На протяжении многих лет фармацевтическая промышленность сталкивалась с растущими требованиями решений, чтобы преодолеть некоторые из наиболее важных проблем. Одним из них являются лекарственные заболевания. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, к 2050 году заболевания, устойчивые к наркотикам, могут убивать до 10 миллионов человек в год. Эта эпидемия частично подпитывается чрезмерным использованием антибиотиков и проблемой создания новых. В то же время растет тщательное изучение по поводу воздействия обычного производства лекарств на окружающую среду.

В исследовании 2019 года, опубликованном в журнале более чистого производства, говорится, что выбросы фармацевтической промышленности на 55% выше, чем у автомобилей. Эти проблемы усугубляются тем фактом, что многие спасительные лекарства требуют сложных химических веществ, которые являются дорогостоящими и трудоемкими для производства с использованием традиционных методов. Фармацевтическая промышленность рассматривает биосинтез как возможный путь вперед, поскольку потребность в творческих, долговечных и эффективных решениях увеличивается.

Представление биосинтеза

Что такое биосинтез? Проще говоря, биосинтез – это естественный процесс, в котором живые организмы производят сложные молекулы, такие как белки, антибиотики и витамины. Биосинтез включает в себя использование живых клеток (например, бактерий, грибов, растений или даже клеток животных) для производства коммерчески ценных молекул контролируемым и масштабируемым образом.

Этот подход резко контрастирует с обычным химическим синтезом, где ученые строят молекулы с нуля с помощью многоэтажных химических реакций. Несмотря на свою эффективность, химический синтез обычно является энергоемким и требует сложных обстоятельств, таких как высокие температуры, опасные отходы и ядовитые растворители. С другой стороны, биосинтез значительно уменьшает воздействие медицинского производства на окружающую среду, поскольку он происходит в мягкой, на водной среде. Кроме того, сложные соединения, которые обычно трудно синтезировать с использованием традиционных методов, часто производятся в больших количествах посредством биосинтеза.

Подумайте о производстве инсулина-спасительном препарате для миллионов пациентов с диабетом. Первоначально инсулин был получен от поджелудочной железы животных, дорогостоящего и неэффективного процесса.  Тем не менее, генетически инженерные бактерии способны производить человеческий инсулин посредством биосинтеза в больших количествах, повышая как доступность, так и доступность.

Теперь давайте начнем с 10 изменяющих игру применений биосинтеза в фармацевтической промышленности.

10 применений биосинтеза в фармацевтической промышленности

1.Биосинтез и производство антибиотиков

Антибиотики являются фундаментальным элементом современной медицины. До открытия антибиотиков бактериальные заболевания были в целом смертельными.

Биосинтез – это естественный процесс, который предоставил нам тысячи антибиотиков. Микробный биосинтез образует основу большинства антибиотиков, назначаемых в качестве терапевтических агентов. Который включает пенициллин, стрептомицин и эритромицин. Например, биосинтетическое производство пенициллина осуществляется грибком Penicillium, обнаруженным Александром Флемингом в 1928 году.

Биосинтез не только производит природные антибиотики, но и дает полусинтетические. Полусинтетические антибиотики являются небольшой модификацией природных антибиотиков. Эти изменения усиливают способность лекарства бороться с резистентными микробами, что станет более распространенной.

Потенциальный рынок антибиотиков огромен. И к 2025 году должен достигать 58,4 млрд долларов. Многие считают, что биосинтез становится все более и более важным в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.

Кроме того, с помощью передовых технологий, таких как синтетическая биология, ученые могут разработать микробы для производства новых антибиотиков. В мире, где устойчивость к антибиотикам может сделать даже простые заболевания смертельными, эти открытия дают надежду.

2. Биосинтез в развитии раковых препаратов

Биосинтез привел к прорывам при лечении рака. Паклитаксел (таксол), решающее химиотерапевтическое лекарство, используемое для рака легких, яичников и рака молочной железы, является одним из наиболее известных растворов.

Кора тихоокеанского тихого дерева когда -то использовалась для изготовления паклитаксела, но переживание серьезно угрожало видам. В наши дни паклитаксел производится через масштабируемый и устойчивый биосинтез культур растительных клеток.

В дополнение к предложению более экологически внимательного варианта разрушения растений, методы биосинтеза, которые улучшают эффективность раковых лекарств. Например, доксорубицин, антрациклиновый антибиотик, который необходим для лечения рака, продуцируется посредством биосинтетических манипуляций с микробами, такими как стрептомики.

