生物制药工艺学

1、第2章 生物制药工艺技术基础1生物制药工艺学生物制药工艺学第第1页页/共共33页页2第第1 1节节 生物材料与生物活性物质生物材料与生物活性物质一、生物材料的来源一、生物材料的来源动物、植物、微生物的组织、器官、细胞与代谢产物动物、植物、微生物的组织、器官、细胞与代谢产物工程菌或工程细胞工程菌或工程细胞转基因动物、植物、克隆动物转基因动物、植物、克隆动物(1)天然来源（天然来源（natural source)(2)非天然来源非天然来源 (artificial source)第第2页页/共共33页页3哪些组织、器官可哪些组织、器官可制取生物药？制取生物药？第第3页页/共共33页页4（）动物脏器（

2、）动物脏器(animal viscera)（1）胰脏）胰脏 (pancreas) 激素、酶、多肽、核酸、多糖、脂类及氨基酸等激素、酶、多肽、核酸、多糖、脂类及氨基酸等 代表药物代表药物： （2）脑）脑 (brain) 富含脂质，脂类富含脂质，脂类13.5，蛋白质占，蛋白质占8-10 ，肌醇磷脂、神经磷脂、脑苷脂、，肌醇磷脂、神经磷脂、脑苷脂、和胆固和胆固醇醇 胰蛋白酶、胰淀粉酶胰蛋白酶、胰淀粉酶及胰脂肪酶及胰脂肪酶主要来源：猪主要来源：猪其它：牛、羊、家禽、鱼类其它：牛、羊、家禽、鱼类修复脑细修复脑细胞，改善胞，改善记忆记忆治疗脑瘫，缺治疗脑瘫，缺血缺氧性脑病，血缺氧性脑病，帕金森帕金森第第4

3、页页/共共33页页5（3 3）胃粘膜）胃粘膜(stomach mucous membrane)(stomach mucous membrane) 胃粘膜总提取物、胃蛋胃粘膜总提取物、胃蛋白酶、凝乳酶、粘多糖白酶、凝乳酶、粘多糖 胃粘膜蛋胃粘膜蛋白水解产白水解产物物猪胃粘膜猪胃粘膜胃蛋白酶和胃膜素胃蛋白酶和胃膜素羔羊与乳猪羔羊与乳猪胃粘膜胃粘膜 胃优乐和双歧因子胃优乐和双歧因子牛羊胃牛羊胃 凝乳酶凝乳酶植物性凝乳酶：无花果植物性凝乳酶：无花果树叶和菠萝果实树叶和菠萝果实微生物凝乳酶：霉菌和微生物凝乳酶：霉菌和酵母菌酵母菌第第5页页/共共33页页6（4）肝脏）肝脏 (liver) 、肝细胞生长因子

4、、肝抑素、造血因、肝细胞生长因子、肝抑素、造血因子等子等（5）脾脏）脾脏 (spleen) 脾水解物，脾脾水解物，脾RNA和脾转移因子和脾转移因子, 人脾混合淋巴因子人脾混合淋巴因子 第第6页页/共共33页页7（6 6）小肠）小肠 (small intestine)(small intestine) （7 7）脑垂体）脑垂体 (pituitary)(pituitary) 促皮质激素（促皮质激素（ACTH)ACTH)、促黄体激素、促黄体激素(LH)(LH)、促卵泡激素、促卵泡激素(FSH)(FSH)、加压素、加压素缩宫素注射液、垂体后叶注射液等缩宫素注射液、垂体后叶注射液等（8 8）心脏）心脏

5、(heart) (heart) 细胞色素细胞色素C C，辅酶，辅酶 Q10Q10等等猪小肠粘膜猪小肠粘膜肝素肝素十二指肠十二指肠类肝素、冠心舒、脑心舒类肝素、冠心舒、脑心舒第第7页页/共共33页页8v其他动物脏器：其他动物脏器：肺肺、肾、胸腺、肾上腺、扁桃体、甲状腺、睾丸、胎盘、肾、胸腺、肾上腺、扁桃体、甲状腺、睾丸、胎盘、羊精囊、气管软骨、羊精囊、气管软骨、眼球、鸡冠眼球、鸡冠等等第第8页页/共共33页页9（二）血液、分泌物和其他代谢物（二）血液、分泌物和其他代谢物(blood、secretion and metabolite) 人血白蛋白，免疫球蛋白，凝血因子人血白蛋白，免疫球蛋白，凝血因

