RU2795425C1 - Method for obtaining hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a dense solution - Google Patents

Method for obtaining hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a dense solution Download PDF

Info

Publication number
RU2795425C1
RU2795425C1 RU2022121043A RU2022121043A RU2795425C1 RU 2795425 C1 RU2795425 C1 RU 2795425C1 RU 2022121043 A RU2022121043 A RU 2022121043A RU 2022121043 A RU2022121043 A RU 2022121043A RU 2795425 C1 RU2795425 C1 RU 2795425C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
papain
buffer
solution
carboxymethylcellulose
dialysis
Prior art date
Application number
RU2022121043A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Геннадьевна Холявка
Валерий Григорьевич Артюхов
Светлана Сергеевна Ольшанникова
Юлия Александровна Редько
Мария Сергеевна Лавлинская
Андрей Викторович Сорокин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2795425C1 publication Critical patent/RU2795425C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: method for producing a hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a thick solution is characterized by the following: it includes immobilization of papain carried out by complexation of papain and sodium salt of carboxymethylcellulose, which is used as a carrier for complexation, which is carried out by adding 10 ml of a solution of papain at a concentration of 20 mg/ml, obtained by dissolving in a buffer containing cysteine at a concentration of 0.04 M to prevent the processes of oxidation of the active site of papain, to 1 g of sodium salt of carboxymethyl cellulose, previously dissolved in 10 ml of buffer, is incubated for 2 hours at room temperature with constant stirring at a speed of 250 rpm, as a buffer solution for immobilization, 0.05 M borate buffer is used with the addition of 0.1 M KCl with pH 8.0 or 0.05 M phosphate buffer with pH 5.8–7.5, formed in the process after incubation, the preparation in the form of a thick solution is washed by dialysis using a cellophane bag 34 mm wide, with a capacity of 3.7 ml per 10 mm of length, with a pore diameter of 25 kDa, on the assumption that 400 ml of 50 mM Tris-HCl buffer with pH 7.5 are used to wash 21 ml of the resulting preparation, dialysis is carried out for 8 hours, after which the buffer is changed to a portion of the buffer in a volume of 400 ml and dialysis is continued for another 16 hours until there is no free papain in the washing solution.
EFFECT: invention allows to develop a method for producing a hybrid medicinal product based on immobilized papain and carboxymethylcellulose in the form of a thick solution with an absolute viscosity of 200–220 MPa×s, including only immobilized (stabilized) papain.
1 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в пищевой и химико-фармацевтической промышленности, медицинской практике, косметологии и исследовательских целях. Изобретение может применяться при создании лекарственных препаратов в виде густого раствора ранозаживляющего и противоожогового назначения, рекомендованного для предотвращения образования шрамов и рубцов.The invention relates to biotechnology and can be used in the food and pharmaceutical industries, medical practice, cosmetology and research purposes. The invention can be used to create drugs in the form of a thick solution for wound healing and anti-burn purposes, recommended to prevent the formation of scars and scars.

Папаин (КФ 3.4.22.2) - протеолитический фермент, выделенный из папай (Carcia Papaya). Его структура представляет собой единую полипептидную цепь, свернутую в два домена примерно одинакового размера, но с конформационными различиями. Эта цепь состоит из 212 аминокислот с молекулярной массой 23 кДа, включает 7 остатков цистеина, один из которых входит в состав активного центра фермента вместе с гистидином [Holyavka М., Pankova S., Koroleva V. et al. Influence of uv radiation on molecular structure and catalytic activity of free and immobilized bromelain, ficin and papain // Journal of Photochemistry dnd Photobiology B: Biology. - 2019. V. 201. - P. 111681]. Папаин эффективнее работает в средах с значениями рН, близкими к 6,0-7,0, но ему удается сохранять свою активность в широком диапазоне значений рН и температуры, что увеличивает область его применения [V.G. Tacias-Pascacioa, R. Morellon-Sterling,

Figure 00000001
et al. Immobilization of papain: A review // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. V. 188. - P. 94-113]. Папаин используется в различных отраслях промышленности, таких как пивоваренная, кожевенная, рыбная и мясная, в процессах производства лекарств и биологически активных пептидов. В пищевой промышленности папаин используют в составе тонизирующих напитков, соков, сиропов, желе; в пивоваренном производстве и виноделии фермент применяется для осветления растворов и увеличения сроков хранения продуктов. Известно его применение для лечения аллергии, заживления язв, ожогов и травм, снижения токсичности или побочного действия лекарств, а также для удаления некротических и гнойных тканей из ложа раны [Н.A. Shouket, I. Ameen, О. Tursunov et al. Study on industrial applications of papain: A succinct review // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. - 2020. V. 614. - Р. 7].Papain (EC 3.4.22.2) is a proteolytic enzyme isolated from papaya (Carcia Papaya). Its structure is a single polypeptide chain folded into two domains of approximately the same size, but with conformational differences. This chain consists of 212 amino acids with a molecular weight of 23 kDa, includes 7 cysteine residues, one of which is part of the active site of the enzyme along with histidine [Holyavka M., Pankova S., Koroleva V. et al. Influence of uv radiation on molecular structure and catalytic activity of free and immobilized bromelain, ficin and papain // Journal of Photochemistry dnd Photobiology B: Biology. - 2019. V. 201. - P. 111681]. Papain works more efficiently in environments with pH values close to 6.0-7.0, but it manages to maintain its activity in a wide range of pH and temperature values, which increases its scope [VG Tacias-Pascacioa, R. Morellon-Sterling,
Figure 00000001
et al. Immobilization of papain: A review // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. V. 188. - P. 94-113]. Papain is used in various industries such as brewing, leather, fish and meat, in the production of drugs and biologically active peptides. In the food industry, papain is used as part of tonic drinks, juices, syrups, jelly; in brewing and winemaking, the enzyme is used to clarify solutions and increase the shelf life of products. Its use is known for the treatment of allergies, healing of ulcers, burns and injuries, reducing toxicity or side effects of drugs, as well as for removing necrotic and purulent tissues from the wound bed [H.A. Shouket, I. Ameen, O. Tursunov et al. Study on industrial applications of papain: A succinct review // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. - 2020. V. 614. - R. 7].

