现代生物医药专家讲座

生物技术医药疾病与基因：预测、诊疗、预防、治疗、用药疾病诊疗：基因诊疗(产前诊疗)、生物芯片疾病预防：疫苗、DNA疫苗疾病治疗：基因工程药品核酸药品基因治疗器官移植生物医学材料干细胞治疗现代生物医药专家讲座第1页基因工程和蛋白质工程药品基因工程：将不一样生物基因在体外经人工剪切组合，然后转入到微生物或细胞内，并使转入基因在细胞内表示，产生所需要蛋白质蛋白质工程：用基因工程方法生产自然界没有、经过人工理性设计和改造、性能愈加优良蛋白质。现代生物医药专家讲座第2页基因工程技术和重组基因工程药品诞生1972年基因工程技术诞生基因工程表示体系：细菌（大肠杆菌）、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、昆虫、转基因动物（乳腺反应器）、转基因植物1982年医药生物技术崛起重组人胰岛素上市t-PA、EPO,etc.

现代生物医药专家讲座第3页基因工程药品现实状况年全球医药市场到达6750亿美元左右，增速为5-6%，其中生物制药市场收入为450亿美元，增速为13-14%。生物药占医药产业8.8-10%，其中美国市场占62%，欧洲占25%，日本占7%。美国已产业化基因工程药品200种，占药品总销售额10%。我国生物技术药品研究和开发起步较晚，已经有20多种基因工程药品和疫苗上市，正在进行临床试验品种近100种。年我国医药生物技术产品总销售额到达350亿元。现代生物医药专家讲座第4页生物药品生物药品：蛋白质、抗体、核酸、糖治疗剂、基于细胞或组织治疗剂已同意生物药品:超出250个，包含重组\血产品、单克隆抗体和重组疫苗药品应用最多为重组蛋白质和抗体现代生物医药专家讲座第5页年销售额40亿美元基因工程药品

至年底，FDA共同意99种生物技术药品上市年29/110种生物技术药品销售额超出10亿美元年销售额超出40亿美元药品有16种，基因工程药品占据7种：1.治疗非霍奇金淋巴瘤anti-CD20抗体Rituxan2.治疗乳腺癌anti-EGFRII抗体Herceptin3.治疗肿瘤放化疗后出现白细胞降低G-CSF4.治疗肺癌、乳腺癌和结直肠癌anti-VEGF抗体Avastin5.治疗类风湿关节炎anti-TNFα抗体Enbrel、Remicade现代生物医药专家讲座第6页GenericName

Target

Brand

FDA

ApprovalCompaniesIndicationSales$billion

Infliximabc

TNFαRemicade

1998

J&JCD,UC,ASRA,Ps,PsA4.2

5.04

6.5

Rituximabc

CD20Rituxan

1997RocheLeukemia,Lymphoma,RA4.7

5.01

5.6

Trastuzumabhz

HER2Herceptin

1998RocheBreastCancer3.14

4.4

4.8Bevacizumab

VEGFhzAvastin

RocheColoncancer

Lungcancer2.4

3.93

4.7Adalimumabh

TNFαHumira

AbbottRA,JIA,PsA,Ps,AS,CD2.04

3.06

4.4Cetuximabhz

EGFRErbitux

BristolMyersColonCancerHNC1.1

1.35

2.0RanibizumabhzVEGFLucentis

Novartis,RocheMacularDegeneration0.38

1.2

1.5Palivizumabhz

RSVSynagis

1998AstraZenecaRSV1.1

0.62

1.2Omalizumabhz

IgEXolair

Roche,NovartisAllergicAsthma0.52

0.64

0.85Natalizumab,hzα4IntegrinTysabri/BiogenIdec,ElanMultipleSclerosisCD

0.06

0.46

0.6

Panitumumabh

EGFRVectibix

AmgenColonCancer0.04

0.21

0.3Abciximabc

CD3ReoPro

1994J&J,LillyThrombosisInhibitor0.28

0.29

0.29Efalizumabhz

CD11aRaptiva

Genentech,MerckPsoriasis0.16

0.21

0.28CertolizumabTNFαCimzia

UCBCD

0.10C嵌合抗体，hz人源化，h,全人抗体年抗体销售排行榜现代生物医药专家讲座第7页现代生物医药专家讲座第8页生物制药发展快速1982-年美国FDA同意新生物产品/approvals1.html

