生物制药-第一章课件

1、2010年8月生物制药温州医学院生命科学学院王慧利参考书生物制药技术，朱宝泉 化学工业出版社生物技术制药，熊宗贵主编，高等教育出版社，2004年4月。现代生物制药工艺学，齐香君 化学工业出版社生物药物分离技术喻主编 化学工业出版社生物技术制药概论姚文兵主编，中国医药科技出版社海洋生物制药许实波主编， 化学工业出版社内容第一章 绪论第二章 生物药物概论 第三章 生物制药工艺技术基础第四章 基因工程制药第五章抗体工程制药第六章 动物细胞制药 第七章 植物细胞制药第八章 酶工程制药 第九章 海洋生物制药 第十章 利用现代生物技术改造传统制药工业第一章 绪 论本章要点：掌握生物药物、生物制药技术的概念

2、；了解生物制药的研究历史和研究范围；了解生物制药技术的进展。人类防病、治病的三大药源化学药物 利用化学合成方式获得。大小分子化合物、如一些 抗病毒核苷生物药物 运用生物技术或生物合成而得到。 如干扰素，胰岛素，抗生素等 中草药 直接从自然界获得或经过简单加工而得到。 如川贝，陈皮，枇杷膏1、生物药物是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。 生物药物生物新药 新生物技术药品（生物新药），是近年来利用重组DNA技术生产的药品。 是指将生物体内的生理活性物质的遗传基因分离出来，并通过大肠杆菌

3、、酵母菌等宿主进行大量生产的药品(包括疫苗)，如胰岛素、干扰素、白细胞介素-2等。现代生物技术自然更新组织培养与提取酿造技术人工育种基因工程酶工程细胞工程发酵工程生物制药的发展历史1796年，英国医生詹纳发明了用牛痘疫苗治疗天花，从此用生物制品预防传染病得以肯定。1860年，巴斯德发现了细菌，开创了第一次药学革命，为抗生素的发现奠定了基础。1886年，巴斯德发明狂犬病疫苗。一个新的学科科学免疫学诞生了。 1941年青霉素开发成功，标志着抗生素时代的开创，推动了发酵工业的快速发展。50年代是抗生素发现的黄金时代，各种不同类型的抗生素被相继发现；同期又发现了黑根霉可进一步转化孕酮成11-羟基孕酮，

4、从而使考的松（抗炎、抗过敏作用）大量生产。在抗生素新药的研究与开发中开始采用HTS技术。 On 14th May 1796, Jenner vaccinated an 8 year old boy, James Phipps, with material from a cowpox lesion on the hand of a milkmaid, Sarah Nelmes.James, who had never had smallpox, developed a small lesion at the site of vaccination which healed in 2 weeks.

5、 On 1st July 1796, Jenner challenged the boy by deliberately inoculating him with material from a real case of smallpox !He did not become infected ! Vaccination：牛痘接种生物制药的发展历史 60年代以来，从生物体内分离纯化酶制剂的技术日趋成熟，酶类药物得到广泛应用。 70年代开始研究应用植物细胞培养生产植物药物（如重组蛋白）：（植物器官、组织、细胞、原生质体、胚以及植株） 。 1983年，日本首先实现了紫草细胞培养工业化生产紫草素（红

6、色染料，可用于食品、化妆品的着色，抑菌、抗炎、抗肿瘤以及抗生育 ）。 80年代，人们开始认识到微生物除了能生产抗生素外，还能产生酶抑制剂、免疫调节物质和作用于神经系统、循环系统、抗组胺、消炎的药物。生物制药的发展现状 统计资料表明： 研究开发的生物技术药物品种63%在北美，25%在欧洲，7%在日本，5%在世界其它地方。生物技术药品市场45%在美国，28%在欧洲，37%在世界各地，通过对各国生物技术及其产品的专利申请分析进一步表明欧美在生物技术的研究开发中占有很大比重。欧美是生物技术制药研究重地表1世界生物技术专利分布（1996年）地区或国家生物技术专利/%药物专利/%人DNA序列专利/%美国(

7、USA)595140欧洲(Europe)193324日本(Japan)171233其它(Other)543总计(Total)100100100我国生物制药的发展现状卫生部科技司于修成对全国除西藏以外的个省份卫生系统中有条件开展生物技术的单位最近年（截至年）的研究现况进行了问卷调查。调查结果显示， 我国各地区生物医药技术的发展不平衡，与各地区经济发展水平呈正相关； 研究人才梯队已经初步形成，结构比较合理，学科带头人以国内培养占据绝对优势；项目资金投入相差很大，总体上投入力度不够，政府资金支持仍居主导地位；自主开发项目的专利申请数量很少，反映出专利意识不强；各地区对生命伦理认知有明显差异，半数以上

8、单位未设立医学伦理委员会。从研究文献发表情况看，我国干细胞研究文献数量已经接近美国，基因治疗和组织工程方面研究文献量已经超过美国，但基因诊断文献量远远落后于美国。特点数量质量第三节 生物制药的研究内容 (1) 发酵工程制药 (2) 基因工程制药 (3) 细胞工程制药 (4) 酶工程制药 发酵工程制药 发酵工程制药是指利用微生物代谢过程生产药物的技术。此类药物有抗生素、维生素、氨基酸、核酸有关物质、有机酸、辅酶、酶抑制剂、激素、免疫调节物质以及其他生理活性物质。主要研究微生物菌种筛选和改良、发酵工艺的研究、产品后处理即分离纯化等问题。当今重组DNA技术在微生物菌种改良中起着越来越重要的作用。基因

9、工程制药基因工程制药是指利用重组DNA技术生产蛋白质或多肽类药物。这些药物常是一些人体内的活性因子，如干扰素、胰岛素、白细胞介素2、EPO(促红细胞生成素Erythropoietin)等。主要研究相应基因的鉴定、克隆、基因载体的构建与导入、目的产物的表达及分离纯化等问题。现在正兴起的基因治疗是这一技术的一个新领域。 1989年，我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物重组人干扰素lb，标志着我国生产的基因工程药物实现了零的突破。重组人干扰素lb是世界上第一个采用中国人基因克隆和表达的基因工程药物，也是我国自主研制成功的拥有自主知识产权的基因工程一类新药。 基因工程制药过程 细胞工程制药 细胞工

10、程制药是利用动、植物细胞培养生产药物的技术。利用动物细胞培养可生产人类生理活性因子、疫苗、单克隆抗体等产品；利用植物细胞培养可大量生产经济价值较高的植物有效成分，也可生产人活性因子、疫苗等重组DNA产品。现今重组DNA技术已用来构建能高效生产药物的动、植物细胞株系或构建能产生原植物中没有的新结构化合物的植物细胞系。它主要研究动、植物细胞高产株系的筛选、培养条件的优化以及产物的分离纯化等问题。酶工程制药酶工程制药是将酶或活细胞固定化后用于药品生产的技术。它除了能全程合成药物分子外，还能用于药物的转化，如我国成功地利用微生物两步转化法生产维生素C。它主要研究酶的来源、酶(或细胞)固定化、酶反应器及

11、相应操作条件等。酶工程生产药物具有生产工艺结构紧凑、目的产物产量高，产物回收容易，可重复生产等优点。酶工程作为发酵工程的替代者，其应用具有广阔的前景。1.酶的固定化方法酶的固定化方法有下述4种：吸附法，包埋法，共价键结合法，交联法EEEEEEEEEEEEEEEEEEE吸附法共价结合法交联法包埋法、新药研究和开发的主要过程确定研究计划准备化合物药理筛选化学试验临床前期临床前II期注册申请上市售后监测12年23年23年913年45年23亿美元总投入、新药研究和开发的主要过程(1) 确定研究计划 要综合考虑医疗、市场、化学的评估，文献状况，专利的检索，结构的选择，合成的前景等因素。(2) 准备化合物

