Φαρμακευτική Bιοτεχνολογία

Transcript

1 Φαρμακευτική Bιοτεχνολογία ΔIAΛEΞΗ 1 EIΣAΓΩΓH ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΚΑΙ ΣΤΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Χρήστος Παναγιωτίδης, Ph.D. Καθηγητής Κυτταρικής/Μοριακής Βιολογίας Εργαστήριο Φαρμακολογίας, Τομέας Φαρμακογνωσίας/Φαρμακολογίας Τμήμα Φαρμακευτικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Θεσσαλονίκη

2 Oι Διδάσκοντες Xρήστος Παναγιωτίδης, καθηγητής Λευκοθέα Παπαδοπούλου, αναπλ. καθηγήτρια Θεόδωρος Σκλαβιάδης, καθηγητής Δρ. Xρήστος Παναγιωτίδης Kαθηγητής Kυτταρικής & Mοριακής Bιολογίας Τμήμα Φαρμακευτικης Α.Π.Θ. Επικοινωνία: καθημερινά 11 π.μ.-12 μ., Γραφείο 315/ 3ος όρόφος Φαρμακευτικής ή ηλεκτρονικά ( ) στο : pchristo@pharm.auth.gr ΠΛHPOΦOPIEΣ σχετικά με τομάθημα, ανακοινώσεις, διαλέξεις, βαθμολογίες, κλπ. θα αναρτώνται στους πίνακες ανακοινώσεων του 3ου ορόφου και στην ιστοσελίδα:

3 Διαδικασία εξέτασης και εργασίες α) Εξετάσεις στα τμήματα της ύλης των τριών διδασκόντων (βαθμολογική βαρύτητα ανάλογη της ύλης του κάθε διδάσκοντα) β) Υποχρεωτική βιβλιογραφική εργασία (σε ομάδες) σε θέματα που θα ορίσουν οι διδάσκοντες γ) Ο τελικός βαθμός υπολογίζεται από τον βαθμό που λαμβάνεται στην γραπτή εξέταση (90% βαρύτητα) και το, βαθμό της εργασίας (10% βαρύτητα)

4 Tι είναι Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία; 1) Ο όρος Βιοτεχνολογία εισήχθη to 1919 από τον Ούγγρο γεωπόνο-μηχανικό Károly Ereky. 2) Βιοτεχνολογία είναι η επιστήμη που χρησιμοποιεί ζωντανούς οργανισμούς ή βιολογικά συστήματα για να παράγει ή να τροποποιεί προϊόντα ή διαδικασίες για εξειδικευμένες χρήσεις. 3) Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας: 3α) Ιατρική/Φαρμακευτική (Κόκκινη Βιοτεχνολογία ή Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία) 3β) Γεωργία/Τρόφιμα (Πράσινη Βιοτεχνολογία) 3γ) Θαλάσσιες εφαρμογές (Μπλέ Βιοτεχνολογία)

5 Η Βιοτεχνολογία είναι στη διεπιφάνεια μεταξύ Βιολογίας, Χημείας και Μηχανικής Βιολογία ΛΟΓΙΑ Βιομηχανική Βιοχημεία Χημεία ΒΙΟΤΕΧΝΟ Χημικές διεργασίες Μηχανική

6 Πόσο πρόσφατη είναι η Βιοτεχνολογία; α) Πρώιμες βιοτεχνολογικές εφαρμογές ήδη από τους Νεολιθικούς χρόνους μπορούν να θεωρηθούν οι επιλογές των καλλιεργειών που έδιναν τις καλύτερες εσοδείες. β) Ως αρχαία βιοτεχνολογική εφαρμογή θεωρείται επίσης η χρήση μυκήτων για ζυμώσεις, π.χ. παραγωγή μπύρας στην Μεσοποταμία, Αίγυπτο κλπ. ΤΙ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΕΙ ΤΗΝ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΠΟ ΤΙΣ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΠΡΩΪΜΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ;

