Biopharmazeutika

Grundlagen Gentechnik, Herstellung Proteinwirkstoffe

Grundlagen Gentechnik, Herstellung Proteinwirkstoffe


N. K.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über Biopharmazeutika auf Universitätsniveau. Sie decken Themen wie Zellen, Gene, Proteine, Viren und ihre Übertragung sowie Therapien und Wirkungen ab. Die Karteikarten behandeln auch spezifische Konzepte wie PCR, Operons, Polymorphismen und deren Auswirkungen auf die Arzneimittelwirkung. Sie sind besonders nützlich für Studierende und Forscher, die sich mit der Entwicklung und Anwendung von Biopharmazeutika beschäftigen, da sie komplexe biologische Prozesse und deren klinische Relevanz verständlich darstellen.
Karten
412
Lernende
3
Sprache
Deutsch
Kategorie
Biologie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
16.07.2016 / 28.08.2021

Lernkarten

Welche gastrointestinalen Hormone modulieren die Insulinfreisetzung? Was ist noch daran beteiligt?

GLP-1 (Glucagon-like peptide 1), Cholezystokinin und Sekretin

das vegetative Nervensystem

HWZ von freigesetztem Insulin

nur 5-8 Minuten

Mechanismus der Insulin-Freisetzung

Blutglucosespiegel steigt => weitere Kaskade siehe Bild

Inwiefern beeinflusst der Sympathikus die Insulinfreisetzung?

Erregung sympathischer β2-Rezeptoren steigert die Insulinsekretion und

Erregung sympathischer α2-Rezeptoren hemmt die Insulinsekretion

Einfluss verschiedener Faktoren auf die Glucoseproduktion. Wo wird Glucose produziert?

fördern Insulinsekretion:

- Inkretine wie z.B. GIP und GLP-1

inhibieren Insulinsekretion:

- Adrenalin

- Somatostatin

Welche oralen und parenteralen Antidiabetika gi bt es?

• Orale Antidiabetika
o Biguanide
o Insulinotropika
o Insulin-Sensitizer
o α-Glucosidase-Hemmer
o Inkretin-Enhancer (Dipeptidylpeptidase-4-Inhibitoren)


• Parenterale Antidiabetika
o Inkretin-Mimetika
o Insuline

HbA1C Werte: physiologisch, Diabetiker etc.

HbA1C-Werte*:
o <6%: kein Diabetes, oder sehr gut eingestellter Diabetiker
o 6-8%: gut eingestellter Diabetiker
o 8-10%: mäßig bis schlecht eingestellter Diabetiker
o >10%: sehr schlecht eingestellter Diabetiker

Was sind Inkretine? Was für welche gibt es?

• vom Darm abgegebene Hormone, die an der physiologischen Regulation der Glucosehomöostase beteiligt sind
• Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) (L-Zellen des Dünndarms)
• Glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) (K-Zellen)
• verantwortlich für 60-80% der postprandialen Insulinantwort

GLP-1: Funktion, Lokalisation der Rezeptoren, Abbau

• Anstieg der Plasmaspiegel Minuten nach dem Essen
• natürliches Vorkommen: GLP-1(7-37) und GLP(7-36)-CONH2
• Rezeptoren (GPCR) auf β-Zellen des Pankreas
• verstärkt Glucose-abhängige Ausschüttung von Insulin
• hemmt Freisetzung von Glucagon
• scheint den fortschreitenden Verlust von β-Zellen aufzuhalten
• Abbau durch Dipeptidyl-Peptidase-4 (DPP-4)

Speicherung von Insulin. Auswirkung auf therapeutische Anwendung

Die Insulinmoleküle werden in den Vesikeln des Golgi-Apparats, der an der Zellmembran der β-Zelle liegt, durch Zink-Ionen zu Hexameren gebunden und so stabilisiert gespeichert (Zink-Insulin-Komplex).

Insulin ist in der Form von Hexameren und nach dem Zerfall in Dimere noch nicht wirksam, sondern nur als Einzelmolekül.

Bei schnellwirkenden Insulinpräparaten ist der zu langsame Zerfall der Molekülverbände unerwünscht und es wird nach Möglichkeiten gesucht den Zerfall zu beschleunigen. Bei langwirkenden Insulinpräparaten wird die Zinkbindung zur Verlängerung der Wirkdauer durch hohe Zinkkonzentrationen gezielt verstärkt. Bei der Entwicklung von oralen Insulinpräparaten wird die Zinkbindung zur Kopplung von Insulin an Transportmoleküle genutzt.

Wie erfolgte früher die Humanisierung von Schweineinsulin?

