生产白蛋白的工艺技术.doc

生产白蛋白的工艺技术闫朗 天津生物工程职业技术学院 08生物3班摘要：白蛋白有维持血浆胶体渗透压的功能，以广泛地应用于失血性休克、严重烧伤、低蛋白血症的临床治疗。那么本文就以白蛋白的结构和性质、功能、白蛋白的生产原料、生产试剂、生产器材、白蛋白的生产工艺路线、白蛋白生产的具体操作步骤、白蛋白检验的方法等方面来阐明白蛋白从无到有的全过程并表达本人对此过程的一些不成熟的观点和结论。关键词：白蛋白，提取，盐析、沉淀、热处理前言：白蛋白是由人类血浆提取的一类血液制剂药品，是现代医学用于预防和治疗不可缺少的药品，它是一类特殊的药品，其唯一原料是人血，一方面受社会，经济和政治因素的制约，不能随意开发，另一方面是维持生命的重要物质，它又不可缺少。人血白蛋白在临床上是急需补充营养和蛋白质的多种重症疾病患者不可缺少的治疗剂，是医院临床急救或重症手术的必备药品，使用量很大。除临床需求外白蛋白作为生产疫苗的培养基成分和保护剂的市场也十分可观。另外，还有许多生物药的生产过程和最终产品中都需要白蛋白做保护剂。从各个方面来说，加快我国白蛋白的研制和生产已是势在必行。1 白蛋白结构、性质、功能 白蛋白又称清蛋白，是人血浆中含量最多的蛋白质，约占血浆总蛋白的35%。【1】人白蛋白对人体无抗原性。白蛋白是由肝实质细胞合成，在血浆中的半寿期约为15-19天，其合成率虽然受食物中蛋白质含量的影响，但主要受血浆中白蛋白水平调节，在肝细胞中没有储存，在所有细胞外液中都含有微量的白蛋白。关于白蛋白在肾小球中的滤过情况，一般认为在正常情况下其量甚微，约为血浆中白蛋白的0.04%，按此计算每天从肾小球滤过液中排出的白蛋白即可达3.6g，为尿中蛋白质排出量的30-40倍，可见滤过液中多数白蛋白是可被肾小管重新吸收的。有实验证实白蛋白在近曲小管中吸收，在小管细胞中被溶酶体中的水解酶降解为小分子片段而进入血循环。白蛋白可以在不同组织中被细胞内吞而摄取，其氨基酸可被用为组织修补。白蛋白相对分子质量较小。白蛋白为单链，含575个氨基酸残基，相对分子质量为65000，其N末端为天冬氨酸，C末端为亮氨酸，PI为4.7。【1】可溶于水、稀酸、稀碱、稀盐和半饱和的硫酸铵溶液中，沉降系数（S20W）为4.6，电泳迁移率为5.92。一般在60%的硫酸铵饱和度时析出沉淀【1】。对酸较稳定。受热后可聚合变性，但仍较其他血浆蛋白质耐热，蛋白质的浓度大时热稳定性小。氯化钠或脂肪酸盐可提高白蛋白的热稳定性。【1】利用这种性质，可使白蛋白与其他蛋白质分离。主要功能是维持血浆胶体渗透压。白蛋白是血浆中含量最多、分子最小、溶解度大、功能较多的一种蛋白质。血浆胶体渗透压的维持主要依靠血浆中的白蛋白，胶体渗透压是使静脉端组织间液重返回血管内的主要动力。当血浆白蛋白因病理条件引起下降时，血浆的胶体渗透压也随之下降，可导致血液中的水份过多进入组织液而出现水肿。白蛋白损失它多会引起血量减少，是早产出血性休克的主要原因。血浆白蛋白有运输功能，血浆白蛋白能与体内许多难溶性的小分子有机物和无机离子可逆地结合形成易溶性的复合物，成为这些物质在血液循环中的运输形式。由此可见白蛋白属于非专一性的运输蛋白，在生理上具有重要性，与人体的健康密切相关。血浆白蛋白在临床上用于失血性休克以及由脑水肿或大脑损伤所致的脑颅压增高，严重烧伤，低蛋白血症的治疗;尿白蛋白可作为临床诊断用酶的保护剂、尿激酶标准品中的保护剂、测定蛋白质相对分子质量用的标准蛋白等，是一种廉价而易得的人血白蛋白的代用品。目前从人血浆中分离的白蛋白有两种制品：一种是从健康人血浆中分离制得的，称人血白蛋白;另一种是从健康产妇胎盘血中分离制得，称胎盘血白蛋白。从动物血浆制备的白蛋白，称动物血白蛋白。从男性尿液中制备的白蛋白，称尿液白蛋白。