Розрахунок виробництва інсуліну з 250 кг підшлункової залози ВРХ

Розрахунок виробництва інсуліну з 250 кг підшлункової залози ВРХ

Анотація

Завданням на курсовий проект з дисципліни, задано розрахунок виробництва інсуліну з 250 кг підшлункової залози ВРХ.

У курсовому проекті висвітлені такі розділи:

«Загальна характеристика гормонів» - тут наведено основні поняття і визначення Ендокринології. Наведені основні характеристики, функціональність класифікація гормонів.

«Технологічна схема приготування розчину інсуліну» наведено схему приготування інсуліну, а також описано хід процесу виробництва гомового препарату.

У розділі «Розрахунок кількості сировини і готової продукції» описано кількість витрачених матеріалів, які необхідні для виробництва інсуліну із 250 кг підшлункової залози ВРХ. Всі дані представлені у вигляді таблиці.

Підбір та обґрунтування кількості обладнання представлено марку та орієнтовну кількість кількість обладнання, яке доцільно було б використовувати на лінії виробництва інсуліну із 250 кг підшлункових залоз ВРХ. У підрозділі «Технічні вимоги , що пред’являються до інсуліну» представлені дані про те як перевіряють інсулін на достовірність, а також те в яку тару розливають новий розчин інсуліну. Вказано термін препарату.

«Організація виробничо-ветеринарного контролю» тут іде мова про санітарно-мікробіологічний контроль при виробництві органопрепаратів, а також яких правил слід дотримуватися при зборі сировини від здорових та хворих тварин. Наведені вимоги до інвентарю, тари та інструментів, які використовуються при зборі сировини від хворих тварин. Описано особливості пакування такої сировини

«Опис апаратурно-технологічних схем» представлено процес виробництва інсуліну від стадії подрібнення і заморожування до випуску готової продукції і розлив її у флакони. Описано основні технологічні процеси і операції, які здійснюються на даних станках.

Вступ

Сучасна наука поповнила арсенал лікарських засобів високоефективними препаратами з органів і тканин тварин - органопрепаратами. Застосування гормональних і інших активно-біологічних препаратів і кровозамінників зробило переворот у медецині. Ці лікарські засоби здатні впливати на найтонші процеси життєдіяльності живого організму. Заготовлюють цю сировину в основному на технічно оснащених м`ясокомбінатах.

Одним з важливих станів у виробництві органопрепаратів є:

збір;

обробка;

консервування;

зберігання сировини;

Оскільки з цим нерозривно пов`язане збереження активних нагатків і випуск високоякісних лікувальних препаратів. Сучасні методи дослідження, а також досвід передових підприємств дозволять істотним чином змінити схеми отримання ряду гормональних, ферментних і спеціальних препаратів.

1. Препарати з підшлункової залози

Інсулін

Інсулін - гормон пептидної природи, що утворюється в бета-клітинах острівців Лангерганса підшлункової залози. Впливає на багато аспектів обміну речовин практично у всіх тканинах. Основна дія інсуліну полягає в зниженні концентрації глюкози в крові.

Інсулін збільшує проникність плазматичних мембран для глюкози, активує ключові ферменти гліколізу, стимулює перетворення в печінці і м'язах глюкози на глікоген, підсилює синтез жирів і білків. Крім того, інсулін пригнічує активність ферментів, що розщеплюють глікоген і жири. Тобто, крім анаболічної дії, інсулін володіє також і антикатаболічним ефектом.

Інсулін - це невеликий білок молекулярною масою 5,8 кДа. Він складається із двох поліпептидних ланцюгів: А (21 амінокислота) та B (30 амінокислот). Молекула інсуліну містить три дисульфідні зв'язки: два із них сполучають між собою A та B-ланцюги, а третій розташований всередині A-ланцюга.

У розведеному розчині молекули інсуліну існують в мономерному стані, кожна така молекула складається ізгідрофобної серцевини та переважно гідрофільної поверхні, за винятком двох неполярних ділянок. Ці ділянки беруть участь в утворенні димерів та гексамерів. У концентрованих розчинах, наприклад в препаратах для ін'єкції, та кристалах, як всередині секреторних везикул β-клітин, шість мономерів інсуліну разом із двома атомами Цинку утворюють гексамер. Таким чином після підшкірного введення інсуліну він всмоктується у кров повільно, через те, що для дисоціації гексамерів необхідний додатковий час.