12、(leading compounds) 文献研究，合成或分离，结构鉴定，标准化，专利申请，对研究目标的复核等。 以上两个环节需占用l2年的时间，需准备60008000个化合物供筛选。(3) 药理筛选。(4) 化学试验 活性成分的分析。(5) 临床前期(Preclinical I) 进一步药理研究包括毒性(2种动物)及活性成分的稳定性。(6) 临床前期(Preclinical ) 进一步药理研究包括亚急性毒性(2种动物)、畸胎学研究、药物动力学、动物体内的吸收和排泄、剂型的研究与开发、包装与保存期的研究。 以上几个环节占用23年的时间，化合物分别剩下大约20个、18个和12个。(7) 注册申请上

13、市 经政府药政部门批准后提供治疗应用。这一过程需23年。(8) 售后监测(Postmarketing surveillance) 根据情况进行药理试验、毒性试验、特殊试验和药物动力学试验；对副作用的报告进行收集、评价和鉴别；对药品生产进行质量控制，制剂的生产和包装。 可见，一个新药的问世要提供6000 8000个化学物质经历9 13年的时间，耗资约2-3亿美元。系统性从纵的方面看主要是若干个环节紧密的衔接和重叠，横的方向主要表现为多种学科相互之间的渗透性和协同性。“反应停”悲喜剧 1 1953,德国一家公司合成,有镇静作用，于是在1957年作为镇静催眠剂上市.”对孕妇也十分安全，可用于治疗晨吐

14、、恶心等妊娠反应，是孕妇的理想选择.2 1960年, 美国药公司梅里尔公司获得“反应停”的经销权，于向FDA提出上市销售的申请。当时刚到FDA任职的弗兰西斯凯尔西负责审批该项申请。她注意到，(1) “反应停”对人有非常好的催眠作用，但是在动物试验中，催眠效果却不明显，这是否意味着人和动物对这种药物有不同的药理反应呢？3 澳大利亚产科医生威廉麦克布里德在英国柳叶刀杂志上报告“反应停”能导致婴儿畸形。畸形症状海豹肢症，四肢发育不全，短得就像海豹的鳍足。而这些产妇都曾经服用过“反应停”。实际上，这时候在欧洲和加拿大已经发现了8000多名海豹肢症婴儿，4 1961年11月起，“反应停”在世界各国陆续被

15、强制撤回，梅里尔公司也撤回了申请。经过长时间的法律较量，研发“反应停”的德国公司同意赔偿受害者的损失。 反应停”致畸事件是药物审批制度不完善的产物，由于厂商急功近利，使全世界诞生了大约1.2万名畸形儿。但是这一悲剧也增强了人们对药物毒副作用的警觉，完善了现代药物的审批制度。附加材料“反应停”悲喜剧 Why: 大鼠和人不一样，体内缺少一种把“反应停”转化成有害异构体的酶，不会引起畸胎。“反应停”的副作用则发生于怀孕初期（怀孕前三个月），即婴儿四肢形成的时期，而梅里尔公司所试验的孕妇都是怀孕后期的。 Honor: 麦克布里德成了澳大利亚的英雄，凯尔西则成了美国的英雄。肯尼迪总统于1962年8月2日

16、授予她总统勋章。为表彰她以一人之力避免成千上万的畸形婴儿在美国诞生，FDA声望大振，趁机提升自己的地位。美国国会在1962年通过法案强化药物管理，授予FDA更多的权力，要求新药在获准上市前必须经过严格的试验，提供药物副作用和中长期毒性的数据，必须对至少两种怀孕动物进行致畸性试验 美国国会在1962年通过法案强化药物管理，授予FDA更多的权力，要求新药在获准上市前必须经过严格的试验，提供药物副作用和中长期毒性的数据，必须对至少两种怀孕动物进行致畸性试验。5 However, 以色列医生偶然发现“反应停”对麻风结节性红斑有很好的疗效。经过34年的慎重研究6 1998年，FDA批准“反应停”作为治疗

17、麻风结节性红斑的药物在美国上市，美国成为第一个将“反应停”重新上市的国家。“反应停”还被发现有可能用于治疗多种癌症。现在“反应停”已卷土重来，90被用于治疗癌症病人，在美国的销售额每年约两亿美元。活性更强且没有致畸性的“反应停”衍生物也已被批准上市 科学成就健康第二编 现代医学与传统医学 /9223/2007/02/065.htm新药研究和开发的流程图确定研究计划准备化合物药理筛选化学试验临床前期临床前II期注册申请上市售后监测准备6000 8000个化合物1个成熟新药先导化合物筛选模型先导化合物1）先导化合物。是指通过生物测定，从众多的候选化合物中发现和选定的具有某