7 Σύγχρονη Βιοτεχνολογία και Γενετική Μηχανική α) Η σύγχρονη Βιοτεχνολογία ξεκίνησε σχεδόν παράλληλα με την ανάπτυξη των τεχνολογιών γενετικής μηχανικής που επέτρεψαν την απομόνωση, τροποποίηση, εισαγωγή και έκφραση τμημάτων γενετικού υλικού. β) Τα «εργαλεία» που έχει αναπτύξει η γενετική μηχανική μας επιτρέπουν: Να ταυτοποιούμε το γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη του ενδιαφέροντος Να κόβουμε την αλληλουχία του DNA που περιέχει αυτήν την αλληλουχία του γονιδίου Να κλωνοποιούμε το γονίδια αυτό σε έναν κατάλληλο φορέα, π.χ. πλασμίδιο ή βακτηριοφάγο Να προσδιορίζουμε την αλληλουχία του γενετικού υλικού Να χρησιμοποιούμε τους φορείς αυτούς για να μεταφέρουμε το γονίδιο του ενδιαφέροντος σε άλλους οργανισμούς, όπως το βακτήριο Escherichia coli ή και σε κύτταρα θηλαστικών που αναπτύσσονται σε κυτταροκαλλιέργειες κλπ. Να επάγουμε (διεγείρουμε) τα κύτταρα αυτά για να ενεργοποιήσουμε την έκφραση του γονιδίου και την παραγωγή της της πρωτεΐνη του ενδιαφέροντος. Να εκχυλίσουμε και να καθαρίσουμε την πρωτεΐνη για θεραπευτική χρήση.

8 Σταθμοί στην Φαρμακευτικη Βιοτεχνολογία Γενετική Μηχανική 1952 Ο G. Gey δημιουργεί την κυτταρική σειρά HeLa από το καρκίνωμα μήτρας της ασθενούς Henrietta Lacks (απεβίωσε το 1951) 1953 Οι Watson και Crick αποκαλύπτουν τη δομή του DNA 1955 Α) Ανακαλύπτεται η DNA πολυμεράση, Β) Ο J. Salk χρησιμοποιεί για πρώτη φορά κυτταροκαλλιέργειες στην ανάπτυξη του εμβολίου της πολυομυελίτιδας 1960 Οι Jacob και Monod ανακαλύπτουν το mrna 1961 «Σπάει» ο γενετικός κώδικας 1963 Πρώτη σύνθεση ινσουλίνης από ερευνητικές ομάδες στις ΗΠΑ, Γερμανία και Κίνα Οι S. Katz και J. F. Enders αναπτύσσουν το πρώτο εμβόλιο για την ιλαρά 1967 Η Maurice Hilleman αναπτύσσει το εμβόλιο για την παρωτίτιδα 1969 Αναπτύσσεται το εμβόλιο για την ερυθρά 1970 Ανακαλύπτονται οι ενδονουκλεάσες περιορισμού (Werner & Abelson) - Ο H.G. Khorana επιτυγχάνει τη πρώτη πλήρη σύνθεση γονιδίου 1971 Αναπτύσσεται το τριπλούν εμβόλιο για παρωτίτιδα, ιλαρά & ερυθρά

9 Σταθμοί στην Φαρμακευτικη Βιοτεχνολογία Γενετική Μηχανική (συνέχεια) 1972 Ανακαλύπτεται η DNA λιγάση Η ανάστροφη μεταγραφάση χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του πρώτου cdna από mrna 1973 Οι Cohen και Boyer επιτυγχάνουν να εισάγουν και να εκφράσουν γονίδια σε βακτήρια Ο E. Southern αναπτύσσει το στύπωμα Southern για την ανάλυση του DNA μέσω υβριδισμού 1974 Τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (N.I.H.) των Η.Π.Α. σχηματίζουν την πρώτη επιτροπή για τον έλεγχο της έρευνας του ανασυνδυασμένου DNA 1975 Ανάπτυξη Μονοκλωνικών Αντισωμάτων 1976 To N.I.H. κοινοποιεί κανόνες για την έρευνα του ανασυνδυασμένου DNA Χρήση υβριδισμού νουκλεϊνικών οξέων στον προγεννητικο έλεγχο της θαλασσαιμίας Γονίδια μυκήτων εκφράζονται σε βακτήρια 1977 Ανάπτυξη τεχνικών για την αλληλούχιση μεγάλων τμημάτων DNA ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ DNA ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΗΣ ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ: Η αυξητική ορμόνη σοματοστατίνη παράγεται σε βακτήρια 1978 Ο Herbet Boyer κατασκευάζει μια συνθετική μορφή του γονιδίου της ινσουλίνης και εκφράζει ανασυνδυασμένη ινσουλίνη σε βακτήρια 1983 Ο Luc Montagnier απομονώνει τον HIV - O Kary Mullis αναπτύσσει την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράση (PCR) Το FDA εγκρίνει διαγνωστική διαδικασία για χλαμύδια που βασίζεται σε μονοκλωνικά αντισώματα