现代生物医药专家讲座第9页年美国处于临床试验生物技术药品按产品类型分类按适应症分类现代生物医药专家讲座第10页全球基因工程药品市场增加率年后生物药品销售年增加率为20%整个制药市场药品销售年增加率仅68%现代生物医药专家讲座第11页基因工程药品生产现有基因工程表示体系：细菌(大肠杆菌)；酵母；昆虫细胞昆虫生物反应器(家蚕)；哺乳动物细胞；转基因动物(乳腺生物反应器)；转基因植物现代生物医药专家讲座第12页

大肠杆菌表示体系

优点：基因组清楚生长周期短价格低廉:rhinsulin:$400/g,rbGH:$11.6/g通用性好,易于放大生产缺点：表示产物易形成不溶性包涵体,无生物活性不能进行糖基化修饰等现代生物医药专家讲座第13页酵母表示系统

优点：使用安全；使用历史较长；基因组清楚；表示水平高；能分泌表示蛋白质；蛋白质普通能正确折叠；能翻译后修饰;

生长快；培养基廉价

。缺点：糖基化修饰与哺乳动物不一样，可能影响蛋白质生物活性、安全性等；可能含有免疫物质或抗原。乙肝疫苗、胰岛素、链激酶、人血清蛋白等现代生物医药专家讲座第14页昆虫细胞与昆虫表示系统优点：能翻译后修饰；蛋白质能正确折叠；表示水平很好；棒状病毒对人无损害；缺点：使用历史较短；生长慢；培养基昂贵；含有免疫宿主蛋白；糖基化形式不一样；哺乳类病毒能够感染这类细胞。昆虫虫体表示系统：表示水平高（2-10倍于细胞培养）分离纯化难度大；昆虫（家蚕）喂养要求高，GMO问题等。现代生物医药专家讲座第15页哺乳动物细胞表示体系优点：蛋白质能够正确折叠和翻译后修饰；有长久、良好正规使用纪录；对大、复杂蛋白质生产是唯一选择；缺点：培养基昂贵；生长迟缓；含有免疫物质或抗原；需要深入判别；精制手续复杂；产品昂贵。现代生物医药专家讲座第16页转基因动物生物反应器优点：可表示复杂、巨大蛋白质；表示水平高；蛋白质折叠正确，有翻译后修饰；易于放大；费用低廉：缺点：正规使用经验极少；是否易于被病毒感染尚为未知数；表示水平不稳定；周转期限长；精制方法尚需研究；生产周期不能确定；相关农场eGMP生长尚存在问题；

现代生物医药专家讲座第17页转基因动物能够制作含有些人类免疫系统转基因动物，用于生产移植用器官现代生物医药专家讲座第18页转基因植物生物反应器优点：开发周期较转基因动物短；种子易于保留；易于放大；表示量高；无植物病毒影响人类；生产费用低；缺点：存在新污染问题；翻译后修饰与动物不一样；含有可能出现免疫物质或抗原。年：6个产品在Ⅱ期临床；转基因烟草：人用溶酶体酶；转基因玉米：β-葡萄苷酸酶；转基因马铃薯：重组霍乱疫苗。

现代生物医药专家讲座第19页生物技术医药疾病与基因：预测、诊疗、预防、治疗、用药疾病诊疗：基因诊疗(产前诊疗)、生物芯片疾病预防：疫苗、DNA疫苗疾病治疗：基因工程药品

核酸药品基因治疗器官移植生物医学材料现代生物医药专家讲座第20页核酸药物DNA疫苗：20世纪90年代新兴免疫学技术1995年以来，FDA已经陆续同意艾滋病、流感、乙型肝炎病毒、单纯疱疾病毒、疟疾和肿瘤相关抗原等DNA疫苗十余种，疟疾DNA疫苗已经进入Ⅲ期临床；反义核酸药品：20世纪80年代出现一个以抑制基因表示为目标基因治疗药品；依据碱基互补原理用人工合成或生物合成特定互补DNA、