白蛋白制剂为淡黄色略稠的澄明液体或白色疏松状（冻干）固体。【2】2 生产白蛋白的原料、试剂、器材2.1原料选用新鲜干净的人胎盘，健康成人的血液，健康成人男性的尿液，三者均可。2.2试剂盐酸：这里用来调节PH，选用化学纯试剂。氢氧化钠：这里用来调节PH，选用化学纯试剂。硫酸铵：这里作为沉淀剂，选用化学纯试剂。碳酸钠：这里用来调节溶液的PH，选用化学纯试剂。利凡诺：这里作为沉淀剂，选用化学纯试剂。氯化钠：这里用于盐析，选用化学纯试剂。硝酸银：这里作为鉴定试剂，选用分析纯试剂。氢氧化铝：这里作为吸附剂，选用分析纯试剂。活性炭：这里用来调节PH，选用药用活性炭。D-160树脂：一种大孔径阳离子交换树脂，用于吸附白蛋白。DEAE-纤维素：是一种阴离子交换纤维素，主要用于中型或酸性蛋白的分离。白蛋白的等电点为4.7，因此在高于白蛋白的等电点时，DEAE-纤维素即可吸附带负电荷的白蛋白。这里用于分离纯化白蛋白。磷酸：这里作为溶剂，选用化学纯试剂。EDTA（二乙胺四乙酸）：这里作为稳定剂，选用化学纯试剂。0.05mol/L PH=5.2的乙酸-乙酸钠：这里作为缓冲液，选用化学纯试剂。柠檬酸三钠：这里作为抗凝剂，选用化学纯试剂。聚乙二醇：这里作为致孔剂，选用化学纯试剂。2.3器材不锈钢夹层反应罐、不锈钢夹层反应锅、搪瓷缸、不锈钢桶（50L）、冷冻干燥机、酸度计、尼龙布、温度计（1-1000c）。【3】3 生产白蛋白的工艺路线选用新鲜干净的人胎盘在洁净度为十万级的区域进行预处理制成胎盘浆使胎盘浆能够合并，在洁净度万级的区域用低温氯化钠溶液提取胎盘浆中的液体，用硫酸铵盐析出沉淀，沉淀是用来制备免疫球蛋白的原料，而盐析出的滤液用盐酸沉淀后弃去滤液，而沉淀物经超滤后，将滤液在洁净度为十万级的区域中进行病毒灭活，也就是热处理收集滤液，转入洁净度为百级的区域中进行二次盐析弃去滤液，收集盐析物进行二次超滤，收集超滤液吸附除杂，后处理，在洁净度为十万级的区域中进行分装，用于分装的内包装材料要先粗洗，再到洁净度为十万级的区域中进行精细与灭菌除热原。然后才可分装和包装全检后入库。4 生产白蛋白具体操作步骤及生产质量要点4.1生产白蛋白具体操作步骤4.1.1预处理将冷冻的健康人胎盘，用无菌的剪刀剪去并挤出脐带血，将胎盘剪成适当碎块，放入灭菌的绞肉机中绞碎，制成胎盘浆。4.1.2提取将制好的胎盘浆放入不锈钢锅中，按每个胎盘加1L无热原的40g/L（4%）氯化钠溶液（内含0.5%苯酚），浸渍提取一小时，然后用纱布过滤，收集滤液。剩下的固体杂质用500ml无热原的40g/L（4%）氯化钠溶液（内含0.5%苯酚），浸渍提取一小时，然后用纱布过滤，剩下的固体杂质用250ml无热原的40g/L（4%）氯化钠溶液（内含0.5%苯酚），浸渍提取一小时，然后用纱布过滤，收集三次的滤液，调试离心机的转速为2000r/min,除去滤液中的红细胞，得到提取液。4.1.3盐析 将以上经离心后的胎盘提取液倾入搪瓷缸中，在搅拌下加入等体积饱和硫酸铵溶液，然后放置一小时以上，使球蛋白沉淀析出，用尼龙布自然过滤，收集滤液。沉淀是生产免疫球蛋白的原料。4.1.4沉淀 将以上滤液倾倒在不锈钢桶中，用1mol/L盐酸调节PH至4.3-4.4，放置一小时后，然后用尼龙布自然过滤，收集沉淀物。4.1.5超滤 将以上沉淀物溶解于5-10倍的蒸馏水中，然后用超滤器过滤，注意过滤所使用的滤膜为分子量30000的超滤膜，直至硫酸铵含量低于2g/L(0.2%)时为止，收集超滤液。【4】4.1.6热处理将以上收集的超滤液倒入不锈钢桶中，加入适量的氯化钠使之溶解，使氯化钠浓度达8.5g/L（0.85%），用尼龙布自然过滤，全部过滤完之后测定滤液的蛋白质含量，再加入无热原水稀释蛋白质浓度至12-20g/L(1.2%-2%)。