Экономические барьеры, тормозящие производство терапевтического рекомбинантного трипсина человека. Применение инновационных технологий для их преодоления

Цель обзора – проанализировать причины высокой стоимости рекомбинантного трипсина человека, технологические и экономические препятствия, ограничивающие его производство и применение, а также практические подходы для решения этих проблем.

Материалы и методы. Поиск информации о свойствах трипсина человека, методах производства рекомбинантной протеазы, ее рынке и типах энзимотерапии был проведен в различных открытых источниках. В обзор включены четыре ссылки на русском и английском языках. Особое внимание было уделено методам, повышающим продукцию рекомбинантного трипсина.

Результаты. Трипсин, полученный из экстракта поджелудочной железы млекопитающих, используется более 80 лет в энзимотерапии различных болезней. Человеческий генно-инженерный трипсин должен применяться как инновационная, безопасная и эффективная терапевтическая протеаза. Пока медицинское назначение ограничивает очень высокая цена и недостаточное производство рекомбинантного трипсина. Следует применять новейшие технологии биофармацевтики, а также комбинировать оптимальные методы up-stream- и down-stream-процессов, чтобы повысить во много раз выход активного рекомбинантного трипсина, и значительно снизить производственные затраты на единицу протеина. Рекомбинантный трипсин человека, близкий по цене к аналогам из тканей животных, является предпочтительным для всех типов энзимотерапии.

Заключение. Применение инновационных биофармацевтических технологий в сочетании с новейшими методами значительно снизят затраты в производстве рекомбинантного трипсина человека, что стимулирует его использование в энзимотерапии, а также в производстве других терапевтических протеинов. 

1. UniProtKB – P07477 (TRY1_HUMAN). [Электронный ресурс]. URL: https://www.uniprot.org/uniprot/P07477/. Дата обращения: 08.07.2018.

2. Vandermarliere e., Mueller M., Martens L. Getting intimate with trypsin, the leading protease in proteomics. Mass Spectrometry Reviews. 2013; 32: 453-465.

3. Gaboriaud C., Serre L., Guy-Crotte O., Forest e., FontecillaCamps J. С. Crystal structure of human trypsin 1: unexpected phosphorylation of Tyr151. J. Mol. Biol. 1996; 259 (5): 995-1010. Doi: 10.1006/jmbi.1996.0376.

4. Rypniewski W., Pirrakis A., Vorgias C. e., Wilson K. S. evolutionary Devergence and Concervation of Trypsin. Protein engineering. 1994; 7 (1): 57-64.

5. Патент RU(11) 2 265 053(13) C2 МПК C 12 N 9/76. Cпособ получения трипсина. Албулов А. И., Самуйленко А. Я., Фоменко А. С. и др. Патентообладатель – ВНИТИБП. Заявка: 2002134730/13, 24.12.2002. Опубликовано: 27.11.2005. Бюл. N 33.

6. Кислицин Ю. А., Ребриков Д. В., Дунаевский Я. Е., Руденская Г. Н. Выделение и первичная структура трипсина камчатского краба Paralithodes camtschaticus. Биоорганическая химия. 2003; 29 (3): 269-276.

7. Brodrick J. W., Largman C., Johnson J. H., Geokas M. C. Human Cation Trypsinogen Purification, Characterization, and Characteristic of Autoactivation. J. Biol. Chem. 1978; 253 (8): 2732-2736.

8. Iannucci N. B., Albanesi G. J., Marani M. M., Fernández H. M. Isolation of Trypsin from Bovine Pancreas Using Immobilized Benzamidine and Peptide CTPR Ligands in expanded Beds. Separat. Sci. Techn. 2005; 40: 3277-3287. DOI: 10.1080/01496390500423631.

9. Goudarzi B. Gh., Talebi M., Bagherian R., Haji Hosseini R. A simple, fast and commercial method for trypsin purification from bovine pancreas. Vet. Res. Biol. Prod. 2011; 24 (1-90): 33-39.

10. Buettner K., Kreisig T., Sträter N., Zuchner T. Protein surface charge of trypsinogen changes its activation pattern. BMC Biotechnology. 2014; 14 (960): 1-11. DOI: 10.1186/s12896-0140109-5.

