هدف اصلی زیست فناوری پزشکی، افزایش سلامت انسان ها از طریق تحقیق و توسعه و با به کار بردن موجودات زنده و یا فرآورده های آنها میباشد. ابداع تست های دقیق تر برای تشخیص بیماری ها، استفاده از علوم ژنومیکس و پروتئومیکس برای مهار بیماری ها، ژن درمانی، بیوانفورماتیک، تولید آنتی بادی بر علیه اهداف مولکولی مشخص درون سلول، تولید انواع واکسن های نوترکیب و DNA واکسن ها و … از بخش های عمده زیست فناوری پزشکی به شمار می آیند. اهمیت و کاربرد این علوم در زیست فناوری پزشکی در سه حوزه پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریها قابل بررسی می باشد.
از مهم ترین و ابتدایی ترین یافته ها در زمینه زیست فناوری پزشکی کشف آنتی بیوتیک پنی سیلین از کپک پنی سیلیوم در سال ۱۹۲۸ بوسیله الکساندر فلمینگ است که در سال ۱۹۴۰ به تولید انبوه رسید اما عصر طلایی زیست فناوری پزشکی از سال ۱۹۷۰ و با توسعه تکنیک DNA نوترکیب آغاز شد. در این فرآیند قطعه ای از DNA مورد نظر که معمولا یک ژن خاص می باشد به کمک آنزیم های محدود کننده برش یافته و از طریق حامل مناسب (به طور مثال پلاسمید باکتریایی به یک میزبان (میکروارگانیسمی مانند باکتری Ecoli) منتقل میشود. بعد از این انتقال میزبان حاوی ژن جدید قادر به تکثیر ژن و همچنین تولید محصول پروتئینی ژن مربوطه میشود. پاول برگ در سال ۱۹۷۲ برای اولین بار ژنوم ویروسSV40 را به بخشی از DNA باکتری متصل و اولین DNA نوترکیب را ایجاد نمود.
اولین کاربرد فناوری DNA نوترکیب، تولید انسولین نوترکیب در سال ۱۹۷۸ بود. هورمون رشد انسانی و فعال کننده پلاسمینوژن بافتی (TPA) نیز مثال های دیگری در این زمینه می باشند. کمپانی Genentech اولین کمپانی تولید کننده محصولات بر مبنای DNA نوترکیب در سال ۱۹۷۶ تاسیس شد. با پیشرفت این فناوری، در مورد اساس مولکولی بیماری ها نیز اطلاعات بیشتری بدست آمد و علم پزشکی مولکولی پایه گذاری گردید.
تولید بیوفارماسوتیکال ها که نام دیگر آنها محصولات زیست پزشکی می باشد از دیگر اتفاقات حوزه زیست فناوری پزشکی محسوب میشود. در واقع کاربردهای بیوتکنولوژی پزشکی در حوزه درمان بیماری ها در چند دسته تقسیم می شود:
1. تولید بیوفارماسوتیکال
2. ژن درمانی و سلول درمانی
3. مهندسی بافت و پیوند عضو
بیوفارماسیوتیکال چیست؟
بیوفارماسوتیکال ها به محصولات پزشکی گفته می شود که از منابع زیستی یا استخراج گردیده و یا به صورت سنتزی و نیمه سنتزی می شوند. اسیدهای نوکلئیک DNA) واکسن، الیگو نوکلئوتیدهای آنتی سنس)، پروتئینها (آنتی بادی های منوکلونال)، برخی سلول ها (واکسنهای باکتریایی)، بعضی از ویروس ها (باکتریوفاژها و حامل ها) و ابزارهای تشخیصی در محیط In vivo از مهم ترین بیوفارماسوتیکال ها هستند.
تولید بیوفارماسوتیکال
یکی از اهداف اصلی در زیست فناوری پزشکی تولید بیوفارماسوتیکال است. بیوفارماسوتیکال چیست؟ مترادف های بسیاری برای این کلمه به کار برده می شود مانند: زیست داروها (داروی زیستی) یا محصول زیست پزشکی (محصول ساخته شده طی فرآیندهای زیستی). درواقع بیوفارماسوتیکال هم نوعی داروی زیستی است که از قندها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، سلول های زنده یا بافت ها تشکیل شده است و هم یک محصول دارویی است که از منابع زیستی مانند انسان، حیوانات یا میکروارگانیسم ها استخراج یا نیمه سنتز می شود.
از مهمترین و ابتدایی ترین یافته ها در زمینه زیست فناوری پزشکی کشف آنتی بیوتیک پنی سیلین از کپک پنی سیلیوم در سال 1928 بوسیله الکساندر فلمینگ است. این دارو در سال 1940 به تولید انبوه رسید اما عصر طلایی زیست فناوری پزشکی از سال 1970 و با توسعه تکنیک DNA نوترکیب آغاز شد.
