生物技术药物研究开发概论课件.ppt
生物技术制药,BIOTECHNOLOGICAL PHARMACEUTICS,小调查,为什么读生物技术专业？你了解生物制药行业吗？二十一世纪是生物的世纪吗？,生物技术的应用,(1)、医药 1977 年出现第一个重组的生长激素抑制因子后，美国成立了第一家遗传工程公司Genetech，1981 年第一个诊断用单克隆抗体首先在美国上市。利用基因治疗人类疾病 诊断试剂、酶试剂、动植物医药产品、核酸类药物(2)、农业转基因动植物的新品种，大幅度提高产量和质量。,(3)、食品 氨基酸(天冬氨酸、半胱氨酸)，有机酸(苹果酸、酒石酸)，做食品添加剂，香料，葡萄糖，果糖，淀粉酶。(4)、工业 农药、香料、饲料、工业酶、有机酶、皮革工业脱毛软化、丝绸脱胶、加酶洗衣粉。(5)、环境净化利用微生物或酶处理废物和废水。(6)、能源微生物发酵产甲烷沼气。,生物技术制药涛头弄潮,生物技术已摆在各主要国家的国家发展战略层面考虑生物医药占生物技术领域：成果的60%、投资的80、人力资源的60803.年销售总额超过10亿美元的BT产品全是医药产品,4.总销售额超过10亿美元的生物技术产品主要为医药生物制品；5.美国1400多家生物技术公司的60%以上，欧洲800多家生物技术公司中近80%集中在医药领域；6.生物制药市场资本总额达3500亿美元，主要生物技术药品有红细胞生成素、胰岛素、干扰素等，年销售额均在10亿美元左右。,生物技术药物,生物技术制药:采用生物技术生产制造药物。生物技术药物:利用生物机体、组织、细胞，生产的具有预防、治疗和诊断功能的药品，包括多肽、蛋白质、酶和核酸以及具有生物活性的初级代谢和次级代谢产物、天然活性化合物及其类似物。20 世纪80 年代，生物药物(biopharmaceutical)是指用现代生物技术生产的治疗性药物，它基于重组DNA 技术和杂交瘤技术生产的药物，不包括直接从天然组织、器官、血液等中提取的生化药物。,天然蛋白药物的不足：1.来源有限 表皮生长因子（Epidermal Growth Factor,EGF）干细胞因子（Stem Cell Factor,SCF）干扰素（Interferon,IFN）2.制备困难 结果导致价格昂贵。,利用生物技术生产蛋白药物可以解决以上问题！,研究意义,生物技术制药概论,生物技术药物的研究开发流程生物技术药物的分类与特点生物技术制药现状,生产过程,上游构建（基因工程）,发酵生产（发酵工程）,纯化制备,一、构建过程示意图,从细胞中分离出目的DNA,限制酶截取DNA片断,分离表达载体（质粒等）,DNA重组,用重组后的载体转化宿主细胞,培养宿主细胞克隆大量基因,1.载体（Vector）的选择,种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。,选择标准：能自主复制；具有两个以上的遗传标记物，便于重组体的筛选和鉴定；有克隆位点（外源DNA插入点），常具有多个单一酶切位点（多克隆位点）；分子量小，以容纳较大的外源DNA。,质粒（Plasmid）是存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA分子,大小约为数千碱基对。常有1-3个抗药性基因，以利于筛选。,大肠杆菌T2噬菌体,蝌蚪形噬菌体结构模式图,病毒的结构示意图,病毒的形态,原核表达体系：如大肠杆菌（E.coli）等,2.表达体系的选择,优点：强启动子 翻译调控序列 多接头克隆位点,不足：缺乏转录后加工机制 缺乏翻译后加工机制 表达产物形成不溶性包涵体 很难表达大量可溶性蛋白,大肠杆菌（E.coli）,优点：可适当修饰表达的蛋白质 一般具有天然活性表达产物分区积累,真核表达体系如酵母、昆虫及哺乳类动物细胞和植物细胞,缺点：操作技术难、费时、不经济,酵母菌的结构,二、发酵的一般过程,发酵工艺多种多样，但基本上包括以下三个过程:,发酵罐的结构示意图,1、菌种制备 2、种子扩大培养 3、大规模罐批培养,三、下游加工过程,从发酵液中分离、精制有关产品的过程称为发酵生产的下游加工过程。它是生产过程中最重要、成本费用最高的环节。,至今高效液相色谱仍是最常用的手段。