11. Hegyi e., Sahin-Toth M. Genetic Risk in Chronic Pancreatitis: The Trypsin-Dependent Pathway. Dig. Dis. Sci. 2017; 62: 1692-1701. DOI: 10.1007/s10620-017-4601-3.

12. Németh B. C., Wartmann T., Halangk W., Sahin-Tóth M. Autoactivation of Mouse Trypsinogens Is Regulated by Chymotrypsin C via Cleavage of the Autolysis Loop. J. Biol. Chem. 2013; 288 (33): 24049-62. DOI: 10.1074/jbc.M113.478800.

13. Grishina Z., Ostrowska e., Halangk W., Sahin-Toth M., Reiser G. Activity of recombinant trypsin isoforms on human proteinase-activated receptors (PAR): mesotrypsin cannot activate epithelial PAR-1, -2, but weakly activates brain PAR-1. British J. Pharmacology. 2005; 146: 990-999.

14. Yousef G. M., elliott M. B., Kopolovic A. D., Serry e., Diamandis e. P. Sequence and evolutionary analysis of the human trypsin subfamily of serine peptidases. Bioch. Bioph. Acta. 2004; 1698: 77-86.

15. Németh B. C., Sahin-Tóth M. Human cationic trypsinogen (PRSS1) variants and chronic pancreatitis. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Phyiol. 2014; 306: G466-G473. doi: 10.1152/ajpgi.00419.2013.

16. Hu C., Wen L., Deng L., Zhang C., Lugea A., Su H. Y., Waldron R. T., Pandol S. J., Xia Q. The Differential Role of Human Cationic Trypsinogen (PRSS1) p.R122H Mutation in Hereditary and Nonhereditary Chronic Pancreatitis: A Systematic Review and MetaAnalysis. Gastroenterol. Res. Pract. 2017; ID 9505460: 1-7. doi: 10.1155/2017/9505460.

17. Roxas M. The Role of enzyme Supplementation in Digestive Disorders. Altern. Med. Rev. 2008; 13 (4): 307-314.

18. Ianiro G., Pecere S., Giorgio V., Gasbarrini A. and Cammarota G. Digestive enzyme Supplementation in Gastrointestinal Diseases. Current Drug Metabolism. 2016; 17 (2): 187-193.

19. Shah D., Mital K. The Role of Trypsin:Chymotrypsin in Tissue Repair. Adv. Ther. 2018; 35 (1): 31-42.

20. Konstan M. W., Frank J., Accurso F. J., Nasr S. Z., Ahrens R. C., Graff G. R. efficacy and safety of a unique enteric-coated bicarbonatebuffered pancreatic enzyme replacement therapy in children and adults with cystic fibrosis. Clin. Invest. 2013; 3 (8): 723-729.

21. Taylor C. J., Thieroff-ekerdt R., Shiff S., Magnus L., Fleming R., Gommoll C. Comparison of two pancreatic enzyme products for exocrine insufficiency in patients with cystic fibrosis. J. Cystic Fibrosis. 2016; 15: 675-680.

22. Petrides D. Bioprocess Design and economics. Bioseparations Science and engineering 2nd edition (ed by: Harrison R. G., Todd P. W., Rudge S. R., Petrides D. P.). Oxford University Press. 2015; 11.1-83.

23. Pan Y., Cheng K., Mao J., Liu F., Liu J., Ye M., Zou H. Quantitative proteomics reveals the kinetics of trypsin-catalyzed protein digestion. Anal. Bioanal. Chem. 2014; 406: 6247-6256.

24. Sarrouch B., Santos T. M., Miyoshi A., Dias R., Azevedo V. UpTo-Date Insight on Industrial enzymes Applications and Global Market. J. Bioproces. Biotechniq. 2012; (S4:002): 1-10.

25. Guidance for Industry exocrine Pancreatic Insufficiency Drug Products – Submitting NDAs U. S. Department of Health and Human Services Food and Drug Administration Center for Drug evaluation and Research (CDeR) April 2006 Clinical/Medical.

26. Global Recombinant Trypsin Solution Market Report 2018 by Manufacturer, Region, Type and Application, Forecast to 2023. [Электронный ресурс]. URL: https://www.marketresearchstore.com/report/ global-recombinant-trypsin-solution-market-report-2018-by-250199. Дата обращения: 09.07.2018.