6、子、， 抗凝血抗凝血酶酶，干扰素，白介素干扰素，白介素2，SOD等。等。 凝血酶、原卟啉、血卟啉、血红蛋白、血红素、凝血酶、原卟啉、血卟啉、血红蛋白、血红素、SOD及各种氨基酸。及各种氨基酸。 以以人血人血为原料生产的制品为原料生产的制品以以动物血动物血为原料生产的制品为原料生产的制品第第9页页/共共33页页10 尿激酶、激肽释放酶、集落刺激因子，表皮生长尿激酶、激肽释放酶、集落刺激因子，表皮生长因子，绒膜促性激素（因子，绒膜促性激素（HCG），），HMG 胆酸、胆红素；胆酸、胆红素； 纤溶酶，如蝮蛇抗栓酶等。纤溶酶，如蝮蛇抗栓酶等。 尿液尿液胆汁胆汁蛇毒蛇毒蝮蛇蝮蛇第第10页页/共共33页页

7、11（三）海洋生物（三）海洋生物(halobios)（1）海藻）海藻甘露醇烟酸酯、甘露醇烟酸酯、褐藻酸钠褐藻酸钠（2）腔肠动物）腔肠动物海葵毒素海葵毒素（抗癌）（抗癌）海葵海葵僧帽水母僧帽水母多肽或毒素多肽或毒素用于冠心病用于冠心病脑血栓治疗脑血栓治疗第第11页页/共共33页页12（3）节肢动物）节肢动物 甲壳素甲壳素（4）软体动物）软体动物多糖、多肽、多糖、多肽、糖肽、毒素糖肽、毒素脱脱乙乙酰酰壳聚糖壳聚糖第第12页页/共共33页页13 海星皂素海星皂素二十碳五烯酸二十碳五烯酸海参素海参素河豚毒素河豚毒素鱼肝油鱼肝油肝脏肝脏鱼精鱼精鱼精蛋白鱼精蛋白软骨软骨软骨素软骨素（5）棘皮动物）棘皮动物

8、（6）鱼类）鱼类海胆海胆鲨鱼鲨鱼海胆毒素海胆毒素第第13页页/共共33页页14河豚毒素河豚毒素(TTX) 强烈的强烈的神经毒素神经毒素(小分子量非蛋白质类小分子量非蛋白质类) 临床用途临床用途:1) 治疗癌症治疗癌症:鼻咽癌、食道癌、胃癌、结肠癌鼻咽癌、食道癌、胃癌、结肠癌2) 镇痛镇痛 :癌症疼痛、术后疼痛、胃溃疡引起的疼痛癌症疼痛、术后疼痛、胃溃疡引起的疼痛(剂量剂量3g可以作为成瘾性镇痛药可以作为成瘾性镇痛药吗啡吗啡和和杜冷丁杜冷丁的良好替代品的良好替代品 3)止喘、镇痉、止痒止喘、镇痉、止痒 ,抗菌抗菌国际市场上，河豚国际市场上，河豚毒素结晶每克已经毒素结晶每克已经高达高达17万美元万

9、美元 目前已可人工合成目前已可人工合成第第14页页/共共33页页15 鲸鱼鱼肝油鲸鱼鱼肝油抗贫血剂抗贫血剂维生素维生素A、D江豚油江豚油（7）爬行动物）爬行动物（8）海洋哺乳动物）海洋哺乳动物鲸鱼鲸鱼海蛇毒液：蛋白酶、转氨酶、透明质酸酶海蛇毒液：蛋白酶、转氨酶、透明质酸酶第第15页页/共共33页页16四）植物四）植物(plant)(plant)天花粉蛋白天花粉蛋白人参多糖人参多糖薜荔果多糖薜荔果多糖伴刀豆球蛋白伴刀豆球蛋白茶叶多糖茶叶多糖菠萝蛋白酶菠萝蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶苦瓜胰岛素苦瓜胰岛素第第16页页/共共33页页17（五）徽生物（五）徽生物 (microorganism) 细菌细菌放

10、线菌放线菌真菌真菌酵母菌酵母菌第第17页页/共共33页页18（1）氨基酸）氨基酸 亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸（2）有机酸）有机酸 柠檬酸、柠檬酸、L-苹果酸、乳酸苹果酸、乳酸（3）糖类）糖类 葡聚糖、聚果糖、聚甘露糖、脂多糖葡聚糖、聚果糖、聚甘露糖、脂多糖（4）核苷酸类）核苷酸类 5AMP，5肌苷酸肌苷酸（5）维生素）维生素 VC VB1 VB2 VB6（6）酶）酶 淀粉酶、蛋白酶、凝乳酶、脂肪酶、弹性蛋白酶淀粉酶、蛋白酶、凝乳酶、脂肪酶、弹性蛋白酶1.细菌（细菌（bacteria）微生物转化微生物转化发酵法发酵法发酵法

