《医药生物技术》演示PPT

1、1 第五章第五章 医药生物技术医药生物技术 5-1 5-1 人类基因体计划人类基因体计划 5-2 5-2 基因治疗基因治疗 5-3 5-3 免疫作用免疫作用 5-4 5-4 干细胞干细胞 5-5 5-5 组织工程组织工程 5-6 5-6 制药与生物技术制药与生物技术 5-7 5-7 药物基因体学药物基因体学 5-8 5-8 中草药中草药 2 人人 类类 基基 因因 体体 计计 划划 Human Genome Project (HGP)Human Genome Project (HGP) 约翰约翰 萨尔斯顿萨尔斯顿 John E. Sulston John E. Sulston (影片: HGP

2、.mpg) 3 100100兆细胞、兆细胞、3030亿硷基对亿硷基对 97% 97% 功能不明功能不明(?)(?) 1.1%1.1%表现序列表现序列(exons)(exons)外显子外显子 24% 24% 内含子内含子(introns) (introns) 75% 75%基因序列没有实际作用或功能未知基因序列没有实际作用或功能未知 人与人差异人与人差异 0.1%0.5%0.5%） 与黑猩猩相同性与黑猩猩相同性 98.8%98.8% 基因总数基因总数 2.0-2.52.0-2.5万万 重要发现重要发现 4 人类基因数一人类基因数一 5 人类基因数二人类基因数二 6 人类基因数三人类基因数三 7

3、人类基因图谱的绘制人类基因图谱的绘制 遗传图谱遗传图谱(genetic map)(genetic map)：基因连锁图谱：基因连锁图谱 发生基因重组概率大小发生基因重组概率大小 基因相对位置图谱基因相对位置图谱 单位单位centimorgan (cM)centimorgan (cM) 基因距离愈远重组概率愈高，近概率低基因距离愈远重组概率愈高，近概率低 物理图谱物理图谱(physical map)(physical map) DNADNA上限制酶的位置上限制酶的位置 染色体限制片段的顺序染色体限制片段的顺序 单位单位Mb (mega base pair) KbMb (mega base pai

4、r) Kb cDNA cDNA 基因在染色体上的位置基因在染色体上的位置 8 人类染色体图谱一人类染色体图谱一 参考资料：/projects/genome/guide/human/ 9 人类染色体图谱二人类染色体图谱二 参考资料：/projects/genome/guide/human/ 10 5-2 5-2 基因治疗基因治疗 1990 NIH 1990 NIH 腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶 (ADA, adenosine deaminase )(ADA, adenosine deaminase )

5、基因基因 (deoxyinosine(deoxyinosine与与deoxyadenosinedeoxyadenosine没有办法代谢成没有办法代谢成inosineinosine 与与adenosineadenosine，而积累的，而积累的adenosineadenosine将会造成将会造成T T细胞失去功细胞失去功 能，进而丧失身体细胞免疫的作用能，进而丧失身体细胞免疫的作用) ) + +反转录病毒反转录病毒 T T 淋巴球淋巴球 送回体内送回体内 体外体外In vitro In vitro 活体活体In vivo In vivo 体内生合成体内生合成denovodenovo 将一外来将一外

6、来DNADNA送入细胞内，藉以治疗基因缺陷或送入细胞内，藉以治疗基因缺陷或 突变所引起的疾病突变所引起的疾病 11 病毒载体病毒载体- -危险性、效率高危险性、效率高 反转录病毒反转录病毒: RNA DNA : RNA DNA 插入宿主染色体插入宿主染色体( (随随 机机) )，产生变异或造成不具功能，产生变异或造成不具功能 腺病毒腺病毒: : 同源基因重组、问题同源基因重组、问题- -产生发炎反应产生发炎反应 腺病毒关联载体：限制腺病毒关联载体：限制- -转殖基因有限转殖基因有限 疱皮疹毒：缺点疱皮疹毒：缺点- -病毒本身太复杂病毒本身太复杂 非病毒载体非病毒载体- -安全性高、效率差安全性

