生物技术制药-课件第一、二章

第一章绪论第一节生物技术制药的概念和内容一、生物技术制药的概念1、生物技术制药：是指利用生物系统或通过生物反应过程生产药物的技术。2、生物技术制药学：是一门阐明生物药物的研制原理、生产工艺及其分离纯化技术的应用学科。现代生物技术制药学是医学、药学、生物学、化学、工程学与现代生物技术等相结合而形成的综合学科。现代生物技术包括：基因工程，细胞工程，酶工程，发酵工程，生化分离工程。3、生物药物：是指以生物资源为原料或以生物技术为手段开发生产的用作疾病的预防、诊断和治疗的医药品。4、生物新技术药物：是指采用基因工程技术、细胞工程技术、抗体工程技术以及其他生物新技术开发生产的重组蛋白质类、抗体类和核酸类药物。二、生物技术制药的研究内容和涉及的技术领域1、发酵工程制药是指利用微生物的代谢过程生产药物的技术。利用发酵工程生产的药物有：抗生素、维生素、氨基酸、核酸、有机酸、蛋白质和肽类、酶类、激素类和免疫调节剂类等。主要研究微生物优良菌种的选育、发酵工艺优化和产品的分离纯化等问题。2、基因工程制药是指利用重组DNA技术改造生物物种的遗传物质结构，借助重组生物细胞以生产药物或预防、治疗疾病的综合技术。主要研究相应目的基因的分离、鉴定和克隆，基因重组载体的构建与导入，目的产物的表达及其分离纯化等问题。3、细胞工程制药在细胞和细胞器水平上对生物的遗传物质改造的基础上，利用动、植物细胞的大规模培养来生产药物的技术。可生产天然动、植物药物，疫苗，人类生理活性因子等重组DNA产品。主要研究动、植物细胞高产株系的选育、培养条件的优化、新型生物反应器的设计和应用以及产物的分离纯化等问题。4、酶工程制药是指利用游离或固定化的酶为催化剂生产药物的技术。作用：除能全程合成药物分子外，还能用于药物分子的转化。特点：生产工艺结构紧凑、专一性强，目的产物产量高、容易回收，酶可重复利用等特点。任务：主要研究酶的来源，酶的分离制备，酶的固定化，酶反应器及相应操作条件的优化等。5、生化工程制药是指利用生化分离技术从生物反应液或天然生物资源中提取分离制备药物的技术。主要研究药用生物资源的选择，药用成分的种类、含量及其分布，药物的结构、性质及其提取纯化工艺的优化。作业：1、名词解释生物技术制药，生物药物，生物新技术药物2、生物技术制药涉及的技术领域第二节生物药物的性质与分类一、生物药物的性质1、药理学特性（1）治疗的针对性强，疗效可靠。治疗的生理、生化机制合理，如胰岛素治疗糖尿病。（2）药理活性高。是从大量原料中精制出的高活性物质。（3）毒副作用小，营养价值高。主要有蛋白质、核酸、糖类和脂类等。（4）生理副作用常有发生。生物间存在种属和个体差异，不同生物中活性物质结构有很大差异，常出现免疫反应、过敏反应。2、在生产、制备中的特性（1）有效物质含量低，杂质种类多且含量高。如：胰腺中胰岛素的含量仅为0.002%，生长激素抑制素（Somatostatin）在十万只羊的下丘脑中仅含有1mg。（2）稳定性差，易变性、易失活。生物药物以其严格的空间构象来维持其生物活性功能，具有特定的活性部位，一旦遭到破坏，就失去其药理作用。（3）易腐败。均为营养价值高的物质，极易染菌、腐败，从而造成有效物质被破坏、失去活性。（4）对环境条件敏感，生产条件的变化对产品质量的影响较大。（5）相对分子量较大（几千至几百万），组成分复杂，常以多组分存在，大多是复杂蛋白质的混合物。（6）用量少，价值高。（7）注射用药有特殊要求。生物药物易被肠道中的酶所分解，给药途径主要是注射用药。对药品制剂的均一性、安全性、稳定性、有效性等都有严格要求。3、检验上的特殊性由于生物药物具有特殊的生理功能，因此生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生物活性检验指标，这是生物药物生产开发的关键。二、生物药物的质量保证许多生物药物（细胞因子药物）都参与人体机能的精细调节，任何性质或数量上的偏差，都可能贻误病情甚至造成严重危害，因此必须进行严格的质量控制。