Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Процесс Кона , разработанный Эдвином Дж. Коном , представляет собой серию этапов очистки с целью извлечения альбумина из плазмы крови . Процесс основан на разной растворимости альбумина и других белков плазмы в зависимости от pH , концентрации этанола , температуры, ионной силы и концентрации белка. [1] [2] Альбумин имеет самую высокую растворимость и самую низкую изоэлектрическую точку.всех основных белков плазмы. Это позволяет осаждать конечный продукт или отделять его от раствора в твердой форме. Альбумин был отличной заменой человеческой плазмы во время Второй мировой войны. При введении раненым солдатам или другим пациентам с кровопотерей, он помог увеличить объем крови и ускорить выздоровление. Метод Кона был достаточно щадящим, чтобы изолированный белок альбумина сохранял свою биологическую активность . [3]

Детали процесса [ править ]

Во время операций концентрация этанола изменяется от нуля до 40%. В ходе фракционирования pH снижается с нейтрального 7 до более кислого 4,8. Температура начинается с комнатной и снижается до −5 градусов Цельсия. Изначально кровь замораживается. Есть пять основных фракций. Каждая фракция заканчивается определенным осадком. Эти осадки представляют собой отдельные фракции. [4]

Фракции I, II и III осаждаются на более ранних стадиях. Условия на более ранних стадиях: 8% этанол, pH 7,2, -3 ° C и 5,1% белка для фракции I; 25% этанол, pH 6,9, -5 ° C и 3% белка. Альбумин остается во фракции надосадочной жидкости во время твердо-жидкой экстракции в этих условиях. Фракция IV содержит несколько нежелательных белков, которые необходимо удалить. Для этого меняют условия, чтобы белки выпали в осадок. Условия для осаждения этих белков повышают концентрацию этанола с 18 до 40% и повышают pH с 5,2 до 5,8. Наконец, альбумин находится во фракции V. Осаждение альбумина осуществляется снижением pH до 4,8, что близко к pI белка, и поддержанием концентрации этанола на уровне 40% при концентрации белка 1%. Таким образом,[4]

Однако альбумин теряется на каждой стадии процесса, при этом примерно 20% альбумина теряется на стадиях осаждения перед фракцией V. Для очистки альбумина проводится экстракция водой и доведение до 10% этанола, pH 4,5 при −3 ° С. Любой осадок, образующийся здесь, удаляется фильтрацией и является примесью. Эти осадки выбрасываются. Повторное осаждение или повторение стадии осаждения для повышения чистоты осуществляется путем повышения концентрации этанола обратно до 40% от стадии экстракции. Уровень pH составляет 5,2, и его проводят при -5 ° C. Было создано несколько вариантов фракции Кона, чтобы учесть более низкую стоимость и более высокий выход. Обычно при высоком выходе чистота снижается примерно до 85-90%. [4]

Дробная часть #:Фракция IФракция IIФракция IIIФракция IVФракция V
Этиловый спирт %:825184040
pH:7.26.95.25,84.8
Температура (° C)−3−5−5−5−5
Белковая фракция (%):5.13331

Другие продукты, кроме альбумина [ править ]

Кон смог основать Лабораторию фракционирования плазмы после того, как получил крупное финансирование от правительственных агентств и частных фармацевтических компаний. Это привело к фракционированию плазмы человека. Доказано, что плазма человека помимо альбумина содержит несколько полезных компонентов. В результате фракционирования плазмы крови человека были получены сывороточный альбумин человека , сывороточный гамма- глобулин , фибриноген , тромбин и глобулины группы крови. [5] Фракции фибриногена и тромбина были дополнительно объединены во время войны в дополнительные продукты, включая жидкий фибриновый герметик , [6] твердую фибриновую пену и фибриновую пленку. [7]Гамма-глобулины содержатся во фракциях II и III и доказали свою важность при лечении кори у солдат. Гамма-глобулин также был полезен при лечении полиомиелита, но не имел большого эффекта при лечении паротита или скарлатины. Что наиболее важно, гамма-глобулины были полезны для модификации и предотвращения инфекционного гепатита во время Второй мировой войны. Со временем это стало лекарством для детей, инфицированных этим типом гепатита. [5]

Жидкий фибриновый герметик использовался при лечении пострадавших от ожогов, в том числе пострадавших от нападения в Перл-Харборе, для прикрепления кожных трансплантатов с большим успехом. [6] Это также было полезно при повторном соединении или анастомозировании поврежденных нервов. [6] Фибриновая пена и тромбин использовались для контроля кровоточивости кровеносных сосудов, особенно при повреждениях печени и около опухолей. Он также сводил к минимуму кровотечение из крупных вен, а также устранял пороки развития кровеносных сосудов в головном мозге. Фибриновая пленка использовалась для остановки кровотечения в различных хирургических операциях, в том числе в нейрохирургии. [6] Однако это не помогло остановить артериальное кровотечение. [5] Первым продуктом на основе фибриногена / фибрина, способным останавливать артериальное кровотечение, был «Fibrin Sealant Bandage» или «Гемостатическая повязка (HD)», изобретенный Мартином Макфи в Американском Красном Кресте в начале 1990-х годов и испытанный в сотрудничестве с армией США. [8] [9]