В настоящее время с высокими темпами развивается направление с использованием ферментов в качестве промышленных биокатализаторов. Энзимы являются почти идеальными катализаторами благодаря их высокой активности в «мягких» условиях, селективности (снижающей вероятность образования побочных продуктов) и специфичности (позволяющей избегать модификации молекул, сходных по структуре с субстратом) [Холявка М.Г., Артюхов В.Г. Иммобилизованные биологические системы: биофизические аспекты и практическое применение // учебное пособие, Воронеж: Издательский дом ВГУ. - 2017. - С. 261]. Однако ферменты относительно нестабильны, склонны к ингибированию различными соединениями. Данные проблемы можно преодолеть с помощью различных способов их иммобилизации и комплексообразования [V.G. Tacias-Pascacio, D.

Figure 00000002
R. Morellon-Sterling et al. Bioactive peptides from Hsheries residues: A review of use of papain in proteolysis reactions // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. V. 184. - P. 415-428].At present, a direction with the use of enzymes as industrial biocatalysts is developing at a high pace. Enzymes are almost ideal catalysts due to their high activity under “mild” conditions, selectivity (reducing the likelihood of by-product formation) and specificity (allowing to avoid modification of molecules similar in structure to the substrate) [Kholyavka M.G., Artyukhov V.G. Immobilized biological systems: biophysical aspects and practical application // textbook, Voronezh: Publishing house of VSU. - 2017. - S. 261]. However, enzymes are relatively unstable, prone to inhibition by various compounds. These problems can be overcome by various methods of their immobilization and complexation [VG Tacias-Pascacio, D.
Figure 00000002
R. Morellon-Sterling et al. Bioactive peptides from Hsheries residues: A review of the use of papain in proteolysis reactions // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. V. 184. - P. 415-428].

Перспективными носителями для иммобилизации ферментов и образования с ними стабильных комплексов являются биополимеры. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - анионное водорастворимое производное целлюлозы. Благодаря легкому и дешевому процессу синтеза, обилию сырья, характерным поверхностным свойствам, механической прочности, настраиваемой гидрофильности, вязкости, КМЦ нашла широкое применение в биомедицинской, фармацевтической, текстильной, строительной, пищевой, косметической, бумажной и нефтяной промышленностях. Например, в биомедицине КМЦ широко используется в перевязочных материалах для ран, при изготовлении 3D-каркасов для биосовместимых имплантатов, искусственных органов, а также в антимикробных и антиоксидант гых препаратах. Благодаря их биосовместимости, биодеградируемости, связывающей способности по отношению к биологически активным соединениям, таким как белки, пептиды и ферменты, гидрогели, пленки и другие гибридные материалы на основе КМЦ вызвали высокий интерес в фармацевтике, особенно для доставки лекарств, их эмульгирования и стабилизации [M.S. Rahman, M.S. Hasan, A.S. Nitai et al. Recent Developments of Carboxymethyl Cellulose // Polymers. - 2021. V. 13. - P. 48]. В пищевой промышленности КМЦ выполняет функции суспендирующего агента, загустителя, защитного коллоида, увлажнителя и может быть использована для регулирования процессов кристаллизации некоторых других компонентов [Патент RU 2334762 С2, МПК С08В 11/12, С08В 15/00, С08В 1/08, С08В 1/10, опубл. 27.09.2008, Бюл. №27].Biopolymers are promising carriers for the immobilization of enzymes and the formation of stable complexes with them. Carboxymethylcellulose (CMC) is an anionic, water-soluble derivative of cellulose. Due to the easy and cheap synthesis process, the abundance of raw materials, characteristic surface properties, mechanical strength, adjustable hydrophilicity, viscosity, CMC has found wide application in the biomedical, pharmaceutical, textile, construction, food, cosmetics, paper and oil industries. For example, in biomedicine, CMC is widely used in wound dressings, in the manufacture of 3D scaffolds for biocompatible implants, artificial organs, as well as in antimicrobial and antioxidant drugs. Due to their biocompatibility, biodegradability, binding ability with respect to biologically active compounds such as proteins, peptides and enzymes, hydrogels, films and other hybrid materials based on CMC have aroused high interest in pharmaceuticals, especially for drug delivery, emulsification and stabilization [M.S. Rahman, M.S. Hasan, A.S. Nitai et al. Recent Developments of Carboxymethyl Cellulose // Polymers. - 2021. V. 13. - P. 48]. In the food industry, CMC acts as a suspending agent, thickener, protective colloid, moisturizer and can be used to regulate the crystallization processes of some other components [Patent RU 2334762 C2, IPC S08B 11/12, S08B 15/00, S08B 1/08, S08B 1 /10, publ. 27.09.2008, Bull. No. 27].

