生物技术制药 第一章 绪论课件.ppt
微生物与生化药学,刘叔文丘玉昌徐学清邹 敏,药学一级学科分类,六个二级学科药物化学药剂学药理学药物分析学生药学微生物与生化药学（微生物与生物技术药物学）,学科方向（增加）：临床药学社会与管理药学,微生物与生化药学,研究微生物药物、生物技术药物和生化药物的新药发现、研究开发、生产技术、质量控制及临床应用的理论和技术的一门学科。,微生物与生化药学,微生物制药新的抗菌素上市较少，研究主要集中在微生物菌种选育、发酵工艺等提高抗菌素产率的生物技术下游领域。利用微生物进行药物的生物转化和代谢研究。生化制药从动植物中提取分离的一类用于预防、治疗和诊断疾病的制品，主要是蛋白、多肽、核酸、糖、脂等。生物技术制药,第一章 绪论,一、生物技术的概念,生物技术（Biotechnology）又称为生物工程（Bioengineering）以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，生产出所需产品或达到某种目的的技术。,生物学,生物化学,生物技术,化学工程,化 学,工程学,生物工程,生物技术,酶工程,细胞工程,基因工程,发酵工程,发酵工程,环境工程,代谢工程,新型能源和清洁能源开拓,新型生物传感器,酶的分子修饰,单克隆抗体技术,细胞融合技术,细胞培养技术,组织培养技术,干细胞技术,蛋白质工程,转基因动植物,基因治疗,基因芯片,基因工程,生物技术的应用领域,医药生物技术药物生物技术农业生物技术植物生物技术动物生物技术食品生物技术环境生物技术,生物技术与农业,可持续发展农业：转基因农作物,生物技术与工业,生物技术的发展阶段,传统生物技术 传统酿造技术（食物酿造）近代生物技术 近代酿造技术（化工酿造）现代生物技术 基因工程、细胞工程等,传统酿造技术：技术简单，产品简单,奶酪,厌氧发酵（米酒）,传统酿造技术,近代生物技术（化工酿造）：发酵新技术、新产品（抗生素、酶等）的出现,现代生物技术,DNA双螺旋结构的发现（1953年）,基因的重组和克隆（1968）,单克隆抗体技术（1975）,诱导多能干细胞技术（iPS)（2007）,二、生物技术药物,生物技术药物的概念,生物药物（Biological drugs)运用传统学科的原理和方法，从生物体、组织、细胞和体液等制造的用于预防、治疗和诊断疾病的制品。生物技术药物（Biotechnological drugs)采用DNA重组技术或其他生物技术生产的用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要是重组蛋白或核酸类药物。,按用途分类：,（1）治疗药物 对许多常见病和多发病，生物药物都有 较好的疗效。,胰岛素、G-CSF、EPO等,（2）预防药物 各种疫苗,生物技术药物的分类,（3）作为诊断药物 绝大部分临床诊断试剂都来自生物技术药物。,免疫诊断试剂 酶诊断试剂 器官功能诊断药物 放射性核素诊断药物 诊断用单克隆抗体（McAb）诊断用DNA芯片,细胞因子类药物 激素类药物 酶与辅酶类药物 疫苗 单克隆抗体药物 反义核酸药物 RNA干扰(RNAi)药物 基因治疗药物,按作用类型分类：,按生化特性分类：,多肽类药物蛋白质类药物核酸类药物聚乙二醇(PEG)化多肽或蛋白质药物,生物技术药物的特性,疾病主要是机体受到内外环境的改变而使代谢失常，导致起调控作用的酶、激素及核酸、蛋白质等生物活性物质自身或环境发生障碍。,在机体需要时（如生病时），应用这些生物活性物质作为药物来补充调整、增强、抑制、替换或纠正人体的代谢失调，势必比较地有效和合理。,理化性质特性,相对分子量大胰岛素5.7KD，EPO 34KD，L-天冬氨酸酶135KD结构复杂一二三四级结构糖蛋白的复杂糖链稳定性差蛋白质变性失活蛋白酶/核酸酶降解,药理学作用特性,活性与作用机制明确作用针对性强毒性低体内半衰期短有种属特异性猪牛羊的生长激素（GH）对人不呈现促生长效应可产生免疫原性,生产制备特性,药物分子在原料中的含量低原料液中长存在降解目标产物的杂质制备工艺条件温和分离纯化困难产品易受有害物质污染受微生物污染而产生热原和免疫原性物质,质量控制特性,质量标准内容的特殊性包含基本要求、制造、检定等内容制造项下的特殊规定工程细胞和工程菌的情况原液和成品的制备方法检定项下的特殊规定原液检定、半成品检定、成品检定残余抗生素活性、生物学活性、宿主蛋白质残余量、细菌内毒素检查等,三、生物技术制药的研究内容和任务,生物技术制药：采用生物技术的原理，研究、开发和生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物。