Биосинтез также может позволить продуцировать персонализированные раковые препараты, подходящие для отдельного генетического состава человека. Это может привести к более эффективному и сфокусированному лечению для больных раком.

3.Производство вакцины с помощью биосинтеза

Биосинтез имеет решающее значение для развития вакцин. Обычные прививки часто используют инактивированные или ослабленные штаммы микробов или вирусов. Однако рекомбинантные вакцины, которые синтезируют небольшую часть патогена вместо полного микроба, становятся возможными с помощью биосинтетических методов.

Хорошим примером биосинтетически изготовленных вакцин является вакцина против гепатита В, которая производится в дрожжевых клетках. Праймерами для вакцины являются последовательности генов, которые при вставке в специфические сайты в клетках дрожжевых клеток позволяют ученым с массой продуцировать белки, необходимые для синтеза поверхностного антигена гепатита В. Этот процесс помог предотвратить миллионы инфекций гепатита В по всему миру.

Значение биосинтеза в выработке вакцин, возможно, лучше всего демонстрируется развитием вакцин COVID-19. Вакцины Pfizer-Biontech и Moderna зависят от РНКсенджера, которая биосинтезируется для провоцирования иммунного ответа. Массовое производство и быстрое распределение вакцин спасали многочисленные жизни во время пандемии.

4. Биосинтез инсулина для лечения диабета

Диабет, заболевание, которое контролирует инсулин, поражает более 537 миллионов человек по всему миру. Инсулин был взят из поджелудочной железы животных, таких как коров и свиней перед биосинтезом. Помимо дорогостоящего и трудоемкого, эта процедура несла риск загрязнения и осложнений в форме аллергических реакций.

С появлением рекомбинантной технологии ДНК в 1980 -х годах бактерии, такие как Escherichia coli, впервые использовались для производства инсулина человека, революционизируя процесс производства инсулина. Эти знания позволили фармацевтическим компаниям производить огромное количество инсулина, вставив ген инсулина человека в бактериальную ДНК, следовательно, обеспечивая миллионы диабетиков более стабильный, надежный и менее дорогой источник инсулина.

К 2025 году мировой рынок инсулина, по прогнозам, вырастет до более чем 30 миллиардов долларов, а биосинтетический инсулин зайдет доминирующее положение. Дополнительные достижения, такие как инсулиновые насосы и аналоги инсулина длительного действия, также стали возможными благодаря биосинтезу, улучшая жизнь диабетиков.

5. Биосинтетические гормоны и биофармацевтические препараты

Гормоны контролируют почти все активности человеческого тела, включая рост, химическую активность и эмоции. Перед рекомбинантным биосинтезом биологические продукты, такие как гормон роста человека (HGH), были получены из натуральных продуктов, что создает многочисленные риски для приобретения таких заболеваний, как Creutzfeldt-Jakob.

В наши дни технология рекомбинантной ДНК облегчает биосинтетическое развитие гормона роста, предлагая обильный и безопасный источник гормона. К 2027 году глобальный рынок роста, как ожидается, выросла с оценки 2021 года в размере 4,6 млрд. Долл. США до 8,5 млрд. Долл. США. Другие необходимые гормоны, такие как фолликуло-стимулирующие гормон (используемые в терапии бесплодия) и эритропоэтин (используемый для лечения анемии), образуются аналогично HGH.

6. Биосинтез витаминов и добавок

Микробный биосинтез является центральным в производстве витамина. Одной из важнейшей бактерии в процессе производства является Pseudomonas denitrificans, которая биосинтезирует витамин B12, важный компонент для нервной и мозга, а также продукцию эритроцитов.

По сути, биосинтез предлагает устойчивую замену синтетическим химическим процессам, которые часто являются энергоемкими и экологически вредными. Например, метод двухступенчатой ​​ферментации, использующий генетически модифицированные бактерии, используется для изготовления биосинтетического витамина С (аскорбиновая кислота). Этот подход более эффективен и экологически доброкачественный, чем стандартный химический синтез.

Биосинтетически сделанные витамины имеют значительный рынок, и к 2028 году мировой рынок витамина и добавок, как ожидается, вырастет до 196 миллиардов долларов. Производство витаминов и пищевых добавок будет все больше и больше зависеть от биосинтеза, поскольку потребительский спрос на устойчивые и здоровые продукты повышается.