10 Εργαλεία στην Φαρμακευτικη Βιοτεχνολογία Γενετική Μηχανική Ενδονουκλεάσες περιορισμού: Αυτά τα ένζυμα προέρχονται από βακτήρια όπου χρησιμοποιούνται ως μηχανισμός άμυνας ενάντια στους ιούς (βακτηριοφάγους) που τα προσβάλλουν, αποικοδομώντας το DNA των εισβολέων. Υπάρχουν εκατοντάδες τέτοιες ενδονουκλεάσες περιορισμού που τις χρησιμοποιούμε σαν μοριακά ψαλίδια για να κόψουμε το DNA σε συγκεκριμένες θέσεις και να απομονώσουμε τα γονίδια DNA λιγάση: Το ένζυμο αυτό χρησιμοποιείται φυσιολογικά στην αντιγραφή αλλά και στην επιδιόρθωση «σπασμένου» DNA. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ενσωμάτωση νέων γονιδίων στο DNA. Πλασμίδια: Είναι κυκλικά DNA. Μπορούν να διαμορφωθούν για να μεταφέρουν τα γονίδια του ενδιαφέροντος ή ανασυνδυασμένο DNA. Βακτηριοφάγοι (ή φάγοι): Είναι ιοί που μολύνουν τα βακτήρια. Οι βακτηριοφάγοι μπορούν να διαμορφωθούν για να μεταφέρουν τα γονίδια του ενδιαφέροντος ή ανασυνδυασμένο DNA.

11 Η σημασία της τεχνολογίας του ανασυνδυσμένου DNA στη Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία 1973: Oι Stanley Cohen και Herbert Boyer ανακαλύπτουν τη μέθοδο για τη μεταφορά της γενετικής πληροφορίας μεταξύ οργανισμών 1976: Ο Herbert Boyer ιδρύει, μαζί με άλλους, την Genentech την πρώτη εταιρεία στις Η.Π.Α. που χρησιμοποιεί τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA 1978: Η σωματοστατίνη, μία ορμόνη-ρυθμιστής της ανθρώπινης αυξητικής ορμόνης, παράγεται με χρήση της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA 1980: Ο Herbert Boyer κλωνοποιεί το γονίδιο της ανθρώπινης ινσουλίνης και χρησιμοποιεί το βακτήριο E coli για την παραγωγή ανασυνδυασμένης ινσουλίνης 14 Οκτωβρίου 1980: Η μετοχή της Genentech υπερδιπλασιάζεται ($35-> $89) : Οι Wigler, Axel & Silvestein, στο πανεπιστήμιο Columbia, αναπτύσσουν την τεχνολογία της εισαγωγής και έκφρασης ξένων γονιδίων σε κύτταρα θηλαστικών : Κατοχύρωση των δικαιωμάτων της παραπάνω τεχνολογίας με πατέντες από τις οποίες το πανεπιστήμιο Columbia είχε έσοδα 100 εκατομυρίων το χρόνο (σύνολο σχεδόν 1 δις) [πηγή: Colaianni, A; Cook-Deegan, R (2009). ].