Существует способ получения гетерогенного препарата на основе папаина, обладающего регенерационными свойствами [Патент RU 2677873 С2, МПК А61К 38/48, А61К 47/30, А61Р 17/02, опубл. 22.01.2019, Бюл. №3], включающий обработку матрицы ионообменных волокон ВИОН АН-1 или ВИОН КН-1 раствором папаина, инкубирование, отличающийся тем, что для иммобилизации на ВИОН КН-1 используют 0,2 М ацетатный буфер (рН 4,5-5,5) или 0,05 М боратный буфер с добавлением KCl (рН 9,0-9,5), а для иммобилизации на ВИОН АН-1 - 0,05 М трис-глициновый (рН 9,0) или 0,05 М глициновый (рН 10,0) буфер в расчете 20 мл раствора фермента в концентрации 5 мг/мл на 1 г волокон, инкубирование проводится в течение 24 ч при комнатной температуре, образовавшийся осадок промывают использованным при иммобилизации буфером до отсутствия в промывных водах белка.There is a way to obtain a heterogeneous drug based on papain with regenerative properties [Patent RU 2677873 C2, IPC A61K 38/48, A61K 47/30, A61R 17/02, publ. 01/22/2019, Bull. No. 3], which includes processing the matrix of ion-exchange fibers VION AN-1 or VION KN-1 with a solution of papain, incubation, characterized in that 0.2 M acetate buffer (pH 4.5-5.5) is used for immobilization on VION KN-1 ) or 0.05 M borate buffer with the addition of KCl (pH 9.0-9.5), and for immobilization on VION AN-1 - 0.05 M tris-glycine (pH 9.0) or 0.05 M glycine (pH 10.0) buffer at the rate of 20 ml of an enzyme solution at a concentration of 5 mg/ml per 1 g of fibers, incubation is carried out for 24 h at room temperature, the precipitate formed is washed with the buffer used during immobilization until there is no protein in the washing water.

Известен способ получения гетерогенного биокатализатора на основе папаина, иммобилизованного на ионообменных смолах [Патент RU 2768742 С1, МПК C12N 11/04, C12N 11/10, опубл. 24.03.2022, Бюл. №9], включающий адсорбционн)ю иммобилизацию папаина в буферном растворе на матрицу ионообменной смолы в соотношении 20 мл раствора папаина в концентрации 5 мг/мл на 1 г носителя, инкубацию при комнатной температуре с периодическим перемешиванием, промывку образовавшегося осадка буфером до отсутствия в промывных водах белка, отличающийся тем, что иммобилизацию проводят на матрицу воздушно-сухой ионообменной смолы АВ-16-ГС, а в качестве буферного раствора для иммобилизации используют 0,05 М фосфатный буфер, рН 11,0, инкубацию осуществляют в течение 2 часов, промывку образовавшегося осадка проводят 0,05 М трис-HCl буфером, рН 7,5.A known method of obtaining a heterogeneous biocatalyst based on papain immobilized on ion exchange resins [Patent RU 2768742 C1, IPC C12N 11/04, C12N 11/10, publ. 03/24/2022, Bull. No. 9], including adsorption immobilization of papain in a buffer solution onto an ion-exchange resin matrix in a ratio of 20 ml of papain solution at a concentration of 5 mg / ml per 1 g of carrier, incubation at room temperature with occasional stirring, washing of the precipitate formed with buffer until it is absent in the washings protein waters, characterized in that immobilization is carried out on a matrix of air-dry ion-exchange resin AV-16-GS, and 0.05 M phosphate buffer, pH 11.0 is used as a buffer solution for immobilization, incubation is carried out for 2 hours, washing formed precipitate spend 0.05 M Tris-HCl buffer, pH 7.5.

В обоих способах иммобилизация папаина проводится путем адсорбции на нерастворимых носителях в соотношении 20 мл раствора папаина в концентрации 5 мг/мл на 1 г носителя при периодическом перемешивании, что не позволяет полностью автоматизировать процесс. Кроме того, получается нерастворимая форма фермента, которая, безусловно, имеет свои преимущества, но не дает возможность проводить реакции на твердых субстратах.In both methods, papain immobilization is carried out by adsorption on insoluble carriers in a ratio of 20 ml of papain solution at a concentration of 5 mg/ml per 1 g of carrier with periodic stirring, which does not allow fully automating the process. In addition, an insoluble form of the enzyme is obtained, which, of course, has its advantages, but does not allow reactions to be carried out on solid substrates.

Известен способ получения иммобилизованного ферментного препарата на основе папаина, гиалуроновой кислоты и полисахаридов, модифицированных виниловыми мономерами [Патент RU 2750378 С1, МПК A61K 8/66, A61K 31/702, A61K 31/728, A61K 31/717, А61К 31/722, А61Р 31/00, А61Р 17/00, C12N 11/04 опубл. 28.06.2021, Бюл. №19], включающий растворение папаина в водном растворе низкомолекулярной гиалуроновой кислоты (300 кДа) или среднемолекулярной гиалуроновой кислоты (500 кДа) или высокомолекулярной гиалу юновой кислоты (800 кДа) в соотношении 10 мг папаина на 2 мл водного раствора низкомолекулярной гиалуроновой кислоты (300 кДа) или среднемолекулярной гиалуроновой кислоты (500 кДа) или высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (800 кДа) в концентрации 1,5%, при этом осуществляют перемешивание до полного растворения при комнатной температуре; затем ведут иммобилизацию папаина путем добавления к полученной смеси графт-сополимера карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) или хитозана (ХТЗ) с N-винилимидазолом (ВИ) или N,N-диметиламиноэтилметакрилатом (ДМАЭМА) при молекулярной массе полисахарида 50-100 кДа в количестве от 100 до 290 мг для получения жидкого препарата или от 300 до 500 мг для получения геля.A known method of obtaining an immobilized enzyme preparation based on papain, hyaluronic acid and polysaccharides modified with vinyl monomers [Patent RU 2750378 C1, IPC A61K 8/66, A61K 31/702, A61K 31/728, A61K 31/717, A61K 31/722, A61P 31/00, A61P 17/00, C12N 11/04 publ. 06/28/2021, Bull. No. 19], including the dissolution of papain in an aqueous solution of low molecular weight hyaluronic acid (300 kDa) or medium molecular weight hyaluronic acid (500 kDa) or high molecular weight hyalu of junic acid (800 kDa) at a ratio of 10 mg of papain per 2 ml of an aqueous solution of low molecular weight hyaluronic acid (300 kDa ) or medium molecular weight hyaluronic acid (500 kDa) or high molecular weight hyaluronic acid (800 kDa) at a concentration of 1.5%, while stirring until complete dissolution at room temperature; then papain is immobilized by adding to the resulting mixture a graft copolymer of carboxymethylcellulose (CMC) or chitosan (CTZ) with N-vinylimidazole (VI) or N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) at a polysaccharide molecular weight of 50-100 kDa in an amount of from 100 to 290 mg for a liquid preparation or 300 to 500 mg for a gel.