7、高、效率差 物理方式物理方式: : 基因枪导入法、电穿孔法、直接将基因枪导入法、电穿孔法、直接将 DNADNA打入肌肉打入肌肉(DNA(DNA疫苗疫苗) ) 化学方式化学方式: :微脂粒导入法微脂粒导入法( (表现皆短暂性表现皆短暂性) )、 磷磷 酸钙沉淀法酸钙沉淀法( (利用细胞的胞饮作用利用细胞的胞饮作用) ) 基因治疗常用的方法基因治疗常用的方法 12 基因治疗标的细胞的种类基因治疗标的细胞的种类 体细胞基因治疗法体细胞基因治疗法 仅修正体细胞仅修正体细胞 对生殖细胞没有影响对生殖细胞没有影响 生殖细胞基因疗法生殖细胞基因疗法 除了修正体细胞除了修正体细胞 影响生殖细胞可遗传影响生殖细

8、胞可遗传 13 基因治疗的应用范围基因治疗的应用范围 癌症治疗癌症治疗 使用免疫调控基因：细胞激素基因送入癌细胞使用免疫调控基因：细胞激素基因送入癌细胞癌症癌症 疫苗疫苗疫苗打入动物体疫苗打入动物体诱发宿主的免疫系统辨识癌诱发宿主的免疫系统辨识癌 细胞细胞 送入自杀基因送入自杀基因- -配合药物作用配合药物作用 引入抑癌或细胞凋亡基因使用抗血管生成因子：利用引入抑癌或细胞凋亡基因使用抗血管生成因子：利用 反义反义(anti-sense)RNA (p53gene.mpg)(anti-sense)RNA (p53gene.mpg) 感染性疾病治疗感染性疾病治疗 送入感染处抑制病原菌基因表现送入感染

9、处抑制病原菌基因表现 遗传疾病治疗遗传疾病治疗 技术限制技术限制- -单一基因疾病单一基因疾病 心脏血管疾病治疗心脏血管疾病治疗 利用某些自杀基因消除增生的血管细胞利用某些自杀基因消除增生的血管细胞(影片: tga.mpg) 14 基因治疗所遭遇的困难基因治疗所遭遇的困难 基因嵌入细胞的效率不佳，反转录病毒外，基因嵌入细胞的效率不佳，反转录病毒外， 其它不尽理想其它不尽理想 基因能否表现基因能否表现? ? 基因重组导致癌症的发生基因重组导致癌症的发生 15 癌症形成的原因相当的复杂癌症形成的原因相当的复杂 细胞核基因的异常是导致癌症发生的基本原因细胞核基因的异常是导致癌症发生的基本原因 在人体

10、细胞中，所有谓的致癌基因在人体细胞中，所有谓的致癌基因(oncogen)(oncogen)和抑癌基和抑癌基 因因(tumor suppressor gene)(tumor suppressor gene)。致癌基因或是抑癌基因。致癌基因或是抑癌基因 的缺损或是变异容易导致癌症的发生的缺损或是变异容易导致癌症的发生 ( (影片影片: : cancer.mpg)cancer.mpg) 癌症发生的相关危险因子癌症发生的相关危险因子 遗传遗传 家族性大肠息肉症家族性大肠息肉症(Familial polyposis syndrome) (Familial polyposis syndrome) （大肠癌

11、）（大肠癌） 母亲或是姊妹有乳癌患者，则罹患乳癌的比率也会大母亲或是姊妹有乳癌患者，则罹患乳癌的比率也会大 为提高为提高 放射线放射线 核爆生还者罹患血癌的比例大为提高核爆生还者罹患血癌的比例大为提高 放射线碘容易引起甲状腺癌放射线碘容易引起甲状腺癌 癌症的形成原因癌症的形成原因 16 B B型、型、C C型肝炎病毒带原者较常人易引起肝癌型肝炎病毒带原者较常人易引起肝癌 Epstein-BarrEpstein-Barr病毒易引起病毒易引起BurkittBurkitt氏淋巴瘤氏淋巴瘤 (Burkitt(Burkitts lymphoma) s lymphoma) 人类乳突病毒人类乳突病毒(Hum