12 Πόσο ανεπτυγμένη είναι η Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία - 1; 1985: Περισσότερες από 400 εταιρείες βιοτεχνολογίας με ονόματα που περιείχαν τη λέξη γονίδιο (gene), π.χ. : Biogen, Amgen, Calgene, Engenics, Genex, and Cangene. Παρόν: > 1300 εταιρείες βιοτεχνολογίας στις Η.Π.Α. και > 2500 σε όλο το κόσμο

13 Πόσο ανεπτυγμένη είναι η Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία - 2; Εταιρείες Βιοτεχνολογίας Κέρδη (εκατομύρια) Amgen $ Genentech (τώρα ανήκει στην Roche) $ Genzyme $3.187 UCB $3.169 Gilead $3.026 Φαρμακευτικές εταιρείες Johnson & Johnson $ Pfizer $ Roche $ GlaxoSmithKline $ Novartis $44.267

14 Επιστημονικές περιοχές που συνεισφέρουν στην Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία και στην Βιοτεχνολογία γενικότερα ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία ΦΑΡΜΑΚΑ ΕΜΒΟΛΙΑ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΑ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ ΖΩΙΚΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

15 Εφαρμογές Φαρμακευτικής Βιοτεχνολογίας Εισαγωγή νέων γονιδίων σε οργανισµούς Καλλιέργεια Αντικαρκινικά ζωικούς οργανισμούς φάρµακα φάρμακα φυτών Καλλιέργεια από φυτών ένα από µόνο ένα μόνο Διαγνωστική κύτταρο ή κύτταρο Καλλιέργειες Μονοκλωνικά εςκυττάρων άαντισώματα Μοριακή αντισώµατα Εγκληµατολογία Βιολογία Εγκληματολογία Τεχνολογία Τεχνολογία DNA DNA Γενετική Μηχανική Ιχνηλάτες Ιχνοθέτες DNA, Τράπεζες DNA, Σύνθεση RNA και συγκεκριµένων RNA και Σύνθεση Κλωνοποίηση συγκεκριμένων πρωτεϊνών Πρωτεϊνών νέων πρωτεϊνών ανιχνευτών DNA Μαζική Μαζική Πλήρης Παραγωγή παραγωγή Εντοπισµός ανθρώπινων Εντοπισμός χαρτογράφηση Νέοι τύποι γενετικών ανθρώπινων πρωτεϊνών γενετικών ανθρώπινου φυτών και διαταραχών πρωτεϊνών γονιδιώµατος γονιδιώματος διαταραχών ζώων Τράπεζα Νέα είδη Τράπεζα σπανίων Νέα σπάνιων τροφίµων είδη Νέα χημικών ανθρώπουγονιδιακή τροφίμων αντιβιοτικά Νέα ανθρώπινων Γονιδιακή θεραπεία θεραπεία αντιβιοτικά χηµικών

16 Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία: Πόσο συνεισφέρει στην ανάπτυξη και παραγωγή νέων φαρμάκων; Το 25% των φαρμάκων είναι προϊόντα Φαρμακευτικής Βιοτεχνολογίας Περίπου 140 τέτοια προϊόντα έχουν λάβει έγκριση για εμπορική προώθηση και marketing Πηγή: Walsh, G. and Muller, R, (2007) Pharmacy Education 7(1): 27 33

17 Οι στόχοι του μαθήματος της Φαρμακευτικής Βιοτεχνολογίας 1) Κατανόηση των τεχνολογιών γενετικής μηχανικής που χρησιμοποιούνται στη Φαρμακευτική Βιοτεχνολογία 2) Κατανόηση των κυτταρικών εργοστασίων, δηλ. πως βακτηριακά κύτταρα και κύτταρα μυκήτων, θηλαστικών ή φυτών χρησιμοποιούνται σαν εργοστάσια για την παραγωγή βιοφαρμακευτικών ουσιών 3) Κατανόηση των ιδιοτήτων των θεραπευτικών πρωτεϊνών αλλά και των προβλημάτων σχετικά με τον καθαρισμό τους, τη διατήρηση της ενεργότητας τους, αλλά των φαρμακοκινητικών τους ιδιοτήτων 4) Κατανόηση της σημασίας της μορφοποίησης των θεραπευτικών πρωτεϊνών και των τροποποιήσεων, και άλλων παραγόντων, που πιθανώς επηρεάζουν τις φαρμακοδυναμικές τους και φαρμακοκινητικές τους ιδιότητες

18 Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας