Heparin, najrasprostranjeniji razređivač krvi na svetu, koristi se tokom procedura koje se kreću od dijalize bubrega do operacije na otvorenom srcu. Trenutno se heparin dobija iz svinjskih creva, ali naučnici sa Politehničkog instituta Rensselaer (RPI) otkrili su kako da ga naprave u laboratoriji. Oni su takođe razvili put ka procesu bioproizvodnje koji bi potencijalno mogao da revolucioniše način na koji svet dobija zalihe ovog ključnog leka.
„Poslednjih godina, sa problemima bolesti i kontaminacije koji remete globalni lanac snabdevanja svinjskim heparinom i potencijalno dovode milione pacijenata u opasnost, jasno je da moramo da diverzifikujemo način na koji pravimo ovaj lek“, rekao je Džonatan Dordik, dr. Profesor hemijskog i biološkog inženjerstva na Institutu i potpredsednik Strateških saveza i prevođenja na RPI. „Naš rad će omogućiti proizvodnju heparina koji je stalno dostupan i bezbedan.“
Sa svojim patentiranim postupkom, detaljno opisanim u studiji objavljenoj u časopisu PNAS, istraživači već rade sa FDA i pokrenuli su povećanje koje vodi ka komercijalnoj proizvodnji.
„Dok trenutna studija opisuje proizvodnju heparina u laboratorijskim razmerama, mi se takođe krećemo ka procesu komercijalnih razmera, omogućavajući isti heparin visokog kvaliteta, da bismo generisali lek za kliničke studije“, rekao je Robert Linhard, dr. Ann i John H. Broadbent Jr. Senior Constellation Profesor emeritus za biokatalizu i metaboličko inženjerstvo na RPI i koautor studije. I Dordick i Linhardt su članovi RPI-jevog Centra za biotehnologiju i interdisciplinarne studije Shirlei Ann Jackson.
„Ovo multidisciplinarno istraživanje je odličan primer kako otkrića napravljena u laboratoriji mogu uspešno da se prevedu u nove alate za unapređenje globalnog zdravlja“, rekao je Shekhar Garde, dr, dekan RPI škole inženjeringa.
Priznat od Svetske zdravstvene organizacije kao esencijalni lek, heparin je uvek veoma tražen. Da bi se zadovoljile potrebe, godišnje se prerađuju creva milijardi svinja, proizvodeći oko 100 tona prečišćenog heparina. Više od 70% ponude dolazi iz Kine.
Proizvodi životinjskog porekla su podložni nestašici, a heparin nije izuzetak. Kriza kontaminacije heparinom iz 2008. godine, ponavljajuće epidemije bolesti svinja i problemi u lancu snabdevanja pandemije COVID-19 poremetili su dostupnost heparina, što je navelo istraživače da istraže kako da naprave heparin bez životinja.
U RPI-u, potraga za heparinom neživotinjskog porekla dovela je do stvaranja Centra za primenjena istraživanja heparina 2015. Tokom narednih nekoliko godina, tim naučnika je razvio novi metod sinteze heparina koji ne samo da bi se praktično ne razlikovao od životinjskog. dobijen heparin, ali se takođe može napraviti u velikim količinama.
„Heparin je otkriven pre više od 100 godina, ali smo tek nedavno imali tehnike da počnemo da pokušavamo da ga napravimo u laboratoriji“, rekao je Dordik, viši autor studije.
„Za razliku od insulina — još jednog veoma važnog leka koji je nekada dolazio od svinja, a sada je napravljen od čoveka — heparin nije samo jedan protein ili molekul, već složeni lanac različitih ugljenih hidrata. To ga čini veoma teškim za sintetizaciju na neki način. što se prevodi u tradicionalniju veliku proizvodnju.“
Dordik upoređuje sintezu heparina u laboratoriji sa ukrašavanjem božićne jelke.
„Počinjemo sa jezgrom strukture heparina, koja je kao golo drvo. Zatim, koristeći razne enzime, dodajemo molekule — ukrase, šljokice, svetla. Kao što možete da zamislite, postoji mnogo načina da se ukrasi drvo. , tako da je izbor ukrasa koji je pravi za pravljenje heparina izazov“, rekao je on.
Poslednjih decenija naučni timovi širom sveta pokušavaju da urade upravo to, ali bezuspešno.
„Prošla istraživanja su koristila prirodne enzime da bi ponovili ono što se dešava u crevima svinje za proizvodnju heparina. Međutim, ovo proizvodi malu količinu heparina i ne može da se uradi u velikom obimu. Naše najveće dostignuće je bio uvid da optimizujemo enzime za veći prinos i stabilnost “, rekla je dr Elena Paskaleva, viši naučnik u RPI i jedan od koautora studije.
„Sintezovanje enzima u tako velikom obimu bila je neistražena teritorija za nas u akademskoj laboratoriji“, rekao je dr Mark Duaisi, prvi autor studije i viši naučnik RPI.
„Bio je potreban veliki, koordinisan napor u celom centru da se sintetiše količina potrebna za sintezu proizvoda sa strukturom i biološkom aktivnošću koja je ekvivalentna leku dobijenom od svinja. Na kraju dana, bilo je uzbudljivo znati da ono što mi na kraju napravljen odgovara svim kriterijumima heparina.“
Ovo otkriće je primer kako univerziteti mogu da pokrenu istraživanje i razvoj novih lekova i tehnologija koje spasavaju živote, rekao je Dordik.
„Naš cilj je bio da pronađemo alternativu leku koji je na tržištu od 1935. Za privatnu kompaniju, takav projekat bi doneo previše rizika. Ali univerzitet, posebno onaj kao što je RPI, je savršeno mesto za ovo vrsta projekta“, rekao je Dordik.
