Síntesis de fármacos mediante enzimas unidas a

matrices

José Alejandro MolinaProteínas recombinantes y

biotecnología

• Fármaco: Sustancia química purificada utilizada en la prevención, diagnóstico, tratamiento y cura de una enfermedad; para evitar o promover la aparición de un proceso fisiológico específicos.

73%

13%

12% 2%

Modo obtención del Fármaco

Sint. OrgánicaBiotecnológicoSemisíntesisNatural

“To Market, to Market” Ann. Rep. Medicinal Chem. 1990-2007

• Retos de la Industria Farmacéutica hoy:1. Reducir la producción de residuos por kilogramo de

producto. 2. Desarrollar fármacos donde las dosis sean menores

(dosis actuales de mg al nivel de μg)

Desarrollo de procesos de síntesis más eficaces y selectivos, utilizando mejores catalizadores. Por ello la Biocatálisis y las

Biotransformaciones están adquiriendo un papel importante en el diseño de las nuevas síntesis de fármacos

Biocatálisis v/s catálisis Biotransformaciones Biotecnología blanca => Procesos Limpios

ESTABILIZACIÓN DE ENZIMAS

• Enzimas aisladas son capaces de discriminar de un modo específico y selectivo únicamente uno de los isómeros posibles de una mezcla racémica, logrando el producto deseado de forma enantiopura (eutómero y distómero)

• La reutilización de enzimas implica como paso previo la estabilización del biocatalizador, existiendo diversas técnicas

a) Inmovilización de enzimas. b) Modificación química. c) Ingeniería proteica por mutagénesis dirigida. d) Ingeniería del medio de reacción

Métodos de inmovilizaciónConsiste en mantener la biomolécula unida o atrapada en un soporte físico, conservando su actividad catalítica y permitiendo el flujo de sustratos y productos

Irreversibles

Enlaces covalentes

Entrecruzamiento

Atrapamiento (inclusión y micro-encapsulación)

Reversibles

Adsorción

Quelación

Formación de enlaces disulfuro

Enlaces covalentes• Enlace entre un grupo funcional

reactivo de la enzima (amino, tiol, hidroxil,imidazol, -COOH) y el soporte (Monocapas tiol , oro, CNBr-Sepharosa)

Entrecruzamiento• Enlace directo entre enzimas.

Se añade un agente de bajo MW: dialdehídos, diiminoésteres, diisocianatos,diaminas, sales de bisdiazonio

Por inclusión

Matriz de gel: Silica gel, poliacrilamida, agarosa, carragenatos.

micro-encapsulaciónUn agente encapsulador (nano partículas de sílice, polihidrocloruro de alilamina o poliestirensulfonato)

Soportes porosos y Micelas

Atrapamiento

Adsorción

Soportes: celulosa, gel de sílica, colágeno, hidroxiapatita, AcetatoInteracciones iónicas o fuerzas débiles

Quelación Sales de metales de transición o hidroxidos depositados en la superficie de soportes orgánicos (celulosa, quitina, acido algínico y bases de sílice)  

Formación de enlaces disulfuro.

Ventajas

• Gran aumento de la estabilidad de la enzima o célula inmovilizada.

• Evita formación de agregados

• Reutilización aumenta la productividad enzimática

• Aumenta la facilidad de recuperación y purificación de losproductos.

• Se aumenta la facilidad de operación y control del proceso, altrabajar en condiciones más suaves.

Desventajas

• Generalmente se disminuye la actividad enzimática.

• La alteración de la conformación de la enzima respecto de su estado nativo.

• El biocatalizador es más caro que la enzima nativa.

• La gran heterogeneidad del sistema enzima-soporte

Aplicación de Enzimas en la obtención de fármacos

• Omapatrilato: antihipertensivo. Es un inhibidor de la enzima convertidora de la angiotensina

Pichia pastorisPDHFDH

D-AminoxidasaT. variabilis

Antagonistas del tromboxano A2 (TxA2): Vasoconstrictor con actividad antiagregatoria de plaquetas,

• Acilación de Purina: compuesto obtenido es más soluble por lo que aumenta la biodisponibilidad. Esta transformación es prácticamente imposible de realizar por una acetilación química

• Befloxaton (37): Antidepresor

GDH

Producción de antibióticos β-lactámicos• Penicilina G es transformada en ácido 6-aminopenicilánico (6-

APA), el cual se utiliza para síntesis de penicilinas semisintéticas

• 6-APA puede expandirse para la síntesis de cefalosporinas, como el ácido 7-aminodesacetoxicefalosporánico (7-ADCA)

Expandasa

1 Kg de 6-APA20 Kg de reactivos por método Qco.

1 Kg de 6-APA0,02 Kg de NH3 y 2 L de agua por Biotransformación

• Inserción de cadenas laterales. o D-aminoácido oxidasa y glutaril-acilasa

El uso de enzimas permite a la industria farmacéutica generar nuevos métodos de síntesis más eficientes, selectivos y limpios

Inmovilizar una enzima uniéndola a una matriz le confiere gran Estabilidad y facilita que al final de la reacción la enzima sea fácilmente recuperada y Reutilizada

Con el uso de enzimas, los fármacos producidos son cada vez más puros, permitiendo mejorar su actividad terapéutica, dosis y riesgo de toxicidad

El desafío en lo futuro es mejorar cada vez más las técnicas de inmovilización, y ampliar la gama de enzimas utilizables, creando incluso Reactores Enzimáticos

Conclusiones

GraciasPreguntas???