Основна фізіологічна дія інсуліну полягає у зниженні вмісту глюкози в крові, проте вона не обмежується цим, гормон також впливає на метаболізм білків та ліпідів. Одним із визначальних ефектів інсуліну є те, що він стимулює посилення засвоєння глюкози м'язами та жировою тканиною, проте не впливає на цей процес у печінці, нирках та мозку, клітини яких можуть транспортувати глюкозу навіть за відсутності гормональної стимуляції. Також інсулін блокує ті метаболічні шляхи, кінцевим продуктом яких є глюкоза, зокрема глюконеогенез та розщеплення глікогену, і стимулює ті, в яких вона використовується. Перший пріоритет при цьому належить задоволенню енергетичних потреб, зокрема протіканню гліколізу, кінцевим продуктом якого є піруват, та подальшого окиснення пірувату до ацетил-коА, який може бути використаний у циклі трикарбонових кислот. Залишок глюкози використовується на поповнення запасів глікогену у печінці та м'язах. У печінці інсулін також стимулює синтез жирних кислот із ацетил-коА, необхідний для цього НАДФH виробляється у пентозофосфатному шляху. Далі жирні кислоти у формі тригліцеридів транспортуються до жирової тканини. Інсулін також впливає на метаболізм опосередковано через головний мозок. Він впливає на ядрагіпоталамуса таким чином, що пригнічує споживання їжі та посилює термогенез.

У м'язовій тканині інсулін стимулює захоплення амінокислот і синтез білків. Залишок амінокислот перетворюється у печінці до пірувату та ацетил-коА і використовується для синтезу жирів.

Поглинання калію клітинами також активується під впливом інсуліну. Тому його препарати разом із глюкозою використовують для тимчасового зниження гіперкальціємії у пацієнтів із нирковою недостатністю.

До довготривалих ефектів інсуліну на організм належить прискорення росту, що відбувається завдяки його загальному анаболічному та білок-заощаджувальному впливу. Тому у дітей із цукровим діабетом першого типу спостерігається затримка росту.

Секреція інсуліну

 <#"580469.files/image002.gif">, кг

де П- кількість готової продукції, яку виробляють за зміну,кг;

п - норма виходу готової продукції, % до маси сировини.

Кількість реагентів, хімічних речовин для виробництва органопрепаратів розраховують за формулою:

Г=,кг

С - загальна кількість основної сировини для виробництва для відповідного виду органопрепаратів у зміну, кг.

Г- норма витрат реагенту на 100 кг сировини, кг.

Розрахунок допоміжних матеріалів (флаконів, коробок) проводять за відповідними нормами витрат із врахуванням кількості готової продукції за зміну:

Б=б*П

де П- кількість готової продукції, яку виробляють за зміну, кг;

б- норми витрат допоміжних матеріалів на одиницю продукції, кг

. Орієнтовна витрата сировини і витратних матеріалів для виробництва

Орієнтовна витрата сировини і витратних матеріалів для виробництва інсуліну із 250 кг підшлункової залози ВРХ представлено в таблиці 1.

5. Розрахунок кількості технологічного обладнання

Кількість технологічного обладнання розраховують за формулою:

Для машин безперервної дії:

=; або N= .

де Q - продуктивність машини, кг/год;

М - продуктивність машини, кг/зм;

А - зміна потужності цеху, кг/зм;

Т - тривалість зміни, год.

Для машин періодичної дії:

Для машин з циклом дії менше ніж 8 год:

= .

Для машин з циклом роботи від 8 до 24 год (при z≤2):

= .

Для машин з циклом понад 24 год:

= .

де z - кількість робочих змін на добу;- тривалість зміни, год;- одночасне завантаження машини,(агрегати, камери), кг;- тривалість циклу, год.

Перелік обладнання, яке використовується при виробництві інсуліну з підшлункової залози ВРХ масою 250 кг представлені в таб. 2.