Варианты процесса [ править ]

Метод Герлоу, разработанный в 1955 году, улучшил экономику процесса за счет снижения потребления этанола. Вместо 40% на определенных этапах Герлоу использовал для осаждения 20% этанол. Это особенно используется для фракций II и III. Кроме того, Герлоф объединил две фракции с IV в одну стадию, чтобы уменьшить количество требуемых фракций. Хотя этот метод оказался менее дорогостоящим, он не был принят промышленностью из-за такого сочетания фракций II, III и IV из-за опасения смешивания и высокого содержания примесей. [10]

Метод Хинка был разработан в 1957 году. Этот метод давал более высокие урожаи за счет извлечения некоторых белков плазмы, выброшенных во фракциях IV. Однако улучшенный выход уравновешивается полученной более низкой чистотой в пределах 85%. [10]

Метод Малфорда, аналогичный методу Хинка, использовал надосадочную жидкость фракций II и III в качестве последнего шага перед окончательной обработкой и термообработкой. В методе объединены фракции IV и V, но в этом случае альбумин не будет таким чистым, хотя выходы могут быть выше. [10]

Другой вариант был разработан Кистлером и Ничманном, чтобы обеспечить более чистую форму альбумина, хотя и компенсируется более низким выходом. Подобно Герлоу, осадок A, который эквивалентен фракциям II и III Кона, был получен при более низкой концентрации этанола 19%, но pH в этом случае также был ниже до 5,85. Также аналогично Герлофу и Малфорду фракция IV была объединена и осаждена в условиях 40% этанола, pH 5,85 и температуры -8 ° C. Альбумин, который выделяется во фракции V, выделяется в осадке C при температуре Доведение pH до 4,8. Подобно процессу Кона, альбумин очищают экстракцией водой с последующим осаждением примесей при 10% этаноле, pH 4,6 и -3 ° C. Подобно процессу Кона, образовавшийся здесь осадок отфильтровывают и выбрасывают.[10] Этот процесс получил более широкое распространение, потому что он разделяет фракции и делает каждую стадию независимой друг от друга.

Осадок:АBC
Этиловый спирт %:194040
pH:5,855,854.8
Температура (градусы C)−3−8−8

Другой вариант включал фракционирование этанола при нагревании. Первоначально он был разработан для инактивации вируса гепатита. В этом процессе наиболее важной целью является получение альбумина с высоким выходом и высокой чистотой, в то время как другие белки плазмы игнорируются. Чтобы альбумин не денатурировался под воздействием тепла, существуют стабилизаторы, такие как октаноат натрия, которые позволяют альбумину выдерживать более высокие температуры в течение длительного времени. В нагретом этаноле плазма подвергается термообработке при 68 ° C октаноатом натрия с 9% этанолом при pH 6,5. Это приводит к улучшенному извлечению альбумина с выходом 90% и чистотой 100%. Это не так дорого, как процедуры с холодным этанолом, такие как процесс Кона. Одним из недостатков является наличие новых антигенов из-за возможной тепловой денатурации альбумина. Кроме того, другие белки плазмы имеют практическое применение, и пренебрегать ими не стоит. Наконец, дорогие емкости для термообработки компенсируют более низкую стоимость по сравнению с форматом холодного этанола, который в этом не нуждается. По этим причинам несколько компаний не приняли этот метод, хотя он дает наиболее впечатляющие результаты. Однако одна известная организация, которая его использует, - это Красный Крест Германии.[10]

Последний вариант был разработан Хао в 1979 году. Этот метод значительно упрощен по сравнению с процессом Кона. Его цель - обеспечить высокий выход альбумина при условии, что альбумин является единственным продуктом. Посредством двухстадийного процесса примеси осаждаются непосредственно из надосадочной жидкости фракций II и III при 42% этаноле, pH 5,8, температуре -5 ° C, 1,2% белка и ионной силе 0,09. Фракцию V осаждают при pH 4,8. Фракции I, II, III и IV осаждаются совместно.при 40% этаноле, pH от 5,4 до 7,0 и температуре от -3 до -7 градусов C. Затем фракция V осаждается при pH 4,8 и -10 градусов C. Высокие выходы обусловлены сочетанием упрощенного процесса с меньшие потери из-за соосаждения и использования фильтрации. Более высокая чистота была также достигнута при 98% из-за более высоких уровней этанола, но выход был снижен при высокой чистоте. [10]

Более современные методы включают использование хроматографии . [11]

Влияние процесса Кона [ править ]