然后按2g/L(0.2%)的量加入固体辛酸钠，用1mol/L盐酸调节PH至5-5.2，搅拌溶解后在0-5oc的条件下放置一个晚上。次日将溶液倒入反应锅中，再重新调节PH至5-5.2，然后将其加热，当加热至67OC时加入2g/L(0.2%)活性炭，搅拌15min,加温至69oc后保温一小时冷却至45oc以下，也可以是60oc保温十小时，用帆布自然过滤收集滤液。4.1.7二次盐析 将以上滤液按照1g的体积的四十倍加入氯化钠化学纯试剂或加入硫酸铵，使硫酸铵的质量浓度达到178g/L,以1mol/L盐酸调节PH调节至3.75-3.85，放置一小时后，用帆布自然过滤压干收集沉淀物。4.1.8二次超滤 将以上沉淀物先加入适量的0.5mol/L的氢氧化钠充分搅拌调成浆糊状，再加入适量的1mol/L的氢氧化钠充分搅拌调成浆糊状，最后加入适量的2mol/L的氢氧化钠充分搅拌调成浆糊状，然后再加入5-10倍的无热原水，并调节PH至7.8-8，用截留分子量为30000的超滤膜超滤透，直到用硝酸银试剂检查氯离子不高于自来水的空白对照时为止，收集超滤液。【5】4.1.9吸附除杂 将以上超滤液倒入不锈钢桶中，加入吸附剂，吸附剂为2-4g/L(0.2%-0.4%)氢氧化铝或20-30g/L(2%-3%)活性炭，进行搅拌吸附一小时，然后用尼龙布自然过滤收集滤液。4.1.10后处理将以上滤液调节PH至6.6-7，将蛋白质稀释至100g/L(10%)或250g/L(25%)，除菌过滤取样进行药品的质量检查，合格后制成冻干制品。4.2白蛋白的生产管理、质量控制的要点、样品储存、运输4.2.1生产管理的要点生产时所使用的器具无论是直接用于生产的金属或玻璃等器具，还是间接用于生产的金属或玻璃等器具都必须经过严格清洗消毒灭菌处理后专用。原料健康人胎盘的采集和质量应符合原料人胎盘采集规程要求。健康人胎盘的采集应尽可能保持无菌，并在八小时内冰冻至-20 OC至以下，原料检定合格后就可以及时投料制造，也可以置于-20oc以下冰冻保存，但保存期不得超过2年。蛋白质的透析与浓缩都应采用超滤法。在澄清和除菌过滤时应使用尼龙布和纱布，这种无石棉的介质。病毒灭活时应保证每批产品均经过60+0.5oc至少十小时的连续加温，这样才能灭活可能残留的污染病毒。分装与冻干必须在严格的无菌条件下进行。冻干制品分装后应及时冷冻，采用适宜条件进行冻干，冻干过程制品温度不得超过50oc,真空封口。【6】4.2.2质量控制要点 原料及辅料应符合中华人民共和国药典或中国生物制品主要原辅料材料质量标准的要求。生产用水应符合饮用水标准，纯化水、注射用水和灭菌注射用水应符合中华人民共和国药典的要求。原料健康人的胎盘血应进行HbsAg、HIV-1/HIV-2抗体、HCV抗体、梅毒检查，均为阴性。原料应按照规程要求进行残留乙醇含量、蛋白质含量、纯度、PH值、热原试验，项目的检测。半成品立即分装时可在除菌后留样做无菌检查。每批成品应按规程要求抽样做全面检定，所用的HbsAg、HIV-1/HIV-2抗体、HCV抗体等检测试剂盒应经国家药品监督管理局批准。【7】4.2.3白蛋白的储存 白蛋白的正确保存极为重要，一旦处理不当，辛辛苦苦生产的白蛋白成品就会失活、变性、变质，使前面的全部制备工作化为乌有，损失惨重。要想从溶液中除去多余水分，采用的方法是在常温或高温条件下进行蒸发，但这样会使生物活性物质加速被破坏，并且改变了这些物质的溶解度，所以不宜采用。要想在干燥过程中最大限度地减少生物活性物质被破坏，唯一的方法就是使溶液在低温下干燥。但是，温度的降低不但会使溶液凝固，还会使水的蒸气压力降低从而难以挥发，这就需要大大降低气压使固态的水直接升华成为水蒸气。冻干技术就是在这一理论基础上产生的。冻干技术是先将生物大分子溶液中的水冻成冰，然后在低温和高真空的条件下使冰升华，成为固体干粉。