7. Моноклональные антитела и биосинтез

Одним из наиболее значительных достижений в современной медицине является применение моноклональных антител, особенно при лечении бактериальных и вирусных инфекций, аутоиммунных расстройств и при лечении рака. Биосинтез играет значительную роль в синтезе белков, предназначенных для связывания и устранения определенных иностранных агентов в организме.

Клетки яичника китайского хомяка (CHO) являются широко используемыми клеточными линиями млекопитающих для биосинтеза моноклональных антител (MAB) для получения антител в больших масштабах. Биосинтез используется фармацевтическими компаниями для достижения наилучшего процесса синтеза и производства высокоселективных и продуктивных антител.

Ритуксимаб является одним из лучших примеров биосинтетических моноклональных антител, используемых при лечении лейкемии и лимфомы. Предполагалось, что моноклональная антитела составит 163 миллиарда долларов в 2022 году, и к 2030 году составит около 345 миллиардов долларов. Область фармакологии останется активной областью исследований из -за изменений в методах биосинтеза.

8. Биосинтез в производстве статинов

Статины, лекарства, используемые для снижения уровня холестерина, являются одними из наиболее потребляемых лекарств в мире. Эти лекарства уменьшают возможность развития сердечных заболеваний, основной причины смерти в мире сегодня. Они достигают этого, блокируя фермент, который участвует в производстве холестерина.

Ловастатин, одна из первых статинов, биосинтезируется из гриба Aspergillus Terreus. Благодаря биосинтезу, возможно, крупномасштабное производство статинов в фармацевтических компаниях возможно, обеспечивая надежное и постоянное поставку. Несколько биосинтетических статинов, в том числе аторвастатин и симвастатин, также были разработаны и в настоящее время широко используются при терапии.

Рынок статинов был оценен в размере 14,3 млрд. Долл. США в 2020 году, и он по -прежнему расширяется, поскольку сердечные заболевания остаются серьезной проблемой. Биосинтез помогает поддерживать доступность этих лекарств для миллионов людей, которые им нужны.

9. Зеленая химия: устойчивость в производстве лекарств

По мере того, как устойчивость в производстве лекарств привлекает глобальное внимание, фармацевтическая промышленность ищет способы снизить влияние на окружающую среду. Биосинтез предлагает раствор с помощью зеленой химии, который стремится устранить отходы и использование вредных химических веществ при производстве лекарств.

Примечательный успех зеленой химии производит эффективное противомалярийное препарат, артемизинин. Артемизинин получен из растения сладкого полыни посредством добычи, трудоемкой и ресурсной процедуры. Сегодня ученые имеют генетически модифицированные дрожжи для производства артемизинина с использованием биосинтетических методов, обеспечивая более эффективный и экологически чистый подход к производству этого спасительного лекарства.

Помимо минимизации негативных последствий разработки лекарств на окружающую среду, биосинтез стимулирует поставку и, следовательно, доступность этих важных лекарств. Фармацевтический бизнес в настоящее время улучшает зеленую химию, а биосинтез находится в центре этого движения.

10. Биосинтез в персонализированной медицине

Персонализированная медицина – это путь будущего, а биосинтез будет иметь решающее значение для достижения этих объективных биосинтетических методов, используемых в генной терапии, и персонализированные прививки для разработки индивидуальных методов лечения для каждого пациента.

Например, генная терапия использует биосинтез в производстве вирусных векторов, которые обрабатывают заболевания, вызванные генетическими расстройствами путем эффективной вставки специфического генетического материала в организм пациента. Вакцины также разрабатываются с помощью биосинтетических методов, чтобы иммунологически предрасполагать организм, чтобы атаковать определенные опухоли.

Биосинтез будет внести огромный вклад в рост мирового рынка персонализированной медицины, который, как ожидается, будет стоить 796 миллиардов долларов к 2028 году. Этот подход может революционизировать медицину, предоставляя более эффективное и менее токсичное лечение для пациентов.

Почему биосинтез имеет значение больше, чем когда -либо

Поскольку глобальные проблемы со здоровьем, такие как устойчивость к антибиотикам, устойчивая продукция медицины и индивидуальная терапия, приобретают важность, биосинтез обеспечивает средства, которые не может предложить регулярный химический синтез. Вот почему:

1. Устойчивость. Большинство обычных химических процедур дают значительное количество отходов и обычно включают в себя высоко коррозийные химические вещества, которые приводят к риску окружающей среды: однако, биосинтез является более естественным и эффективным способом, который использует естественные организмы для синтеза молекул с нуля.