6. Будова, виготовлення і очищення інсуліну

Інсулін - дволанцюжкові білок з молекулярною масою близько 5750 дальтон, що складається з 51 амінокислоти. Попередником інсуліну є про-інсулін, в якому обидві інсулінові ланцюжка скріплені молекулою сполучного пептиду (С-пептиду). Річна потреба в інсуліні у світі становить близько 65 мільярдів одиниць (1 одиниця = 42 мкг чистого речовини), тому виробництво інсуліну вимагає високотехнологічних способів його масового виготовлення. Раніше інсулін екстрагували з підшлункових залоз великої рогатої худоби або свиней кислотно-спиртовим методом з наступною нейтралізацією і висолювання; отриманий таким чином препарат містив лише 89-90% інсуліну. Повторним розчиненням і рекристалізацією вміст інсуліну збільшували до> 90% (звичайна ступінь очищення).

Для поліпшення очищення інсуліну далі його піддають хроматографії. Після одноразової хроматографії препарату, попередньо пройшов первинне очищення методом кристалізації, отримують так звані монопіковие інсуліни (крім інсуліну вони містять монодезаміноінсулін, моноаргінінінсулін і моноетілінсулін). Після багаторазової хроматографії вдається очистити інсулін до такої міри, при якій ніяких домішок практично не залишається - ці інсуліни називаються монокомпонентними (як правило, мають маркування на флаконі - МС). Сьогодні необхідно прагнути до застосування тільки препаратів інсуліну високого ступеня очищення: освіта циркулюючих антитіл до інсуліну (в кінцевому підсумку знижують його активність) і місцеві реакції при їх використанні відзначаються значно рідше.

Види препаратів інсуліну за джерелом отримання

Інсулін свині й бика відрізняється від людського за амінокислотним складом: бичачий - за трьома амінокислотам, а свинячий - по одній. Не дивно, що при лікуванні бичачим інсуліном побічні реакції розвиваються набагато частіше, ніж при терапії свинячим або людським інсуліном. Ці реакції виражаються в імунологічної інсулінорезистентності, алергії до інсуліну, ліподистрофії (зміні подкожножіровой клітковини у місці ін'єкції).

Незважаючи на явні недоліки бичачого інсуліну, він все ще широко використовується у світі, насамперед у країнах, що розвиваються, великою кількістю хворих, оскільки завдяки надлишку сировини виробництво його обходиться недорого. І все ж недоліки бичачого інсуліну в імунологічному плані настільки очевидні, що його ні в якому разі не рекомендується призначати хворим вперше виявленим цукровим діабетом, вагітним або для короткочасної інсулінотерапії, наприклад в периопераційне періоді. Негативні якості бичачого інсуліну зберігаються і при використанні його в суміші зі свинячим, тому змішані (свинячий + бичачий) інсуліни також не варто використовувати для терапії зазначених категорій хворих.

Препарати інсуліну людини за хімічною структурою повністю ідентичні людському інсуліну. В принципі, інсулін людини можна виробляти чотирма способами:

) повним хімічним синтезом;

) екстракцією з підшлункових залоз людини (обидва ці способи не підходять через неекономічність: недостатньої розробленості першого способу і нестачу сировини для масового виробництва другим способом);

) напівсинтетичним методом за допомогою ферментно-хімічної заміни в положенні 30 В-ланцюга амінокислоти аланіну у свинячому інсуліні на треонін;

) биосинтетическим способом по геноінженерний технології. Два останніх методу дозволяють отримати людський інсулін високого ступеня очищення.

Перевага напівсинтетичного методу в тому, що вихідна речовина (свинячий інсулін) отримують і очищають давно і добре відомими і вдосконаленими способами. Появи вторинних домішок після ферментно-хімічної обробки можна перешкодити відповідним контролем якості. Недолік напівсинтетичного методу полягає в постійній залежності виробництва від вихідної сировини - свинячого інсуліну. При біосинтетичних виробництві людського інсуліну необхідний геномної матеріал переносять в мікроорганізми, які починають синтезувати попередники інсуліну.

