搜索
生物技术制药BiotechnologicalPharmaceutics一、课程内容•第一章绪论•第二章基因工程制药•第三章动物细胞工程制药•第四章抗体制药•第五章植物细胞工程制药•第六章酶工程制药•第七章发酵工程制药Chapter1绪论第一节生物技术的发展史一、生物技术（biotechnology）生物技术：以生命科学为基础，利用生物体（或生物组织、细胞及其组分）的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，并与工程相结合，利用这样的新物种（或品系）进行加工生产，为社会提供商品和服务的一个综合性的技术体系。包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、生化工程以及后来衍生出来的第二代、第三代的蛋白质工程、抗体工程、糖链工程和海洋生物技术等。⑴不可取代性（育种、制药）⑵快速、精确（单克隆抗体检测妊娠）⑶低耗、高效（生物酶催化：化学催化）⑷副产物少、副作用小、安全性好⑸高附加值性⑹符合生态型的经济技术发展体系生物技术的优越性现代生物技术的基础学科和分支•分子生物学•微生物学•生物化学•遗传学•细胞生物学•化学工程现代生物技术医药生物技术生物技术疫苗生物技术诊断农业生物技术家畜生物技术海洋生物技术二、生物技术发展简史•传统生物技术的技术特征是酿造技术•公元前6000年古代巴比伦人酿造啤酒•公元前4000年埃及人发酵面包•我国殷朝制酱•周朝制醋•特点:自然发酵、全凭经验•１传统生物技术阶段•近代生物技术的技术特征是微生物发酵技术•1674年荷兰布商列文虎克自制了高倍显微镜(300倍左右)观察到了微生物。•1865年法国科学家巴斯德证明了发酵原理。•1928年英国Fleming发现青霉素•1940年英国弗洛里、钱恩分离出青霉素２近代生物技术阶段近代生物技术时期的特点：1.产品类型多初级（氨基酸、酶、有机酸）；次级（抗生素）；生物转化（甾体）等；2.生物技术要求高（纯种、无菌、通气、产品质量要求也高）；3.生产设备规模巨大500立方米，2000立方米；4.技术发展速度快。青霉素初期发酵效价为200U/ml,现在为80000U/ml。•现代生物技术的技术特征就是以基因工程为首要标志•1953年Watson、Crick提出DNA双螺旋结构•1973年建立DNA重组技术（Boyer&Cohen，美国）•1975年建立单克隆抗体技术（杂交瘤细胞）•1978年大肠杆菌表达出胰岛素•1997年英国克隆多利羊•３现代生物技术•现代生物技术包括:•⑴重组DNA技术•⑵细胞和原生质体融合技术•⑶酶和细胞的固定化技术•⑷植物脱毒和快速繁殖技术•⑸动物和植物细胞的大量培养技术•⑹动物胚胎工程技术•⑻现代生物反应工程和分离工程技术•⑼蛋白质工程技术•⑽海洋生物技术•⑺现代微生物发酵技术不能忘记的人JDWatsonFHCCrick1953年4月25日，英国《自然》杂志发表了沃森和克立克的文章“核酸的分子结构—DNA的一个结构模型”。标志着DNA双螺旋结构的建立，从此，遗传学和生物学的历史从细胞阶段进入了分子阶段。不能忘记的人FSangerWGilbertSanger（英国化学家）最早测定胰岛素的氨基酸顺序获得1958年诺贝尔化奖。22年后，他因测定了一种噬菌体的一级结构获1980年的诺贝尔化学奖。Gilbert在DNA测序领域，因其卓越的工作获得1980年诺贝尔化学奖。不能忘记的人PaulBergBerg（美国生物化学家）通过把两个不同来源的DNA连结在一起并发挥其应有的生物学功能，证明了完全可以在体外对基因进行操作。他作为“重组DNA技术之父”于1980年获诺贝尔化奖。不能忘记的人KaryBMullis1985年穆利斯发明了高效复制DNA片段的聚和酶链式反应（PCR）技术，利用该技术可从极其微量的样品中大量生产DNA分子，使基因工程获得了革命性发展。第二节生物技术药物生物技术制药：生物技术药物：生物药物：采用现代生物技术，按照人的设想，借助动植物微生物来生产所需的医药品。