велико, что его не выдерживает  ни одна система здравоохранения, даже в развитых и благополучных странах. Государства направляют колоссальные усилия на ограничение расходов на медицинскую помощь. В результате развивается конфликт между потребностями пациентов, их правом на получение эффективного лечения и финансовыми возможностями систем здравоохранения.

     Еще в конце ХХ веке казалось, что  найти реальный выход из этой ситуации невозможно. Но сегодня мы можем  с надеждой говорить о перспективах. Они связаны с достижениями в  области биомедицинских технологий, которые призваны изменить медицину, дать ей новые возможности и в то же время обеспечить доступность медицинской помощи.

     В основе биомедицинских технологий лежат  достижения биологии последней четверти ХХ века: расшифровка генома человека, открытие молекулярных механизмов, лежащих в основе определенных заболеваний, формирование представления о клеточных процессах как об органической целостной системе и о возможностях модификации клеточного материала. Биомедицинские технологии нужны для развития молекулярной медицины и использования ее достижений в клинической практике, в том числе для предупреждения болезней и реабилитации пациентов.

     На  сегодняшний день наиболее перспективными и реальными инновационными биомедицинскими  технологиями (так наз. Advanced Therapies) являются:

     – клеточные технологии: Tissue engineering Product, генные терапевтические методы и средства, соматические клеточные препараты, биотехнологические лекарственные средства;

     – нанотехнологии.

     ТЕР – это продукты, которые содержат обработанные клетки или ткани или состоят из них и применяются в целях регенерации, восстановления или для замещения человеческих тканей.

     Генные  терапевтические методы и средства – технологии, обеспечивающие перенос  генов в клетки человека или животного (например, при гемофилии, муковисцидозе).

     Соматические  клеточные терапевтические методы и средства – технологии, основанные на изменении свойств клетки для  достижения терапевтического, фармакологического или профилактического эффекта.

     Одним из передовых направлений развития биомедицинских технологий является изучение стволовых клеток. Эксперты на основании специального исследования, проведенного крупной аналитической компанией, предсказывают, что в следующие 5 лет стволовые клетки будут применяться более чем при 100 заболеваниях, и уже окрестили их главным лекарством XXI века.

     По  подсчетам экспертов, в настоящее  время во всем мире, в условиях достаточно жесткого правового регулирования  исследований в области клеточных  технологий, разработкой препаратов на основе стволовых клеток занимаются примерно 150 фирм. Какая из них первой создаст продукт, который будет разрешен к применению, сейчас предсказать трудно.

     Однако  эти исследовательские компании размещают акции на биржах и получают значительные инвестиции. Препараты  стволовых клеток могут стать крупнейшим прорывом в медицине со времен изобретения антибиотиков, во всяком случае – с экономической точки зрения.

     Перспективным направлением является развитие генных технологий.

1. Они способны существенно оптимизировать традиционную фармакотерапию (фармакогеномика).
2. Особые надежды возлагаются на генно-инженерные разработки препаратов для защиты от инфекционных болезней и патогенов.

     Еще одно направление – биотехнологические препараты. Начинается конкуренция  между традиционными синтетическими лекарственными средствами и биофармацевтическими препаратами. Становится привычным новый термин «биофармация».

     В 2006 году объем мирового фармарынка составлял примерно 640 млрд. долл., при этом 10% уже приходилось на долю биотехнологических продуктов. Лидерами в области биофармации являются США и Германия.

     Разработке  современных биофармацевтических  препаратов предшествовало освоение других биотехнологических методов, в частности  ферментации бактерий и грибов, что  позволило развить промышленное производство низкомолекулярных лекарственных средств, например антибиотиков, ингибиторов ГМГ-КоА-редуктазы (гидрокси-метилглутарил-коферментаА-редуктаза) и иммуносупрессоров.