,一般可分为四个阶段：1、发酵液预处理和固液分离2、提取3、精制4、成品加工,生物技术药物研发流程,实验室研究 临床前研究 临床试验 生 产 申报 申报功能研究 中试、质控 临床批件 生产批件工程菌（株）动物药效学 I期临床 GMP认证原液工艺 一般药理学 II期临床 监测期制剂处方工艺 药代动力学 III期临床 入药典小规模试制 急性毒性 IV期临床质控研究 长期毒性 特殊毒性,生物技术药物分类与特点,生物技术药物主要类型生物技术药物主要特点,一、生物技术药物主要类型,重组DNA技术（重组蛋白或多肽类药物）基因药物（基因治疗剂、基因疫苗、反义药物和核酶）动、植物、微生物的天然药物合成、部分合成,重组蛋白/多肽类药物,蛋白或多肽，以基因工程手段生产，占绝大多数细胞因子类：INF、IL、CSF、EPO、EGF激素类：Insulin、hGH、GLP-l1、PTH抗血栓类：tPA、尿激酶、链激酶、水蛭素基因工程疫苗：如乙肝疫苗、狂犬病疫苗重组抗体：人源化、Fab、scFv、免疫毒素可溶性受体：TNF受体（Enberl)、IL4受体等血液蛋白：血红蛋白（人工血液）、白蛋白,重组DNA类药物,DNA制剂，以病毒或质粒DNA作载体，将外源基因导入体内：预防性DNA疫苗：表面抗原基因治疗性DNA疫苗：表面抗原基因基因治疗制剂：p53（今又生）、IL-2、Endostatin等,合成多肽与寡核苷酸类药物,合成多肽类药物 用生物技术手段筛选与研究，用化学合成方法制备。如抗菌肽合成寡核苷酸类药物 反义寡核苷酸、干扰RNA、核内小分子RNA等,生物技术药物的特点,分子结构复杂种属特异性和受体效应治疗针对性强、疗效高稳定性差、基因稳定性免疫原性多效性和网络性效应检验的特殊性,生物技术制药概况,The biotechnology industry originated in the 1970s,based largely on a new recombinant DNA technique whose details were published in 1973 by Stanley Cohen of Stanford University and Herbert Boyer of the University of California,San Francisco.Recombinant DNA is a method of making proteins-such as human insulin and other therapies-in cultured cells under controlled manufacturing conditions.In 1982,recombinant human insulin became the first biotech therapy to earn FDA approval.,生物技术药物发展迅猛,基因组学、蛋白组学、生物信息学影响深远“生物标记”的发现速度：HER-2 用了 12年(1989-2001)，而2004年一年即发现了 100-400 个生物标记候选药物的发现：1985 年：1000个化合物 2005年：4万个 cDNA，1百万个化合物,生物技术药物发展迅猛,Biotechnology has created more than 200 new therapies and vaccines,including products to treat cancer,diabetes,HIV/AIDS and autoimmune disorders.There are more than 400 biotech drug products and vaccines currently in clinical trials targeting more than 200 diseases,including various cancers,Alzheimers disease,heart disease,diabetes,multiple sclerosis,AIDS and arthritis.,生物技术药物发展迅猛,生物技术药物发展迅猛,生物药在医药行业地位日益重要,近20年来，生物技术制药占国际药物和生物制品的份额逐年递增，到2002年已达到13%。