Schweineinsulin ist im menschlichen Körper ähnlich aktiv wie menschliches Insulin, jedoch reicht die geringe Abweichung in der Sequenz aus, um bei ständiger Applikation des Wirkstoffs die Bildung neutralisierender Antikörper auszulösen. Nach der Reinigung des Schweineinsulins aus Bauchspeicheldrüsen von Schlachttieren muss also in einem nachgeschalteten Prozess das Schweineinsulin in Humaninsulin umgewandelt werden. Dies erreicht man mit einem Trick: Mit Trypsin wird die letzte Aminosäure der Kette B (A = Alanin) abgespalten, und unter bestimmten
wasserarmen Reaktionsbedingungen in einer Rückreaktion ein Threonin-butylester
(T = Threonin) angehängt wird. Das freie COOH-Ende wird dann durch hydrolytische Spaltung des Butylesters erhalten.

Warum wird humanisiertes Schweineinsulin nicht mehr verwendet?

Weil der Bedarf mittels Schlachttiere nicht gedeckt werden kann und es ausreichend gute gentechnologische Methoden gibt.

Wie erfolgt die Herstellung der A- & B-Kette gentechnologisch? Wie muss es anschließend prozessiert werden, damit einige Patienten keine allergische Reaktion zeigen?

die A- und die B-Kette werden normalerweise in zwei getrennten Bakterienstämmen hergestellt. Nach der Reinigung beider Produkte werden zunächst die jeweiligen Methionine abgetrennt. Dies geschieht durch Spaltung der Zwischen dem Methionin und der folgenden Aminosäure gelegenen Peptidbindung mit Bromcyan => weil das Methionin bei einigen Patienten eine allergische Reaktion auslöst.

Produktion von Insulin durch Expression von Proinsulin: 

Die Idee dabei ist, dass die Faltung der A- und B-Kette durch die Anwesenheit der C-Kette unterstützt wird und die Bildung
von korrekten Disulfidbrücken begünstigt. In der Tat kann mit dieser Strategie mehr aktives Insulin gewonnen werden als mit der o.g. Methode der separaten Expression der A- und B-Kette. Nach erfolgter Oxidativer Sulfitolyse und
Renaturierung muss natürlich das C-Peptid entfernt werden, damit reifes Insulin entsteht. Dazu inkubiert man das Protein mit Trypsin und Carboxypeptidase B. Trypsin schneidet nach basischen Aminosäuren. In diesem Fall wird die Reaktion so eingestellt, dass nur an zwei Stellen geschnitten wird: dort, wo zwei basische Aminosäuren hintereinander folgen.
Carboxypeptidase B ist eine Exopeptidase, die nur basische Aminosäuren abbauen kann. Das heißt, dass das Enzym die beiden "überstehenden" Arginine (RR) vom Ende der B-Kette abschneidet, ohne den Rest der B-Kette
zu verdauen. Am Ende resultieren native A- und B-Ketten.

Expression eines Mini-Proinsulins in Hefe 

von Novo Nordisk entwickelt, erst nicht funktioniert, aber nachdem sie herausgefunden haben, dass die Länge der C-Kette irrelevant ist, hat es funktoniert =>

Ein Pseudo-C-Peptid, das nur aus den Aminosäuren Alanin-Alanin-Lysin besteht, wird zwischen A- und B-
Kette eingefügt. Das erleichtert die Faltung und Ausbildung von Disulfidbrücken. Dann wird mit Trypsin verdaut, und zwar unter Bedingungen, die nach der Abspaltung des Pseudo-C-Peptids in einer Rückreaktion das Anhängen von Threonin am Ende der B-Kette erlaubt.

Was wird als Humaninsulin bezeichnet?

Insulin, welches einen humanidentischen Aufbau hat 

Wofür steht NPH? Was ist das?

Neutrales Protamin Hagedorn-Insuline, sind langwirksame Insuline

Funktion von Protamin in den NPH-Insulinen

Eiweiß, dass Verzögerung verursacht => Kristallisierung durch Titration zum isolelektrischen Punkt
o kann mit Normalinsulin gemischt werden

Normalinsulin: Definition, alternative Bezeichnungen,  Pharmakokinetik und  Applikation

Humaninsulin mit normalem (schnellem) Wirkeintritt und
relativ kurzer Wirkdauer (syn. Altinsulin, kurzwirksames Humaninsulin)

• subkutan injiziert
• ca. 30 Minuten Spritz-Ess-Abstand
• Wirkmaximum nach 1-3 Stunden
• Wirkdauer <12 Stunden

 

Insulinbedarf eines insulinpflichtigen Diabetikers

0,5-1,0 I.E./kg/Tag
(= ~35 µg/kg/Tag = ~2 mg/Tag)

Verzögerungsinsulin Definition

Humaninsulin mit verzögerter Freisetzung (z.B. NPH-
Insulin)

Insulin-Analogon Definition

Insulin mit vom Humaninsulin abweichender Aminosäuresequenz

Basalinsulin Definition

Insulin mit langsamen Wirkeintritt, aber lang anhaltender Wirkung (entweder NPH-Insulin oder bestimmte Insulin-Analoga)

prandiales Insulin Definition

ein Insulinpräparat, dass man kurz vor einer Mahlzeit appliziert

Konventionelles Insulintherapieschema

o Applikation einer Kombination aus Normalinsulin und Verzögerungsinsulin zweimal täglich morgens und abends vor dem Frühstück bzw. Abendessen
o genaue Einhaltung der Zeiten der Injektionen und Mahlzeiten und der aufgenommenen Kohlenhydratmenge
o ggf. Zwischenmahlzeiten notwendig