生物药物的质量控制包括以下几项要点：产品的结构和性质鉴别，纯度、活性、安全性、稳定性和抑制性检验或试验。任何单一的分析方法都无法满足对该类产品的检测要求，需综合化学、生物化学、免疫学、微生物学、细胞生物学和分子生物学等多门学科的相关理论和技术。1、鉴定方法（1）化学方法：生物药物结构、性质和纯度的鉴别常采用化学方法，包括元素分析、红外、紫外、核磁共振和质谱等方法。（2）生化和生物学方法欲确定生物大分子的分子质量、特定的空间立体结构和特定的生理功能还需要结合生化和生物学方法加以确定。包括电泳方法、受体结合试验、免疫学分析方法等。2、安全性评价通过动物试验来鉴定其安全性。（1）一般安全性要求：无菌、无病毒、无热原、无致敏原等。（2）药代动力学和毒理学研究。（3）致突变、致癌和致畸等遗传毒理性质的考察。三、生物药物的分类可按其原料来源、或按其生理功能和临床用途、或按其生物化学性质来分类。通常按其生物化学性质来分类。（一）按所采用的技术手段来分1、生物技术药物指采用DNA重组技术、蛋白质工程技术、单克隆抗体技术等现代生物技术研制的重组蛋白质类、抗体类和核酸类药物。（1）重组蛋白质类①细胞因子类：包括干扰素（INF）类、白细胞介素(IL)类、集落刺激因子(CSF)类、生长因子(GF)类、肿瘤坏死因子（TNF）类。②激素类：生长激素、胰岛素等。③治疗心脑血管病的活性蛋白质类：包括溶解血栓类、血凝因子类。④治疗和营养神经的活性蛋白质类：包括神经生长因子、神经营养因子、神经营养素等。⑤可溶性细胞因子受体类：包括IL1受体、IL4受体、TNF受体等。⑥导向毒素类：包括IL2导向毒素、IL4导向毒素、单克隆抗体导向毒素等。（2）抗体药物由分化的B淋巴细胞产生的能与抗原特异性结合的免疫球蛋白。（3）核酸药物（基因药物）分为反义核酸、核酶、脱氧核酶、抗基因寡核苷酸和基因疫苗与基因药物。多用于有害基因的诊断与治疗，阻断有害基因的表达。2、天然生化药物采用生化分离技术直接从动物、植物、微生物和海洋生物中分离提取制备的天然药物。3、微生物药物利用微生物发酵工程技术生产的药物。4、合成与部分合成的生物药物根据天然药物的结构，采用化学合成技术开发生产的药物。（二）按功能和用途来分1、治疗药物用于疾病的治疗（疑难病、多发病），如糖尿病、免疫缺陷病、心脑血管病、肿瘤等。2、预防药物用于传染病的预防，包括各种疫苗、菌苗和类毒素等。3、诊断药物用于疾病的临床诊断。包括免疫诊断试剂、酶诊断试剂、抗体诊断试剂、基因诊断药物和放射性诊断药物等。（三）按药物的化学本质和生物化学性质来分类1、氨基酸及其衍生物类谷氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、N-乙酰半胱氨酸、L-二羟基苯丙氨酸等20多种氨基酸及其衍生物，全世界总产量达数百万吨。2、有机酸类乙酸、乳酸、苹果酸、衣康酸、柠檬酸、葡萄糖酸、2-酮葡萄糖酸、D-异抗坏血酸、丙酮酸等。3、酮醇类乙醇、丙醇、丁醇、甘油等。4、维生素类维生素B2、维生素B12、β-胡萝卜素、维生素C和维生素D的前体麦角醇等。5、酶及辅酶类（1）酶类药物①消化酶类：胰酶、胃蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。②消炎酶类：溶菌酶、胰蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶、木瓜凝乳蛋白酶等。③心血管疾病治疗酶：弹性蛋白酶、激肽释放酶（扩张血管、降血压）、尿激酶、纤溶酶、溶栓酶等。④抗肿瘤酶：L-天冬氨酸酶（治疗淋巴瘤和白血病）、谷氨酰胺酶、蛋氨酸酶、组氨酸酶等。⑤其他酶类SOD：清除自由基、抗衰老，治疗类风湿关节炎和放射病。PEG-腺苷脱氨酶：治疗联合免疫缺陷症。RNA酶：用于抗RNA病毒。青霉素酶：治疗青霉素过敏。（2）辅酶类NAD，NADP（辅酶Ⅱ），FMN（黄素单核苷酸），FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸），辅酶Q10，辅酶A等。