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1第一讲：生物技术制药研究进展21生物技术制药－参考文献1.现代生物技术导论，瞿礼嘉、顾红雅、陈章良著，第二版，高等教育出版社，2004.92.生物技术制药，熊宗贵主编，高等教育出版社，19993.生物技术制药概论，姚文兵主编，中国医药科技出版社，20034.生物工程学报，国家科学委员会生物工程开发中心主办5.中国生物工程杂志，中国科学院文献情报中心主办31生物技术制药－目的和要求1.掌握生物技术制药的基本概念。2.了解生物技术制药的基本内容。3.开阔思维，扩大知识面。4.掌握生物技术制药基本英文词汇。5.按时上课，认真听讲。6.根据指定的题目，通过阅读参考文献，完成课程论文，并准时上交。41第一讲主要内容生物技术发展史生物技术和生物药物的概念生物技术药物的分类及常见生物技术药物生物技术药物的特点生物技术药物开发一般过程生物技术产业发展现状生物技术药物热点和发展趋势全球著名生物技术公司简介51生物技术发展简史一、传统生物技术阶段：主要以酿酒和制醋为主1.早在公元前5000年，就出现了酿酒和制醋的生产技术；2.1680年发明了显微镜，才知道自然界有微生物存在；3.1857年，用实验方法证明酒精发酵是活酵母所引起的结果；4.1897年，发现磨碎的死酵母仍能使糖发酵成酒精，并将其中的活性物质称为“酶”。61二、近代生物技术阶段：主要以微生物发酵为基础1.1928年，英国的Fleming发现青霉素。2.1940年，提取获得青霉素，并临床证明了其疗效好和毒性低的特定。3.1941年，美国和英国合作开发出生产效率高、产品质量好、通入无菌空气进行搅拌发酵的培养方法生产技术，大大提高了青霉素的生产效率，并为生物技术的发酵工业带来革命性的变化。4.链霉素、金霉素和红霉素等相继问世，氨基酸发酵和酶制剂工业也得到发展。这个时期医药业主要生产抗生素、维生素、甾体激素和氨基酸。三、现代生物技术阶段711.1953年发现DNA双螺旋结构开始，从此分子生物学诞生。2.1961－1965年间，遗传密码被破译，1974年建立了DNA重组技术。3.1975年，通过化学诱导使鼠的脾细胞和鼠的骨髓瘤细胞融合，所产生的鼠杂交瘤细胞获得来自骨髓瘤细胞连续复制的能力和脾细胞产生期望单克隆抗体的能力。PCR技术的发明不仅可以在体外获得足够多的DNA用于基因操作和克隆，而且可定点突变基因，获得新型产物。4.1988年，美国国会批准“人类基因组计划”，Watson出任计划的负责人，这项计划被誉为生命科学的“阿波罗登月计划”预计总投入为30亿美元，15年完成。2003年便宣告完成，仅用了13年，比预期的节省了3亿美元，中国承担1％的测序任务，是唯一一个参加的发展中国家。81生物技术发展简史－现代生物技术阶段198219881997200119531974197519661977ACGTTACGGCTAATGCTADNA双螺旋结构发现全部遗传密码的破译DNA重组技术的建立单克隆抗体技术的建立第一个人的基因获得克隆第一个重组动物疫苗在欧洲获批准第一个单克隆抗体诊断试剂盒在美国批准使用19811982Genentech公司获得重组人胰岛素生产许可PCR技术问世1988人类基因组计划开始实施1990第一个体细胞基因治疗方案在美国获批准克隆羊多莉诞生人类基因组草图完成人类基因组30亿碱基对测序完成200391生物技术制药和生物药物定义生物技术制药采用现代生物技术，人为的创造一些条件，利用各种生物有机体（包括微生物和动、植物），来生产特定的生物医药品。生物药物（Biopharmaceutical）利用生物体的初级或次级代谢产物、生物组织或整个生物体来生产用于预防、诊断或治疗疾病的医用品。101生物技术药物分类生物药物包括天然生化药物、生物制品和生物技术药物1.天然生化药物：天然存在于动物、植物、微生物以及各种海洋生物等生物体内，直接通过提取、分离和纯化获得的有效的药理成分。