     Биотехнологические  лекарственные средства – это  лекарственные препараты, предназначенные  для профилактики, лечения или диагностики in vivo, которые развивают не фармакологическую, а биологическую активность. Они обладают рядом существенных отличий от химико-синтетических лекарственных средств.

     Действующее вещество биотехнологических препаратов имеет биологическое происхождение и является производным от живых клеток, обладает сложной гетерогенной молекулярной структурой. Исходным субстратом служат клетки животного происхождения или микроорганизмы (бактерии типа E.coli, дрожжи и пр.), используются их клеточные и субклеточные структуры.

     Существенным  отличием биотехнологических лекарственных  средств является то, что в них  используется естественная способность  к метаболизму.

     Для их получения производится изоляция и изменение геномной ДНК исходного  продукта таким образом, что он получает новую, неспецифическую для данного вида способность к биосинтезу, которая и используется в лекарственных средствах. В первую очередь здесь следует назвать создание генно-модифицированных организмов для получения рекомбинантных терапевтических протеинов.

     В настоящее время уже используется 115 лекарственных средств на основе 84 терапевтических протеинов. В 2006 г. в США в разработке находилось 418 биофармацевтических лекарственных средств, в Европе – 320. Часть из них уже проходят клинические исследования и скоро станут доступными врачам и их пациентам. По оптимистическим прогнозам, в 2015 г. половина инновационных лекарственных средств в мире будут основаны на протеинах или олигонуклеотидах.

     Следует также ожидать выхода на фармрынок  новой категории лекарственных средств – биосимиляров – аналогов оригинальных биотехнологических лекарственных средств со сходной, но неидентичной активной молекулой.

     В ЕС в этом году зарегистрированы два  первых биосимиляра (гормона роста  – соматотропина). На регистрации в European Medicines Agency находятся порядка 12 биосимиляров (эритропоэтин и др.). Ожидается, что введение в медицинскую практику биосимиляров резко снизит затраты здравоохранения на биотехнологические лекарственные средства, сделает их доступными для широких слоев населения. В руках у врачей окажутся еще более эффективные препараты для борьбы с серьезными заболеваниями, многие из которых раньше считались неизлечимыми. 
 
 
 
 
 
 
 

1. Особенности биотехнологических ЛС

     Стремительное развитие биотехнологий вывело производство лекарств на совершенно новый уровень. Новая биотехнология расширила горизонты в исследованиях процессов, происходящих в организме при различных патологиях. В отличие от традиционных лекарственных средств (ЛС), полученных методами химического синтеза, в фармацевтических биотехнологиях используются методики, позволяющие создавать соединения, составляющие основу препаратов (прежде всего, белки), зачастую идентичные естественным. Детальное понимание причин патологического процесса на молекулярном и генетическом уровнях освещает точную причину его развития и обозначает точку, требующую терапевтического вмешательства. Владение информацией о структуре и функциях генов и их белковых производных, участвующих в протекании болезни, дает возможность разрабатывать новые продукты не методом проб и ошибок, а рационально (так называемый рациональный драг-дизайн). Результаты, полученные при исследованиях структуры и функций генома или белков, подталкивают к открытию новых продуктов, позволяя при этом узнать еще больше про сам биологический процесс, который необходимо контролировать или изменить. Главным преимуществом ЛС, полученных биотехнологическим путём, является их высокая специфичность по отношению к факторам, связанным с возникновением и развитием болезни и естественная способность к метаболизму.

