DE69323179T2 - New thrombolytic agent, process for its preparation and its use for the production of a thrombolytic drug - Google Patents
New thrombolytic agent, process for its preparation and its use for the production of a thrombolytic drugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Thrombinase. Thrombinase ist ein Mittel zur Auflösung von Thromben, das ein fibrinolytisches Enzym enthält, das mit Vorteil für die Behandlung von cerebraler Thrombose, Myokardinfarkt, der Thrombose tiefliegender Gefäße sowie zur Prävention von postoperativen Verwachsungen angewendet wird.The invention relates to a method for producing thrombinase. Thrombinase is a thrombus-dissolving agent that contains a fibrinolytic enzyme that is advantageously used for the treatment of cerebral thrombosis, myocardial infarction, thrombosis of deep vessels and for the prevention of postoperative adhesions.
Streptokinase (aus Streptokokken), Urokinase (aus menschlichem Urin) und der Gewebeplasminogenaktivator (TPA, aus menschlicher Gewebekultur) sind die hauptsächlichen Thrombolytika, die gegenwärtig bekannt sind. Streptokinase-Aspirin-Kombinationen führen zu einer signifikanten Zustandsverbesserung, selbst wenn die Behandlung 24 Stunden nach einem Herzanfall begonnen wird. Prourokinase, auch bekannt als Nieren-Plasminogenaktivator, ist dazu bestimmt, Blutgerinnsel aufzulösen, ohne das normale Blutgerinnungsverfahren des Körpers zu stören. Ein gerinnselauflösendes Produkt von Beecham Laboratories, ein isolierter Plasminogenstreptokinaseaktivator-Komplex, Markenname Eminase, beansprucht für sich, die Todesrate bei Opfern von Herzanfällen um 50% zu vermindern. Genentechs TPA (Activase) ist bezüglich der Auflösung von Blutgerinnseln ebenfalls hochwirksam. Urokinase, Streptokinase und TPA, die ersten für die klinische Verwendung zur Verfügung stehenden Plasminogenaktivatoren, aktivieren das Plasminogen zu aktivem Plasmin. Die tatsächliche Gerinnselauflösung erfolgt durch das aktive Plasmin. Die Wirkung von Plasmin ist jedoch nicht auf die Lyse von Fibrin, das in einem Thrombus vorhanden ist, beschränkt; Plasminogen greift auch Fibrinogen und andere Gerinnungsfaktoren an, was zu schweren Blutungen führen kann. Die fibrinolytische Wirksamkeit und Spezifität dieser Mittel werden dadurch ausgeprägt verstärkt, daß man sie kovalent an einen fibrinspezifischen Antikörper bindet. Dieser Typ einer Zielausrichtung des Fibrinolytikums auf den Ort eines Thrombus eröffnet die Möglichkeit, direkt wirkende fibrinolytische Enzyme anstelle von Plasminogenaktivatoren zu verwenden.Streptokinase (from streptococci), urokinase (from human urine), and tissue plasminogen activator (TPA, from human tissue culture) are the main thrombolytics currently known. Streptokinase-aspirin combinations produce significant improvement even when treatment is started 24 hours after a heart attack. Prourokinase, also known as renal plasminogen activator, is designed to dissolve blood clots without interfering with the body's normal blood clotting process. A clot-dissolving product from Beecham Laboratories, an isolated plasminogen streptokinase activator complex, brand name Eminase, claims to reduce the death rate in heart attack victims by 50%. Genentech's TPA (Activase) is also highly effective at dissolving blood clots. Urokinase, streptokinase and TPA, the first plasminogen activators available for clinical use, activate plasminogen to active plasmin. The actual clot dissolution is accomplished by active plasmin. However, the action of plasmin is not limited to lysis of fibrin present in a thrombus; plasminogen also attacks fibrinogen and other clotting factors, which can lead to severe bleeding. The fibrinolytic efficacy and specificity of these agents are greatly enhanced by covalently binding them to a fibrin-specific antibody. This type of targeting of the fibrinolytic agent to the site of a thrombus opens the possibility of using direct-acting fibrinolytic enzymes instead of plasminogen activators.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung von Thrombinase vorzuschlagen.It is an object of this invention to propose a new process for the production of thrombinase.