اگرچه ممکن است در نگاه اول چنین چیزی بعید به نظر برسد، ولی زیست فناوری مدرن و توسعه داروهای سنتی اشتراکات زیادی با هم دارند. به عنوان مثال، هدف هر دو، تولید موادی است که بتوانند از بیماری پیشگیری یا آن را درمان کنند. برای رسیدن به این هدف، هر دو به یافته های جدید علوم زیستی تکیه میکنند. برای اکثر بیماران چندان مهم نیست دارویی که مصرف میکنند از روشهای زیست فناورانه یا روش های شیمیایی تولید شده باشد. بلکه برای آنها بسیار مهم است محصول مورد استفاده، اثرگذاری داشته باشد. با این حال، در لایه های زیرین تفاوت های چشمگیری میان این دو نوع محصول دارویی وجود دارد.
تقریباً تمام داروهای سنتی کوچک مولکول 2 هستند. این داروها معمولاً ترکیبات آلی نسبتاً ساده شامل چند گروه مولکولی عملکردی هستند. از طرف دیگر، پروتئین های درمانی، بزرگترین گروه از داروهای زیستی، حوزهای کاملاً مجزا برای خود تشکیل داده اند. این پروتئین ها از ده ها، و گاهی صدها اسید آمینه تشکیل شده اند که اندازه هر کدام تقریباً مشابه اندازه مولکول استیل سالیسیلیک اسید آسپیرین است. به عنوان مثال، ماده فعال موجود در CellCept که در حال حاضر پرفروش ترین داروی سنتی شرکت Roche است، یک ترکیب آلی تشکیل شده از 62 اتم با وزن مولکولی 5 / 433 دالتون است (یک دالتون [Da] برابر 27 – 10 × 1.7 کیلوگرم است). محصول بسیار پرفروش بیوفارماسوتیکال از شرکت Roche که آنتی بادی مونوکلونال MabThera /Rituxan (ریتوکسیماب) است، تقریباً 350 برابر سنگینتر از داروی CellCept یعنی 150 هزار دالتون سنگین تر است. جای تعجب نیست که این مولکول بزرگ چالش های کاملاً متفاوتی را برای تحقیق، توسعه و تولید ایجاد می کند و به طور مشخصی متفاوت از داروهای معمولی در بدن عمل می کند.
مهمترین پیامد اختلاف اندازه داروهای سنتی و داروهای ساخته شده به وسیله روش های زیست فناورانه مربوط به ساختار آنها است. شکل سه بعدی مولکولهای آلی ساده، که در اصطلاح شیمیایی به آن “کوچک مولکول” میگویند، اساساً توسط پیوندهای ثابت میان اتمهای جدا از هم تعیین میشود. در نتیجه، داروهای سنتی معمو لاً ترکیبات بسیار پایداری هستند که شکل سه بعدی خود را در طیف گستردهتری از شرایط محیطی حفظ میکنند و تقریباً میتوان گفت فقط تغییرات شدید محیطی -به عنوان مثال وجود اسیدها یا بازهای قوی یا حرارت بسیار بالا- قادر به آسیب رساندن به شکل دائمی به این مولکولها هستند. به طور معمول داروهای سنتی را به آسانی میتوان کنترل کرد و به راحتی و در شکلهای مختلف مانند قرص، آب میوه یا شیاف برای بیماران تجویز میشوند. بسیاری از داروهای سنتی در اصل از محصولات طبیعی گرفته شدهاند. به عنوان مثال، طبیبان صدها سال قبل از آنکه شیمیدان فلیکس هافمن 1 برای تولید استیل سالیسیلیک، سالیسیلات را با استیک اسید واکنش دهد از عصاره برگ یا پوست برخی از گونه های خاص بید برای تولید این ماده به منظور بهبود رماتیسم، تب و درد استفاده میکردند. امروزه داروهایی از این دست معمولاً با
استفاده از مواد اولیه قبلی تولید میشوند. این روش ها برای دهه های زیادی آزمایش شده اند و میتوان آنها را در هر مکانی و با همان استاندارد و به میزان دلخواه تولید کرد. برقراری شرایط استریل، که چالش فنی قابل توجهی ایجاد می کند، برای تولید داروهای سنتی به ندرت لازم هستند. اما از طرف دیگر، جلوگیری از آسیب رساندن حلالهای آلی به محیط زیست در بسیاری از فرآیندهای تولید سنتی به عنوان یک بخش بسیار سخت از فرآیند باقی مانده است.
زیست داروها یا بیوفارماسوتیکال به فرآیند تولید بسیار دقیق تری نیاز دارند. اکثر داروهایی که با روش های زیست فناورانه تولید می شوند، پروتئین هستند و پروتئین ها به تغییرات محیط خود بسیار حساساند. ساختار آنها بر پایه واکنش های متنوع و اغلب ضعیف میان آمینواسیدهای سازنده شکل میگیرد. این واکنش ها در شرایط مطلوب فقط در یک فضای بسیار محدودی از شرایط محیطی با یکدیگر هماهنگ میشوند که دقیق اً مطابق با شرایطی است که ارگانیسم تولید کننده آن پروتئین در آن شرایط به بهترین وجه رشد میکند. به همین دلیل، حتی تغییرات نسبتاً کوچک دما، مقدار نمک یا pH محلول می تواند به ساختار پروتئین آسیب برساند. به هم خوردن این شرایط میتواند عملکرد پروتئین را از بین ببرد؛ زیرا عملکرد پروتئین ها کاملاً به شکل دقیق و طبیعی ساختار آنها وابسته است.
سعید کارگر
بیوتکنولوژیست و مدیر سایت بیوتکر