一系列生物技术药成为“重磅炸弹”型生物技术药物在重大、疑难和传染性疾病防治方面的作用不可替代,当前正在研制的1000多种新药分布,美国的生物技术制药一支独秀,我国的生物制药产业现状,1.1986年启动“863”高技术研究计划，确立生物技术制药产业为优先发展和扶持重点；2.生物制药业保持2030%的年增长速度3.无原创品种、发明专利少、品种少，下游技术与配套工业体系为主要技术瓶颈,我国已批准生产的生物技术药物和疫苗 名称 作 用rhu IFN1b(外用)病毒性角膜炎rhu IFN1b 乙肝、丙肝rhu IFN2a 乙肝、丙肝、疱疹等rhu IFN2a(酵母)乙肝、丙肝rhu IFN2b 乙肝、丙肝白血病等rhu IFN2a(栓剂)妇科病rhu IFN2b(凝胶剂)疱疹等rhu IFN 类风湿rhu EGF(外用)烧伤、创伤EGF 衍生物 烧伤、创伤rhu IL2 癌症辅助治疗rhu IL2 125Ser 癌症辅助治疗上海华晨rhu GCSF 刺激产生白细胞rhu GMCSF 刺激产生白细胞、骨髓移植rhu EPO 产生红细胞rhu GH 矮小病bFGF(外用)创伤、烧伤RSK 溶血栓(心梗)抗IL28 单 抗乳膏剂 银屑病人胰岛素 糖尿病乙肝疫苗 预防乙肝痢疾疫苗 预防痢疾,我国的创新与下游技术能力不足,美国拥有生物技术专利总数的70%以上美国已批准124种,中国35种绝大多数生物技术药由美国先上市,中国仅EGF和p53基因重组腺病毒注射液先于国际美国约50%以上采用CHO系统,中国90%以上用E.coli和酵母系统,制约我国生物制药产业发展的因素,1.政府引导性投入严重不足 美国：270亿USD/年（NIH）,53的研发资金来自政府，主要支持应用基础研究 23亿美元/基因药物 我国：10多年总投入仅40多亿元RMB，资金投向目的不明确,制约我国生物制药产业发展的因素,2.产业发展链脆弱 美国：政府、企业、科研院所三位一体，大、中小企业结成战略联盟，中小企业活跃 我国：政府、企业、科研院所各自为政，合作关系脆弱，目光短浅，中小企业尚未形成气候。,制约我国生物制药产业发展的因素,3.投融资渠道不足和不畅 美国：政府、民间基金、风险投资、资本市场组成完善的投融资体系 我国：政府投入杯水车薪、几乎无民间基金，无真正的风险投资、资本市场不完善、投资者无退出机制,制约我国生物制药产业发展的因素,4.长期不重视知识产权导致创新能力 不足 美国：占有70以上的生物技术专利，职务发明的专利发明人可持股 我国：尚无原创性药物专利，专利发明人无正当途径获利，严重影响积极性,制约我国生物制药产业发展的因素,5.人才流动机制不完善 美国：30以上生物技术领域的博士为外国人，大学、研究院、大型企业、中小企业为专业人才提供了空间 我国：企业尚未成为吸引人才的主战场，发展机会受限制、人才外流严重,制约我国生物制药产业发展的因素,6.市场竞争环境 美国：市场竞争激烈，但秩序较好，市场份额多为大公 司所垄断 我国：仿制与重复建设、重复生产现象非常严重，出现了一哄而上的过热现象，市场恶性竞争，无法实现规模效益,我国生物制药产业的机会,1、有机会成为国际研发中心与制造中心 我国已融入全球经济体系，人才充沛，市场广阔，势将吸引跨国资金、跨国企业 2、科技创新已提高到国家发展战略位置，科技投入将重点向产学研结合型倾斜、支持和鼓励企业成为技术创新的龙头 3、人才回流、政府政策支持，势将形成活跃的中小企业群 4、国际上已在逐步放开生物技术药物的仿制，亦为我国提供了机会,发展趋势（1）利用蛋白质工程技术开发新产品（2）采用新的高效表达系统，利用动物细胞，特别是整体动物大量表达基因工程医药产品（3）将基因组研究成果转化为生物技术新药（4）开发新剂型的生物技术药物,展 望 人类基因组测序工作的完成，会使我们对人的健康与疾病起因有更深入的认识。尽管第一张人类基因组测序工作草图尚未弄清所有人类基因的功能，但是，一旦这些基因产物（即活性蛋白质）被表达出来，将会有几千种甚至更多具有特殊疗效的蛋白药物的诞生。因此，基因工程药物具有很大的增长空间和发展前景。,