27. Trypsin recombinant, Proteomics Grade. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/roche/ RTRYPRO?lang=de&region=De RTRYP-RO Roche. Дата обращения: 09.07.2018.

28. Trypsin recombinant Pig. [Электронный ресурс]. URL: https:// www.mybiosource.com/prods/Recombinant-Protein/Trypsin/ RYP/ datasheet.php?products_id=9422455. Дата обращения: 09.07.2018.

29. Trypsin Powder, Porcine 1:250. [Электронный ресурс]. URL: https:// www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/85450c?lang=de&region= De. Дата обращения: 09.07.2018.

30. Recombinant Human Trypsin [Электронный ресурс]. URL: https:// www.made-in-china.com/showroom/yaxinbio/product-detailrqpQzZOjMCWe/ China-Recombinant-Human-Trypsin.html. Дата обращения: 08.07.2018.

31. Trypsin from bovine pancreas. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/t1005?lang= de&region=De&cm_sp=Insite-_-prodRecCold_xviews-_-prodRecCold10-6. Дата обращения: 09.07.2018.

32. Trypsin from bovine pancreas. [Электронный ресурс]. URL: https:// www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/t9201?lang=de&region= De&cm_sp=Insite-_-prodRecCold_xviews-_-prodRecCold5-5. Дата обращения: 09.07.2018.

33. Trypsin Bovine. [Электронный ресурс]. URL: https://www. prospecbio.com/Trypsin_Bovine. Дата обращения: 09.07.2018.

34. Recombinant- Protein Trypsin. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mybiosource.com/prods/ Recombinant-Protein/ Trypsin/datasheet.php?products_id=143731. Дата обращения: 09.07.2018.

35. Porcine Trypsin. [Электронный ресурс]. URL: https://www. prospecbio.com/Trypsin_Porcine Trypsin Porcine. Дата обращения: 09.07.2018.

36. Zhang Y., Huang H., Yao X., Du G., ChenJ., Kang Z. High-yield secretory production of stable, active trypsin through engineering of the N-terminal peptide and self-degradation sites in Pichia pastoris. Bioresource Technology. 2018; 247: 81-87. http://dx.doi.org/10.1016/j. biortech.2017.08.006.

37. Patent WO2011/030347 A1. Novel prolipase-bovine trypsinogen fusion proteins. Govindappa N., Nataraj N., Tiwari S., Hazra P., Patale M. B., Jothiraman G., Sastry K. Original Assignee Biocon Ltd. Priority date: 10.09.2009; Filled 26.10.2009 PCT/IN2009/000603.

38. Patent US 7,666,629 B2. Method for producing recombinant trypsin. Muller R., Glaser S., Geipel F., Thalhofer J.-P., Rexer B., Schneider C., Ratka M., Ronning S., eckstein H., Giessel C.; Assignee Roche Diagnostics Operations, Inc.- N. 11/853,483; Filled: 11.09.2007; PCT/eP02/01072

39. Hohenblum H., Vorauer-Uhl K., Katinger H., Mattanovich D. Bacterial expression and refolding of human trypsinogen. J. Biotechnology. 2004; 109 (1-2): 3-11.

40. Patent WO2012/104099 A1. Process for the production of recombinant trypsin. König P. Applicant GlucoMetrix AG. 1100899.2 Priority Date: 04.02.2011; International Filling 03.02.2012, PCT/ eP2012/000497.

41. Patent WO2016/081289 A1. Process for producing recombinant trypsin. Sleevi M. C., Lile J.; Original Assignee Merck Sharp & Dohme Corp. Priority date: 18.11.2014; International Filling: 13.112015 PCT/ US2015/060505.

42. Rasmussen B. Innovation and Commercialisation in the Biopharmaceutical Industry: Creating and Capturing Value. edward elgar Publishing Ltd. 2010; 326 p.

43. Fosgerau K., Hoffmann T. Peptide therapeutics: current status and future directions. Drug Discovery Today. 2015; 20 (1): 122-128.

44. Ягудина Р. И., Куликов А. Ю., Литвиненко М. М. QALY: история, методология и будущее метода. Фармакоэкономика. Современная фармакоэкономика и фармакоэпидемиология. 2010; 3 (1): 7-11.