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein solches verbessertes Verfahren vorzuschlagen, bei dem Material verwendet wird, das gegenwärtig als Abfall bei dem bekannten Fermentationsverfahren von Bacillus Sphaericus Serotyp H5a und H5b verworfen wird.It is a further object of this invention to propose such an improved process using material currently discarded as waste in the known fermentation process of Bacillus sphaericus serotypes H5a and H5b.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein derartiges Verfahren anzugeben, bei dem man den Abfall bzw. das zu entsorgende Material bei dem obigen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung nützlicher Chemikalien als Nebenprodukt in einer wirtschaftlichen Weise verwendet, so daß die bekannte Hauptfermentation selbst wirtschaftlicher und produktiver wird.It is still another object of this invention to provide such a process in which the waste or the material to be disposed of in the above conventional process for producing useful chemicals is used as a by-product in an economical manner so that the known main fermentation itself becomes more economical and productive.
Es ist somit noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von Biopestiziden anzugeben.It is therefore a further object of this invention to provide an improved process for the production of biopesticides.
Bei den bekannten Fermentationen von Bacillus Sphaericus Serotyp H5a und H5b wird ein zellfreies Kulturfiltrat erhalten. Dieses wird im allgemeinen verworfen und somit als Abfall behandelt.In the known fermentations of Bacillus sphaericus serotypes H5a and H5b, a cell-free culture filtrate is obtained. This is generally discarded and thus treated as waste.
Wir haben unsere Aufmerksamkeit einer Untersuchung des Filtrats zugewandt, das derzeit verworfen wird, um herauszufinden, ob darin irgendeine wertvolle Chemikalie vorhanden ist, und ob eine derartige Chemikalie, wenn es überhaupt eine darin gibt, ökonomisch gewonnen werden kann, so daß ein Nebenprodukt erhalten wird und damit die Hauptproduktion des Biopestizids wirtschaftlich wird.We have turned our attention to an investigation of the filtrate, which is currently being discarded, to find out whether any valuable chemical is present in it and whether such chemical, if any, can be economically recovered so as to obtain a by-product and thus make the main production of the biopesticide economical.
Wir untersuchten den Effekt dieses Filtrats auf verschiedene Proteinquellen, z. B. Casein und Rinderserumalbumin in der Hauptsache im Hinblick auf Proteaseaktivität. Es wurde beobachtet, daß es Blutgerinnsel verflüssigen konnte. Weitere Untersuchungen zeigten, daß es rote Blutzellen nicht beein trächtigte und nur auf das Fibrin wirkte. Das bestätigte unsere obigen Beobachtungen und daß es ein Enzym ist, insbesondere eine Protease.We investigated the effect of this filtrate on various protein sources, e.g. casein and bovine serum albumin, mainly with regard to protease activity. It was observed that it could liquefy blood clots. Further investigations showed that it did not affect red blood cells. and only acted on the fibrin. This confirmed our above observations and that it is an enzyme, specifically a protease.
Wir haben daher unsere Aufmerksamkeit auf die Herstellung eines nützlichen Mittels aus diesem zellfreien Filtrat gerichtet.We have therefore turned our attention to the preparation of a useful agent from this cell-free filtrate.
Es ist bekannt aus Agricultural and Biological Chemistry, Vol. 41, No. 5, 1977, Tokyo, S. 745-754, daß ein Kulturfiltrat eines Stamms von Bacillus Sphaericus eine Protease enthalten kann. Die in der genannten Veröffentlichung beschriebene Protease weist maximale caseinolytische Aktivitäten um einen pH 9,0 bis 9,3 herum auf, und ihr Molekulargewicht wurde durch Gelchromatographie zu 27000 abgeschätzt.It is known from Agricultural and Biological Chemistry, Vol. 41, No. 5, 1977, Tokyo, pp. 745-754, that a culture filtrate of a strain of Bacillus sphaericus can contain a protease. The protease described in the said publication has maximum caseinolytic activities around pH 9.0 to 9.3, and its molecular weight was estimated to be 27,000 by gel chromatography.