一般来说,采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物。生物技术药物、生化药物、微生物药物、海洋药物、生物制品的统称。生物技术药物分类•重组蛋白质药物•治疗性抗体药物•核酸药物干扰素、生长激素、胰岛素、集落刺激因子等Panorex单抗用于结肠直肠炎治疗Zenapax用于治疗急性肾移植排斥反应反义核酸、核酶、脱氧核酶、抗基因寡核苷酸、裸DNA疫苗与基因药物生物技术药物的特性•1.分子结构复杂•2.具有种属特异性•3.治疗针对性强、疗效高•4.稳定性差•5.基因稳定性•6.免疫原性•7.体内的半衰期短•8.受体效应•9.多效性和网络性效应•10.检验的特殊性第三节生物技术制药一、生物技术制药的特征•高技术高知识层次的人才和高新的技术手段•高投入一个新的生物医药的平均费用为1～3亿美元，有的高达6亿。•高风险成功率为5%－10%，研制时间却需8－10年。•高收益利润率回报可高达10倍,上市后2－3便可收回投资。二、生物技术在制药中的应用•1.基因工程制药•（1）基因工程药物品种的开发生长激素抑制素1mg传统法：10万只羊的下丘脑，现：10L大肠杆菌培养液，0.3美元/mg•（2）基因工程疫苗•（3）基因工程抗体•（4）基因诊断与基因治疗•（5）应用基因工程技术建立新药的筛选模型•（6）应用基因工程技术改良菌种，产生新的微生物药物•（7）基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用将血红蛋白基因克隆进菌种后可提高菌种对缺氧环境的耐受力。•（8）利用转基因动、植物生产蛋白质类药物人体蛋白AAT10万美元/g，转基因羊羊奶中20g/L•2.细胞工程制药•（1）单克隆抗体技术•（2）动物细胞培养•（3）植物细胞培养生产次生代谢产物•3.酶工程制药•4.发酵工程制药•工艺改进、新药研制和菌种改造三、我国生物技术制药现状和发展前景•开始于20世纪70年代初，先是进行固定化酶的研究，以后固定化酶和固定化细胞的研究与应用得到发展。•70年代后期，开始跟踪国外基因工程技术的某些基础性工作。•80年代初期，开始乙型肝炎基因工程疫苗、基因工程干扰素的研究，生物技术方面的项目得到了国家的支持，其中-1b型干扰素为我国首创。•目前我国生物制药技术申报貌似“活跃”，实际上都是在围绕仅有的几个老品种进行改进或改制，完全创新技术很少。•与发达国家相比，我国生物技术实验室技术差距不大，但在产业化方面与世界的差距正在逐渐加大：当今世界有20多种畅销生物药时，我国能生产10种；而现在世界上有140多种时，我国却只能生产20多种。•由于我国医药生物技术成果缺乏自主知识产权，而目前我国生物制药公司中技术和产业发展比较成熟的也仅有北京天坛生物、深圳康泰生物、深圳科兴、长春金赛等少数几家企业，产业规模较小；而一些传统型的制药企业由于受技术条件等影响而难以迅速进入生物制药领域。医药生物技术发展展望•21世纪是医药生物技术快速发展的时期,生物制药、化学药物、中药形成三足鼎立,有效的为人类健康服务。•1.利用新发现的人类基因开发新型药物。人类基因组计划已完成。•1986年美国科学家达尔贝科提出的人类基因组计划，1990年启动该计划。23对染色体30亿对碱基，3.5万个基因进行测序。•美国承担54%，英33%，日7%，法2.8%,德2.2%,中国1%。•1999年中国加入人类基因组计划，投资3亿元，负责测定3号染色体3000万对碱基，2000年4月完成。•2.新型疫苗的研制艾滋病疫苗和基因型癌疫苗等。•3.基因工程活性肽的生产基因药物:淋巴因子、生长因子、激素和酶•4.其它医药业将得到不断改造和发展转基因药材（利用转基因的烟草来生产人造血浆将成为现实）5.新型生物反应器和新型生物技术不断出现•新型生物反应器有:气升式生物反应器流化床式生物反应器固定床式生物反应器袋式或膜式生物反应器中空纤维生物反应器等。四、我国的医药生物技术已上市的基因工程药物和疫苗•1995年白细胞介素-2•1996年α1b-干扰素α2a-干扰素α2b-干扰素•1997年粒细胞集落因子红细胞生成素•1992年乙型肝炎疫苗•作业：1、生物技术制药的概念。