11、和微生物转化法发酵法和微生物转化法发酵法发酵法第第18页页/共共33页页19（1）氨基酸）氨基酸 丙氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、鸟氨酸丙氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、鸟氨酸 （2）核苷酸类）核苷酸类 5-氟尿苷酸氟尿苷酸 （3）维生素）维生素 VB 、胡萝卜素、番茄素、胡萝卜素、番茄素 （4）酶）酶 高温蛋白酶、中性和碱性蛋白酶高温蛋白酶、中性和碱性蛋白酶 纤维素酶纤维素酶 2、放线菌（、放线菌（actinomycetesfrom ）第第19页页/共共33页页20（1）酶）酶 淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶 （2）有机酸）有机酸 柠檬酸、葡萄糖酸、苹果酸柠檬酸、葡萄糖酸、苹果酸

12、 （3）氨基酸）氨基酸 丙氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、赖氨酸丙氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、赖氨酸 （4）核酸及其有关物质）核酸及其有关物质 5核苷酸核苷酸 3核苷酸核苷酸 （5）维生素）维生素 核黄素、核黄素、胡萝卜素胡萝卜素 （6）促生素）促生素 赤霉素赤霉素（7）多糖）多糖 葡聚糖、半乳聚糖、甘露聚糖、银耳多糖葡聚糖、半乳聚糖、甘露聚糖、银耳多糖 3、真菌（、真菌（fungi）霉菌发酵霉菌发酵第第20页页/共共33页页21（1 1）维生素）维生素 肌醇肌醇 VB1,2,6 VB1,2,6 尼克酸、叶酸、泛酸尼克酸、叶酸、泛酸 （2 2）蛋白质与多肽）蛋白质与多肽 酵母酪素酵母酪素 （3 3）核酸）核酸

13、 RNARNA、DNADNA、腺苷、腺苷 、鸟苷、胞苷酸、腺苷酸、鸟苷、胞苷酸、腺苷酸还可生产：柠檬酸、苹果酸、核黄素、还可生产：柠檬酸、苹果酸、核黄素、VCVC、辅酶、辅酶A A4、酵母菌（、酵母菌（yeast）第第21页页/共共33页页22（六）开发生物新资源（六）开发生物新资源（1）动植物细胞的大规模培养）动植物细胞的大规模培养 （细胞工程）（细胞工程）植物细胞培养：生物碱、甾类、糖苷、香料等植物细胞培养：生物碱、甾类、糖苷、香料等动物细胞培养：激素、单抗、干扰素、酶制剂、疫苗动物细胞培养：激素、单抗、干扰素、酶制剂、疫苗（2） “工程菌工程菌”或或“工程细胞工程细胞”（ 基因工程）基因

14、工程） 紫衫、人参、洋地黄紫衫、人参、洋地黄干扰素、白介素、干扰素、白介素、EPO重组（酵母）重组（酵母）HBV疫苗、重组（疫苗、重组（CHO细胞）细胞） HBV疫苗疫苗白介素白介素第第22页页/共共33页页23制备生物药物的主要途径或方法制备生物药物的主要途径或方法 1. 提取法提取法2.化学合成或半合成法化学合成或半合成法3. 发酵法发酵法4. 生物催化与转化（酶法）生物催化与转化（酶法）5. 细胞工程（动、植物细胞培养）细胞工程（动、植物细胞培养）6.基因工程技术（工程菌、细胞，转基因动、植物）基因工程技术（工程菌、细胞，转基因动、植物）总结总结生物技术制药生物技术制药传统生物技术制药传

15、统生物技术制药现代生物技术制药现代生物技术制药第第23页页/共共33页页24第第2 2节节 生物活性物质的提取生物活性物质的提取适用于水溶性、盐溶性的生化物质。适用于水溶性、盐溶性的生化物质。胰蛋白酶稀硫酸提取，肝素胰蛋白酶稀硫酸提取，肝素pH9的的3氯化钠溶液提取氯化钠溶液提取离子型表面活性剂：易引起生物大分子（如蛋白）变性离子型表面活性剂：易引起生物大分子（如蛋白）变性 SDS常用于常用于DNA的提取的提取非离子型表面活性剂：适用于用水、盐系统无法提取的蛋白或非离子型表面活性剂：适用于用水、盐系统无法提取的蛋白或酶类药物的提取酶类药物的提取(如吐温类如吐温类)（一）酸、碱、盐水溶液提取（一