Daß einige andere Typen von Bakterien des Genus Bacillus Enzyme mit Aktivitäten vom Plasmintyp erzeugen, ist aus zwei russischen Publikationen gemäß Chemical Abstracts, Vol. 114, No. 21, Abstract No. 203257 und Vol. 106, No. 9, Abstract No. 64089 bekannt.That some other types of bacteria of the genus Bacillus produce enzymes with plasmin-type activities is known from two Russian publications according to Chemical Abstracts, Vol. 114, No. 21, Abstract No. 203257 and Vol. 106, No. 9, Abstract No. 64089.
Aus der Natur der von uns identifizierten Protease konnten wir, auf der Basis bekannter Aktivitäten und der veröffentlichten Literatur, den Schluß ziehen, daß aus diesem Enzym (der Protease) ein nützliches Thrombolytikum hergestellt werden könnte.From the nature of the protease we identified, based on known activities and published literature, we were able to conclude that this enzyme (the protease) could be used to produce a useful thrombolytic agent.
Es wurden verschiedene Untersuchungen unter Verwendung unterschiedlicher Quellen des zellfreien Filtrats durchgeführt, und wir waren in der Lage, ein einfaches physikochemisches Verfahren zur Herstellung des Thrombolytikums zu entwickeln.Various studies were carried out using different sources of cell-free filtrate and we were able to develop a simple physicochemical procedure for the preparation of the thrombolytic agent.
Allgemein gesprochen umfaßt unser Verfahren die Verarbeitung des Kulturfiltrats, das aus dem Hauptverfahren der herkömmlichen Submersfermentation von Bacillus Sphaericus Serotyp H5a und H5b gewonnen wird, in einfachen physikochemischen Stufen, die eine Ultraflitration des zellfreien Filtrats, die Konzentration desselben sowie das Aussalzen aller Proteine aus dem genannten zellfreien Filtrat unter Verwendung von Ammoniumsulfat sowie die Entfärbung des Proteins in flüssigem Medium umfaßt.Generally speaking, our process involves the processing of the culture filtrate obtained from the main process of conventional submerged fermentation of Bacillus Sphaericus serotype H5a and H5b in simple physicochemical steps that include ultrafiltration of the cell-free filtrate, concentration of the same and salting out of all proteins from the said cell-free filtrate using ammonium sulfate and decolorization of the protein in liquid medium.
Das gewonnene entfärbte Protein kann weiter dialysiert und lyophilisiert werden, um ein rohes Pulver zu gewinnen, das einer weiteren Reinigung unterzogen werden kann.The recovered decolorized protein can be further dialyzed and lyophilized to obtain a crude powder that can be subjected to further purification.
Die allgemeinen Verfahrensstufen sind in dem als Fig. 1 beigefügten Fließdiagramm illustriert. Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele ausführlicher beschrieben:The general process steps are illustrated in the flow diagram attached as Fig. 1. The invention will now be described in more detail with reference to the following examples:
Es sollte dabei zur Kenntnis genommen werden, daß das Aussalzen unter Verwendung von Ammoniumsulfat nur zur Veränderung der Löslichkeit der Makromoleküle des Filtrats dient.It should be noted that salting out using ammonium sulfate only serves to change the solubility of the macromolecules of the filtrate.
Wir präsentieren nachfolgend eine Tabelle, die die Details des Filtrats zeigt, bevor dieses einem Aussalzen des Proteins unterworfen wurde und nachdem es dem Aussalzen des Proteins unterworfen worden war. We present below a table showing the details of the filtrate before it was subjected to protein salting and after it was subjected to protein salting.