12、an papilloma virus)(Human papilloma virus)易引起子宫易引起子宫 颈癌颈癌 HTLV-1HTLV-1人类人类T T 细胞白血球第一型病毒感染者有一小细胞白血球第一型病毒感染者有一小 部份会发生部份会发生T T细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤 ( (细菌感染细菌感染) )胃中特殊的幽门杆菌胃中特殊的幽门杆菌(Helicobacter (Helicobacter pylori)pylori)和淋巴瘤和淋巴瘤 (MALToma)(MALToma) 化学或药物刺激化学或药物刺激 黄麴毒素易引起肝癌黄麴毒素易引起肝癌 石绵易引起肺癌和间皮瘤石绵易引起肺癌和间皮瘤(mesoth

13、elioma) (mesothelioma) 芳香族化合物和膀胱癌的关系也曾被报告过芳香族化合物和膀胱癌的关系也曾被报告过 病毒感染病毒感染 17 长期动情激素长期动情激素(estrogen)(estrogen)的刺激是子宫内膜的刺激是子宫内膜 癌和乳癌的危险因子之一癌和乳癌的危险因子之一 所以初经早、停经晚、和未生育小孩的妇女，所以初经早、停经晚、和未生育小孩的妇女， 其动情激素的刺激较久，发生子宫内膜癌和其动情激素的刺激较久，发生子宫内膜癌和 乳癌的机会较高乳癌的机会较高 饮食因素饮食因素 多食用青菜水果纤维素等已被证实有效降低多食用青菜水果纤维素等已被证实有效降低 癌症的发生率癌症的发生

14、率 饮食中过多脂肪容易肥胖，而肥胖容易导致饮食中过多脂肪容易肥胖，而肥胖容易导致 脂溶性致癌毒性物质囤积在身体中有较高的脂溶性致癌毒性物质囤积在身体中有较高的 致癌机会致癌机会 过多的腌制食物，其致癌物质，如亚硝胺类过多的腌制食物，其致癌物质，如亚硝胺类 等，也会增加，因而提高致癌的机会等，也会增加，因而提高致癌的机会 激素刺激激素刺激 18 不良的行为，如抽烟、喝酒等，会增加肺癌不良的行为，如抽烟、喝酒等，会增加肺癌 和食道癌的发生机会和食道癌的发生机会 多重性伴侣及危险性性行为等，会增加感染多重性伴侣及危险性性行为等，会增加感染 人类乳突病毒的机会，因而增加子宫颈癌的人类乳突病毒的机会，因

15、而增加子宫颈癌的 发生率发生率 行为因素行为因素 19 9696年国内十大死因年国内十大死因 恶性肿瘤占恶性肿瘤占28.9%28.9% 心脏疾病占心脏疾病占9.3%9.3% 脑血管疾病占脑血管疾病占9.2%9.2% 糖尿病占糖尿病占7.3%7.3% 事故伤害占事故伤害占5.1%5.1% 肺炎占肺炎占4.2%4.2% 慢性肝病及肝硬化占慢性肝病及肝硬化占3.7%3.7% 肾炎、肾徵候群及肾性病变占肾炎、肾徵候群及肾性病变占3.7%3.7% 自杀占自杀占2.8%2.8% 上血压性疾病占上血压性疾病占1.4%1.4% 20 男性前十大恶性肿瘤种类男性前十大恶性肿瘤种类 肝癌、肺癌、结肠直肠癌、口腔癌