6、脂类（1）磷脂类：卵磷脂、脑磷脂，用于治疗肝病、冠心病和神经衰弱。（2）多价不饱和脂肪酸（PUFA）和前列腺素（PGI2）PUFA：有亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸，用于降血脂、降血压和抗脂肪肝。PGI2：抗血栓、抗动脉粥样硬化。（3）胆酸类：去氧胆酸（治疗胆囊炎），鹅去氧胆酸（溶胆结石、降低血胆固醇）。（4）固醇类：胆固醇（用于生产人工牛黄），麦角固醇，β-谷固醇（降低血胆固醇）（5）卟啉类：血红素，胆红素等（用于治疗肝炎和肿瘤的诊断）7、多肽和蛋白质类该类药物多是人体内的生理活性因子，包括激素、免疫调节剂和细胞生长因子等。该类药物分子量不同、性质差异较大。目前已用于临床的有19种，即将上市的有20多种。（1）蛋白质类：有血清白蛋白、丙种球蛋白和胰岛素等。（2）多肽类：有激素和免疫调节剂等。（3）细胞生长因子类：动物细胞分泌的具有多种生物活性的因子，对人类和动物细胞的生长与分化有重要调节作用。有干扰素（IFN）、白细胞介素（IL）、肿瘤坏死因子（TNF）、集落刺激因子（CSF）等四大类系列数十种细胞因子。如白细胞介素-2（IL-2）用于治疗肾细胞癌，即将上市的有IL-3、IL-6等。α-2a干扰素、α-2b干扰素用于治疗毛细胞性白血病，即将上市的有α-干扰素N3、β-1b干扰素、γ-干扰素和γ-1b干扰素等。8、核酸类及其降解物和衍生物类（1）核酸类：从牛、猪的肝脏中提取的RNA用于肝癌、肝硬化的治疗。免疫RNA（iRNA）用于肿瘤的免疫治疗。（2）多聚核苷酸：聚肌苷酸和巯基聚胞苷酸用于抗病毒、抗肿瘤。（3）核苷、核苷酸及其衍生物：ATP、CTP、cAMP、CDP-胆碱等，可将它们经化学修饰后用于治疗肿瘤和抗病毒。9、糖类活性多糖有抗凝血、降血脂、抗病毒、抗肿瘤、增强免疫功能、升高白细胞和抗炎等作用。有银耳多糖、灵芝多糖、茯苓多糖、香菇多糖、肝素、透明质酸、壳聚糖、刺参多糖等。10、生物制品类指从微生物、原虫、动物或人体材料直接制备或用现代生物技术、化学方法制成的作为预防、治疗和诊断特定传染病或其他疾病的制剂。生物制品用于各种传染病的诊断、预防和治疗，包括各种疫苗、菌苗和类毒素。作业：1、阐述生物药物的特性。2、阐述生物药物的质量保证措施。第二章基因工程制药第一节基因工程制药概述一、基因工程的概念基因工程（Geneengineering）又称DNA重组技术（DNArecombinationtechnology）：是指按人的意志，将某一生物体（供体）的遗传信息（目的基因）在体外经人工与载体DNA重组，构成重组DNA，然后转入到另一生物体（受体）细胞中，使被引入的外源DNA片段（目的基因）在受体细胞内得以表达和遗传。基因工程是能人工定向改造生物遗传性状的育种新技术。二、基因工程技术的优点1、它能从极其复杂的各种生物细胞内获得所需的目的基因，并将此目的基因在体外进行剪切、拼接、重组，并转入到受体细胞中，从而合成出人们所需的新产物。2、它能使带有各种各样遗传信息的DNA片段越过不同生物物种间特异的细胞壁而转入到完全不同的生物体内，定向地控制、修饰和改变受体的遗传和变异，从而创造出自然界所未有的具有新的遗传性状的生物新种，并增产出数百数千倍人们所需的生物新药。三、在生物技术体系中的作用基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程是组成生物技术的主体，它们是相互依赖、相辅相成的。在这些技术体系中基因工程起着主导作用，因为只有用基因工程改造过的生物细胞，才能赋予其他技术以新的生命力。生物药物1997年在国际市场销售额有260亿美元，有50多种投放市场，正在临床试验的有200多种，其中有100多种很快上市。第二节基因工程常用的工具酶和克隆载体一、基因工程制药中常用的工具酶基因工程的重要特点之一是在体外实行DNA分子的切割和重新连接。例如：要获得所需药物的目的基因并要将此特定目的基因与载体DNA连接在一起，在很大程度上依赖于某些工具酶。因此，基因工程要得以实施，首先要为体外操作