2.生物制品：包括各类疫苗、各种血液制品以及免疫诊断用品。1113.生物技术药物：利用DNA重组技术、单克隆抗体技术以及其他生物技术研制开发的蛋白质、抗体或核酸类药物。生物技术药物可分为：重组蛋白药物、治疗性抗体、核酸药物和其他生物技术药物。121生物技术药物的分类－重组蛋白药物细胞因子类激素类溶血栓类可溶性受体血液代用品导向毒素类干扰素胰岛素尿激酶TNF受体血清白蛋白细胞因子导向毒素白细胞介素生长激素链激酶IL1受体人血红蛋白单克隆抗体导向毒素集落刺激因子降钙素组织纤溶酶原激活剂补体受体红细胞生成素心钠素葡激酶IL4受体干细胞因子血小板生成素肿瘤坏死因子表皮生长因子碱性成纤维细胞生长因子131生物技术药物的分类－重组蛋白药物－细胞因子类1.白细胞介素类（interleukin，IL）：是淋巴细胞、巨噬细胞等细胞间相互作用的介质，是重要的免疫调节剂，现在发现的有几十种，如IL1、IL2－IL22等，最主要的是IL2、IL6、IL11、IL12和IL15等5种。2.集落刺激因子类（colony-stimulatingfacor,CSF)：是参与造血调节过程的糖蛋白，促进造血细胞增殖和分化，故又称造血刺激因子或造血生长因子，如G-CSF、M-CSF和GM-CSF。3.干扰素类(interferon，IFN):抗病毒的一大类活性蛋白，按抗原性和分子结构可分为α干扰素、β干扰素和γ干扰素。141干扰素含义包括是一种蛋白质、只有在特定条件下才能诱导出种属特异性的干扰素，干扰素本身无抗病毒活性，但可作用于细胞产生多种抗病毒蛋白，具有广谱抗病毒活性。白介素的主要功能：激活并刺激T和B淋巴细胞的增殖和分化；刺激巨噬细胞的活性以及抗肿瘤等作用。1514.肿瘤坏死因子类（tumornecrosisfactor，TNF）：抑制肿瘤细胞生长并促使细胞凋亡的蛋白因子，并对正常细胞具有广泛的免疫活性，如TNFα和TNFβ等。5.生长因子类（growthfactor，GF）：对不同细胞生长有促进作用的蛋白质，如表皮生长因子（EGF）、纤维母细胞生长因子（FGF）、肝细胞生长因子（HGF）、血小板生成素（TPO）、血管内皮生长因子（VEGF）和干细胞因子等。6.红细胞生成素（erythropoietin，EPO）：主要是成年人的肾细胞分泌产生的，调节和维持血液循环中红细胞生理水平，并刺激合成红细胞的主要因子。161生物技术药物的分类－重组蛋白药物－激素类和溶血栓类激素类1.胰岛素：第一个采用基因工程技术批量生产的蛋白。1982年。2.生长激素：是脑垂体前叶合成与分泌的一种蛋白质激素。3.降钙素：是由哺乳动物的甲状腺滤泡细胞或非哺乳脊椎动物的后腮体产生的激素，主要调节钙磷代谢，维持内环境稳定。4.心钠素和利钠多肽家族：存在于心房、脑等组织中的多肽激素，心钠素具有强大的利尿、利钠、扩张血管和降低血压等作用。171溶血栓类1.链激酶：在链球菌的培养液中发现，是最先用于临床治疗的溶栓药物。2.尿激酶：是第一个从人体内发现的，可从人尿或人胚肾细胞的培养液中提取的溶栓药物，已批准使用。3.葡激酶：从金黄色葡萄球菌中提取的，正在被研究的溶栓药物。4.组织型纤溶酶原激活剂：主要由人血管内皮细胞产生，是第一个由美国FDA批准的用动物细胞大规模生产的基因工程产品。181另外正在研究的溶栓药物:尿激酶原；吸血蝙蝠唾液纤溶酶原激活剂及其衍生物。另外已批准使用的：乙酰化纤溶酶原链激酶复合物；组织型纤溶酶原激活剂的衍生物；水蛭素等。191生物技术药物的分类－重组蛋白药物－可溶性受体和血液代用品和导向毒素类可溶型受体：一般指细胞膜受体胞外与配基结合的膜外区，由于多种原因自胞膜脱落但仍保留和配基结合能力的受体。1.肿瘤坏死因子可溶性受体：介导免疫调节、抗肿瘤和抗病毒等生理活性，另外，也与诸多严重疾病如炎症、脓血性休克、类风湿性关节炎和肿瘤等的病理过程密切相关。2.白细胞介素－1可溶性受体：与败血性休克、类风湿性关节炎、急慢性骨髓白血病等严重疾病相关。