生物技术制药绪论

课程简介

本课程讲授生物技术药物的基础知识和常见的几类生物制药技术，并介绍生物制药技术的一些新进展及生物制药行业的发展趋势

课程性质

应用性很强的专业选修课

32学时（24学时理论，8学时实验），2学分

先修课程

生物化学、微生物学、基因工程、细胞工程、免疫学、生物分离工程、仪器分析、文献检索等教学参考书

教材夏焕章，熊宗贵主编，《生物技术制药》（第二版），高等教育出版社，2006教学参考书其他参考书目姚文兵主编，生物技术制药概论(第二版)，中国医药科技出版社，2010科学技术部社会发展科技司编，生物医药发展战略报告——技术篇，科学出版社，2009WalshG.著，宋海峰等译，生物制药学(原著第二版)，化学工业出版社，2006何华，焦庆才编，生物药物分析，化学工业出版社，2003生物技术制药

BiotechnologicalPharmaceutics第一课绪论课程简介

开篇：什么是“药”

药物：对疾病具有预防、治疗和诊断作用，或用于调节机体生理功能的化学物质。Adrugmaybedefinedasanagentintendedforuseinthediagnosis,mitigation,treatment,cureorpreventionofdisease.生物技术制药概论

主要内容

生物技术概况生物技术药物：概念、类型、特点生物技术制药的概念、特征及应用世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状要求

掌握生物制药的基本概念掌握生物技术药物的特点、生物技术制药的特征对世界及中国生物技术行业及制药产业的发展现状有一个大致的了解一、生物技术概况1、生物技术概念生物技术/生物工程：生物技术是以生命科学为基础，利用生物体(或生物组织、细胞及其组分)的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，并与工程相结合，利用这样新物种(或品系)进行加工生产，为社会提供商品和服务的一个综合性的技术体系。一、生物技术概况衍生的手段等……基础研究与应用研究的范畴上游工程:

是生物技术的实验室研究阶段,应用基础研究,产生新产品的源泉。下游工程:

是生物技术的扩大生产,加工应用阶段,使新产品能达到三化:商品化、工程化、企业化,是效益阶段。

2、生物技术发展简史１）传统生物技术阶段（1）公元前6000年古代巴比伦人酿造啤酒公元前4000年埃及人发酵面包我国殷朝制酱周朝制醋特点:自然发酵、全凭经验一、生物技术概况１）传统生物技术阶段（2）1857年利用实验证明了酒精发酵是活酵母所引起。1860年荷兰微生物学家安东.列文虎克发明显微镜，才知道自然界有微生物存在。1865年法国科学家巴斯德证明了发酵原理。从19世纪末到20世纪30年代，出现了许多发酵产品：乳酸、酒精、丙酮-丁醇、柠檬酸、淀粉酶等（微生物的初级代谢产物）。一、生物技术概况２）近代生物技术阶段（1）1928年英国Fleming发现青霉素。1940年英国Florey、Chain分离出青霉素,又临床证明了具有卓越疗效且毒性低的青霉素。以后，链霉素、金霉素、红霉素等抗生素相继问世，兴起了抗生素工业，使工业微生物生产进入了一个新的阶段。一、生物技术概况２）近代生物技术阶段（2）抗生素的生产促进其它发酵产品的发展：20世纪50年代：氨基酸发酵工业20世纪60年代：酶制剂工业培养方法的改善：表面培养法-沉没培养法一、生物技术概况近代生物时期的特点：（１）产品种类多（２）生产技术要求高（３）生产设备规模巨大（４）技术发展速度快一、生物技术概况

现代生物技术发展大事记年代主要发现和进展1953Watson和Crick阐明了DNA的双螺旋结构1958分离得到DNA聚合酶I，并在试管内制得人工DNA1960发现mRNA，并阐明了mRNA在蛋白质合成中的作用1966破译遗传密码1967分离得到DNA连接酶1970分离出第一个限制性内切酶1971第一次用限制性内切酶和连接酶获得重组DNA1972合成了完整了tRNA基因1974Boyer和Cohen建立了DNA重组技术1975Kohler和Milstein建立了单克隆抗体技术1976DNA测序技术诞生1978Genentech公司在大肠杆菌中表达出胰岛素一、生物技术概况3）现代生物技术阶段