18、种药物活性的新化合物，一般具有新颖的化学结构，并有衍生化和改变结构的发展潜力，可以用作起始研究模型，经过结构优化，开发出新药品种。（2）意义。选定正确的先导化合物，是新药研究与开发的核心环节。如果在前期研究阶段能正确选取定先导化合物，则有可能用相对少的人力和资金投入，就能使新药开发成功。先导化合物的寻找 在整个新药的研究和开发中，先导化合物的发现是决定以后研究与开发的首要因素，要找到一个好的先导化合物，需要建立好的筛选模型和寻找尽可能多的化合物来源。先导化合物的筛选是项复杂的系统工程，常需要对几个学科同时进行研究。第五节 生物制药技术新进展（一） 人类基因组研究与未来药学 根据基因概念，人类现

19、有的2035类，18000种疾病，都直接或间接与基因有关。可分为三大类，单基因疾病、多基因病、获得性基因病。人类基因组的研究成果、可以大大提高人类对基因受损和人类疾病的关系的了解，从以下几方面促进未来药学的发展。 (1) 基因诊断 基因图谱的最大最直接用途当属医疗诊断，特别像许多病症和心脏病等源于遗传基因变异的疾病。 (2） 基因治疗 基因治疗是指将遗传物质导入载体或受体细胞，通过替代缺陷基因、修正错误基因，对抗异常基因，调节基因产物的表达方式以实现治疗疾病目的的一种治疗方法。人们可以根据引起疾病的基因缺陷，通过定向纠正、替换那些错误基因，达到治病的目的。人类基因组计划研究成果使人类对疾病与基

20、因缺陷的关系认识上迈进了一大步，为基因治疗的进一步发展奠定了理论基础。(3) 基因组药物学 通过研究个体对包括药物在内的外界化学物质（有毒外源物)反应的遗传多样性和差异性，达到科学合理用药的目的。 (4) 发现和开发新的蛋白质和多肽类药物。 (5) 提供大量药物作用新的靶点，供新药的筛选、研究用。基因组学研究进展2000年6月26日是人类科技史上一个令人难忘的日子，参加者人类基因组计划研究，美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家同时向世界宣布人类基因组工作草图已基本完成，已绘制出人体97%的基因组 2007年10月12日，我国科学家在深圳宣布，第一个完整中国人基因组图谱(又称“炎黄一号”)已

21、经成功绘制完成，这也是第一个亚洲人全基因序列图谱。科学家表示，中国有了自己的数据和参考样本，才能解决中国人特有的疾病遗传问题。 2008-01-22中英美科学家宣布启动国际“千人基因组计划” 由中国、英国和美国的科学家组成的“国际协作组”，22日在深圳、伦敦和华盛顿同时宣布：国际“千人基因组计划”正式启动。这一宏伟计划将测定选自全世界各地的至少一千个人类个体的全基因组DNA序列，绘制迄今为止最详尽的、最有医学应用价值的人类基因组遗传多态性图谱。附加材料:（二）抗体工程1抗体工程的发展 多克隆抗体：将某种天然抗原经各种途径免疫动物，成熟的B细胞克隆受到抗原刺激后，便产生抗体并将之分泌到血清和体液

22、中，这种抗体实际上是一种混合物；单克隆抗体：1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出均一性的针对某一特定抗原决定簇的单克隆抗体，即第二代抗体或细胞工程抗体，它在后来的疾病诊断、治疗和科学研究中得到了广泛的应用，然而由于单克隆抗体多是由鼠B细胞与鼠骨髓瘤细胞经细胞融合形成的杂交瘤细胞分泌的，具有鼠源性，进入人体后会引起人抗抗体反应(HAMA反应)；基因工程抗体： 将抗体的基因按不同需要进行改造和重组，然后导入适当的受体细胞中进行表达，便产生了第三代抗体基因工程抗体。（三） 转基因技术1 转基因动物制药 转基因动物（transgenic animal)就是某种目的基