16、、胃癌、食肝癌、肺癌、结肠直肠癌、口腔癌、胃癌、食 道癌、摄护腺癌、胰脏癌、非何杰金淋巴癌、道癌、摄护腺癌、胰脏癌、非何杰金淋巴癌、 鼻咽癌鼻咽癌 女性前十大恶性肿瘤种类女性前十大恶性肿瘤种类 肺癌、肝癌、结肠直肠癌、女性乳癌、胃癌、肺癌、肝癌、结肠直肠癌、女性乳癌、胃癌、 子宫颈癌、胰脏癌、非何杰金淋巴癌、胆囊癌、子宫颈癌、胰脏癌、非何杰金淋巴癌、胆囊癌、 卵巢癌卵巢癌 21 基础免疫观念一基础免疫观念一 细胞免疫与体液免疫细胞免疫与体液免疫 细胞免疫细胞免疫: : 胸腺细胞主导胸腺细胞主导 杀手细胞杀手细胞: : 直接辨识病原直接辨识病原 辅助者细胞辅助者细胞: : 帮助帮助B B细胞产生

17、抗体细胞产生抗体 体液免疫体液免疫: B: B细胞主导细胞主导( (产生抗体的细胞产生抗体的细胞) ) 抗体可辨识抗原抗体可辨识抗原 主动免疫与被动免疫主动免疫与被动免疫 主动免疫主动免疫: : 接触抗原后自行产生免疫反应，产接触抗原后自行产生免疫反应，产 生记忆反应生记忆反应 被动免疫被动免疫: : 注射抗体所诱发注射抗体所诱发 22 非专一性免疫反应（先非专一性免疫反应（先 天免疫）天免疫） 反应介质反应介质 补体补体 发炎介质发炎介质 杀菌物质杀菌物质 反应细胞反应细胞 颗粒球（嗜中、酸、硷颗粒球（嗜中、酸、硷 性球）性球） 巨噬细胞巨噬细胞 自然杀手细胞自然杀手细胞 肥大细胞肥大细胞

18、专一性免疫反应（后天免专一性免疫反应（后天免 疫）疫） 反应介质反应介质 免疫球蛋白（抗体）免疫球蛋白（抗体） 细胞激素细胞激素 细胞毒杀因子细胞毒杀因子 反应细胞反应细胞 抗原呈现细胞抗原呈现细胞 辅助型辅助型T T细胞细胞 毒杀型毒杀型T T细胞细胞 B B淋巴球淋巴球 基础免疫观念二基础免疫观念二 23 免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统一免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统一 24 免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统二免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统二 （影片: immuno.mpg） （曾哲明, 2006) (影片: immuno1.mpg) 25 严重急性呼吸道症候群严重急性呼吸道症候群(

19、SARS)(SARS) Severe Acute Respiratory SyndromeSevere Acute Respiratory Syndrome 冠状病毒冠状病毒 CORONAVIRUSESCORONAVIRUSES 最适生长温度最适生长温度 33-3533-35 次易引发普通感冒的病毒次易引发普通感冒的病毒 仅有两株分离的人类病毒株仅有两株分离的人类病毒株 核酸：正股核酸：正股RNARNA、套膜、套膜、 80-160 nm80-160 nm 演化分析归类为第四类冠状病毒演化分析归类为第四类冠状病毒 基因体基因体 +RNA - 27,000-31,000 nt+RNA - 27,0

20、00-31,000 nt 重症患者肺部严重纤维化、呼吸衰竭重症患者肺部严重纤维化、呼吸衰竭 26 反转录聚合酶连锁反应（反转录聚合酶连锁反应（RT-PCRRT-PCR） 将将RNARNA反转录成反转录成DNADNA，再继续将，再继续将DNADNA数量放大数量放大 分离病毒分离病毒RT-PCR RT-PCR 定序比对定序比对 即时即时PCRPCR检测技术检测技术(Real-Time PCR)(Real-Time PCR) 传统传统PCRPCR需要时间较久、解析度差、低正确性、需要时间较久、解析度差、低正确性、 低敏感度、无自动化、结果无法量化低敏感度、无自动化、结果无法量化 利用萤光讯号，即时监