现代生物技术发展大事记年代主要发现和进展1981第一个单克隆抗体诊断试剂盒在美国被批准使用1981第一台商业化生产DNA自动测序仪诞生1982用DNA重组技术生产的第一个动物疫苗在欧洲获得批准1983基因工程Ti质粒用于植物转化1988PCR（聚合酶链式反应）技术诞生1990美国批准第一个体细胞基因治疗方案1997英国培育出世界上第一只克隆羊Dolly1998美国批准艾滋病疫苗进行人体实验2001人类基因组草图完成2003世界上第一个正式批准的肿瘤治疗药物重组腺病毒-p53注射液在中国上市2008人类将表皮细胞激活为干细胞一、生物技术概况二、生物技术药物1、生物药物概念：生物药物是指利用生物体、生物组织或器官等成分，综合运用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法制得的一大类药物。2、生物药物种类：天然生化药物微生物药物海洋药物生物制品生物技术药物（狭义）:一般来说，采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物，称为生物技术药物。动物源药物二、生物技术药物植物源药物二、生物技术药物3、生物技术药物的四大类型基因重组药物多肽、蛋白质、抗体利用DNA重组技术制取基因药物核酸类药物，主要用于基因治疗天然产物来源于陆生或海洋的动物、植物和微生物合成的、半合成的生物技术药物以天然产物为母体经过化学修饰或全合成而得二、生物技术药物4、生物技术药物的主要特点

剂量小，活性高分子结构复杂，分子量一般较大稳定性较差，易失活或分解，体内半衰期短具有种属特异性具有免疫原性分析检验的特殊性二、生物技术药物5、生物技术药物与化学药物的区别比较项目化学药物生物技术药物生产方法一般通过化学合成合成路线长，总产率较低生物体合成或生物技术合成生物转化效率较高相对分子质量大多<1,000小分子：100～1,000大分子：>100,000分子结构一般较简单容易用特定的结构式表示大多较复杂部分药物难以用结构式准确表示化学稳定性相对较好对光、热、pH敏感大多易失活或降解疗效和特异性疗效较好特异性不高，副作用较强疗效较好特异性高，副作用一般较小免疫原性一般不显著较显著代表药物阿司匹林（aspirin）重组人胰岛素（insulin）（51aa，5.8kDa，由A、B两条肽链通过两个二硫键连接）二、生物技术药物6、生物技术药物的功能用途治疗疾病疑难病例——如免疫系统异常遗传病例——基因治疗疾病预防疫苗、基因工程疫苗类毒素疾病诊断诊断试剂盒诊断试纸膜生物传感器二、生物技术药物

美国已上市销售的常用生物技术药物中文名英文名胰岛素Insulin人生长激素rhGH干扰素rhIFN-,rhIFN-,rhIFN-,rhIFN-白细胞介素rhIL-2粒细胞集落刺激因子rhG-CSF粒细胞巨噬细胞集落刺激因子rhGM-CSF红细胞生成素rhEPO组织溶纤原激活剂rhTPA生长激素Somatotropin促生长素Somatopin二、生物技术药物

美国已上市销售的常用生物技术药物中文名英文名抗血友病因子VIIIFactorVIII葡糖脑苷酶Glucocerebrosidase脱氧核糖核酸酶Dornase乙型肝炎疫苗HepatitisBvaccine甲型肝炎疫苗HepatitisAvaccine体内用单克隆抗体MAB,bloodclots,MAB,kidneyMAB,diaginject鼠单克隆抗体MurineMAB二、生物技术药物