Сучасні технології на фірмах "Хехст" (Німеччина), "Елі Ліллі" (США) та "Ново Нордіск" (Данія) - це три найбільших світових виробника інсуліну - відрізняються один від одного по патентно-правових аспектів. "Елі Ліллі", перша фірма, яка приступила до використання генно-інженерної технології виробництва інсуліну, з 1987 р. працює на людському геномі. З його допомогою кишкова паличка (E.coli) синтезує проінсулін, який після ферментного відщеплення С-пептиду перетворюється на інсулін (приклади - препарати Хумулін-Р, Хумулін-цинк, Хумулін-Н). "Ново Нордіск" застосовує синтетично отриману ДНК для "міні-про-інсуліну", тобто такого проінсуліна, в якому С-пептид значно коротший, ніж у проінсуліна людини. Цю синтетичну ДНК вводять в дріжджові мікроорганізми, які починають синтезувати "міні-проінсулін", з якого потім ферментним способом виділяють інсулін, по амінокислотної послідовності відповідний людському (приклади - Актрапід-НМ, Протафан-НМ та Актрафан-НМ).

Основною проблемою біосінтетіческіго методу отримання інсуліну людини є повне очищення кінцевого продукту від найменших домішок використаних мікроорганізмів і продуктів їх життєдіяльності. Нові методи контролю якості гарантують, що біосинтетичні інсуліни людини вищеперелічених виробників вільні від будь-яких шкідливих домішок; таким чином, їх ступінь очищення і цукрознижувальнаактивність ефективність відповідають найвищим вимогам і є практично однаковими. Яких небажаних побічних дій, що залежать від домішок, ці препарати інсуліну не мають.

Речовини, що додаються до інсуліну

Добавки до інсуліну вносять для:

а) подовження дії інсуліну і кристалізації,

б) дезінфекції,

в) додання препарату буферних властивостей

а) подовжує дію інсуліну. Перший ІПД був створений в кінці 30-х рр.., Щоб хворі змогли робити ін'єкції рідше, ніж це було при використанні тільки ІКД, - по можливості один раз на добу (чи було це дійсно добре для хворих і які переваги та недоліки тієї чи іншої схеми інсулінотерапії - тема іншої статті).

НПХ-інсулін (синоніми - нейтральний протамін Ха-гедорна, NPH, ізофан-інсулін, протамін-інсулін) містить інсулін і протамін в ізофан, тобто рівних, кількостях, при яких немає надлишку ні інсуліну, ні протаміну. Протамін - білок з лужними властивостями, який отримують з риб'ячих молок. Алергічні реакції на нього зустрічаються вкрай рідко. Нейтральний рН препарату забезпечується додаванням фосфатного буфера. Щоб протамін міг утворювати кристали інсуліну, додають невелику кількість цинку, фенолу та крезолу.

Інсулін-цинк-суспензія (ІЦС) був розроблений після того, як було виявлено, що додавання невеликих кількостей цинку при нейтральному рН подовжує дію інсуліну. Першим препаратом цього типу був інсулін Стрічці. Буферні властивості розчину додають не за допомогою фосфатного (як у випадку з протамін-інсуліном), а за допомогою інших буферів, наприклад ацетатного. Ступінь уповільнення дії інсуліну в препаратах ІЦС залежить від фізичного стану інсуліну (величини кристалів): аморфна ІЦС діє швидше, ніж кристалічна ІЦС. З аморфної і кристалічної ІЦС можна зробити суміш, яка по тривалості дії буде аналогічна НПХ-інсуліну. Спочатку така комбінація була стабільною тільки в тому випадку, якщо аморфну частина брали зі свинячого, а кристалічну - з бичачого інсуліну. Такий склад має інсулін Стрічці, що складається з 3 частин свинячого аморфного і 7 частин бичачого кристалічного інсуліну. Пізніше вдалося створити інсулін продовженого дії із співвідношенням: 3 частини свинячого аморфного і 7 частин свинячого кристалічного інсуліну (Монотард).