16、）酸、碱、盐水溶液提取（二）表面活性剂提取（二）表面活性剂提取第第24页页/共共33页页25适用范围：水不溶性的脂类、脂蛋白、膜蛋白结合酶等适用范围：水不溶性的脂类、脂蛋白、膜蛋白结合酶等常用溶剂：甲醇、乙醇、丙酮、丁醇常用溶剂：甲醇、乙醇、丙酮、丁醇 乙醚、氯仿、苯等乙醚、氯仿、苯等 分次加入溶剂，连续多次提取分次加入溶剂，连续多次提取（三）有机溶剂提取（三）有机溶剂提取1.固液提取固液提取2.液液萃取液液萃取旋转式液液萃取塔旋转式液液萃取塔第第25页页/共共33页页26第第3 3节节 生物活性物质的浓缩与干燥生物活性物质的浓缩与干燥（一）盐析浓缩（一）盐析浓缩（二）有机溶剂沉淀浓缩（二）有

17、机溶剂沉淀浓缩（三）用葡聚糖凝胶浓缩（三）用葡聚糖凝胶浓缩（四）用聚乙二醇浓缩（四）用聚乙二醇浓缩（五）超滤浓缩（五）超滤浓缩（六）真空减压浓缩与薄膜浓缩（六）真空减压浓缩与薄膜浓缩 除去挥发性溶剂除去挥发性溶剂 规模大、规模大、温度低、速度快温度低、速度快一、浓缩一、浓缩常用硫酸铵常用硫酸铵需透析除盐需透析除盐乙醇、丙酮乙醇、丙酮低温操作，逐渐加入低温操作，逐渐加入凝胶吸水凝胶吸水 重复多次操作重复多次操作与透析结合浓缩几十至上百倍与透析结合浓缩几十至上百倍膜分离膜分离 1-50nm分子分子第第26页页/共共33页页27（一）减压干燥（或真空干燥）（一）减压干燥（或真空干燥）速度快，湿度低、

18、产品疏松易粉碎，避免空气影响速度快，湿度低、产品疏松易粉碎，避免空气影响（二）喷雾干燥（二）喷雾干燥干燥时间短，产品为粉状，无需粉碎干燥时间短，产品为粉状，无需粉碎（三）真空冷冻干燥（三）真空冷冻干燥条件条件：低温、低压低温、低压适用产品适用产品：不耐热的生物药物，如酶、核酸、血液制品、免疫不耐热的生物药物，如酶、核酸、血液制品、免疫制剂制剂二、干燥二、干燥第第27页页/共共33页页28实验室真空干燥设备实验室真空干燥设备100m2真空冷冻干燥设备真空冷冻干燥设备第第28页页/共共33页页29（二）血液、分泌物和其他代谢物（二）血液、分泌物和其他代谢物(blood、secretion and

19、metabolite) 人血白蛋白，免疫球蛋白，凝血因子人血白蛋白，免疫球蛋白，凝血因子、， 抗凝血抗凝血酶酶，干扰素，白介素干扰素，白介素2，SOD等。等。 凝血酶、原卟啉、血卟啉、血红蛋白、血红素、凝血酶、原卟啉、血卟啉、血红蛋白、血红素、SOD及各种氨基酸。及各种氨基酸。 以以人血人血为原料生产的制品为原料生产的制品以以动物血动物血为原料生产的制品为原料生产的制品第第29页页/共共33页页30河豚毒素河豚毒素(TTX) 强烈的强烈的神经毒素神经毒素(小分子量非蛋白质类小分子量非蛋白质类) 临床用途临床用途:1) 治疗癌症治疗癌症:鼻咽癌、食道癌、胃癌、结肠癌鼻咽癌、食道癌、胃癌、结肠癌2) 镇痛镇痛 :癌症疼痛、术后疼痛、胃溃疡引起的疼痛癌症疼痛、术后疼痛、胃溃疡引起的疼痛(剂量剂量3g可以作为成瘾性镇痛药可以作为成瘾性镇痛药吗啡吗啡和和杜冷丁杜冷丁的良好替代品的良好替代品 3)止喘、镇痉、止痒止喘、镇痉、止痒 ,抗菌抗菌国际市场上，河豚国际市场上，河豚毒素结晶每克已经毒素结晶每克已经高达高达