Ферменты
Ферменты составляют основу многих тестов, используемых в клинической медицине. Они все чаще применяются при автоматизированном анализе и биохимическом скрининге жидкостей тела, которые ведутся в биохимических лабораториях современных клиник. Примером таких ферментов могут быть глюкозооксидаза, гексокиназа, холестеролоксидаза и эстераза, уреаза, уриказа, лактатдегидрогеназа и алкогольдегидрогеназа. Иногда ферменты применяют и в терапии (например, стрепто-тшназу или урокиназу; они оказывают мощное фибринолитиче-ское действие при тяжелом тромбозе сосудов).
Рис. 8.5. Устройство ферментного электрода с глюкозооксидазой (Updike, Hicks, 1967).
В будущем ферменты (скорее всего иммобилизованные) найдут, вероятно, значительно более широкое применение в составе фермент-содержащих электродов, используемых для
мониторинга in vivo и in vitro. Много подобных устройств уже сконструировано, но в клинике не применяется. Так, многими учеными был разработан электрод с глюкозооксидазой. В устройстве Апдайка и Хикса глюкозооксидаза наслоена непосредственно на поверхность обычного платинового электрода (рис. 8.5). Чем больше кислорода потребляется в реакции Глюкоза+Кислород = Глюконовая кислота+Перекись водорода, тем меньше количество его регистрируется внутренней частью электрода. К сожалению, это устройство все еще работает недостаточно надежно, что не позволяет использовать его как имплантируемый аппарат для постоянной регистрации содержания глюкозы. Возникающие здесь проблемы связаны с наличием конкурентных отношений между глюкозой и кислородом в жидкостях тела, инактивацией фермента in vivo, сложностью калибровки и дрейфом характеристик электрода. Ведущиеся интенсивные исследования позволяют надеяться, что, усовершенствовав такие электроды с ферментами, удастся со временем создать датчик глюкозы для автономно работающего, полностью автоматического и небольшого по размеру протеза поджелудочной железы, нужного для лечения больных диабетом. В этой связи особенно интересны последние достижения в области разработки фермент-содержащих электродов. Исследователи, работающие в Крзнфилдском технологическом институте Оксфордского университета и в госпитале Гая в Лондоне, разрабатывают глюкозный электрод, в котором для переноса электронов от простетической группы (ФАД) глюкозооксидазы на графитовый электрод используется органический медиатор-(например, ферроцен), т. е. процесс идет без участия кислорода, который обычно выступает в роли конечного акцептора электронов. Работа этого электрода, таким образом, не связана с кислородом. Он может оказаться особенно полезным при создании имплантируемого, способного работать in vivo устройства для больных диабетом.
По-видимому, основные усилия в ближайшие несколько лет будут направлены на развитие технологии биодатчиков. Ферменты (и другие лиганды, например антитела; см. разд. 8.5) могут оказаться весьма полезными для контроля за концентрацией (мониторинга) разнообразных веществ, интересующих клиницистов: промежуточных метаболитов, лекарственных: препаратов и гормонов. Свою роль сыграет здесь биотехнология: она предоставит и обычные, и редкие ферменты микробов,, полученные как путем крупномасштабного их выращивания, так и, возможно, с помощью технологии рекомбинантных ДНК.
В качестве примера возможного применения ферментов в терапии укажем на предложение вводить инкапсулированные-в липосомах ферменты для лечения некоторых болезней, связанных с накоплением лизосом. Такой способ был испытан на нескольких больных болезнью Гоше, с врожденной недостаточностью по глюкоцереброзид : р-глюкозидазе. Полученные результаты не позволяют сделать однозначных выводов.
мониторинга in vivo и in vitro. Много подобных устройств уже сконструировано, но в клинике не применяется. Так, многими учеными был разработан электрод с глюкозооксидазой. В устройстве Апдайка и Хикса глюкозооксидаза наслоена непосредственно на поверхность обычного платинового электрода (рис. 8.5). Чем больше кислорода потребляется в реакции Глюкоза+Кислород = Глюконовая кислота+Перекись водорода, тем меньше количество его регистрируется внутренней частью электрода. К сожалению, это устройство все еще работает недостаточно надежно, что не позволяет использовать его как имплантируемый аппарат для постоянной регистрации содержания глюкозы. Возникающие здесь проблемы связаны с наличием конкурентных отношений между глюкозой и кислородом в жидкостях тела, инактивацией фермента in vivo, сложностью калибровки и дрейфом характеристик электрода. Ведущиеся интенсивные исследования позволяют надеяться, что, усовершенствовав такие электроды с ферментами, удастся со временем создать датчик глюкозы для автономно работающего, полностью автоматического и небольшого по размеру протеза поджелудочной железы, нужного для лечения больных диабетом. В этой связи особенно интересны последние достижения в области разработки фермент-содержащих электродов. Исследователи, работающие в Крзнфилдском технологическом институте Оксфордского университета и в госпитале Гая в Лондоне, разрабатывают глюкозный электрод, в котором для переноса электронов от простетической группы (ФАД) глюкозооксидазы на графитовый электрод используется органический медиатор-(например, ферроцен), т. е. процесс идет без участия кислорода, который обычно выступает в роли конечного акцептора электронов. Работа этого электрода, таким образом, не связана с кислородом. Он может оказаться особенно полезным при создании имплантируемого, способного работать in vivo устройства для больных диабетом.
По-видимому, основные усилия в ближайшие несколько лет будут направлены на развитие технологии биодатчиков. Ферменты (и другие лиганды, например антитела; см. разд. 8.5) могут оказаться весьма полезными для контроля за концентрацией (мониторинга) разнообразных веществ, интересующих клиницистов: промежуточных метаболитов, лекарственных: препаратов и гормонов. Свою роль сыграет здесь биотехнология: она предоставит и обычные, и редкие ферменты микробов,, полученные как путем крупномасштабного их выращивания, так и, возможно, с помощью технологии рекомбинантных ДНК.
В качестве примера возможного применения ферментов в терапии укажем на предложение вводить инкапсулированные-в липосомах ферменты для лечения некоторых болезней, связанных с накоплением лизосом. Такой способ был испытан на нескольких больных болезнью Гоше, с врожденной недостаточностью по глюкоцереброзид : р-глюкозидазе. Полученные результаты не позволяют сделать однозначных выводов.