21、测反应利用萤光讯号，即时监测反应 免疫萤光抗体法免疫萤光抗体法(indirect fluorescent (indirect fluorescent antibody test, IFA)antibody test, IFA) 测病人血清中有无病毒抗体测病人血清中有无病毒抗体 冠状病毒检验方法冠状病毒检验方法 27 需要时间较久需要时间较久 琼胶解析度差（需差琼胶解析度差（需差1010倍）倍） 低正确性低正确性 低敏感度低敏感度 无自动化无自动化 只鉴别大小只鉴别大小 结果无法量化结果无法量化 仅呈现仅呈现PCRPCR最后的结果最后的结果 Real-Time PCRReal-Time PCR可

22、改善上述的缺点可改善上述的缺点 传统传统 PCRPCR 28 Real-time PCRReal-time PCR 29 微生物或其表面抗原制作成对抗此病原的物质微生物或其表面抗原制作成对抗此病原的物质 具专一性具专一性 可使免疫系统产生反应与记忆可使免疫系统产生反应与记忆 为主动免疫为主动免疫 人类免疫缺乏病毒（人类免疫缺乏病毒（HIVHIV）会引以爱滋病）会引以爱滋病 到目前无法制造出有效的疫苗到目前无法制造出有效的疫苗 WHY?WHY? 突变速率太快突变速率太快 多种躲避人体免疫系统侦测的策略多种躲避人体免疫系统侦测的策略 疫苗疫苗 (影片: hiv.mpg) 30 单株抗体单株抗体 抗

23、体通常只与抗原上的一小段胺基酸结合抗体通常只与抗原上的一小段胺基酸结合 此小段胺基酸称为抗原决定位此小段胺基酸称为抗原决定位(antigenic (antigenic determinant)determinant) 大分子量抗原大分子量抗原- -多抗原决定位多抗原决定位( (多价抗原多价抗原) ) 单一抗体单一抗体 VS VS 抗原之抗原决定位抗原之抗原决定位- -提高免疫提高免疫 效率效率 一种一种B B细胞一种抗体，细胞一种抗体， 挑出所要之挑出所要之B B细胞细胞 大量培养均质抗体称为单株抗体大量培养均质抗体称为单株抗体 (monoclonal antibody)(monoclonal

24、 antibody) 31 细胞融合技术细胞融合技术 将不同的生物细胞染色体将不同的生物细胞染色体+ +细胞质融合细胞质融合 杂交细胞杂交细胞 ( (融合瘤细胞融合瘤细胞hybridoma)hybridoma) 单株抗体单株抗体+ +药物药物 癌细胞为抗原癌细胞为抗原 32 单株抗体的制作流程单株抗体的制作流程 参考资料：http:/www.thyroid- 33 干细胞干细胞 定义：一群尚未分化的细胞，可分化成特定组定义：一群尚未分化的细胞，可分化成特定组 织织 全能干细胞：每个细胞均可发育成一完整生物全能干细胞：每个细胞均可发育成一完整生物 体体 多能干细胞：可发育成特定组织如：血液干细多

25、能干细胞：可发育成特定组织如：血液干细 胞、神经干细胞、皮肤干细胞胞、神经干细胞、皮肤干细胞 来源来源: : 人类胚胎囊胚期的内细胞质团，称人类胚胎干人类胚胎囊胚期的内细胞质团，称人类胚胎干 细胞细胞 胎儿的生殖组织培养胎儿的生殖组织培养( (经捐赠者同意经捐赠者同意) ) (影片: stemcell.mpg) (影片: differ.mpg) 34 干细胞的应用一干细胞的应用一 疾病疾病移植细胞移植细胞 阿兹海默症阿兹海默症神经细胞神经细胞 脊椎损伤脊椎损伤神经细胞神经细胞 脑中风脑中风神经细胞神经细胞 糖尿病糖尿病胰岛细胞胰岛细胞 心脏疾病心脏疾病心肌细胞心肌细胞 白血病白血病造血细胞造血

