医用固定化酶
酶是生物催化剂,它可以催化生物体内的化学反应,其特点是在温和条件下进行催化反应,比一般催化剂速度快106~1010倍。此外,还具有特别高的选择性。人体内的酶多数是与细胞相联接,即固定化酶。固定化酶是用物理或化学的方法,将酶限制在某一个固定区域,同时保持酶的催化活性,并可以重复使用。固定化酶通常分为载体结合法、交链法、包埋法三类: 载体结合法是指将酶与水不溶性载体结合起来; 交链法是利用双官能或多官能试剂将酶分子交链起来; 包埋法是将酶固定在一个网状半透膜之中,或用该膜将酶包裹起来。
固定化酶在诊断与分析方面的应用 近几年固定化酶在临床诊断和分析方面应用发展极为迅速,很多常规的分析方法均已为固定化酶的自动分析所代替。利用固定化酶做临床分析有选择性强、灵敏度高、速度快、自动化程度高和无污染等优点。
(1) 酶电极: 是固定化酶和离子选择电极的组合。它所选用酶能专一地或高度选择性地与待测物作用,所制备的离子选择电极能测定某反应物的减少,或某产物的产生。将该配套组合的电极插到溶液中去,就可直接检出待测物的浓度。例如将葡萄糖氧化酶固定在电极上形成酶膜,可通过电流测定法,用O2电极测定O2的吸收来检测葡萄糖。用这种方法还能检测尿素、尿酸、氨基酸、乳酸和磷酸根离子等。很多临床检测的自动化靠酶电极来实现。
(2) 酶试纸: 将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶固定化后可测定尿中的葡萄糖含量。这种葡萄糖试纸是半定量的,可以用来分析八种不同浓度的葡萄糖,分析速度是每小时120个样品。将半乳糖氧化酶固定在试纸上 (配合—种指示剂),放在尿中可发生颜色变化,由颜色深度可测出半乳糖的含量。
(3) 酶管: 将脲酶和葡萄糖氧化酶固定在尼龙管上,可以进行尿素和葡萄糖的自动分析。
(4) 酶联免疫吸附分析: 传染病的病源或病因有时不易确定,通常需要测定某一种微生物所引起抗体的增长来判断。Engvall和Perlmann采用酶联免疫吸附分析(简称ELISA)技术,可以定量测定抗原抗体,其原理和同位素标记一样,只是将酶代替同位素作为标记。其优点是标记后试剂稳定、便宜、方便(只需光度计)、易于自动化、安全(无放射性)及灵敏度高。方法是用交链剂如二异腈酸酯或羰二亚胺等与抗原或抗体联接。然后,使抗原或抗体与酶联固相载体相联。当底物加到这个试剂中时,酶就与底物发生反应,用光度计定量测定产物的量,就可以算出抗原或抗体的浓度。常用的酶有碱性磷酸酶和辣根过氧化物酶。这个方法测定了沙门菌O抗体,鼠伤寒沙门菌O抗体,弧菌霍乱O抗原的抗体以及肠毒素,大肠杆菌O及K的抗体,布鲁杆菌病中的抗体。利用ELISA测定病人血清中抗体,可以帮助诊断寄生虫病,如肠虫病、毛线虫病、包虫病及血吸虫病等。该方法对病毒的研究也起了重要的作用。成功地对涎腺病毒、麻疹、虫传病毒、腺病毒以及乙性肝炎抗体进行了测定。
固定化酶在治疗方面的应用 酶在治疗方面的应用已广泛受到人们的重视,从主要应用于助消化扩大到消炎、抗凝、促凝及其他方面。近年应用固定化酶在治疗先天酶缺乏病方面,受到人们极大的重视。某些疾病的发生,是由于某种酶的不足或缺陷或酶活力下降所致,人类有100种以上的变态和疾病与酶缺乏有关。例如过氧化氢酶血症,是由于缺乏过氧化氢酶而引起的;白化症是由于缺乏酪氨酸羟化酶以及苯丙酮酸; 尿症是缺乏苯丙氨酸羟化酶。治疗上述疾病时,将原酶直接注入人体内会产生原酶本身的降解失效、免疫排斥作用及过敏反应等问题。自从本世纪初Garrod首先提出用酶治疗这类疾病以来,直到近二十年来,人们才对酶缺乏病的治疗有了一些初步了解,认识到需将酶用一个载体将其保护或固定化。例如将酶与白蛋白、聚乙二醇、胶原以及聚DL1丙氨酸等相联,就能降低酶在人体内的降解。例如白蛋白联接的尿激酶在人体内循环,由原酶半衰期为2小时增加到18小时。同时用聚乙二醇与酶联接后,它的免疫排斥及过敏作用也大幅度下降。
利用固定化酶(脲酶的微囊剂)对狗进行血液灌流,尿素分解后放出的NH3用树脂或磷酸锆来吸附,以降低血中尿素的含量。当前此法存在的问题是没有一种已知高效氨吸附剂。用固定化酶将氨转化为氨基酸,后者可为人体所吸收。方法是先用脲酶将尿素分解为氨,生成的氨与2-酮基戊二酸在光氨酸脱氢酶的催化下,合成谷氨酸。
采用口服脲酶——磷酸锆微囊剂,对治疗慢性尿毒症有较好的效果,称之为“口服型人工肾”。