Intensivierte konventionelle Insulintherapie

o 1- bis 2-x tägliche Applikation eines Verzögerungsinsulins
o zusätzliche Applikation eines schnellwirkenden Insulin direkt zu den Mahlzeiten
o erfordert regelmäßige Selbstkontrolle des Blutzuckerspiegels durch den Patienten

Protamin Eigenschaften, physiologische Funktionen, Einsatzmöglichkeiten

Protamin: basisches, sehr kleines Protein Protein mit hohem Arginingehalt, isoelektrischer Punkt bei pH 12

- physiologisch: Ersetzen die Histone in der späten haploiden Phase der Spermatogenese => spielen eine essentielle Rolle bei der Kondensation und Stabilisation de DNA in den Spermien

Einsatzmöglichkeiten:

- in NPH-Insulinen als verzögerndes Agens

- als Antidot von Heparin

Verzögerungsinsulin: Insulin-Zink-Suspensionen

o molarer Überschuss von Zink über Insulin in Acetat-gepufferter Lösung
o kann nicht mit Normalinsulin gemischt werden!

Intermediärinsuline:
o Insulin liegt amorph vor
o Wirkeintritt nach 1-4 Stunden
o Wirkdauer ~24 Stunden


Langzeitinsuline:
o Insulin liegt kristallin vor
o Wirkeintritt nach 2-5 Stunden
o Wirkdauer >24 Stunden

Was ist bei der Anwendung von Zink-Insulin-Suspensionen unbedingt zu beachten? Was für Probleme kann das verursachen?

Die Suspension muss 20x hin und her geschüttelt werden, damit sie homogen vorliegt. 

=> falsche Anwendung durch Patienten möglich!

Wie wird versucht durch gentechnische Methoden die Pharmakokinetik von Insulinen zu beeinflussen?

=>Beeinflussung der Hexamer-Bildung des Insulins => durch Veränderung der Proteinsequenz der A-
und/oder B-Kette.

Prinzip, mit dem das langwirksame Insulin Insulin glargin (Lantus) hergestellt wird

Normalerweise hat Humaninsulin einen isoelektrischen Punkt(pI) von ~4. Das bedeutet, dass man Humaninsulin durch Titration zum pI ~4 präzipitieren kann, während das Protein bei pH 7 der Gewebeflüssigkeit löslich ist. Der Trick im Insulin glargin: durch das Einführen der zwei Arginine wird der isoelektrischen Punkt des Proteins auf ~7 verschoben. Nun wird die Proteinlösung des Insulin glargin auf pH ~4 eingestellt, bei dem das Protein löslich ist. Wird es subcutan injiziert, kommt es mit Gewebeflüssigkeit in Kontakt und fällt and der Injektionsstelle aus. Aus diesen präzipitaten lösen sich Monomere sehr langsam und sorgen für eine langsame, gleichmäßige Freisetzung des Wirkstoffs.

Behandlungsschema von Hypoglykämien: milde o. schwere Hypoglykämie

Hypoglykämie Symptome:

Schwitzen, Blässe, Herzklopfen, Herzklopfen, Konzentrationsstörung, Bewusstlosigkeit

Glucagon Eigenschaften

- wird in den α-Zellen im Pankreas gebildet, ist ein Peptid

- wird proteolytisch aus Proglucagon herausgeschnitten (29 AS)

- stimuliert die hepatische Glucose-Produktion- und Abgabe

=> erhöhte Glykogenolyse und Glukoneogenese

Minderwuchs Definition

liegt vor, wenn die Körpergröße die 10. Perzentile unterschreitet

Kleinwuchs Definition

liegt vor, wenn die Körpergröße die 3. Perzentile unterschreitet

Wodurch ist ein Hypophysärer Kleinwuchs gekennzeichnet?

Mangel an Wachtumshormonen der Hypophyse
humanes Wachstumshormon; Soma(to)tropin; somatotropes Hormon; human growth hormone (hGH)

o angeboren oder erworben
o Häufigkeit 1:5000 Geburten
o proportionaler Kleinwuchs mit verzögerter Knochenreifung
o Endgröße 130-150 cm

Kongenitale Nebennierenrindenhyperplasie

angeborene Krankheit; die Geschlechtsreifung betreffend, die verfrüht einsetzt und damit das weitere Körperwachstum verhindert
Überfunktion (Hyperplasie) der Hypophyse, die im Übermaß die Nebennierenrinde dazu anregt, Sexualhormone auszuschütten

Hypothyreose -> Auswirkung auf Körpergröße

hormonelle Ursache für Kleinswuchs, Führt auch zu einer Intelligenzminderung, was bei den anderen Kleinwuchsformen im allgemeinen nicht der Fall ist

Was bedeutet die Endung "-tropin" bei Hormonen?

Kommt aus der Hypophyse, wirkt peripher

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