Недостатком способа является высокая стоимость гиалуроновой кислоты и полисахаридов, модифицированных виниловыми мономерами. Использование КМЦ позволит сократить расходы.The disadvantage of this method is the high cost of hyaluronic acid and polysaccharides modified with vinyl monomers. The use of CMC will reduce costs.

Известен способ стабилизации протеаз для применения в косметологических целях [US 2011/0177052]. Недостатком способа является использование 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимида, который вызывает серьезные ожоги кожи и повреждение глаз, может приводить к аллергическим кожным реакциям, при вдыхании может вызывать аллергию, симптомы астмы или затруднение дыхания, что ограничивает применение препарата в косметологии.A known method of stabilizing proteases for use in cosmetic purposes [US 2011/0177052]. The disadvantage of this method is the use of 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, which causes severe skin burns and eye damage, can lead to allergic skin reactions, if inhaled can cause allergies, asthma symptoms or difficulty breathing, which limits the use of the drug in cosmetology.

В качестве прототипа служил способ получения гетерогенного препарата папаина в геле на основе пищевого хитозана или сукцината хитозана [Патент RU 2712690 С1, МПК C12N 11/04, C12N 11/10, опубл. 30.01.2020, Бюл. №4], включающий иммобилизацию папаина в буферном растворе на матрицу хитозана в соотношении 20 мл раствора фермента в концентрации 1 мг/мл на 1 г носителя; инкубацию при комнатной температуре с периодическим перемешиванием; промывку образовавшегося осадка 50 мМ трис-HCl буфером (рН 7,5) до отсутствия в промывных водах белка, отличающийся тем, что иммобилизацию проводят на матрицу пищевого хитозана с молекулярной массой менее 100 кДа или сукцината хитозана; в качестве буферного раствора для иммобилизации используют 0,05 М глициновый буфер с рН 10,0 или 0,05 М ацетатный буфер с рН 5,8; инкубация проводится в течение 2 часов.As a prototype served as a method of obtaining a heterogeneous preparation of papain in a gel based on food chitosan or chitosan succinate [Patent RU 2712690 C1, IPC C12N 11/04, C12N 11/10, publ. 01/30/2020, Bull. No. 4], including the immobilization of papain in a buffer solution on a chitosan matrix in a ratio of 20 ml of an enzyme solution at a concentration of 1 mg/ml per 1 g of carrier; incubation at room temperature with occasional stirring; washing the precipitate formed with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) until there is no protein in the washings, characterized in that the immobilization is carried out on a matrix of food chitosan with a molecular weight of less than 100 kDa or chitosan succinate; as a buffer solution for immobilization use 0.05 M glycine buffer pH 10.0 or 0.05 M acetate buffer pH 5.8; incubation is carried out for 2 hours.

В отличие прототипа наш способ позволяет получить иммобилизованный папаин в другой форме, т.е. не в виде геля, а в форме густого раствора, включающего только иммобилизованный (стабилизированный) папаин и полностью отмытого от его нестабилизированной (неиммобилизованной) формы. Заявляемое изобретение предназначено для расширения числа полисахаридов, используемых для стабилизации препаратов папаина. Кроме того, карбоксиметилцеллюлоза является водорастворимым носителем, что позволяет работать с ней в широком диапазоне значений рН среды.Unlike the prototype, our method allows you to get immobilized papain in a different form, i.e. not in the form of a gel, but in the form of a thick solution, including only immobilized (stabilized) papain and completely washed out of its unstabilized (non-immobilized) form. The claimed invention is intended to expand the number of polysaccharides used to stabilize papain preparations. In addition, carboxymethyl cellulose is a water-soluble carrier, which makes it possible to work with it in a wide range of pH values.

Технический результат заявленного изобретения заключается в разработке способа получения гибридного препарата на основе иммобилизованного папаина и карбоксиметилцеллюлозы в виде густого раствора с абсолютной вязкостью 200-220 МПа×с, включающего только иммобилизованный (стабилизированный) папаин и полностью отмытого от его нестабилизированной (неиммобилизованной) формы, при этом в ходе иммобилизации активный центр папаина защищен от окисления путем добавления цистеина в концентрации 0,04М.The technical result of the claimed invention consists in the development of a method for obtaining a hybrid preparation based on immobilized papain and carboxymethyl cellulose in the form of a thick solution with an absolute viscosity of 200-220 MPa × s, including only immobilized (stabilized) papain and completely washed out from its unstabilized (non-immobilized) form, with In this case, during immobilization, the active site of papain is protected from oxidation by the addition of cysteine at a concentration of 0.04M.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гибридного препарата папаина и карбоксиметилцеллюлозы в виде густого раствора, включающем иммобилизацию ферментного препарата папаина в буферном растворе с носителем, инкубирование при комнатной температуре в течение 2 часов и промывку, согласно изобретению, иммобилизацию папаина проводят путем комплексообразования в густой раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 10 мл раствора папаина в концентрации 20 мг/мл, полученного растворением в буфере, на 1 г натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, предварительно растворенной в 10 мл буфера, при постоянном перемешивании со скоростью 250 об/мин; в качестве буферного раствора для иммобилизации используют 0,05 М боратный с добавлением 0,1 М KCl буфер с рН 8,0 или 0,05 М фосфатный буфер с рН 5,8-7,5, содержащие цистеин в концентрации 0,04 М, образовавшийся в процессе инкубирования препарат в виде густого раствора промывают с помощью диализа с использованием целлофанового мешочка шириной 34 мм, вместимостью 3,7 мл на 10 мм длины с диаметром пор 25 кДа против 50 мМ трис-HCl буфера с рН 7,5, из расчета, что для промывки 21 мл полученного препарата используют 400 мл 50 мМ трис-HCl буфера с рН 7,5, диализ ведут в течение 8 часов, после чего буфер меняют на порцию свежего в объеме 400 мл и продолжают диализ еще в течение 16 часов до отсутствия в промывном растворе свободного папаина.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing a hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a thick solution, including immobilization of the papain enzyme preparation in a buffer solution with a carrier, incubation at room temperature for 2 hours and washing, according to the invention, papain immobilization is carried out by complexation in a thick solution of sodium carboxymethyl cellulose in a ratio of 10 ml of a solution of papain at a concentration of 20 mg/ml, obtained by dissolving in buffer, per 1 g of sodium carboxymethyl cellulose, previously dissolved in 10 ml of buffer, with constant stirring at a speed of 250 rpm; as a buffer solution for immobilization, 0.05 M borate buffer with the addition of 0.1 M KCl buffer with a pH of 8.0 or 0.05 M phosphate buffer with a pH of 5.8-7.5 containing cysteine at a concentration of 0.04 M is used , the preparation formed during incubation in the form of a thick solution is washed by dialysis using a cellophane bag 34 mm wide, with a capacity of 3.7 ml per 10 mm of length with a pore diameter of 25 kDa against 50 mM Tris-HCl buffer with pH 7.5, from calculation that 400 ml of 50 mM Tris-HCl buffer with pH 7.5 is used to wash 21 ml of the resulting preparation, dialysis is carried out for 8 hours, after which the buffer is changed to a portion of fresh in a volume of 400 ml and dialysis is continued for another 16 hours to the absence of free papain in the washing solution.