26、细胞 视网膜黄斑病变视网膜黄斑病变视网膜细胞视网膜细胞 眼睛轮状细胞缺损眼睛轮状细胞缺损眼睛轮状干细胞眼睛轮状干细胞 骨关节炎骨关节炎软骨细胞软骨细胞 帕金森氏症帕金森氏症多巴胺性神经元多巴胺性神经元 35 干细胞的应用二干细胞的应用二 20062006瑞士科学家利用羊水中的干细胞培育出心瑞士科学家利用羊水中的干细胞培育出心 脏瓣膜脏瓣膜 20072007荷兰科学家进行荷兰科学家进行细胞造肉细胞造肉工程工程 肌胚细胞肌胚细胞加入养分加入养分网片生长网片生长肌肉纤维肌肉纤维 无化学添加物、生长激素、抗生素无化学添加物、生长激素、抗生素 脐带血脐带血 可发育成血液及免疫系统细胞可发育成血液及免疫系

27、统细胞 可恢复造血系统可恢复造血系统 ( (取代骨髓移植取代骨髓移植) ) 36 胚胎胚胎 = = 人人 脐带血干细胞分化能力差脐带血干细胞分化能力差 卫生署胚胎干细胞研究伦理规范卫生署胚胎干细胞研究伦理规范 胚胎干细胞的来源限制胚胎干细胞的来源限制 自然流产的胚胎组织自然流产的胚胎组织 符合优生保健规定之人工流产的胚胎组织符合优生保健规定之人工流产的胚胎组织 人工生殖后得销毁之胚胎人工生殖后得销毁之胚胎( (未满未满1414天天) ) 不得提供精卵（通过人工授精制造胚胎供研究不得提供精卵（通过人工授精制造胚胎供研究 用）用） 细胞核转殖术制造之胚胎再审议细胞核转殖术制造之胚胎再审议 无偿提供

28、无偿提供 ，不得以复制人为研究目的，不得以复制人为研究目的 人体试验研究人体试验研究- -治疗疾病与改善病情治疗疾病与改善病情 胚胎干细胞胚胎干细胞 VS VS 伦理问题伦理问题 37 复制的相关进展复制的相关进展 复制技术复制技术 体细胞的细胞核经由体细胞核转殖到卵母细胞而产生的囊体细胞的细胞核经由体细胞核转殖到卵母细胞而产生的囊 胚胚 可发育出活的个体可发育出活的个体 可培养成胚胎干细胞可培养成胚胎干细胞 暗示了卵母细胞的细胞质可能含有一些因子可以将转殖后暗示了卵母细胞的细胞质可能含有一些因子可以将转殖后 的体细胞核重新引导，导致到具有多能性的状态的体细胞核重新引导，导致到具有多能性的状态

29、 20062006年日本京都大学山中伸（年日本京都大学山中伸（Shinya Yamanaka) Shinya Yamanaka) 教授将教授将 四种基因四种基因Oct4Oct4、Sox2Sox2、c-Mycc-Myc、Klf4Klf4转殖到老鼠已经分化转殖到老鼠已经分化 的纤维母细胞的纤维母细胞 已分化的纤维组织母细胞重新设置变回干细胞已分化的纤维组织母细胞重新设置变回干细胞 38 39 40 41 42 组织工程组织工程 将特殊细胞培植在骨架上，重建特定的组织或将特殊细胞培植在骨架上，重建特定的组织或 器官。最早产品人工皮肤器官。最早产品人工皮肤 主要市场：整形外科、伤口疗护、心血管疾病主要市场：整形外科、伤口疗护、心血管疾病 优点优点: : 用少量组织体外增殖用少量