3.白细胞介素－可溶性受体：与人过敏和哮喘相关。201血液代用品：1.人血清白蛋白：在体内起调节血液渗透压、运输营养和保护其他重要生物物质的作用。基因重组人血清白蛋白主要在酵母中表达，美国和中国处于临床前中试阶段。2.血红蛋白：基因重组人血红蛋白在大肠杆菌中表达生产，已进入临床试验；并在真核细胞以及转基因猪中获得表达，但只在实验室研究阶段。211导向毒素类1.细胞因子导向毒素：包括IL2导向毒素、IL4导向毒素和EGF导向毒素等。2.单克隆抗体导向毒素：如抗－B4－封闭的蓖麻毒蛋白和抗－CD6－封闭的蓖麻毒蛋白等。221生物技术药物的分类－治疗性抗体一、抗体是由分化的B淋巴细胞产生的蛋白，每个淋巴细胞只产生一种特异的抗体，它只能识别抗原上一个特异的位点或抗原表位。二、抗体的应用1.抗体可直接注射到人体内使人产生被动免疫；2.抗体可用于活化或抑制免疫系统；3.抗体可用于肿瘤治疗。三、目前研究开发的治疗性抗体有100余种，其中已有50余种进入临床试验。231生物技术药物的分类－核酸药物1.反义核酸：与mRNA的一段序列互补，使特定mRNA降解而阻断基因表达。2.核酶：是一种具有催化作用的RNA，通过与靶RNA配对识别，并催化水解靶RNA而阻断基因表达。3.脱氧核酶：是具有酶活性的DNA分子，可特异性切割RNA而抑制基因表达。4.抗基因寡核苷酸：可嵌入双链DNA的大沟中形成DNA三股螺旋，抑制DNA结合蛋白和RNA聚合酶与DNA的结合，从而阻遏基因转录。2415.裸DNA基因疫苗和基因药物：将具有预防和治疗疾病的功能基因构建到真核表达载体中，直接导入人体细胞，使其表达有活性的多肽或蛋白质，从而产生免疫或治疗作用。6.第一个反义核酸药物是1998年美国批准的治疗巨细胞病毒视网膜炎的Vitavenex。现至少有17种核酸药物进入临床试验，治疗HIV的核酶已进入临床试验，针对乙肝和丙肝病毒治疗的核酶也已进入临床前试验阶段；治疗HIV、乳房癌、结肠癌和前列腺癌的裸DNA疫苗已进入人体观察临床试验。基因药物血管内皮生长因子基因用于治疗心肌梗死及其他梗塞性血管病。251生物技术药物的分类－其他生物技术药物1.微生态制剂：根据微生态学原理，利用人体内正常生理性细菌，或对其有促进作用的其他无害微生物等活性物质制备的生物制品。2.应用分子克隆和基因重组技术，将外源基因转入对人体有益的细菌如双歧杆菌、乳酸杆菌和乳酸球菌等，构建新菌株，然后再转到肠道内表达有效成分，达到治疗目的。261生物技术制药的优点－与传统制药相比1.利用生物技术可使活性蛋白或多肽在各种生物反应器中高效表达，可获得天然来源难以得到的生理活性物质，使之成为新药，如人生长激素，胰岛素等。2712.通过生物技术可获得足够数量的生物活性物质以对其结构、功能和性质进行深入研究，从而改造天然生理活性物质，提高生理活性，开发更多的新型生理活性物质；如对白介素2和tPA的改造。3.通过对微生物的改造，可获得新型化合物，扩大药物来源，如红霉素衍生物的研究。281生物技术药物的特点1.生物技术药物是经遗传改造过的活生物体产生的活性多肽或蛋白质，或是依据靶基因序列合成的互补的一定长度的寡核苷酸，因而分子量大，分子结构复杂。2.存在种属特异性：许多生物技术药物的药理学活性与动物种属和组织特异性相关，因此来自一种物种的蛋白或多肽药物对另一物种可能无药理学活性。2913.用量小，活性强，相对其他药物副作用小、毒性低、安全性较高。4.不稳定，易变性，易失活，也易被微生物污染和酶解破坏。5.生产过程中，基因、生产菌株或细胞系以及生产条件的稳定性要求高，如发生变化将造成生物活性的变化。6.免疫原性：来源于动物的药物可在人中产生免疫和过敏反应。3017.在人体内半衰期短，降解快，降解部位广泛。8.生物技术药物的批次间一致性和安全性的变化大于化学药品。311生物技术产业发展现状－世界生物技术药物年销售额以30％的速度增长02004006001997年