Фиг. 1. Диаграмма значений содержания белка (в мг на 1 г носителя) в гибридных препаратах в виде густого раствора папаина и карбоксиметилцеллюлозы с использованием следующих буферов: 1 - 0,05 М ацетатный, 2 - 0,05 М фосфатный, 3 - 0,05 М боратный с добавлением 0,1 М KCl, 4 - 0,05 М трис-глициновый, 5 - 0,05 М глициновый.Fig. 1. Diagram of protein content values (in mg per 1 g of carrier) in hybrid preparations in the form of a thick solution of papain and carboxymethylcellulose using the following buffers: 1 - 0.05 M acetate, 2 - 0.05 M phosphate, 3 - 0.05 M borate with the addition of 0.1 M KCl, 4 - 0.05 M tris-glycine, 5 - 0.05 M glycine.

Фиг. 2. Диаграмма значений общей активности (в ед на 1 мл раствора) гибридных препаратов в виде густого раствора папаина и карбоксиметилцеллюлозы с использованием следующих буферов: 1 - 0,05 М ацетатный, 2 - 0,05 М фосфатный, 3 - 0,05 М боратный с добавлением 0,1 М KCl, 4 - 0,05 М трис-глициновый, 5 - 0,05 М глициновый.Fig. 2. Diagram of the values of the total activity (in units per 1 ml of solution) of hybrid preparations in the form of a thick solution of papain and carboxymethylcellulose using the following buffers: 1 - 0.05 M acetate, 2 - 0.05 M phosphate, 3 - 0.05 M borate with the addition of 0.1 M KCl, 4 - 0.05 M tris-glycine, 5 - 0.05 M glycine.

Фиг. 3. Диаграмма значений удельной активности (в ед на 1 мг белка в пробе) гибридных препаратов в виде густого раствора с использованием следующих буферов: 1 - 0,05 М ацетатный, 2 - 0,05 М фосфатный, 3 - 0,05 М боратный с добавлением 0,1 М KCl, 4 - 0,05 М трис-глициновый, 5 - 0,05 М глициновый.Fig. Fig. 3. Diagram of specific activity values (in units per 1 mg of protein in the sample) of hybrid preparations in the form of a thick solution using the following buffers: 1 - 0.05 M acetate, 2 - 0.05 M phosphate, 3 - 0.05 M borate with the addition of 0.1 M KCl, 4 - 0.05 M tris-glycine, 5 - 0.05 M glycine.

Пример реализации способа.An example of the implementation of the method.

В качестве объекта исследования был выбран папаин фирмы «Sigma-Aldrich», субстратом для гидролиза служил азоказеин фирмы «Sigma-Aldrich». В качестве носителя для комплексообразования применяли натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы фирмы «Sigma-Aldrich» с молекулярной массой 90 кДа и степенью замещения 0,7.Papain from Sigma-Aldrich was chosen as the object of study, and azocasein from Sigma-Aldrich served as the substrate for hydrolysis. Sodium carboxymethyl cellulose (Sigma-Aldrich) with a molecular weight of 90 kDa and a degree of substitution of 0.7 was used as a carrier for complexation.

