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制药工程专业导论生物制药一、生物技术药物的定义和分类1、生物技术药物的定义生物技术药物目前还没有统一的界定，比较广义的生物技术药物的一般概念是：利用生物技术生产的在生物体内存在的天然活性物质。这一定义有两个关键词：一是生物技术，包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、微生物发酵工程、生物电子工程、生物信息技术与生物芯片、生物材料、生物反应器、大规模蛋白纯化制备技术等；二是天然活性物质，即生物技术药物的来源是细菌、酵母、昆虫、植物和哺乳动物细胞等各种生物内的特征细胞产物。更广义的生物制药是指利用现代生物技术发现、筛选或生产得到的药物。这种界定既包括利用生物技术作为发现药物的研究工具而发现的小分子药物，如利用基因技术或高通量药物筛选技术等确定药物靶标，筛选得到的小分子药物；又包括利用生物技术作为药物生产新技术方法得到的药物。目前生物制药比较流行的界定是狭义的生物技术药物，主要指基因重组的蛋白质分子类药物。狭义的生物技术药物是指利用基因工程、抗体工程或细胞工程技术生产的源自生物体内的天然物质，用于体内诊断、治疗或预防的药物。2、生物技术药物的分类生物技术药物主要包括：激素、酶、生长因子、疫苗、单克隆抗体、反义寡核苷酸或核酸、细胞治疗或组织工程产品等。(1)天然生物药物：如生化药物、微生物药物和海洋药物；(2)基因重组多肽和蛋白质治疗剂(包括基因工程和蛋白质工程药物)，如用DNA重组技术制造的多肽、蛋白质、激素、酶、细胞因子、单克隆抗体和疫苗等；(3)基因药物，即以遗传物质DNA、RNA及核苷酸衍生物为基础研制而成的基因治疗剂，如基因疫苗、反义药物、干涉核酸和核酶等；(4)合成与部分合成的生物药物。二、中国生物制药的发展近20年来，国内的生物医药领域以基因工程、细胞工程、酶工程为代表的现代生物技术迅猛发展，人类基因组计划等重大技术相继取得突破，现代生物技术在医学治疗方面广泛应用，生物医药产业化进程明显加快。1、中国生物制药产业结构1）中小型生化制药企业：在上世纪五六十年代逐步建成和发展起来，主要生产脏器制品和生化药物，如从猪胰脏中生产胰酶和胰岛素，从猪脑垂体中生产后叶针、缩宫素和加压素等。到上世纪80年代以后，随着生物分离工程技术的发展，这类企业逐步壮大、整合、发展成为现代生化制药企业。2）大型微生物制药企业：以发酵工程和酶工程为主体，大批量生产抗生素、有机酸、维生素和氨基酸类药物，如华北制药、山东鲁抗制药、东北制药总厂等。中国的氨基酸工业年生产能力已达20多万吨，其生产企业近百家，如湖北八峰氨基酸公司。3）现代生物工程制药企业：据不完全统计，中国国内目前有300多家单位从事生物工程研究，有200余家现代生物医药企业，50多家生物工程技术开发公司，其中有60余家已投入生产，技术水平较高，基因工程研究技术相对成熟，已上市近30种生物技术药物，主要有基因工程药物、疫苗和单克隆抗体，并开始步入自主创新研发阶段。如沈阳三生制药、海南新大洲药业、深圳海王药业、珠海丽珠制药、北京四环生物制药等。三、世界生物制药的发展近年来，以基因工程、细胞工程、酶工程为代表的现代生物技术迅猛发展，人类基因组计划等重大技术相继取得突破，现代生物技术在医学治疗方面广泛应用，生物医药产业化进程明显加快。20世纪90年代以来，全球生物药品销售额以年均30%以上的速度增长，大大高于全球医药行业的增长速度。2003年全球生物医药销售额约为400亿美元，2004年达到600亿美元。生物医药产业正快速地由最具发展潜力的高技术产业向高技术支柱产业发展。四、生物制药的内容1、基因工程（geneticengineering）如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。这种做法就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。目前已研制成功近百种基因工程药物和疫苗：红细胞生成素（EPO）、重组胰岛素、生长激素（rhuGH）、干扰素、粒细胞集落刺激因子（G-CFS）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GbI-CFS）等。2、微生物工程（发酵工程，fermentationengineering）发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。3、细胞工程（cellengineering）指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大类。自1975年英国剑桥大学的科学家利用动物细胞融合技术首次获得单克隆抗体以来，许多人类无能为力的病毒性疾病遇到了克星。用单克隆抗体可以检测出多种病毒中非常细微的株间差异，鉴定细菌的种型和亚种。这些都是传统血清法或动物免疫法所做不到的，而且诊断异常准确，误诊率大大降低。例如，抗乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）的单克隆抗体，其灵敏度比当前最佳的抗血清还要高100倍，能检测出抗血清的60％的假阴性。单克隆抗体的应用：“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，消灭了癌细胞不伤害健康细胞。把单克隆抗体与抗癌药物结合起来，就成为威力强大的抗体“导弹”。把这种抗体“导弹”注射到癌症患者的血液中，它就会发挥导弹样的作用，在患者体内追踪并附着于癌细胞上，然后与抗体结合的抗癌药物杀伤和破坏癌细胞，而且很少损伤正常组织细胞。这种抗体“导弹”具有高度选择性，对癌细胞命中率高，杀伤力强的优点，没有一般化学药物那样不分好坏细胞，格杀勿论的缺点。美国约翰·霍普金斯医院应用抗体“导弹”治疗晚期肝癌病人，收到惊人效果。肝脏肿癌显著缩小，生存期延长，而且没有副作用。植物细胞工程常用技术手段：植物组织培养，植物体细胞杂交。理论基础：植物细胞的全能性。植物组织培养植物组织培养技术的应用范围：快速繁殖、培育无病毒植物，通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。4、酶工程（enzymeengineering）酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。课后思考题：1、了解生物技术与生物制药的发展？2、生物制药的研究范围有哪些？