2、生物技术药物分为哪些类型？3、生物技术制药有哪些特征？Chapter2基因工程制药用途：主要用于癌症、人类免疫缺陷病毒性疾病、心血管疾病、糖尿病、贫血和许多遗传疾病的治疗。获取方式：生化提取基因工程表达成本高产量低质量难以保证成本低产量高活性强性质优实例：人生长激素（侏儒症）50具新鲜尸体脑下垂体中提取采用基因工程从1～2升细菌培养液中提取获得=1982年世界上第一个基因工程药物―重组人胰岛素获准生产销售，至今已有100多个生物技术药物上市;促红细胞生成素（EPO）以全球销售额38亿美元的业绩，居全球最畅销10种药物的第6名；美国是现代生物技术的发源地，一直稳居生物技术药物研发榜首,其2002年产值和销售额已超过200亿美元;1989年我国第一个拥有自主知识产权的基因工程药物--重组人干扰素（IFN–α1b）上市以来，目前，世界上销售额排前10位的生物技术药物我国已能生产8种。国际生物医药产业发展动态第一节概述•生物技术的核心就是基因工程，20世纪70年代基因工程诞生,最先应用在医药科学领域。•传统生物药物由于来源及制备上的困难、价格等因素的影响，此外在制备过程可能受到的病毒、衣原体、支原体等的感染等问题，促使人们寻求安全、实用、疗效可靠的新方法来制备生物药物。•（如：生长激素抑制素1mg传统法：10万只羊的下丘脑，现：10L大肠杆菌培养液，0.3美元/mg；尿激酶从男性尿中提取；胎盘丙种球蛋白从胎盘中提取。•应用基因工程技术可十分方便且有效地解决传统生物制药所遇到的问题，从量、质上都可以得到改进，且可以创造全新物质。•如今，癌症、病毒性疾病、心血管疾病以及内分泌等方面的预防、治疗和诊断已可通过基因工程技术获得。利用基因工程技术生产药品的优点：•（1）可以大量生产过去难以获得的生理活性蛋白和多肽（如胰岛素、干扰素、细胞因子等），为临床使用提供有效的保障；•（2）可以提供足够数量的生理活性物质，以便对其生理、生化和结构进行深入的研究，从而扩大这些物质的应用范围；•（3）利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的内源性生理活性物质；•（4）内源性生理活性物质在作为药物使用时存在的不足之处，可通过基因工程和蛋白质工程进行改造和去除。如白细胞介素-2的半胱氨酸改为丝氨酸或丙氨酸，白细胞介素-2的活性以及热稳定性均有提高；•（5）利用基因工程技术可获得新型化合物，扩大药物筛选来源。利用基因工程技术生产药品的优点：第二节基因工程药物生产的过程基因工程技术是将所要重组对象的目的基因插入载体、拼接、转入新的宿主细胞，构建成工程菌(或细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌(或细胞），内进行复制和表达的技术。基因工程药物生产的上游和下游•上游阶段：主要指的是目的基因分离、工程菌（或细胞）构建。上游阶段的工作主要在实验室内完成；•下游阶段：主要指的是从工程菌（或细胞）的大规模培养一直到产品的分离纯化、质量控制等。获得目的基因组建重组质粒培养工程菌构建基因工程菌或细胞产物分离纯化除菌过滤半成品检定包装成品检定基因工程药物制备的一般过程基因工程基本过程切接转增检工程菌（或细胞）构建中重要的工具•工具：酶•限制性内切酶•连接酶•逆转录酶•Klenow酶大片段（DNA聚合酶I）•核酸酶S1第三节目的基因的获得克隆真核基因常用方法：逆转录法和化学合成法。（不能直接分离？）一、逆转录法•逆转录法就是先分离纯化目的基因的mRNA，再反转录成cDNA，然后进行cDNA的克隆表达。•cDNA与模板mRNA序列严格互补，而不含内含子。•逆转录法的步骤•1、mRNA的纯化•2、cDNA第一链的合成•3、cDNA第二链的合成•4、cDNA克隆•5、将重组体导入宿主细胞•6、cDNA文库的鉴定•7、目的cDNA克隆的分离和鉴定cDNA克隆示意图mRNA逆转录酶ss-DNADNA聚合酶IKlenow片段ds-cDNAds-cDNA核