     Согласно  определению EMEA (European Medicines Evaluation Agency –  Европейское агентство по оценке лекарственных средств) и FDA (Food and Drug Administration – Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США), к биотехнологическим ЛС относятся продукты, полученные методом генной инженерии или гибридомной технологии. Препараты, выделенные из тканей животных и человека, не относятся к биотехнологическим, а рассматриваются как биологические. В зависимости от контекста (научного, регуляторного, правового) используются разные толкования термина «биологический препарат». Например, согласно Директиве 2003/63/ЕС биологическое ЛС – это средство, лекарственной субстанцией которого является биологическая субстанция. Последняя определяется как субстанция, продуцируемая или экстрагируемая из биологического источника, для характеризации и определения качества которой нужна комбинация физико-химико-биологических исследований, (описание) процесса производства и его контроля. Биологическими считаются следующие средства: иммунологические и полученные из крови и плазмы крови человека, а также ЛС для клеточной генной терапии. В статье 21 Свода федеральных правил США (Code of Federal Regulations) – CFR 600.3 (h) биологический продукт определен как вирус, терапевтическая сыворотка, токсин, антитоксин или аналогичный продукт, применимый к профилактике или лечению заболеваний или других видов патологии человека. Наиболее полно, по мнению специалистов, биологическое/биотехнологическое ЛС определяет Немецкая ассоциация исследовательских фармацевтических компаний (Verband Forschender Arzneimittelhersteller – VFA) как применяемое наружно или внутрь в целях профилактики, диагностики in vivo или терапии, действующее вещество которого, выделенное из биологической ткани или культуры живых клеток, характеризуется сложной молекулярной структурой. Подчеркивается также, что для проявления указанной биологической активности такой препарат может требовать специфических условий изготовления (добавления адъювантов, конъюгации, специфических физико-химических условий). 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Биотехнологические  ЛС

     Всплеск исследований по биотехнологии в  мировой науке произошел в 80-х  годах, когда новые методологические подходы обеспечили переход к эффективному их использованию в науке и практике, и возникла реальная возможность извлечь из этого максимальный экономический эффект. Сегодня фармацевтическая биотехнологическая продукция представлена классическими продуктами: антибиотиками различного назначения (для лечения заболеваний человека и животных, а также для кормовых добавок и премиксов), витаминами, вакцинами и ферментами, а также продуктами «новой биотехнологии», которыми являются генно-инженерные лекарственные препараты и вакцины и диагностикумы нового поколения. Генно-инженерные лекарственные препараты, появившиеся на рынке в последнее десятилетие, представляют собой естественные природные биорегуляторы и биологически активные вещества, синтез которых для медицинских целей вне организма невозможен или весьма затруднителен. К таким препаратам относятся инсулин, гормон роста, урокиназа, факторы свертывания крови, эритропоэтин, интерлейкины и их ингибиторы, колониестимулирующие факторы и факторы роста, артериальный натрийуретический фактор, супероксиддисмутаза, ангиогенин, тканевый активатор плазминогена, вакцины, моноклональные антитела.

     Самым крупным производством является производство генно-инженерного инсулина, доля которого в мировом рынке  продуктов современной биотехнологической промышленности составляет 18%. Лидерами продаж на рынке генно-инженерных медикаментов гормональной природы в течение последних нескольких лет были препараты рекомбинантного эритропоэтина, различные модификации которого применяют при лечении анемии, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Значительную долю рынка генно-инженерных медикаментов представляют рекомбинантные альфа-, бета- и гамма-интерфероны, различные формы которых эффективны при лечении опухолевых заболеваний, болезней крови, вирусных инфекций. Моноклональные антитела занимают ведущее место среди разрабатываемых биотехнологических продуктов. МА давно нашли применение в иммунодиагностике, а в последнее десятилетие растет их роль в терапии рака и других заболеваний. Среди наиболее активно разрабатываемых генно-инженерных продуктов находятся препараты группы цитокинов - интерлейкины, а также вещества родственной группы - антагонисты рецепторов интерлейкинов. Эти препараты перспективны для лечения опухолевых, воспалительных, автоиммунных заболеваний, а также тяжелых форм болезней крови. В США и странах Европы на различных стадиях разработки находятся более 20 препаратов этой группы. Примерами современных фармацевтических биотехнологических ЛС являются антитела бевацизумаб, цетуксимаб для лечения онкологических заболеваний, эфализумаб и омализумаб (для лечения тяжелых форм аллергии и псориаза), высокоактивные белки инсулин глулизин и детермир (применяемые для лечения сахарного диабета I и II типа), антитромботическое средство бивалирудин, препарат ланкреотид (угнетающий гормон роста) и первый оральный антихолерный белковый препарат.