,主要的研究内容：,发酵工程酶工程基因工程细胞工程蛋白质工程,（一）生物制药技术的研究、开发和应用,抗体工程,糖链工程大规模培养生物反应器,应用基因工程技术大量生产天然存在量极微或难以获得的药物应用蛋白质工程技术设计新的药物应用酶工程技术改变药用酶的性质应用生物技术改造传统制药工艺生物转化技术,（二）利用生物技术研究、开发和生产药物,发酵工程,运用微生物学、生物化学和化学工程学的原理，利用微生物的特定性状，通过现代工程技术在生物反应器中生产药用物质的一种技术。,是生物技术的支柱：从传统的发酵产品，到现代基因工程技术产品，大都需要通过发酵技术获得。,传统发酵：白糖、普通酵母菌粉、泡达粉，一起混合放入，制作玉米面发糕,近代发酵：抗生素的深层发酵,现代发酵，主要表现为生物反应器和传感器的改进和自动控制技术的发展,发酵工程的主要研究内容：,微生物菌种的选育发酵条件的优化和控制反应器的设计产物的分离、提取和精制,将外源目的DNA片段插入到各种载体（质粒、噬菌体、病毒）中，形成新的遗传物质（重组DNA），然后将重组DNA宿主细胞中进行扩增和表达。,基因工程,是生物技术的核心技术。,基因工程的操作过程,基因工程在生物医药中的应用,1982年，rh-Insulin投放市场，标志基因工程药物产业化的开端,美国FDA已批准的基因重组蛋白质药物近100种，我国也有近50种产品上市。,重磅炸弹：rhEPO,rhG-CSF,rhuGH,rhGM-CSF,rhInsulin,rhIFN等年销售额数亿甚至数十亿的药物,细胞工程,在细胞水平研究细胞融合、基因导入、染色体导入、细胞核移植、细胞大规模培养等技术，从而获得具有优良性状的工程细胞，进行药物的生产。,植物细胞工程、动物细胞工程,显微镜下看到的离体培养细胞,细胞融合技术,细胞核移植技术,酶工程,酶工程的主要内容,酶、细胞的固定化,酶的修饰改造,酶生物反应器的设计,酶与细胞固定化,通过物理或化学方法处理，使酶限制或固定于特定的空间，不易随着水流失，同时又能发挥催化作用。,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,E,吸附法,共价结合法,交联法,包埋法,酶分子的改造,分子修饰的方法改变已分离的天然酶的结构；应用分子修饰与基因工程相结合的方式改造酶分子,酶反应器,利用酶所具有的催化功能，在体外模拟酶的催化反应而设计的装置。,酶工程在医药工业中的广泛应用,利用固定化的青霉素酰化酶生产6-氨基青霉烷酸,生产医药中间体和前体,大肠杆菌,细胞,固定化细胞,青霉素G,转化液,抽提,6APA,转化,培养,固定,抗体工程,抗体的用途 诊断 治疗,利妥昔单抗曲妥珠单抗帕丽珠单抗,抗体工程的研究内容,单克隆抗体的生产鼠源抗体的人源化抗体库的建立转基因产生人源化抗体抗体与药物、毒素的结合,生物转化,利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的、更有经济价值的产物的生化反应。,特异性强：反应特异性 结构位置特异性 立体特异性,传统生产维生素C的方法：1933年德国人发明的的“莱氏化学法”，它需要经过五道工序（一步发酵、酮化、氧化、转化和精制。二步发酵法生产维生素C：以第一步发酵所得的L山梨糖为原料，一株氧化葡萄糖酸杆菌（“小菌”）和一株假单胞杆菌（“大菌”），大小两种菌自然组合的混合菌株再进行第二步发酵生成（-）2-酮基-L-古龙酸，再进行转化精制得到维生素C。优势：1）以生物氧化代替化学氧化，省掉了酮化反应；2）节约了大量易燃、易爆、有毒的化工原料，大大减少“三废”处理，改善了劳动条件，利于安全生产；3）减少生产工序和生产设备，缩短了生产周期，降低了原料成本。,举例,四、生物技术制药的发展历程和趋势,飞速发展的40年,生物时代（70年代中期-80年代中期）1982年重组胰岛素上市技术平台时代（80年代中期-90年代中期）很多生物技术平台用于药物的探索性研究基因组时代（90年代中期-2006年）后基因组时代（2006年-）,各国生物技术制药的概况,美国：起步早，资金投入大，居领先地位,欧盟、日本：紧跟其后,其他（包括中国）：有待发展,生物技术药物的发展趋势,PEG化蛋白质药物治疗性抗体药物发展迅猛新型疫苗不断出现，防、治兼具，且不止用于传染病核酸药物将发挥重大作用干细胞治疗与组织工程、药物新靶点、诊断用生物芯片开发逐渐成为生物技术药物研究的重点,Thanks!,