我国已批准上市的基因工程药物药品名生产企业适应症rhIFN1b(外用)rhIFN1b

rhIFN2a长春生研所上海生研所深圳科兴长春生研所长生药业三生药业病毒性角膜炎HBV，HCV等HBV，HCV尖锐湿疣，疱疹等HBV，HCVHBV，HCVrhIFN2b

rhIFN1b新大洲药业里亚哈尔华立达安科华新上海生研所克隆丽珠生物工程HBV，HCVHBV，HCVHBV，HCVHBV，HCVHBV，HCV类风湿类风湿类风湿二、生物技术药物

我国已批准上市的基因工程药物药品名生产企业适应症rhIL-2长春生研所长春药业四环制药华新三生药业深圳科兴中华合通金丝利康利制药癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗癌症辅助治疗rhG-CSF杭州九源化疗生白细胞rhGM-CSF厦门特宝化疗生白细胞rSK(链激酶)医大实业心肌梗塞、溶栓rhEPO华欣永铭维沃再生障碍性病血再生障碍性病血hEGF珠海东大创伤、烧伤二、生物技术药物

我国已批准上市的基因工程药物药品名生产企业适应症人胰岛素通化东宝糖尿病治疗Anti-CD3鼠源单抗武汉生研所抑制移植排斥[11]肿瘤细胞核嵌合抗体注射液*上海华晨肿瘤治疗乙肝疫苗深圳康泰乙肝预防北京生研所乙肝预防华北制药乙肝预防痢疾疫苗*兰州生研所痢疾预防军事医学研究院痢疾预防霍乱疫苗*军事医学研究院霍乱预防重组腺病毒-p53注射液*深圳赛百诺肿瘤治疗二、生物技术药物三、生物技术制药1、生物技术制药概念采用现代生物技术,借助某些微生物、植物、动物生产医药品，叫作生物技术制药。2、生物技术制药特征：典型的高新技术产业—“四高一长”的特点高技术高投入高风险高利润长周期

高技术主要表现在其高知识层次的人才和高新的技术手段

生物制药是一种知识密集、技术含量高、多学科高度综合互相渗透的新兴产业。以基因工程药物为例，上游技术(即工程菌的构建)涉及到目的基因的合成、纯化、测序；基因的克隆、导入；工程菌的培养及筛选；下游技术涉及到目标蛋白的纯化及工艺放大，产品质量的检测及保证。生物医药的应用扩大了疑难病症的研究领域，使原先威胁人类生命健康的重大疾病得以有效控制。三、生物技术制药高投入生物制药是一个投入相当大的产业，主要用于新产品的研究开发及医药厂房的建造和设备仪器的配置方面。目前国外研究开发一个新的生物医药的平均费用在1-3亿美元左右，并随新药开发难度的增加而增加(目前有的已接近10亿美元)。一些大型生物制药公司的研究开发费用占销售额的比率超过了40%。显然，雄厚的资金是生物药品开发成功的必要保障。三、生物技术制药

长周期

生物药品从开始研制到最终转化为产品要经过很多环节：试验室研究阶段、中试生产阶段、临床试验阶段(I、II、III期)、规模化生产阶段、市场商品化阶段以及监督每个环节的严格复杂的药政审批程序，而且产品培养和市场开发较难；所以开发一种新药周期较长，一般需要8-10年、甚至10年以上的时间。三、生物技术制药

新药开发的一般流程新药发现体外试验专利申请临床试验审批和认证三、生物技术制药HighRiskProcess10-15Years$800-1000Million临床前药理学临床前毒理学生物筛选IdeaDrug10-15Years5％-10％产品PhaseIPhaseIIPhaseIII015510临床药理学和毒理学设计方案Pre-clinicalsurveillance

临床试验——人体试验

临床试验指任何在人体（病人或健康志愿者）中进行药物的系统性研究，以证实或揭示试验药物的作用、不良反应及/或试验药物的吸收、分布、代谢和排泄，目的是确定试验药物的疗效与安全性临床试验三阶段（I期、II期、III期）试验阶段评价的内容和受试人数平均时间/年I期健康志愿者中的安全性试验（20～80人）1II期小量患者中的有效性和安全性试验（100～300人）2III期大量患者中的有效性和安全性试验（1000～3000人）3*IV期特别长期给药的药物上市后安全性监督（患者数不定）若干三、生物技术制药