当白蛋白溶液冷却至冰点时，纯水首先结冰形成初结晶。初结晶过程中若白蛋白所处的温度低，热交换速度大时，温度下降可达每秒50oc或更高，这种冷冻方法叫速冻。反之，当白蛋白所处的温度高，热交换速度小时，这种冷冻方法叫慢冻。由于冷冻速度不同，冷冻过程中所形成的结晶大小也不同。慢冻可使白蛋白形成大的结晶，使白蛋白中的活性物质分子受到应力。另外，慢冻延长了共溶混合物中盐对生物活性物质的作用时间，增加了分子聚合的机会，导致白蛋白变性。所以白蛋白一般采用速冻。当白蛋白的温度降低为共熔点时，溶质和溶剂将同时冻结形成二次结晶，此时若能加快热交换速度或设法阻止结晶形成而使混合物以无定性状态凝固，则可减少生物活性物质的变性破坏。在略高于或略低于共熔点的温度下冷冻白蛋白，其变性的程度最小，这可能是冷冻温度越来越接近共熔点，白蛋白越有可能形成无定性状态的缘故。 在白蛋白溶液中，水以游离水、中间型结合水和结构性结合水三种状态存在。第一次干燥的目的主要是除去大量的游离水和部分中间型结合水。在操作过程中，压力通常要求降至0.5-0.1mmHg,因为水蒸气的压力为4mmHg,气压必须大大低于此值，才能使冰块比较快地升华。第一次干燥时，加热温度要严格控制，避免冻干物质的温度高于共熔点，否则，白蛋白将溶解产生气泡，导致白蛋白变性。第一次干燥后，残余水分为1%-4%。如果白蛋白在这种含湿量下能保持稳定，就能够停止冻干，封口保存。否则，需要进行第二次干燥。 第二次干燥的目的主要是除去残留的中间型结合水，但应注意不要使结构型结合水除去，否则将导致白蛋白的氧化，甚至会破坏白蛋白的高级结构，使其变性失活。通过冻干得到白蛋白固体样品有许多优点：一个是由固态直接升华为气态，所以样品不起泡不报沸。一个是得到的干粉样品不黏壁易取出。一个是冻干后的样品是疏松的粉末，易溶于水。一个是在低温低压的条件下干燥，白蛋白不容易氧化变质，同时压力低使得空气稀薄有灭菌或抑制某些细菌的作用。一个是脱水彻底，适合于长途运输和长期保存。冻干特别适用于对热敏感、易吸湿、易氧化的白蛋白。对于极个别的在冻干时易变性失活的白蛋白则要十分谨慎，务必先做小量试验证明冻干对该白蛋白活性、结构无损害后可进行大量处理。 由于白蛋白对热敏感，因此，要低温保存。一般可根据白蛋白的用途决定其保存温度是4oc、-20oc还是-80oc或-196oc液氮中。白蛋白解冻时勿直接由-20oc或-80oc移至37oc条件解冻，因为温度改变太大或太快，容易引起白蛋白凝结而发生沉淀。正确的冻溶步骤是：将白蛋白从-20oc或-80oc转移至4oc条件下解冻1天，然后再转移至室温下溶解，在溶解过程中要规则地均匀摇晃，使温度与成分均匀，以减少沉淀的发生。由于白蛋白性质不稳定，因此，要选择符合白蛋白性质的保存方法，在保证白蛋白生物活性的条件下运输。5 检验方法 人胎盘血白蛋白有10%或25%两种规格，本制剂为淡黄色略带粘稠状的澄明液体或白色疏松物体（冻干品）。按中华人民共和国药典2005年版白蛋白制造机检定规程的各项规定进行生产，均应符合规定。【8】以下标准供参考，溶解时间：本品冻干制剂配成10%蛋白浓度时，其溶解时间不得超过15min;水分：冻干制剂水分含量不得超过1%；PH:6.6-7.2；【9】白蛋白含量：应不低于本品规格（10%或25%）；纯度：药品中含有白蛋白应占药品整体的95%以上；残留硫酸铵含量：应不超过0.01%（质量体积分数）；无菌试验、毒性试验、安全试验、热原试验均应符合规定。【10】结论：白蛋白中的某些阴离子，尤其是一系列脂肪酸的阴离子，在白蛋白等电点的偏酸侧时，能提高白蛋白的耐热能力。脂肪酸可与白蛋白结合生成复合物，成为保护剂。所以可利用加入的辛酸钠作为白蛋白的保护剂，通过加热处理的方法使其他不耐热的蛋白质变性，提高白蛋白的纯度和收率。最后一次盐析