Синтетична речовина сурфен (амінометілхіноліл-сечовина) застосовується для подовження дії інсуліну в раніше випускається в-інсуліні (Берлін-Хемі). Сурфен разом з інсуліном знаходиться в розчині, тому це єдині прозорі препарати ІПД. Розчин має кислий рН. Після введення в подкожножировой клітковини, рН якої нейтральний, відбувається випадання ісулін-сурфенових комплексів у вигляді аморфних часток. Тривалість дії сурфен-інсуліну коротше, ніж НПХ-інсуліну і різних ІЦС, а його дія починається значно раніше. Часто розвивається алергія до сурфену. Кислий рН цих препаратів може викликати і місцеві шкірні реакції.

Найважливіший факт, який у нас поки не дуже широко відомий: більш коротка тривалість дії практично всіх препаратів інсуліну в порівнянні з тією, яка традиційно вказувалася в інструкціях та довідниках, - це особливо відноситься до інсуліни людини (таблиця 2). Ранні дослідження з використанням радіоактивної мітки показали, що, наприклад, препарати типу ІЦС-кристалічного циркулюють в крові більше 36-48 годин. Однак у таких дослідженнях констатувалося лише наявність препарату в крові, включаючи і його слідові кількості. Але це аж ніяк не означає, що і його цукрознижувальної дії, а саме воно цікавить нас як міра клінічної активності інсуліну, настільки ж тривало. Істинна тривалість цукрознижувального ефекту була визначена більш точним методом (метод одночасної інфузії глюкози та інсуліну, або "клемп") близько 10 років тому.

Виявилося, що тривалість цукрознижувальної дії препаратів групи ІЦС (Стрічці, Лонга, Інсу-лонга, монотард, Хумулін-цинку), а також групи НПХ (Протафан, Хомофана, Хумулін-N) не перевищує 12-18 годин (в залежності від дози) , а препаратів типу ІЦС-кристалічної (в тому числі Ультраленте і Ультратарда) - 20-22 годин, в дуже рідкісних випадках - 24. Тому всі препарати групи ІЦС і НПХ-інсуліну рекомендується вводити двічі на добу. За сучасною класифікацією вони відносяться до пролонгованим препаратам проміжного дії. До препаратів тривалої дії відносять Ультраленте і Ультратард (ІЦС кристалічна), хоча для більш стабільної базальної концентрації інсуліну в крові рекомендується вводити їх не один, а два рази на добу. Це дозволяє зменшити їх дозу і, відповідно, ризик гіпоглікемії. З цієї ж причини відійшли від використання препаратів типу ІЦС-аморфної (Семіленте, Семілонга), які діють не половину доби, як вважали раніше, а 8-10 годин і не задовольняють вимогам до фонових інсуліни.

В інструкціях до препаратів групи ІЦС більш пізнього випуску, наприклад Інсулонгу і монотард, вже вказуються нові дані про тривалість їх дії (до 18 годин). Іноді ендокринологи призначають хворим одночасно препарат типу Стрічці (вважаючи, що він діє 24 години) плюс Інсулонг (вважаючи його близьким до аморфному). Це помилково, так як профіль дії перерахованих препаратів однаковий, і призначати їх у суміші недоцільно.

б) Дезінфікуючі речовини та консерванти. Дезинфікуючим дією володіють деякі з субстанцій, які і без того необхідно вносити в препарат за фармако-технологічних міркувань. Так, наприклад, в НПХ вже містяться фенол і крезол (обидва речовини володіють неприємним запахом). Метил парабензоат (метилпарабен), навпаки, не має запаху. Всі дезінфікуючі речовини в тих концентраціях, в яких вони присутні в препаратах інсуліну, не надають будь-якого негативного впливу. В препарати ІЦС не можна додавати фенол, що змінює фізичні властивості частинок інсуліну, тому дані препарати містять метилпарабен. Іони цинку, що містяться в цих препаратах, також надають антимікробну дію. Незважаючи на багаторазове введення голки у флакон з інсуліном, така багатоступенева антибактеріальний захист запобігає ускладнення, які могли б виникнути через їх бактеріального обсіменіння.

в) Речовини, необхідні для кристалізації і додання буферних властивостей. Для перекладу інсуліну в кристалічний стан в ІЦС необхідно додавати NaCl. Деякі препарати в якості буфера містять фосфати. Фосфатвмісними інсулін ні в якому разі не можна змішувати з ІЦС! Інакше може випасти осад фосфату цинку, який непередбачуваним чином вкоротить тривалість дії цинк-інсуліну.