     В настоящее время биотехнология  является наиболее активной отраслью в области новых разработок. Объем продаж биотехнологических препаратов за 2007 год по всему миру составил $70 млрд., а прирост его по сравнению с предыдущим годом – 15%. Согласно прогнозу на 2012 года объем продаж возрастет до $92 млрд. В 2008 году в стадии клинических испытаний и на этапе регистрации находилось 633 биотехнологических препарата для лечения более 100 заболеваний. Основные направления, по которым в данное время ведутся исследования, это - разработка препаратов для лечения тяжелых форм рака, ВИЧ, аутоиммунных заболеваний, болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистых заболеваний, разработка методов лечения на основе использования стволовых клеток, клеточной технологии (Tissue Engineering Product TEP), соматических клеточных препаратов и нанотехнологии. 
 
 

2. Создание  биотехнологического  ЛС

     В среднем требуется от 10 до 15 лет  и примерно около 1.3 млрд. $ (включая  стоимость неудач) для того, чтобы  запустить новый продукт. Это достаточно долгий и трудоемкий процесс, включающий в себя несколько стадий.

     Проведение  доклинических исследований на животных является обязательным при создании новых ЛС. На этом этапе исследуются фармакодинамика и фармакокинетика веществ, устанавливаются их специфическая активность и безопасность, определяются оптимальные дозы и продолжительность использования. На доклинической стадии особое внимание уделяется побочным эффектам, токсичности при однократном и многократном введении, аллергенности, тератогенности, канцерогенности и т.д. На этой же стадии проводится разработка лекарственной формы будущего ЛС для применения в ходе клинических испытаний на человеке.

     Клинические исследования проходят четыре фазы. I фаза проводится с целью предварительной оценки безопасности исследуемого ЛС, наличия терапевтического действия, а также определения предполагаемой схемы дозирования путем изучения фармакокинетических параметров препарата. Часто такие испытания называют не терапевтическими, а медико-биологическими, клинико-фармакологическими исследованиями, так как они строятся таким образом, чтобы установить переносимость, безопасность, терапевтическое действие, фармакокинетические и фармакодинамические характеристики препарата. Испытуемыми, привлекаемыми к клиническим испытаниям в I фазе, являются здоровые люди, которые добровольно дали согласие на участие в испытаниях, и только в некоторых случаях - пациенты (добровольцы). Последнее касается онкологических препаратов, препаратов, применяемых для лечения СПИДа, в связи с их потенциальной токсичностью. II фаза клинических испытаний – первый опыт применения препарата у пациентов с заболеванием, для лечения которого он предназначен. Проводится с целью показать активность и оценить краткосрочную безопасность активного вещества у пациентов. В III фазе клинических испытаний на больших группах пациентов определяют краткосрочный и долгосрочный баланс безопасность/эффективность для лекарственных форм активного вещества, его общую и относительную терапевтическую ценность. Исследуются также профиль и разновидности наиболее часто встречающихся побочных реакций и специфические характеристики препарата. Процесс создания лекарственного препарата завершается его регистрацией и получением разрешения на маркетинг. После выведения препарата на рынок продолжаются постмаркетинговые клинические исследования. Клинические испытания IV фазы позволяют получить данные для регистрации новых показаний, выявить нежелательные явления и побочные действия препарата при более длительном применении у различных групп пациентов при воздействии различных факторов риска, изучить особенности препарата в зависимости от расовой и генетической принадлежности.

