抗癌藥物紫杉醇的天然提取與分離技術

1、1.紫杉醇是什么？有什么作用？ 2.紫杉醇發(fā)現(xiàn)歷程？ 3.紫杉醇怎么獲得？紫杉醇簡介紫杉醇化學式：【化學名稱】 5，20-環(huán)氧-1，2，4，7，10，13-六羥基紫杉 烷-11-烯- 9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13（2R，3S）- N-苯甲酰-3-苯基異絲氨 酸酯 【分 子 式】 C47H51NO14 【分 子 量】 853.92 【物理性質】 白色結晶體粉末。無臭，無味。不溶于水，易溶 于氯仿、丙酮等有機溶劑。 純品紫杉醇外觀為白色結晶體粉末用于臨床的藥用紫杉醇一般為注射用制劑紫杉醇是紅豆杉屬植物中的一種復雜的次生代謝產物, 也是目前所了解的惟一一種可以促進微管聚合和穩(wěn)定已聚

2、合微管的藥物。同位素示蹤表明， 紫杉醇只結合到聚合的微管上， 不與未聚合的微管蛋白二聚體反應。細胞接觸紫杉醇后會在細胞內積累大量的微管，這些微管的積累干擾了細胞的各種功能，特別是使細胞分裂停止于有絲分裂期，阻斷了細胞的正常分裂。 通過-臨床研究，紫杉醇主要適用于卵巢癌和乳腺癌，對肺癌、大腸癌、黑色素瘤、頭頸部癌、淋巴瘤、腦瘤也都有一定療效。動物細胞的有絲分裂中心體年 代進 展1958 NCI開始大規(guī)模植物藥研發(fā)篩選1967 發(fā)現(xiàn)紫杉醇抗癌活性1968 從紅豆杉中分離出紫杉醇1971 完成結構鑒定1977 發(fā)表作用機制1983 臨床試驗1985 臨床II期1991 臨床III期1992 FDA批

3、準上市紫杉醇的研發(fā)過程50年代，Hartwell 及其同事著重研究了抗癌制劑鬼臼毒素及其衍生物的應用。同時，一系列尋找天然抗腫瘤成分的研究導致了像長春花堿、長春新堿及秋水仙堿等一系列具有代表性的抗癌藥物的產生。1971年，美國科學家Wanj及其同事從歐洲短葉紅豆杉(Taxus brevifolia)中分離得到一種具有細胞毒性的新二萜類化合物，命名為紫杉醇(Taxol)，藥理實驗證明，它具有廣譜抗癌作用，但由于其天然含量極低，故而在當時并未引起人們的注意。19771977年，年，Horwit.ZHorwit.Z博士發(fā)現(xiàn)其抗博士發(fā)現(xiàn)其抗癌機理在于能夠與動物細胞有絲癌機理在于能夠與動物細胞有絲分裂期

4、間產生的微管蛋白結合，分裂期間產生的微管蛋白結合，促進微管蛋白聚合裝配成微管二促進微管蛋白聚合裝配成微管二聚體，從而抑制細胞中微管的正聚體，從而抑制細胞中微管的正常生理解聚，使細胞有絲分裂停常生理解聚，使細胞有絲分裂停止在止在G2G2期及期及M M期，使細胞自然凋期，使細胞自然凋亡，從而阻止了癌細胞的快速繁亡，從而阻止了癌細胞的快速繁殖殖 紫杉醇最早由太平洋紅豆杉的樹皮中分離。 38 000棵紫杉樹中方可分離提純得到紫杉醇約 25kg。 對于成樹：樹皮樹葉樹根樹干種子心材。從天然植物的樹皮、枝葉等組織中粗提取紫杉醇得到是為了接下來的精制做準備的。日本學者對紫杉醇提取的溶劑種類進行了詳細的研究，

5、結果表明：在乙酸乙酯、乙醚、丙酮、甲醇、乙烷、異丙醇、乙酸乙酯-甲醇、乙酸乙酯-二氯甲烷、乙酸乙酯-丙酮、乙酸乙酯-乙醚等溶劑中，以乙酸乙酯-丙酮（體積比1:1）混合溶劑提取效果最好，所得浸膏僅為植物干重的7.7%，紫杉醇的含量高達浸膏的0.084%，而用甲醇提取所得的浸膏為植物干重的20.98%，紫杉醇的含量為浸膏的0.027%，尚需要多次抽提才能得到紫杉醇含量較高的浸膏現(xiàn)在看來利用乙酸乙酯-丙酮（1:1）一次便可以使紫杉醇提取量高于以往常用溶劑所能得到的量，這就為后續(xù)分離純化工作帶來很大的方便，由于乙酸乙酯-丙酮（1:1）的價格與甲醇的價格相當，且可以回收利用，因此，這一方法是較為經濟合理