Комплексообразование папаина и карбоксиметилцеллюлозы осуществляли следующим образом. К 1 г натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, предварительно растворенной в 10 мл буфера, добавляли 10 мл раствора фермента в концентрации 20 мг/мл, полученного растворением в буфере, содержащем цистеин в концентрации 0,04 М для предотвращения процессов окисления активного центра папаина; инкубировали в течение 2 часов при комнатной температуре при постоянном перемешивании со скоростью 250 об/мин; в качестве буферного раствора для иммобилизации использовали 0,05 М боратный с добавлением 0,1 М KCl буфер с рН 8,0 или 0,05 М фосфатный буфер с рН 5,8-7,5; образовавшийся в процессе инкубирования препарат в виде густого раствора промывали с помощью диализа с использованием целлофанового мешочка Spectra/Por 6 Standard RC, шириной 34 мм, вместимостью 3,7 мл на 10 мм длины, изготовленного из регенерированной целлюлозы, с диаметром пор 25 кДа против 400 мл 50 мМ трис-HCl буфера с рН 7,5 в течение 8 часов, после чего буфер меняли на 400 мл свежего и продолжают диализ еще в течение 16 часов до отсутствия в промывном растворе свободного папаина. Для промывки 21 мл полученного препарата использовали 800 мл 50 мМ трис-HCl буфера с рН 7,5. По истечении этого времени осуществляли контроль наличия белка в промывных водах с помощью спектрофотометра СФ-2000 при λ=280 нм.The complexation of papain and carboxymethylcellulose was carried out as follows. To 1 g of sodium salt of carboxymethyl cellulose, previously dissolved in 10 ml of buffer, was added 10 ml of an enzyme solution at a concentration of 20 mg/ml, obtained by dissolving in a buffer containing cysteine at a concentration of 0.04 M to prevent oxidation of the active center of papain; incubated for 2 hours at room temperature with constant stirring at a speed of 250 rpm; as a buffer solution for immobilization, 0.05 M borate buffer with the addition of 0.1 M KCl buffer with a pH of 8.0 or 0.05 M phosphate buffer with a pH of 5.8-7.5 was used; the preparation formed during the incubation in the form of a thick solution was washed by dialysis using a Spectra/Por 6 Standard RC cellophane bag, 34 mm wide, with a capacity of 3.7 ml per 10 mm length, made from regenerated cellulose, with a pore diameter of 25 kDa versus 400 ml of 50 mm Tris-HCl buffer pH 7.5 for 8 hours, after which the buffer was changed to 400 ml of fresh and continue dialysis for another 16 hours until the absence of free papain in the washing solution. For washing 21 ml of the resulting preparation, 800 ml of 50 mM Tris-HCl buffer pH 7.5 was used. After this time, the presence of protein in the wash water was monitored using the SF-2000 spectrophotometer at λ=280 nm.

Содержание белка в гибридных препаратах папаина определяли методом Лоури [Lowry О.Н., Rosebrough N.J., Faar A.L., Randall R.J. Protein measurement with folin-phenol reagent // J. Biol. Chem. - 1951. - V.193. - P. 265-275].The protein content in papain hybrid preparations was determined by the Lowry method [Lowry O.N., Rosebrough N.J., Faar A.L., Randall R.J. Protein measurement with folin-phenol reagent // J. Biol. Chem. - 1951. - V.193. - P. 265-275].

Определение протеазной активности папаина проводили m субстрате азоказеине (Sigma, США) [Sabirova A.R., Rudakova N.L., Balaban N.P., Ilyinskaya O.N Demidyuk I.V., Kostrov S.V., Rudenskaya G.N., Sharipova M.R. A novel secreted metzincin metalloproteinase from Bacillus itermeius // FEBS Lett. - 2010 - V. 584 (21), P. 4419-4425]. К 50 мг образца добавляли 200 мкл 0,05 М трис-HCl буфера с рН 7,5, 800 мкл азоказеина (0,5% масс. 0,05 М трис-HCl буфере, рН 7,5) и инкубировали 2 часа при 37°С. Далее добавляли 800 мкл трихлоруксусной кислоты (ТХУ) (5% масс.), инкубировали 10 минут при 4°С, затем центрифугировали в течение 3 мин при 11700 g для удаления негидролизованного азоказеина. К 1200 мкл супернатанта добавляли 240 мкл раствора NaOH (3% масс.) для нейтрализации кислоты, после чего измеряли оптическую плотность опытной пробы при 410 нм в 10 мм кювете. Контрольная проба содержала 800 мкл азоказеина, 800 мкл ТХУ, 50 мг образца и 200 мкл буфера (комплексообразованный фермент в контрольную пробу вносили последним, остальные операции для нее делали аналогично опытным пробам).Papain protease activity was determined on the substrate azocasein (Sigma, USA) [Sabirova A.R., Rudakova N.L., Balaban N.P., Ilyinskaya O.N Demidyuk I.V., Kostrov S.V., Rudenskaya G.N., Sharipova M.R. A novel secreted metzincin metalloproteinase from Bacillus itermeius // FEBS Lett. - 2010 - V. 584 (21), P. 4419-4425]. To 50 mg of the sample, 200 µl of 0.05 M Tris-HCl buffer, pH 7.5, 800 µl of azocasein (0.5% wt. 0.05 M Tris-HCl buffer, pH 7.5) were added and incubated for 2 hours at 37°C. Next, 800 μl of trichloroacetic acid (TCA) (5% wt.) was added, incubated for 10 minutes at 4°C, then centrifuged for 3 minutes at 11700 g to remove non-hydrolyzed azocasein. To 1200 μl of the supernatant was added 240 μl of NaOH solution (3% wt.) to neutralize the acid, after which the optical density of the test sample was measured at 410 nm in a 10 mm cuvette. The control sample contained 800 μl of azocasein, 800 μl of TCA, 50 mg of the sample, and 200 μl of buffer (the complexed enzyme was added to the control sample last, other operations were performed similarly to the experimental samples).

Единицей протеазной активности служило количество папаина, которое в условиях эксперимента гидролизует 1 мкМ азоказеина за 1 мин. Удельную протеазную активность рассчитывали по формуле:The unit of protease activity was the amount of papain, which hydrolyzes 1 μM of azocasein in 1 min under experimental conditions. Specific protease activity was calculated by the formula:

А=D*1000/120/200/С,A=D*1000/120/200/C,

где А - протеазная активность препарата, мкМ/мин на 1 мг белка,where A is the protease activity of the drug, µM/min per 1 mg of protein,

D - оптическая плотность раствора при 410 нм,D is the optical density of the solution at 410 nm,

С - концентрация белка в пробе, мг/мл, измеренная по методу Лоури,C - protein concentration in the sample, mg / ml, measured by the Lowry method,

120 - время инкубации в минутах,120 - incubation time in minutes,

200 - объем пробы, мкл,200 - sample volume, µl,

1000 - коэффициент для пересчета в мкМ.1000 - coefficient for conversion to µM.