     В случае успешного завершения клинических  испытаний следующим этапом внедрения  препарата, например, в США, является запрос официального одобрения   регуляторными органами, который оформляется в виде заявки на применение нового препарата (new drug application, NDA), либо в виде заявки на получение разрешения применения биопрепарата (biologics license application, BLA). Такие заявки могут занимать сотни или тысячи страниц и содержат подробную информацию о структуре продукта, его производстве, результатах лабораторного тестирования и клинических испытаний. Каждый одобренный препарат получает официальную инструкцию стандартной формы, содержание которой FDA разрабатывает совместно с компанией, занимающейся маркетингом препарата. Инструкция содержит перечень официально одобренных показаний к применению, описание препарата, возможные побочные эффекты, рекомендуемую дозировку, краткое описание результатов клинических испытаний и другую информацию, которая может быть полезна лечащим врачам.

     В связи с особенностями проведения клинических исследований   так  называемый «эффективный» период действия патента на инновационный биотехнологический препарат может быть значительно меньше обычных 17-20 лет. Дело в том, что патентование обычно проводится тогда, когда препарат находится на первой стадии клинических исследований. Прежде чем попасть на рынок, новое лекарственное средство должно пройти еще 2 этапа исследований и период утверждения регуляторными органами. А это может занять в общей сложности до 10 лет. К тому времени, как пациенты получат новое ЛС, останется меньше 10 лет патентной защиты. К 2012 году большинство запатентованных инновационных биотехнологических препаратов войдут в стадию выхода из-под патентной защиты, что приведет к резкому увеличению на рынке количества биодженериков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Особенности контроля качества препаратов, полученных методами биотехнологии

     Микробиологические  и биотехнологические производства и их продукция могут оказывать  на человека, животных и растительный мир следующие виды повреждающего  действия:

     - развитие инфекционных, паразитарных  и других заболеваний;

     - токсическое действие;

     - аллергенное действие;

     - общее и местное неспецифическое  (раздражающее) действие;

     - действие на генетический аппарат  клеток;

     - воздействие на экологическую  обстановку.

     Источниками биологической опасности могут  быть патогенные и генно-модифицированные микроорганизмы, используемые в производстве, продукты их метаболизма, токсины, различные химические вещества, содержащиеся в отходах производства, вызывающие заболевания человека, животных, растений, разрушение материалов, резкое ухудшение качества окружающей среды.

     Можно выделить следующие общие требования к биобезопасности микробиологических и биотехнологических производств  и их продукции:

     1) Безопасность означает отсутствие  фактического или прогнозируемого  нежелательного воздействия микроорганизмов,  их модифицированных вариантов, генно-инженерных материалов, оборудования и лабораторных животных, используемых в производстве и контроле препаратов, на здоровье человека и животных, а также на окружающую среду.

     2) необходимо иметь полную информацию  об используемых в производстве микроорганизмах, их генно-инженерных вариантов, материалах, оборудовании и животных;

     3) для определения безопасности  микробиологической и биотехнологической  продукции необходимо использовать  информативные лабораторные методы, позволяющие получить данные, предположительно коррелирующие с ее безопасностью для людей и животных. Заключение о безопасности микробиологической и биотехнологической продукции должно базироваться на комплексной оценке повреждающего действия продукции на организм человека и животных, а также на окружающую среду при кратковременном и длительном воздействии;

     4) производственный процесс должен  быть организован таким образом,  чтобы обеспечить его безопасность  внутри и вне производственных  помещений и предусматривать  превентивные действия для недопущения выпуска в окружающую среду потенциально опасных микроорганизмов (токсинов), их генно-инженерных вариантов, а также материалов и веществ, используемых в производстве;

     5) каждый производитель должен  обеспечивать безопасность микробиологической и биотехнологической продукции и гарантировать ее соответствие назначению и требованиям нормативной документации и обязан обеспечивать мониторинг безопасности продукции после размещения ее на рынке. Аналогичные обязанности возлагаются на уполномоченные органы исполнительной власти в области здравоохранения.