6、的。但是浸膏都是在原材料干燥粉碎后直接用有機溶劑反復浸提的，故浸膏中除了目標物質紫杉醇外，還存有大量的色素，蠟質及其有著和紫杉醇一樣的碳骨架的類似物，這些雜質的存在都為后續(xù)的去雜提純增加了相當?shù)碾y度。沉淀法是沉淀法是利用某種利用某種沉淀劑沉淀劑使使需要需要提取的藥物或雜提取的藥物或雜質在溶液中的溶解度降低而形成霧定型固體的過質在溶液中的溶解度降低而形成霧定型固體的過程。沉淀法的優(yōu)點是設備簡單，成本低，原材料程。沉淀法的優(yōu)點是設備簡單，成本低，原材料易得，在產物濃度越高的溶液中沉淀越有利，收易得，在產物濃度越高的溶液中沉淀越有利，收率越高。沉淀一般只能達到初步純化的目的，技率越高。沉淀一般只能達

7、到初步純化的目的，技術較為成熟，在大規(guī)模生產中被廣泛應用。術較為成熟，在大規(guī)模生產中被廣泛應用。紫杉醇在己烷溶液中能產生沉淀，這個性質可以用來提取紫杉醇?？梢栽诖痔岬慕嘀刑砑蛹和椋兔鸦蜉p汽油等非極性溶劑將紫杉醇沉淀析出，非極性雜質則殘留于母液中被除去，從而得到純度較高的紫杉醇。但是，沉淀過程中生成的沉淀非常細微，即使使用也很難全部回收，導致了紫杉醇的較大損失。 膜分離法在近些年也開始用于分離紫杉醇烷類化合物。膜分離法（membrane separation）是利用具有一定選擇性、透過特性的過濾介質進行物質的分離純化，是人類最早應用的分離技術之一。 1994年，美國科學家Carver等人采

8、用平板式、中空纖維式和管式膜組件，對超濾膜和反滲透膜在紫杉醇烷類物質的分離過程中應用進行了研究，結果表明：采用膜分離法可以進一步粗濃縮提取過程所得的浸膏，可以使紫杉醇烷類物質的濃度提高5倍左右。這種方法的優(yōu)點是在提取過程中使紫杉醇的活性損失減至最小。超濾膜，是一種孔徑規(guī)格一致，超濾膜，是一種孔徑規(guī)格一致，額定孔徑范圍為額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微米的微孔過濾膜。在膜的一側施以適微孔過濾膜。在膜的一側施以適當壓力，就能篩出小于孔徑的溶當壓力，就能篩出小于孔徑的溶質分子，以分離分子量大于質分子，以分離分子量大于500道道爾頓、粒徑大于爾頓、粒徑大于220納米的顆粒。納米的顆粒。超濾膜

9、是最早開發(fā)的高分子分離超濾膜是最早開發(fā)的高分子分離膜之一，在膜之一，在60年代超濾裝置就實年代超濾裝置就實現(xiàn)了工業(yè)化現(xiàn)了工業(yè)化。超濾膜的工業(yè)應用十分廣泛，已成為新型化工單元操作之一。用于分離、濃縮、純化生物制品、醫(yī)藥制品以及食品工業(yè)中；還用于血液處理、廢水處理和超純水制備中的終端處理裝置。反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對膜一側的料液施加壓力，當壓力超過它的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側得到透過的溶劑，即滲透液；高壓側得到濃縮的溶液，即濃縮液。早期的色譜純化紫杉醇工藝是采用多根硅膠層析柱串聯(lián)的一種操作，但是因為硅膠對紫杉醇

10、的不可逆吸附造成了巨大的損失，使得紫杉醇的回收率很低，僅為0.004%左右。近年來，隨著色譜技術的進步，不斷有新的色譜技術被引入到紫杉醇的分離提取過程中來。除了高速液相色譜法（HPLC，其中包括正相-HPLC、反相-HPLC）外，還有薄層色譜法（TLC）、膠束電動毛細管色譜法（MECC）和高速逆流色譜法（HSCCC）等。HPLC流程示意圖各種類型的HPLC和TLC的共同缺點是負載量小，不適于日常大量的樣品處理，僅能達到半制備的規(guī)模水平。高效液相色譜是色譜法的一個重要分支，以液體為流動相，采用高壓輸液系統(tǒng)，將具有不同極性的單一溶劑或不同比例的混合溶劑、緩沖液等流動相泵入裝有固定相的色譜柱，在柱內