Концентрація інсуліну

Перші препарати інсуліну містили лише 1 одиницю інсуліну в 1 мл. Пізніше їх концентрація була збільшена. Більшість препаратів, що використовуються в Росії, містять 40 одиниць інсуліну в 1 мл (U-40). Однак у багатьох країнах застосовується інсулін, що містить 100 одиниць в 1 мл (U-100). Доцільність переходу до U-100-інсуліну у нас в країні поки що викликає сумніви.

Проблеми виникають вже зараз, коли частина хворих стала користуватися ін'єктора інсуліну (шприц-ручками), в яких застосовуються спеціальні картриджі (Пенфілл) з інсуліном U-100. У разі поломки шприца-ручки деякі хворі набирають U-100-інсулін з Пенфілл інсуліновими шприцами, призначеними для інсуліну U-40 (і градуйованими саме на цю концентрацію).

Практично ніхто з хворих (та й багато лікарі) не віддають собі звіту в тому, що градуювання шприців на одиниці інсуліну є не що інше, як градуювання за об'ємом розчину, розрахована саме на U-40-інсулін: 4 од інсуліну відповідають 0,1 мл розчину, 6 од - 0,15 мл і так далі, аж до 40 одиниць, відповідних 1 мл розчину (ще раз підкреслимо: при концентрації інсуліну 40 од / мл!). Якщо в такий шприц набрати інсулін з концентрацією 100 од / мл до мітки, наприклад, 20 одиниць, то вийде, що в набраному обсязі (0,5 мл) міститься вже 100 од / мл х 0,5 = 50 одиниць інсуліну! Таким чином, набираючи U-100-інсулін в звичайні інсулінові шприци та орієнтуючись при цьому на мітки "одиниць", ми щоразу будемо набирати дозу (100 од / мл: 40 од / мл), що перевищує в 2,5 рази ту, що відзначена біля даного поділу шприца. Якщо хворий чи лікар вчасно не звернуть увагу на цю помилку, можливі випадки тяжких гіпоглікемій через передозування інсуліну, що ми неодноразово і спостерігали на практиці.

Останнім часом в нашу країну по каналах гуманітарної допомоги потрапляли інсулінові шприци, призначені для U-100-інсуліну і градуйовані саме для нього. За помилку в ці шприци можна набрати з флаконів звичний нам U-40-інсулін, і тоді доза інсуліну в шприці, розмірковуючи аналогічно, однак "у зворотний бік", виявиться в 2,5 рази менше тієї, що вказана біля відповідного ділення шприца. Як наслідок цього, можна очікувати "незрозуміле" підвищення цукру крові - нез'ясовного, втім, якщо не знати наступного правила: для кожної концентрації інсуліну - відповідний шприц!

Ретельно продуманий план, по якому здійснювали перехід на U-100-інсулін, наприклад у Швейцарії, може служити зразком. Однак він вимагає тісної взаємодії та навчання всіх що беруть участь сторін: хворих, лікарів, фармацевтів, промисловості та адміністрації.

рН інсулінового розчину

Деякі препарати інсуліну випускаються в розчинах з кислим рН (наприклад, таким був вітчизняний препарат "інсулін для ін'єкцій", або "простий інсулін"; Депот-інсулін S, Депот-інсулін CR, Комб-інсулін і Комб-інсулін S, Німеччина). Кислі інсуліни дають набагато більш виражені імунологічні реакції на екзогенний інсулін і підвищену частоту реакцій місцевої непереносимості. В даний час від застосування препаратів інсуліну з кислим рН практично відмовилися.

Висновки

інсулін виробництво підшлункова залоза

У курсовому проекті було проведено розрахунок кількості сировини необхідної для виробництва інсуліну з 250 кг підшлункової залози ВРХ.

Описано апаратурно-технологічну схему виробництва інсуліну, наведено орієнтовну кількість обладнання для виробництва даного гормону.

Зроблено креслення апаратурно-технологічної схеми лінії виробництва інсуліну.

Всі розрахунки зведені та систематизовані в таблицях.