高风险生物医药产品的开发孕育着较大的不确定风险新药的投资从生物筛选、药理、毒理等临床前实验、制剂处方及稳定性实验、生物利用度测试直到用于人体的临床实验以及注册上市和售后监督一系列步骤，可谓是耗资巨大的系统工程。任何一个环节失败将前功尽弃，并且某些药物具有“两重性”，可能会在使用过程中出现不良反应而需要重新评价。一般来讲，一个生物工程药品的成功率仅有5-10%。时间却需要8-10年，投资1-3亿美元。另外，市场竞争的风险也日益加剧，“抢注新药证书、抢占市场占有率”是开发技术转化为产品时的关键，也是不同开发商激烈竞争的目标，若被别人优先拿到药证或抢占市场，也会前功尽弃。三、生物技术制药高收益生物工程药物的利润回报率很高一种新生物药品一般上市后2-3年即可收回所有投资，尤其是拥有新产品、专利产品的企业，一旦开发成功便会形成技术垄断优势，利润回报能高达10倍以上。美国Amgen公司1989年推出的促红细胞生成素(EPO)和1991年推出的粒细胞集落刺激因子(G-CSF)在1997年的销售额已分别超过和接近20亿美元。可以说，生物药品一旦开发成功投放市场，将获暴利。三、生物技术制药碱性成纤维细胞生长因子231元/ug红细胞生成素1072元/ug白细胞介素-2410元/ug巨细胞粒细胞集落刺激因子1960元/ug胰岛素10.2元/mg三、生物技术制药

一些生物技术药物的年产值商标（公司）产品描述适应症年销售额(亿美元)Procrit(Amgen/Johnson&Johnson)促红细胞生成素贫血症27Epogen(Amgen)促红细胞生成素贫血症20IntronA(ScheringPlough)干扰素白血病14Neupogen(Amgen)集落刺激因子嗜中性粒细胞减少症12Avonex(Biogen)干扰素多发性硬化症8Embrel(Immunex)单克隆抗体类风湿关节炎7Betasteron(Chiron/ScheringPlough)干扰素多发性硬化症6Cerezyme(Genzyme)葡萄糖脑苷酯酶戈谢病5三、生物技术制药

全球著名的生物制药公司

Genentech（基因泰克）公司世界上第一家生物技术制药公司

1976年由Boyer和Swanson共同创建，总部设在美国旧金山

1977年公司通过E.coli.表达出重组生长激素抑制素

1982年，该公司生产的重组人胰岛素正式获批上市，成为第一种用DNA重组技术生产的药品上市的生物药品涉及激素类、重组蛋白类、抗体、溶栓药物等多个种类的数十种药物

2008年销售总额达134.18亿美元

2009年Genentech被Roche（罗氏）公司完全收购三、生物技术制药

全球著名的生物制药公司

Amgen（安进）公司

目前全球最大的生物技术制药公司，创立于1980年，总部位于美国加州ThousandOaks1988年，第一个产品重组人促红细胞生成素EPO

获美国FDA批准，用于治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血和HIV感染治疗的贫血

1991年，第二个产品重组粒细胞集落刺激因子G-CSF获美国FDA批准，其适应症为肿瘤化疗引起的嗜中性白细胞减少症

2001年，收购了Immunex制药公司

2009年，Amgen公司销售总额达147亿美元，其中约¼投入研发三、生物技术制药

全球著名的生物制药公司

Biogen（生物基因）公司

1978年成立于瑞士日内瓦，是欧洲第一家生物制药企业主要产品有干扰素系列产品Avonex、肿瘤单抗药Rituxan、乙肝疫苗Engerix、凝血酶抑制剂Angiomax等