2. Эффективность и масштабируемость. Некоторые из органических соединений, которые потенциально жестко или невозможно синтезировать с помощью обычной химии, теперь могут быть синтезированы с помощью биосинтеза. Фармацевтические корпорации также могут производить лекарства в больших масштабах, используя микробы или ткани растений для удовлетворения растущих глобальных потребностей.

3. Противодействие устойчивости к антибиотикам: из-за развития устойчивых к антибиотикам бактерий концепция биосинтеза используется в процессе создания новых антибиотиков или их модификации. Синтетическая биология позволяет эффективно программировать микробы, которые производят новые лекарства для борьбы с устойчивыми штаммами.

4. Инновации в разработке лекарств: использование биосинтеза, новые лекарственные молекулы, генная терапия, биологические данные и моноклональные антитела могут быть синтезированы. В целом, биосинтез открывает новые горизонты при лечении заболеваний, включая рак, аутоиммунные заболевания и генетические нарушения.

5. Экономически эффективное производство: биосинтез снижает стоимость разработки сложных молекул для различных процессов.

По этим причинам биосинтез неуклонно становится более распространенной концепцией среди ключевых процессов в современной продукции фармацевтических препаратов.

Будущее биосинтеза в фармацевтических препаратах

За последние несколько лет новые методы, такие как точная ферментация, CRISPR для модификации генов и синтетическая биология, превратили биосинтез в революционный процесс в терапевтическом открытии. Использование этих технологий дает возможность точно контролировать микробиологические агенты для производства лекарств, которые легче спасают жизни.

Более крупные организации, такие как Bailun Biotechnology Company, предоставляют биореакторы или сертифицированные GMP-сертифицированные производители биомассы для поддержки OSV.

Генетические модификации с использованием CRISPR позволяют бактериям производить сложные соединения, которые в противном случае было бы трудно производить с использованием традиционных методов. Следовательно, точная ферментация может генерировать высокую доходность молекул, таких как инсулин или моноклональные антитела.

Более того, биосинтез обещает более эволюционные достижения в персонализированном лечении. Микробные штаммы, которые могут быть созданы или созданы с использованием ИИ, могут в конечном итоге использоваться для биосинтезирования целевых лекарств. Эта возможность повышает надежды на получение специализированных лекарств для редких заболеваний.

В дополнение к оптимизации использования ресурсов и химической утилизации, биосинтез не только улучшает здравоохранение, но и способствует экологической устойчивости. Чтобы компенсировать спрос на биологические данные и обеспечить постоянное производство, фармацевтические фирмы используют биореакторы, поскольку они оказывают низкое влияние на окружающую среду.

Биосинтез дает огромные перспективы для устойчивых методов производства, которые также могут быть использованы для быстрого генерирования более безопасных и более эффективных лекарств. Компании, принимающие эту технологию рано и воспользовались преимуществами таких устройств следующего поколения, как умные ферментеры Bailun, будут хорошо расположены, чтобы возглавить следующую фармацевтическую революцию.

Заключение

Помимо того, что просто является средством производства лекарств, биосинтез является трансформационной силой, влияющей на направление фармацевтического сектора. Биосинтез уже произвел революцию в современной медицине, создавая борьбу с раком и спасительные лекарства. Биосинтез будет стимулировать большие достижения, поскольку исследования открывают новые возможности, особенно в области зеленой химии, персонализированной медицины и устойчивого производства лекарств.

Ожидается, что мировой фармацевтический рынок вырастет до 1,57 триллиона долларов к 2026 году! Биосинтез станет только более и более критичным. В дополнение к предоставлению устойчивых и экономически эффективных альтернатив для производства лекарств, биосинтез представляет новые возможности в лечебных подходах, использующих природу в качестве окончательного инструментария.

Выведите производство вакцины на следующий уровень с помощью Bailun Vaccine Bioreactors!

Выпустить силу биосинтеза с помощью современного биореактора вакцины (GMP) из Bailum Biotechnology. Его безупречная инженерия для точного, крупномасштабного производства вакцин обеспечивает постоянное качество и приверженность международным фармацевтическим стандартам. Создание вакцин или других медицинских решений, этот биореактор обеспечивает масштабируемость и эффективность.

 Исследуйте вакцину биореактор и узнайте, как он формирует будущее биосинтетического фармацевтического производства. Для дальнейших запросов и заказов свяжитесь с нами сегодня.