11、各成分被分離后，進入檢測器進行檢測，從而實現(xiàn)對試樣的分析。該方法已成為化學、醫(yī)學、工業(yè)、農學、商檢和法檢等學科領域中重要的分離分析技術。HSCCC是最有望成為一種大規(guī)模制備生產紫杉醇的方法。這種方法的主要優(yōu)點是：具有較高的樣品負載量，分離周期短，操作簡便，由于這種色譜法本身無固體載體，避免了分離樣品與固體表面產生化學反應而變性或不可逆吸附造成的樣品損失。不足之處在于紫杉醇和紫杉醇類似物cephalomannie不能完全分離開，大約有一半左右的二者混合物需要經過HPLC或者TLC再次分離才可以得到紫杉醇純品。MECCMECC雖然具有分離效率高、溶劑消雖然具有分離效率高、溶劑消耗小、速度快等優(yōu)點，

12、但是其處理耗小、速度快等優(yōu)點，但是其處理量小，操作復雜的缺點限制了其應量小，操作復雜的缺點限制了其應用范圍，目前只用于分析檢測。用范圍，目前只用于分析檢測。超臨界流體萃取是一種新型萃取分離技術。它利用超臨界流體作為萃取劑，從液體或者固體中萃取出特定成分，已達到分離目的。如何進行超臨界流體萃??？用哪種超臨界流體？什么是超臨界流體？圖為純流體的典型壓力-溫度圖，圖中線AT表示氣-固平衡的升華曲線，線BT表示液-固平衡的熔融曲線，線CT表示氣-液平衡的飽和液體的蒸汽壓曲線，點T是氣-液-固三相共存的三相點。將純物質沿氣-液飽和線升溫，當?shù)竭_圖中的C點時，氣-液的分界面消失，體系的性質變得均一，不再分

13、為氣體和液體，故C點稱為臨界點。改點處對應的溫度和壓力分別稱為臨界溫度和臨界壓力。圖中高于臨界溫度和臨界壓力的陰影區(qū)域屬于超臨界流體狀態(tài)。超臨界流體的特性密度 超臨界流體具有可壓縮性，其密度隨壓力增的而增大，在適當?shù)膲毫ο拢喈斢诹黧w的密度。黏度 超臨界流體的黏度極小，相當于氣體的黏度，具有良好的傳遞性和快速移動的能力。擴散力 超臨界流體具有較大的自擴散能力，是液體的100倍，因此比液體傳質好，并具有良好滲透能力。溶解性 超臨界流體對于不同的溶質，在不同的溫度壓力下，氣溶解度不同。選擇性 超臨界流體具有提取不同物質的特性，對于不同的組分，超臨界流體可以再不同溫度，壓力，夾帶劑下單獨提取。導熱性

14、 臨界點附近，物質的導熱率對溫度和壓力的變化十分靈敏，自然對流容易產生。超臨界流體固體萃取工藝流程 在萃取這一步工藝中，超臨界流體作為溶劑進入萃取器，在固體顆粒固定床的入口均勻分布，然后流經固體固定床并溶解固體中得待萃取物質。超臨界流體經過固定床的流動方向可以自上而下，也可以自下而上。萃取物和溶劑分離的工藝步驟實在分離器中完成的。含有溶質的超臨界流體離開萃取器后進入分離器，與溶質分離后的超臨界流體溶劑返回進入萃取器，循環(huán)使用。Tips:還包括處理液體的多級逆流超臨界流體萃取，此處不做展開。 溶劑的循環(huán)是很關鍵的步驟，一般有兩種方式，分別為壓縮機循環(huán)方式和泵循環(huán)方式。在壓縮機循環(huán)方式中，超臨界狀態(tài)的溶劑首先通過改變其狀態(tài)與溶質分離，然后調節(jié)溫度和壓力成為，再由壓縮機增壓至萃取的壓力條件，經調溫至萃取溫度后，再次進入萃取器。在泵循環(huán)方式中，超臨界狀態(tài)的溶劑還是首先改變其狀態(tài)達到分離溶質的目的，然后調節(jié)溫度和壓力成為，再由泵加壓至萃取壓力，再調溫至萃取溫度，返回萃取器。兩種方法各有優(yōu)缺點。下面以復旦大學的實驗設備為例，講解下面以復旦大學的實驗設備為例，講解CO2超臨界流體萃取的原理及其設備。超臨界流體萃取的原理及其設備。CO2和修飾劑分別由CO2泵和修飾劑泵打入各泵的錐形腔體中