2003年，Biogen公司与Idec制药公司合并，成为世界第三大生物制药公司

2006年净收入26.9亿美元

2007年Biogen公司被美国最大的生物技术公司之一ImClone的董事会主席CarlIcahn收购三、生物技术制药3、生物技术在制药中的应用1）基因工程制药基因工程药物品种的开发

生长激素抑制素1mg传统法：10万只羊的下丘脑，现：10L大肠杆菌培养液，0.3美元/mg基因工程疫苗基因工程抗体基因诊断与基因治疗三、生物技术制药应用基因工程技术建立新药的筛选模型应用基因工程技术改良菌种，产生新的微生物药物基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用将血红蛋白基因克隆进菌种后可提高菌种对缺氧环境的耐受力。利用转基因动、植物生产蛋白质类药物人体蛋白AAT10万美元/g，转基因羊羊奶中20g/L三、生物技术制药2）细胞工程制药单克隆抗体技术动物细胞培养植物细胞培养生产次生代谢产物3）酶工程制药利用酶的特异性催化功能将相应前提物质转化成药物4）发酵工程制药工艺改进、新药研制和菌种改造三、生物技术制药如表所示：1995-2009年，全球生物技术制药研究不断发展。1998-2007年，生物技术药品市场逐年攀升，且呈现不断上升的趋势。四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状1、世界生物技术制药的研究和发展现状如图所示：在全球生物技术药品市场中，北美、欧洲、日本三大药品市场的份额高达95%。中国市场虽小的，但发展迅猛。四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状近年来，全球生物技术药品品种主要分布于美国和欧洲，该图为近年来两地的药品品种的获批现状。四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状1、世界生物技术制药的研究和发展现状

2008年，全球生物药品处方药销售达750亿美元，增长12.5%22种生物药品销售额超过10亿美元抗肿瘤靶向药物、免疫制剂、抗糖尿病药和疫苗所占份额最大，销售额增速最快市场份额：美国56%，欧洲24%，日本5%，其他15%

预计到2014年，仅单克隆抗体就将产生230亿美元的市场四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状肿瘤神经退化性疾病自身免疫性疾病冠心病糖尿病其他如艾滋病，老年性精神病等······四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状2、目前国外生物制药几个主要方向肿瘤四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状

在全世界肿瘤死亡率居首位，美国每年诊断为肿瘤的患者为100万，死于肿瘤者达54.7万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤)。基质金属蛋白酶抑制剂(TNMPs)可抑制肿瘤血管生长，阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂，已有3种化合物进入临床试验。神经退化性疾病四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状

老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状自身免疫病：许多炎症由自身免疫缺陷引起，如风湿性关节炎、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4000万，每年医疗费达上千亿美元，一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如Cetor’s公司研制一种TNF-α抗体用于治疗风湿性关节炎，有效率达80%。糖尿病：有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病，如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞，再将细胞注入人体，使工程细胞产生全程胰岛素供应。冠心病四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状美国有100万人死于冠心病，每年治疗费用高于1170亿美元。今后10年，防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor’s

Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。起步较晚国家支持力度较大发展速度较快3、中国生物技术制药发展概况近年与欧美的差距逐渐增大我国生物技术药物的研究和开发起步较晚，直到70年代初才开始将DNA重组技术应用到医学上。国家产业政策（特别是国家“863”、“973”高技术计划）的大力支持。使这一领域发展迅速，产品从无到有，基本上做到了国外有的我们也有。但近年来与欧美相比，差距变得更大。四、世界各国及中国对生物技术制药的研究和发展现状3.1行业现状名称作用rhuIFNα1b(外用）病毒性角膜炎rhuIFNα1b乙肝、丙肝rhuIFNα2a乙肝、丙肝、疱疹等rhuIFNα2a(酵母)乙肝、丙肝rhuIFNα2b乙肝、丙肝白血病等中国已批准生产的主要生物技术药物和疫苗3.2名称作用rhuIFNα1a(栓剂）妇科病rhuIFNα1b（凝胶）疱疹等rhuIFNγ类风湿rhuEGF（外用）烧伤、创伤EGF衍生物烧伤、创伤名称作用rhu