Процесс Кона стал крупным достижением в области фракционирования крови. Он имеет несколько практических применений при лечении таких заболеваний, как гепатит и полиомиелит. Это было наиболее полезно во время Второй мировой войны, когда солдаты выздоравливали быстрее из-за переливаний альбумина. Процесс Кона был изменен с годами, как показано выше. Кроме того, это повлияло на другие процессы в индустрии фракционирования крови. Это привело к новым формам фракционирования, таким как хроматографическое фракционирование плазмы в процессах ионного обмена и очистки альбумина. В целом процесс Кона и его разновидности дали огромный импульс развитию индустрии фракционирования и по сей день служат его основой. [12]

Однако этот процесс изучен недостаточно, потому что он архаичен. Самое главное, он никогда не модернизировался производственными предприятиями. Кроме того, обычный процесс может быть экологически вредным, поскольку этанол является легковоспламеняющимся веществом. Это антисанитарно из-за открытых емкостей и резервуаров; таким образом, вероятность загрязнения высока. Формат холодного этанола может быть слишком мягким, чтобы убить некоторые вирусы, требующие тепловой инактивации. Поскольку этот процесс остается неизменным так долго, некоторые встроенные недостатки и несоответствия влияют на экономику процесса для фармацевтических и производственных компаний. [12] Единственным исключением из этого правила было применение в Шотландии непрерывной обработки вместо пакетной обработки. Этот процесс был разработан в Центре фракционирования белков (PFC), центре фракционирования плазмы Национальной службы переливания крови Шотландии (SNBTS). Этот процесс включал в себя поточный мониторинг и контроль pH и температуры, с регулированием потока потоков плазмы и этанола с помощью прецизионных шестеренчатых насосов, все под компьютеризированным управлением с обратной связью. В результате фракции Кона I + II + III, IV и V были получены за несколько часов, а не за много дней. Получение криопреципитата в непрерывном потоке впоследствии было интегрировано в процесс перед фракционированием по Кону. [13]

Тем не менее, этот процесс по-прежнему служит основной основой для индустрии крови в целом, и его влияние можно увидеть, поскольку он упоминается при разработке новых методов. Несмотря на то, что у него есть свои недостатки в зависимости от разновидности, основным преимуществом процесса Кона является его практическое использование и его полезность в фармакологической и медицинской промышленности.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фостер, Питер (1994). Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера, 4-е издание, том 11, 990-1021 . С. 990–1021.
  2. ^ Кон, EJ; Сильный, LE; Хьюз, Вашингтон; Малфорд, диджей; Ashworth, JN; Melin, M .; Тейлор, HL (1946). «Приготовление и свойства белков сыворотки и плазмы. IV. Система для разделения на фракции белковых и липопротеиновых компонентов биологических тканей и жидкостей1a, b, c, d». Журнал Американского химического общества . 68 (3): 459–475. DOI : 10.1021 / ja01207a034 . ISSN 0002-7863 . 
  3. ^ Сургенор, Дуглас. Эдвин Дж. Кон и развитие химии белков. Центр исследования крови.
  4. ^ a b c Харрис, Джеймс Р. Разделение крови и фракционирование плазмы. Wiley-Liss. 1991 г.
  5. ^ a b c Бирни, GD Субклеточные компоненты: подготовка и фракционирование. Баттерворт. 1972 г.
  6. ^ a b c d Кон, EJ История фракционирования плазмы. В достижениях военной медицины, Андрус и др. Ред. Little, Brown & Co, 1948 г.,
  7. ^ MacPhee, MJ et al. Тканевые герметики доступны уже сегодня. В тканевых клеях в косметической хирургии, Saltz & Toriumi Eds., Quality Medical Publishing, 2004.
  8. ^ Холкомб JB, Pusateri А.Е., Hess JR, Хец SP, Harris RA, Tock BB, Drohan WN, MacPhee MJ (август 1997). «Применение новой технологии сухих фибриновых герметиков в хирургии травм». Surg. Clin. North Am . 77 (4): 943–52. PMID 9291993 . 
  9. ^ Трэвис, Дж. Создание лучших повязок. Новости науки онлайн, том 155, № 25, 19 июня 1999 г. Доступно в Интернете по адресу " http://www.sciencenews.org/sn_arc99/6_19_99/bob2.htm"
  10. ^ a b c d e f Грэм, Дж. М., Риквуд, Д. Субклеточное фракционирование, практический подход. Издательство Оксфордского университета. 1997 г.
  11. ^ Танака, К .; Shigueoka, EM; Sawatani, E .; Диас, Джорджия; Arashiro, F .; Кампос, TCXB; Накао, ХК (1998). «Очистка человеческого альбумина комбинацией метода Кона с жидкостной хроматографией» . Бразильский журнал медико-биологических исследований . 31 (11): 1383–1388. DOI : 10.1590 / S0100-879X1998001100003 . ISSN 1678-4510 . PMID 9921272 .  
  12. ^ a b Петц, Л.Д., Свишер С. Клиническая практика трансфузионной медицины. Черчилль-Ливингстон. 1989 г.
  13. ^ Foster PR (февраль 2016 г.). «Производство продуктов плазмы крови в Шотландии: краткая история». Скотт Мед Дж . 61 (1): 34–41. DOI : 10.1177 / 0036933015619311 . PMID 26610795 .