Ekstrakcja produktów naturalnych: nowa siła napędowa rozwoju przemysłu biofarmaceutycznego

Ekstrakcja składników produktów naturalnych odgrywa bardzo ważną rolę w dziedzinie biofarmaceutyków.

Kliknij, aby pobrać ekstrakt z tubulosa

Na przykład Tu Youyou, główny naukowiec Chińskiej Akademii Chińskich Nauk Medycznych, zdobywca „Medalu Republiki” i pierwszy chiński laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny, nowe leki przeciwmalaryczne artemizynina i dihydroartemizynina stworzone przez ona i jej zespół uratowali świat. Zwłaszcza życie milionów ludzi w krajach rozwijających się. Jego kluczowym składnikiem, artemizyniną, jest bezbarwny igiełkowaty kryształ laktonów seskwiterpenowych z grupami nadtlenowymi wyekstrahowanymi z łodyg i liści złożonej kwiatostanu Artemisia annua.

Innym przykładem są Chuanxinlian Tablets, lekarstwo na przeziębienie, często spotykane w życiu codziennym. Głównym składnikiem Andrographis paniculata jest gorzki w smaku heliotropowy związek laktonowy, wyizolowany z rośliny leczniczej Andrographis paniculata.

W przeszłości produkty naturalne odgrywały kluczową rolę w odkrywaniu leków, w tym raka i chorób zakaźnych, chorób układu krążenia (np. statyny) i stwardnienia rozsianego (np. fingolimod), i od dawna stanowią podstawę walki z chorobami zakaźnymi leki, zwłaszcza antybiotyki.

Ekstrakcja produktów naturalnych

Tak zwana ekstrakcja produktów naturalnych odnosi się głównie do stosowania zasad i metod inżynierii chemicznej do ekstrakcji, oddzielania i oczyszczania substancji chemicznych tworzących organizmy.

Typowe źródła składników w lekach naturalnych

W badaniach i rozwoju innowacyjnych leków opartych na produktach naturalnych głównym źródłem składników są biologiczne metabolity wtórne izolowane ze zwierząt, roślin, organizmów morskich i mikroorganizmów oraz biologicznie endogenne związki fizjologicznie czynne.

Wyjątkowe właściwości sprawiają, że jest źródłem współczesnej medycyny

Leki naturalne mają na ogół stosunkowo niską zawartość, złożoną strukturę, stosunkowo trudną syntezę i pewne trudności w masowej produkcji. Jednak na ogół mają one różnorodność strukturalną i złożoność, wysoce selektywne i specyficzne działania farmakologiczne oraz nowe mechanizmy działania.

We współczesnej medycynie odkrycie wielu skutecznych środków lub ich prekursorów wywodzi się z produktów naturalnych.

Na przykład wyżej wymienione leki przeciwmalaryczne artemizynina, andrografolid i krem ​​z chinowca (znany również jako „chinina”), leki przeciwnowotworowe paklitaksel, kamptotecyna, majtanzyna, leki przeciwzapalne berberyna, leki chroniące wątrobę, leki sylimaryna, cytryniec, lek przeciwnadciśnieniowy rezerpina, środki antykoncepcyjne trichosanthes, antybiotyki penicylina i tetracyklina otrzymywane z mikroorganizmów itp.

Szeroka przestrzeń rozwoju rynku

Medycyna naturalna jest źródłem nowych badań nad lekami. Światowy rynek medycyny naturalnej znajduje się w fazie boomu i ma ogromny potencjał wzrostu. W szerokim znaczeniu medycyna naturalna odnosi się głównie do pojedynczych lub wielu składników pochodzących ze zwierząt, roślin i innych organizmów o wyraźnym działaniu terapeutycznym. Większość stanowią narkotyki i źródła roślinne. Obecnie wyhodowano, wykorzystano i zbadano nie więcej niż 10 procent z 250,{2}} roślin wyższych na świecie, ale wyprodukowano ponad 4,{4}} rodzajów leków ziołowych, łączna wartość produkcji dziesiątek miliardów dolarów. Szacuje się, że do 2050 roku najczęściej stosowanymi lekami ziołowymi na świecie będzie 6,{7}} rodzajów leków naturalnych, a przestrzeń dla rozwoju leków naturalnych jest szeroka.

Według statystyk w ciągu ostatnich 4{9}} lat na całym świecie zatwierdzono łącznie 1881 nowych leków, z czego około 23,5 procent pochodzi z produktów naturalnych i ich pochodnych, w tym 71 produktów naturalnych, co stanowi 3,8 procent; 14 leków botanicznych, co stanowi 0,8 procent; Istnieje 356 pochodnych produktów naturalnych, co stanowi 18,9 proc.

Rozwój technologiczny stwarza nowe możliwości

Jednak odkrywanie leków opartych na produktach naturalnych wciąż napotyka wyzwania, takie jak przeszkody techniczne w badaniach przesiewowych, separacji, charakteryzacji i optymalizacji, co również doprowadziło do stopniowego osłabienia entuzjazmu przemysłu farmaceutycznego dla produktów naturalnych od lat 90. W ostatnich latach, wraz z ciągłym rozwojem nauki i technologii, w tym narzędzi analitycznych, strategii eksploracji i inżynierii genomu oraz postępem w hodowli drobnoustrojów, powstały nowe możliwości badania produktów naturalnych w farmaceutykach.

Klasyczne badania nad lekami opartymi na produktach naturalnych rozpoczynają się od przesiewania „surowych” ekstraktów w celu identyfikacji bioaktywnych „gorących” ekstraktów, które następnie są dalej frakcjonowane w celu wyizolowania aktywnych leków będących produktami naturalnymi. Separacja sterowana bioaktywnością jest pracochłonnym procesem z wieloma ograniczeniami, ale zaawansowane techniki analityczne mogą rozwiązać niektóre z tych problemów przy użyciu różnych strategii i technik.

Na przykład, aby stworzyć biblioteki kompatybilne z wysokowydajnymi badaniami przesiewowymi, ekstrakty ropy naftowej można wstępnie frakcjonować na podfrakcje bardziej odpowiednie dla zautomatyzowanych systemów obsługi cieczy. Ponadto metody frakcjonowania można dostosować tak, aby podfrakcje preferencyjnie zawierały związki o właściwościach podobnych do leków (zazwyczaj umiarkowanie hydrofilowe). Takie podejście zwiększa liczbę trafień i umożliwia skuteczniejsze śledzenie obiecujących trafień w porównaniu z wykorzystaniem surowych ekstraktów.

Dlatego leki będące produktami naturalnymi pozostają ważnym zasobem do odkrywania rusztowań o dużej różnorodności strukturalnej i zróżnicowanej bioaktywności, które można bezpośrednio rozwijać lub służyć jako punkt wyjścia do optymalizacji nowych leków. Podczas gdy ogólnie rzecz biorąc, opracowywanie leków nadal napotyka na trudności ze względu na wysokie wskaźniki wyczerpywania się, leki będące produktami naturalnymi napotykają dodatkowe przeszkody ze względu na takie kwestie, jak dostępność, zrównoważona podaż i ograniczenia związane z własnością intelektualną. Jednak postęp w nauce i technologii zapewnia solidne podstawy do odkrywania leków opartych na produktach naturalnych, aby nadal wnosić znaczący wkład w zdrowie i długowieczność ludzi.