Das aus dem Filtrat ausgesalzte Protein wurde in wässrige Lösung überführt und dann entfärbt, wobei eine kommerziell erhältliche modifizierte Zellulose verwendet wird, wie beispielsweise die Zelltrümmerentferner, die von Whatman vertrieben werden, oder ein DE 52 Ionenaustauschharz desselben Herstellers.The protein salted out from the filtrate was transferred to aqueous solution and then decolorized using a commercially available modified cellulose, such as the cell debris removers sold by Whatman or a DE 52 ion exchange resin from the same manufacturer.
Geeignete andere Formen von Entfärbungsmitteln können untersucht werden.Suitable other forms of decolorizing agents can be investigated.
Diese zwei Stufen werden wie folgt durchgeführt: Das nach dem Aussalzen erhaltene Präzipitat wird in Wasser gelöst, in schlauchförmige Dialysemembran-Beutel mit einer Molekulargewichts-Ausschlußgrenze von 10000 gegeben und über Nacht gegen destilliertes Wasser dialysiert.These two steps are carried out as follows: The precipitate obtained after salting out is dissolved in water, placed in tubular dialysis membrane bags with a molecular weight cut-off of 10,000 and dialyzed overnight against distilled water.
Das erhaltene rohe Pulver wird einer zweistufigen Reinigung unterworfen.The resulting raw powder is subjected to a two-stage purification.
In der ersten Stufe wird das Pulver mit Wasser in eine Lösung überführt und einer Ionenaustauschbehandlung auf die folgende Weise unterzogen: Die entfärbte Fraktion wurde auf eine Q- Sepharosesäule gegeben und in zwei Stufen unter Verwendung von Tris-HCl-Puffer, pH 8,0 mit einer NaCl-Konzentration von 0,1 M bzw. 0,5 M eluiert. Die mit einer NaCl-Konzentration von 0,1 M eluierte ungebundene Fraktion enthielt die fibrinolytische Proteaseaktivität.In the first step, the powder is dissolved in water and subjected to ion exchange treatment in the following manner: The decolorized fraction was applied to a Q-Sepharose column and eluted in two steps using Tris-HCl buffer, pH 8.0 with a NaCl concentration of 0.1 M and 0.5 M, respectively. The unbound fraction eluted with a NaCl concentration of 0.1 M contained the fibrinolytic protease activity.
Die zweite Reinigung wird durch die Gelfiltration auf die folgende Weise durchgeführt: Die nach der Q-Sepharose-Chromatographie erhaltene aktive Fraktion wurde weiter über eine Sephacryl-5300-Säule gereinigt. Die Elution wurde mit 0,01 M Tris-HCl-Puffer, pH 8, durchgeführt. Es wurden zwei Fraktionen erhalten, von denen die zweite Fraktion das fibrinolytische Enzym enthielt.The second purification is carried out by gel filtration in the following way: The active fraction obtained after Q-Sepharose chromatography was further purified on a Sephacryl 5300 column. Elution was carried out with 0.01 M Tris-HCl buffer, pH 8. Two fractions were obtained, of which the second fraction contained the fibrinolytic enzyme.
Es können die Typen von Ionenaustauscher für die Reinigung in der ersten Stufe speziell angegeben werden, und der Reinigungsgrad kann angegeben werden.The types of ion exchangers for cleaning in the first stage must be specifically specified and the degree of purification can be indicated.
Die Reinigung in der zweiten Stufe kann präziser erläutert werden, indem man die Gelfiltration, die Geltypen, die Spezifikationen des Gels, die Stufen und die erreichte Endreinheit angibt.Second stage purification can be explained more precisely by specifying the gel filtration, gel types, gel specifications, stages and final purity achieved.
