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高效-在生物反应器內生产睡茄内酯
作者: 苏州阿尔法生物 编辑: 阿尔法 来源: 阿尔法生物 发布日期: 2022.02.13
信息摘要:
生物反应器多数用来进行动物细胞培养,在生物制药行业中被广泛应用,近年来,通过使用生物反应器进行植物细胞大规模培养生产次代物药物技术也日趋成熟…

生物反应器多数用来进行动物细胞培养,在生物制药行业中被广泛应用,近年来,通过使用生物反应器进行植物细胞大规模培养生产次代物药物技术也日趋成熟。

        植物所产生的生代谢物,可用于多种应用,例如药物、生物农药、香精、香料、色素和食品添加剂。目前,这些产品已经从生长在野生或栽培来源的植物中获得。对大量整株植物的利用提出了一个主要问题,即它可以最大限度地减少当地植物种群并侵蚀它们的遗传多样性。此外,在野外生长的植物会受到各种气候和环境变化的影响,这些变化会导致它们的化学成分发生变化。近年来,人们对使用药用植物和药用植物产品作为合成生产药物的替代品来预防和治疗疾病的兴趣重新产生了兴趣。

植物细胞培养,组织培养被认为是传统植物提取的较佳选择,可全年获得有价值的化学物质。特别是,植物细胞悬浮培养提供了一个浓缩的生物合成循环,可以在很短的培养时间内(大约 2-4 周)研究生长和生产动力学,并具有可调节性的额外优势,可以帮助实施最佳条件以生产许多高大量有价值的药用化合物。

     催眠睡茄(茄科)的药用重要性主要是因为存在甾体内酯,即“睡茄内酯”。药学上重要的化合物是 withanolide A、withanolide B、withaferin A、withanone(主要成分)和 12-脱氧 withastramonolide、withanoside IV 和 withanoside V(次要成分)。每种 withanolide 都具有广泛的治疗价值。例如,withanolide A 被认为是神经退行性疾病和增强体液和细胞介导的 Th1 免疫的良好候选药物. 

植物细胞

睡茄内酯的药理分析

睡茄内酯中的Withaferin A 通过 ROS 产生介导调节内在和外在细胞凋亡信号级联以及消除 NF-kB 功能、抗血小板活性、抗炎、心血管保护、抗癌、抗氧化活性来诱导细胞凋亡除了强抗血管生成和抗转移。Withanolide B、withaferin A 和 withanone 在生理和代谢恢复、抗关节炎、抗衰老、抗癌、改善老年状态的认知功能和神经退行性疾病的恢复方面具有显着的活性。

      根据数据统计印度生产茄子内酯所需的干燥植物材料约为 9, 127 吨,而年产量约为 5, 905 吨。茯苓内酯生物合成的一个主要瓶颈取决于植物的组织类型和自然栖息地的生长条件,因为广泛的商业产品完全来自田间种植的植物。这也导致了Withania制剂的成分标准化及其商业开发的困难。睡茄的传统栽培关于茯苓内酯类药物的制备受到一系列问题的限制,例如生物和非生物环境因素、生物活性成分合成的不可预测性以及植物化学分析的纯度和标准化植物原料的缺乏。此外,这些方法费时费力,无法满足当前南非睡茄的市场国际化需求。在国际层面,对睡茄内酯的需求量不断增加。

     植物细胞、组织和器官培养系统为具有治疗价值的次级代谢物生产提供了替代平台。相关研究已证实用植物生物反应器进行细胞培养来生产大量植物衍生代谢物是可行的。

体外植物细胞悬浮培养有助于在工业生物反应器中大规模生产精细化学品以及研究细胞和分子过程,因为它提供了简化模型系统的优势,用于在受控环境下研究盐在细胞水平上的生理效应以及重金属胁迫对培养细胞生长、酶活性和生化参数改变的影响. 细胞悬浮培养含有相对均一的细胞群,可以快速和均匀地获取细胞中的营养、前体、生长激素和信号化合物。

     然而,植物细胞培养物的商业利用取得了有限的成功,并且仅限于少数次生代谢物。产品产量低或没有产品产量、生物合成不稳定性和难以扩大规模是细胞培养物中次级代谢物不可预见的商业回收的一些主要原因。为了解决这个问题,通过高产细胞系的筛选和选择、培养基优化、诱导、前体补料、原位产物去除和固定化来提升植物细胞培养物中次生代谢物的比例。 

使用植物细胞或组织培养获取次生代谢物药物的主要方法有两种

1.前体补料法:

前体补料是过表达参与生物合成途径的基因的新技术之一。在W. somnifera的情况下,withanolides 通过两种不同的途径生物合成,即甲羟戊酸途径和非甲羟戊酸途径。在 withanolides 代谢途径中,胆固醇、甲羟戊酸和角鲨烯是中间前体。已显示在代谢途径中喂食前体可增加悬浮培养产生的化合物量。

2.诱导增产法:

诱导也是提高细胞和器官培养中次生代谢产物产生的有效方法之一。研究机构研究了多种生物和非生物诱导剂,以提高睡茄的多个枝条、不定根和毛根培养物中主要和次要的茄内酯的产生,并建立了许多有效的生物和非生物诱导剂。此外,与睡茄的田间种植植物相比,通过细胞悬浮培养的细胞获得了较高的生物量积累和 withanolides 。实验研究发现生物反应器内环境中的生长素、细胞分裂素、搅拌速度、氮源、碳源和海藻提取物对细胞生长及次生代谢物产量均有影响。

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