23、因导入到哺乳动物的受精卵或胚胎里，使导入的基因与受精卵的染色体DNA整合在一起，当细胞分裂时，随着染色体的倍增，该目的基因也随之倍增，这样每个细胞里就都带有导入的基因，而且能稳定地遗传到下一代，这样一种新的个体，称之为转基因动物。 已在以下动物的奶汁中生产出一些人类蛋白质药物：牛奶中有抗凝血酶、纤维蛋白原、人血清白蛋白、胶原蛋白、生育激素、乳缺蛋白、糖基转移酶、蛋白C等；山羊奶中有抗凝血酶原、-抗胰蛋白酶(-AT)、生育激素、血清白蛋白、组织型纤溶酶原激活剂(tPA)、单克隆抗体；绵羊奶中有抗胰蛋白酶、凝血因子、纤维蛋白原、蛋白质C；猪奶中亦有蛋白质C、凝血因子、纤维蛋白原、血红蛋白。（三）

24、转基因技术2 转基因植物制药 利用转基因植物作为生物反应器生产药用蛋白，这是最近十几年来发展起来的一个值得关注的研究领域。目前科学家已较成功地采用了番茄、马铃薯、莴苣、香蕉等转基因植物生产口服疫苗，这样一方面可以避免或至少减免部分纯化过程，从而大大降低生产成本，另一方面人们只需食用这种转基因食品就可以获得满意的免疫效果，既方便又便宜，而且很安全。（四） 海洋药物 海洋生物资源具有广阔的综合利用前景，从海洋生物体内获取有功效的初生代谢产物与次生代谢产物，可发展海洋药物，海洋生物保健品、海洋生物化工产品。 国际上已研制出一些具有特殊疗效的海洋药物和海洋功能食品。 我国于1996年正式启动国家海洋“

25、863”计划，海洋生物技术作为其中的主题之一。新型抗艾滋病海洋药物911已完成了临床前药学、药效学和毒理学研究，已获准进入I期临床试验，成为我国具有自主知识产权的第一个抗艾滋病药物。抗肿瘤新药K-001也已完成了全部临床前研究。甲壳质衍生物916抗动脉粥样硬化新药已申报了临床研究等等。第六节生物技术制药工业发展动态全球化: 生物技术与生物制药联合企业的发展正日益全球化在生物技术企业发展中美国位居世界榜首 目前主要生物技术公司多分布在美国如AmgenGenetics instituteGenzyme,GenentechChiron还有Biogen也发展较快生物技术制药工业发展动态 据统计，年月年

26、月，我国共有个批准文号的生物制品进行了补充申请，但涉及的主要品种都是重组人干扰素、重组人红细胞生成素、重组人粒细胞集落刺激因子、重组人白细胞介素、重组人生长激素等仅有的几种。申报新药临床研究的有个，涉及的主要品种只有以下几个：流行性感冒病毒裂解疫苗、注射用重组瑞替普酶（）、重组人干扰素。拿到申请新药证书及生产批件的有个批准文号，但包含的主要品种只有人神经生长因子、重组人碱性成纤维细胞生长因子、重组人白介素、重组人白细胞介素和重组人肿瘤坏死因子等几种。可见，目前我国生物制药技术申报貌似“活跃”，实际上都是在原来的旧产品上徘徊。我国的统计资料: 近年来申请的生物制品或临床新药品种较为单一, 围绕仅

27、有的几个老品种进行改进或改制，完全创新技术很少。 我国生物技术市场交易也不活跃,单项生物技术新药的技术转让价格相对较高生物技术制药工业发展动态 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。我国产业规模较小生物技术制药工业发展动态 到2004年初为止，全球研制中的生物技术药物共有2200多种，进入临床试验的1700余种，临床二三期或三期300多种，已投放市场的约140种，预计年内投放市场的药物200种以上。以上2200多种药物中，80与免疫学相关，50与肿瘤相关。相比之下，截至目前，我国只有20个生物技术药品投入市场，10余种生物技术新药正处于临床试验阶段，另有40多种基因工程药物处于研发阶段。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 。我国生物技术实验室技术差距不大，但在产业