Das Produkt ist ein neues Mittel zum Auflösen von Thromben, das ein fibrinolytisches Enzym (Thrombinase) enthält, das erstmals aus Bacillus Sphaericus isoliert, identifiziert und gereinigt wurde. Dieses Produkt weist eine potentielle Verwendung zur Behandlung eines thrombotischen Gehirnschlags, eines Myokardinfarkts, einer Thrombose tief gelegener Gefäße und zur Verhinderung von nachoperativen Verwachsungen auf. Die Präparation kann als solche verwendet werden oder in Kombination mit spezifischen Antikörpern. Obwohl das Produkt kein Plasminogenaktivator ist, zeigt es eine sehr spezifische Wirkung auf Fibringerinnsel. Die fibrinolytische Wirkung ist größer als die von Streptokinase und Urokinase.The product is a new thrombus dissolving agent containing a fibrinolytic enzyme (thrombinase) that was first isolated, identified and purified from Bacillus Sphaericus. This product has potential use in the treatment of thrombotic stroke, myocardial infarction, deep vessel thrombosis and in the prevention of postoperative adhesions. The preparation can be used as such or in combination with specific antibodies. Although the product is not a plasminogen activator, it has a very specific effect on fibrin clots. The fibrinolytic effect is greater than that of streptokinase and urokinase.
Es zeigt eine optimale Aktivität im Bereich von pH 7 bis 9, und ist innerhalb des pH-Bereichs von 5 bis 7,5 stabil. Das Molekulargewicht (Gelfiltration) wurde abgeschätzt als etwa 18500. Es ist unterhalb 40ºC stabil und behält beim Stehenlassen für 24 Stunden bei 30ºC in einem pH 7,2 Tris-HCl-Puffer 80% oder mehr seiner Aktivität.It shows optimal activity in the range of pH 7 to 9, and is stable within the pH range of 5 to 7.5. The molecular weight (gel filtration) was estimated to be about 18500. It is stable below 40ºC and retains 80% or more of its activity when left to stand for 24 hours at 30ºC in a pH 7.2 Tris-HCl buffer.
Die fibrinolytische Aktivität des gereinigten Enzyms wurde im Vergleich mit Standard-Streptokinase nach dem modifizierten Verfahren von Astrup und Mullertz (1952) bewertet.The fibrinolytic activity of the purified enzyme was evaluated in comparison with standard streptokinase according to the modified method of Astrup and Mullertz (1952).
Das fibrinolytische Potential wurde dadurch abgeschätzt, daß man das Ausmaß an Verflüssigung (Zonendurchmesser) maß, das durch das Enzym auf ein Fibringerinnsel von Fibrinogen, Plasminogen und Thrombin bei pH 7,5 und 37ºC in 15 Minuten erzeugt wurde. Streptokinase als Referenzstandard wurde verdünnt, so daß sie 500 Einheiten/ml enthielt. Thrombinase wurde in einem Tris-HCl- Puffer, pH 7,5, aufgelöst, so daß sie 1 mg Protein/ml enthielt. Mengen von 20 und 40 ul Streptokinase und Testpräparat wurden als Tröpfchen auf die Oberfläche des Fibringerinnsels gegeben und bei 37ºC inkubiert. Der Durchmesser des verdauten Bereichs wurde nach 30 Minuten Inkubation gemessen. Tabelle Zusammenfassung der Reinigung der fibrinolytischen Protease aus B. Sphaericus Fibrinolytic potential was estimated by measuring the amount of liquefaction (zone diameter) produced by the enzyme on a fibrin clot of fibrinogen, plasminogen and thrombin at pH 7.5 and 37°C in 15 minutes. Streptokinase as a reference standard was diluted to contain 500 units/ml. Thrombinase was dissolved in a Tris-HCl buffer, pH 7.5, to contain 1 mg protein/ml. 20 and 40 µl amounts of streptokinase and test preparation were added as droplets to the surface of the fibrin clot and incubated at 37°C. The diameter of the digested zone was measured after 30 minutes of incubation. Table Summary of the purification of fibrinolytic protease from B. sphaericus
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