Все экспериментальные исследования осуществляли минимум в 8-кратной повторности. Статистическая обработка полученных результатов проводилась при уровне значимости 5% с использованием t-критерия Стьюдента.All experimental studies were carried out in at least 8 replicates. Statistical processing of the obtained results was carried out at a significance level of 5% using Student's t-test.

Для получения гибридных препаратов папаина и карбоксиметилцеллюлозы, в качестве среды для комплексообразования мы использовали следующие буферы: 0,05 М боратный с добавлением 0,1 М KCl с рН 8,0-10,0, 0,05 М ацетатный с рН 4,0-5,8, 0,05 М глициновый с рН 8,6-10,5, 0,05 М трис-глициновый с рН 8,5-9,0, 0,05 М фосфатный с рН 5,8-7,5. Результаты отражены на фиг. 1-3.To obtain hybrid preparations of papain and carboxymethylcellulose, we used the following buffers as a medium for complex formation: 0.05 M borate with the addition of 0.1 M KCl with pH 8.0-10.0, 0.05 M acetate with pH 4.0 -5.8, 0.05 M glycine pH 8.6-10.5, 0.05 M tris-glycine pH 8.5-9.0, 0.05 M phosphate pH 5.8-7, 5. The results are shown in FIG. 1-3.

Анализ содержания белка в гибридных препаратах показал, что наибольшее количество папаина (в мг на г носителя) наблюдается при использовании 0,05 М ацетатного буфера с рН 4,0 и 0,05 М боратного буфера с добавлением 0,1 М KCl с рН 10,0 (фиг. 1.)Analysis of the protein content in hybrid preparations showed that the highest amount of papain (in mg per g of carrier) is observed when using 0.05 M acetate buffer pH 4.0 and 0.05 M borate buffer with the addition of 0.1 M KCl pH 10 ,0 (Fig. 1.)

Общая активность (в ед на мл раствора) папаина оказалась выше при применении 0,05 М боратного буфера с добавлением 0,1 М KCl с рН 8,0 (фиг. 2).The total activity (in units per ml solution) of papain was higher when using 0.05 M borate buffer with the addition of 0.1 M KCl pH 8.0 (Fig. 2).

Наибольшую удельную активность показали препараты папаина, полученные при использовании 0,05 М фосфатного буфера с рН 5,8-7,5 и 0,05 М боратного буфера с добавлением 0,1 М KCl с рН 8,0 (фиг. 3).Papain preparations obtained using 0.05 M phosphate buffer pH 5.8-7.5 and 0.05 M borate buffer with the addition of 0.1 M KCl pH 8.0 showed the highest specific activity (Fig. 3).

Мы сравнили полученные результаты по определению каталитической активности и содержания белка для препаратов папаина в густом растворе карбоксиметилцеллюлозы. Оптимальное соотношение содержания белка (мг на г носителя), общей активности (в ед на мл раствора) и удельной активности (в ед на мг белка) получено при стабилизации папаина путем включения в густой раствор карбоксиметилцеллюлозы при использовании 0,05 М боратного буфера с добавлением 0,1 М KCl с рН 8,0 или 0,05 М фосфатного буфера с рН 5,8-7,5.We compared the obtained results on the determination of catalytic activity and protein content for papain preparations in a thick solution of carboxymethyl cellulose. The optimal ratio of protein content (mg per g of carrier), total activity (in units per ml of solution) and specific activity (in units per mg of protein) was obtained by stabilizing papain by incorporating carboxymethylcellulose into a thick solution using 0.05 M borate buffer with the addition of 0.1 M KCl pH 8.0 or 0.05 M phosphate buffer pH 5.8-7.5.

Таким образом, была разработана методика получения гибридного препарата папаина и карбоксиметилцеллолозы в виде густого раствора с абсолютной вязкостью 200-220 МПа×с, включающего только иммобилизованный (стабилизированный) папаин и полностью отмытого от его нестабилизированной (неиммобилизованной) формы, т.к. после диализа 21 мл препарата против 800 мл 50 мМ трис-HCl буфера с рН 7,5 исключается переход фермента из фазы носителя в раствор, что позволяет проводить реакции, получая продукт, не "загрязненный" ферментом. Кроме того, в ходе иммобилизации активный центр папаина защищен от окисления путем добавления цистеина в концентрации 0,04 М.Thus, a method was developed for obtaining a hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a thick solution with an absolute viscosity of 200-220 MPa s, including only immobilized (stabilized) papain and completely washed out from its non-stabilized (non-immobilized) form, because after dialysis of 21 ml of the preparation against 800 ml of 50 mM Tris-HCl buffer with pH 7.5, the transition of the enzyme from the carrier phase to the solution is excluded, which makes it possible to carry out reactions, obtaining a product not "contaminated" by the enzyme. In addition, during immobilization, the active site of papain is protected from oxidation by the addition of cysteine at a concentration of 0.04 M.

Claims (1)

