در جستجوی مهندسی آنتی‌کوآگولانتی کامل برای میلیون‌ها نفر
هپارین، یک داروی ضروری ضد انعقاد خون، برای بیش از یک قرن در جلوگیری و درمان شرایط مربوط به لخته شدن خون نقش اساسی داشته است. این ماده در سال 1916 توسط جی مک‌لین، دانشجوی پزشکی در دانشگاه جانز هاپکینز، و استاد ویلیام اچ. هاول کشف شد و به عنوان یک آنتی‌کوآگولانت شناسایی شد که در نهایت پزشکی را متحول کرد.
با این حال، کاربرگ عملی آن زمان برد و مطالعات اولیه بنیان‌های آزمون‌های انسانی را فراهم کردند که در سال 1935 آغاز شدند .
امروز نیز، هپارین همچنان به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. در سال 2024 برآورد می‌شود که حدود 500 میلیون دوز هپارین به‌صورت جهانی هر سال مصرف شود و بازار آن به میلیاردها دلار برسد.
علاوه بر استفاده شناخته‌شده آن در جلوگیری از لخته شدن خون، مطالعات اخیر اشاره دارند که هپارین می‌تواند به درمان شرایطی نظیر التهاب، سرطان و حتی کووید-۱۹ کمک کند.
اهمیت این دارو نیز در حال افزایش است، خصوصاً در زمینه عفونت سیستمیک (سپسیس)، که برای اولین بار در سال 1966 برای آن استفاده شد. یک مطالعه فراتحلیلی نشان داده است که می‌تواند مرگ‌ومیر در بیماران با عفونت سیستمیک شدید را در ۲۸ روز کاهش دهد.
با این وجود، با وجود بسیاری از مزایای آن، تولید هپارین با چالش‌هایی روبرو شده است. در سال 2008، یک انصراف جهانی به دلیل آلودگی نشان داد که روش‌های تولید ایمن‌تر مورد نیاز است. از آن پس، دانشمندان تلاش کرده‌اند تا این مسائل را حل کنند و به مهندسی زیستی به عنوان راه‌حلی کلیدی تمرکز کرده‌اند.
هپارین مهندسی زیستی
یک پیشرفت در تولید هپارین از طریق مهندسی زیستی در حال پدیدار شدن است. در سپتامبر 2024، یک مطالعه‌ای به رهبری پروفسور ماسامیکی کامیهیرا از دانشگاه کیوشو، ژاپن، جایگزین‌هایی برای روش سنتی استخراج هپارین از روده خوک بررسی کرد.
کامیهیرا به مهندسی جالب گفت که بیش از 80 درصد از ماده دارویی در هپارین در حال حاضر از خوک‌ها عمدتاً در چین استخراج می‌شود. کاهش 40 درصدی جمعیت خوک‌ها به علت تب خوک آفریقایی نگرانی‌هایی درباره پایداری عرضه و کنترل کیفیت ایجاد کرده است.
تیم کامیهیرا به پتانسیل مهندسی زیستی تاکید دارد که می‌تواند وابستگی به بافت‌های حیوانی را کاهش دهد، ایمنی را بهبود بخشد و امکان تولید هپارین سفارشی برای درمان‌های خاص را فراهم کند.
به گفته کامیهیرا، فرآیند تولید با موانعی مرتبط با خالص‌سازی و آلودگی به ویژه هنگامی که سلول‌های پستانداران در سیستم‌های نوترکیب استفاده می‌شوند، مواجه است. با این حال، این چالش‌ها غیرقابل حل نیستند و مهندسی زیستی مسیری به سمت تولید هپارین ایمن‌تر و قابل اعتمادتر ارائه می‌دهد.
استراتژی‌های تولید هپارین
علاوه بر کار کامیهیرا، پروفسور سوزان شارفشتاین از دانشگاه آلبانی نیز در زمینه هپارین مهندسی زیستی مشارکت‌های مهمی داشته است.
او می‌گوید: «آزمایشگاه من بر رویکردی متفاوت تمرکز دارد و مسیر هپاران سولفات را در سلول‌های پستانداران تغییر می‌دهد تا هپارین مهندسی‌ای بیولوژیکی تولید شود.» در ابتدا، تیم بر روی سلول‌های CHO و سلول‌های تخمدان همستر چینی تمرکز کرد.
در همکاری با TEGA Therapeutics، او همچنین به استفاده از سلول‌های ماستوسایتوما پرداخته است که نشان‌دهنده فعالیت ضد انعقادی برتری است. در حالی که سلول‌های ماستوسایتوما ممکن است به نتایج بهتری منجر شود، گسترش تولید آن‌ها دشوارتر از سلول‌های CHO است.
شارفشتاین به دو رویکرد اصلی در تولید هپارین اشاره می‌کند: سنتز شیمیایی و سنتز شیمی-آنزیمی. در حالی که سنتز شیمیایی پیچیده و پرهزینه است، روش‌های شیمی-آنزیمی که با هپارسین مشتق شده از باکتری شروع می‌شود و سپس از آنزیم‌ها برای اصلاح آن به هپارین استفاده می‌شود، مقرون‌به‌صرفه‌تر و قابل گسترش‌تر هستند.
تیم او به کاوش راه‌های جدید برای بهینه‌سازی این فرآیندها و کاهش هزینه‌ها ادامه می‌دهد.
نگاه به آینده
کامیهیرا می‌گوید: «پیشرفت‌های اخیر در زیست‌شناسی مصنوعی، بیوتکنولوژی و مهندسی متابولیک، امکان شناسایی دقیق مشتقات هپارین و هپارین‌های بیولوژیکی را در هر دو سیستم پروکاریوتی و یوکاریوتی فراهم کرده‌اند. این پیشرفت‌ها فرصتی امیدوارکننده برای بررسی کاربردهای درمانی نوظهور ایجاد می‌کنند.»
دانشمندان نقش حیاتی تغییر آنزیم در تولید هپارین را برجسته می‌کنند. با بهینه‌سازی آنزیم‌های سلولی که مسئول سنتز هپارین هستند و با دقت خروجی آن‌ها را کنترل می‌کنند، محققین می‌توانند کارایی تولید را بهبود بخشند. عملکرد بهبود یافته آنزیم می‌تواند فرآیندهای تولید را تسریع کند و هزینه‌های کلی تولید را کاهش دهد.
یک قرن هپارین
در سال 2016، مجله بین‌المللی قلب و عروق مجموعه‌ای از مرورها را منتشر کرد که صدمین سالگرد کشف هپارین را گرامی داشت، و در سال ۲۰۱۷، یک مستند تاثیر آن را به تصویر کشید. در میان کسانی که داستان‌های خود را به اشتراک گذاشتند، بازیکن واترپلو اسپانیایی جنیفر پارجا بود که بهبود خود از لخته خون در سن ۱۷ سالگی را به خواص نجات‌دهنده هپارین نسبت داد.
امروزه، بیش از 10 میلیون نفر در ایالات متحده تنها بر هپارین یا داروهای ضد انعقادی مشابه تکیه دارند. در حالی که چالش‌ها همچنان وجود دارند، تحقیقات مداوم ادامه دارد تا این مسائل را رفع کرده و اطمینان حاصل کند که هپارین همچنان یک جزء اساسی از پزشکی مدرن باقی می‌ماند. و با ظهور روش‌های جدید برای تولید آن، نقش هپارین در مراقبت‌های بهداشتی تنها گسترش خواهد یافت.