Способ получения гибридного препарата папаина и карбоксиметилцеллюлозы в виде густого раствора, характеризующийся тем, что включает иммобилизацию папаина, которую проводят путем комплексообразования папаина и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, которую используют в качестве носителя для комплексообразования, которое осуществляют путем добавления 10 мл раствора папаина в концентрации 20 мг/мл, полученного растворением в буфере, содержащем цистеин в концентрации 0,04 М для предотвращения процессов окисления активного центра папаина, к 1 г натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, предварительно растворенной в 10 мл буфера, инкубируют в течение 2 ч при комнатной температуре при постоянном перемешивании со скоростью 250 об/мин, в качестве буферного раствора для иммобилизации используют 0,05 М боратный буфер с добавлением 0,1 М KCl с рН 8,0 или 0,05 М фосфатный буфер с рН 5,8-7,5, образовавшийся в процессе инкубирования препарат в виде густого раствора промывают с помощью диализа с использованием целлофанового мешочка шириной 34 мм, вместимостью 3,7 мл на 10 мм длины, с диаметром пор 25 кДа, из расчета, что для промывки 21 мл полученного препарата используют 400 мл 50 мМ трис-HCl буфера с рН 7,5, диализ ведут в течение 8 ч, после чего буфер меняют на порцию буфера в объеме 400 мл и продолжают диализ еще в течение 16 ч до отсутствия в промывном растворе свободного папаина.A method for producing a hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a thick solution, characterized in that it includes the immobilization of papain, which is carried out by complexation of papain and sodium salt of carboxymethylcellulose, which is used as a carrier for complexation, which is carried out by adding 10 ml of a solution of papain at a concentration of 20 mg /ml, obtained by dissolving in a buffer containing cysteine at a concentration of 0.04 M to prevent the processes of oxidation of the active center of papain, to 1 g of sodium carboxymethylcellulose, previously dissolved in 10 ml of buffer, incubated for 2 hours at room temperature with constant stirring with speed of 250 rpm, as a buffer solution for immobilization, 0.05 M borate buffer is used with the addition of 0.1 M KCl with pH 8.0 or 0.05 M phosphate buffer with pH 5.8-7.5, formed in during the incubation process, the preparation in the form of a thick solution is washed by dialysis using a cellophane bag 34 mm wide, with a capacity of 3.7 ml per 10 mm of length, with a pore diameter of 25 kDa, on the basis that 400 ml of 50 mM are used to wash 21 ml of the resulting preparation Tris-HCl buffer with pH 7.5, dialysis is carried out for 8 hours, after which the buffer is changed to a portion of the buffer in a volume of 400 ml and dialysis is continued for another 16 hours until there is no free papain in the washing solution.
RU2022121043A 2022-08-01 Method for obtaining hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a dense solution RU2795425C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795425C1 true RU2795425C1 (en) 2023-05-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006135434A (en) * 2006-10-06 2008-04-20 Сергей Борисович Улитовский (RU) DENTAL PASTE CONTAINING PAPAIN, LACTOPEROXIDASE AND LACTOSE ENZYMES
CN105925554A (en) * 2016-06-22 2016-09-07 瑞安市智造科技有限公司 Method for purifying papain through double-water phase extraction-ultrasonic wave combined separation
RU2712690C1 (en) * 2019-03-07 2020-01-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method of producing papain preparation in gel based on food chitosan and chitosan succinate
RU2750378C1 (en) * 2020-07-28 2021-06-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method for producing immobilized enzyme preparation based on papain, polysaccharides modified with vinyl monomers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2006135434A (en) * 2006-10-06 2008-04-20 Сергей Борисович Улитовский (RU) DENTAL PASTE CONTAINING PAPAIN, LACTOPEROXIDASE AND LACTOSE ENZYMES
CN105925554A (en) * 2016-06-22 2016-09-07 瑞安市智造科技有限公司 Method for purifying papain through double-water phase extraction-ultrasonic wave combined separation
RU2712690C1 (en) * 2019-03-07 2020-01-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method of producing papain preparation in gel based on food chitosan and chitosan succinate
RU2750378C1 (en) * 2020-07-28 2021-06-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Method for producing immobilized enzyme preparation based on papain, polysaccharides modified with vinyl monomers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baidamshina et al. Anti-biofilm and wound-healing activity of chitosan-immobilized Ficin
Mathur et al. Chitin and chitosan, versatile polysaccharides from marine animals
Aranaz et al. Functional characterization of chitin and chitosan
EP1483299B1 (en) Cell wall derivatives from biomass and preparation thereof
US4613502A (en) Proteolytic, dry biopolymeric composition for treatment of wounds, and method of using same
Anna et al. Pharmacological and biological effects of chitosan
JPH10502665A (en) Wound healing agent
Rezakhani et al. Immobilization of protease in biopolymers (mixture of alginate-chitosan)
Saravanan et al. A review on extraction of polysaccharides from crustacean wastes and their environmental applications
JPH02219571A (en) Modified protease and production thereof
RU2795425C1 (en) Method for obtaining hybrid preparation of papain and carboxymethylcellulose in the form of a dense solution
RU2677858C2 (en) Method for obtaining heterogeneous enzyme preparation based on ficin, with wound-healing and regenerative properties
RU2303984C2 (en) Superbranched amylopectin applicable in methods for surgically and therapeutically treating mammals or in methods for diagnosing diseases primarily as volume plasma-substitute
RU2711786C1 (en) Method for producing a heterogeneous bromeline preparation which is covalently bound to a chitosan matrix
RU2712690C1 (en) Method of producing papain preparation in gel based on food chitosan and chitosan succinate
Holubova et al. Enhanced multiparametric hyaluronan degradation for production of molar-mass-defined fragments
RU2792783C1 (en) Method for obtaining ficin and chitosan acetate hybrid preparation in the form of a dense solution
RU2819793C1 (en) Method of producing a hybrid preparation of bromelain and chitosan ascorbate in form of a thick solution
RU2788454C1 (en) Method for producing hybrid preparation of bromelain and carboxymethylcellulose in the form of a dense solution
RU2750377C1 (en) Method for producing immobilized enzyme preparation based on bromelain, hyaluronic acid and polysaccharides modified with vinyl monomers
RU2788455C1 (en) Method for obtaining a composite preparation of papain and sodium alginate in the form of a thick solution
RU2792785C1 (en) Method for obtaining composite preparation of bromelain and sodium alginate in the form of a dense solution
RU2750378C1 (en) Method for producing immobilized enzyme preparation based on papain, polysaccharides modified with vinyl monomers
RU2750382C1 (en) Method for producing immobilized enzyme preparation based on collagenase, hyaluronic acid and polysaccharides modified with vinyl monomers
RU2769243C1 (en) Method for producing heterogeneous enzyme preparation based on ficin and low-molecular chitosan