RNA片段，在复制、转录和表示水平上抑制或封闭基因表示。反义核酸药品对肿瘤、遗传病、传染病防治含有主要意义；RNA干扰药品:21世纪出现另一个以抑制基因表示为目标基因治疗药品；现代生物医药专家讲座第21页基因治疗基因治疗是导入外源基因到达治疗效果治疗方法；基因治疗有可能成为治愈癌症、艾滋病、高血压、糖尿病，以及各种遗传病最正确选择；当前美国FDA已经同意600多个基因治疗方案，治疗疾病包括各种肿瘤、心血管疾病、代谢病、遗传病和艾滋病等；我国早在1991年就开展了B型血友病基因治疗，至今已经有多个方案进入临床研究阶段，P53基因治疗药品是国际上第一个被同意基因治疗药品。现代生物医药专家讲座第22页生物技术与生物医学材料生物医学材料修饰和复合:蛋白质、基因、细胞;更加好生物相容性;更加好治疗效果;现代生物医药专家讲座第23页干细胞技术干细胞：还未分化细胞---含有自我更新和分化潜能细胞，它包含胚胎干细胞和成体干细胞；存在于早期胚胎、骨髓、脐带、胎盘和部分成年人细胞中；能够被培育成肌肉、骨骼和神经等人体组织和器官。利用干细胞培育出组织和器官对治疗癌症和其它各种恶性疾病含有主要意义，将为糖尿病患者、早老性痴呆症患者、帕金森氏症患者和脊髓受损患者等带来希望。

20世纪90年代以来，造血干细胞移植技术飞速进展，更为安全有效，已成为治愈各种良性、恶性血液病与遗传性疾病主要伎俩，治愈病种还在不停扩大。现代生物医药专家讲座第24页全能干细胞：含有形成完整个体分化潜能，如胚胎干细胞(ES细胞)，受精卵就是最高层次胚胎干细胞。多能干细胞：含有分化出各种细胞组织潜能，如造血干细胞、神经细胞。一个或几个组织起源细胞，它能分化出各种类型细胞，但不可能分化出足以组成完整个体全部细胞。单能干细胞：只能向一个或两种亲密相关细胞类型分化，如上皮组织基底层干细胞，肌肉中成肌细胞。现代生物医药专家讲座第25页干细胞技术一、现阶段脐血干细胞可治疗疾病恶性病类

(Malignancies,Cancers)急性淋巴细胞性血癌(AcuteLymphocyticLeukemia,ALL)；急性骨髓性白血癌(AcuteMyelogenousLeukemia,AML)；

急性非淋巴细胞性白血癌(AcuteNonlymphocyticLeukemia,ANL)；慢性淋巴细胞性白血癌(ChronicLymphocyticLeukemia,CLL)；慢性骨髓细胞性白血癌(ChronicMyelocyticLeukemia,CML)；年轻型骨髓单核细胞性白血癌(JuvenileMyelomonocyticLeukemia,JML)；骨髓发育不良症候群(MyelodysplasticSyndrome,MDS)；多发性骨髓瘤(MultipleMyeloma)

固体性肿瘤(SolidTumor)；脑瘤(BrainTumors)；何杰金氏病(Hodgkin‘sDisease)；非-何杰金氏淋巴瘤(Non-Hodgkin’sLymphoma)；Ewing氏肉瘤(EwingSarcoma)；生殖细胞肿瘤(GermCellTumors)；神经母细胞瘤(Neuroblastoma)

卵巢癌(OvarianCancer)；小细胞性肺癌(Small-CellLungCancer)；睪丸癌(TesticularCancer)；先天性代谢性缺点

(InbornErrorsofMetabolism)；脑白质肾上腺营养不良症(Adrenoleukodystrophy)；淀粉样变性(Amyloidosis)

巴尔—淋巴球症候群(Bare-LymphocyteSyndrome)；先天性角化不良(DyskeratosisCongenita)

家族性噬红血球性淋巴组织细胞增生症(FamilialErythrophagocyticLymphohististiocytosis)

Gaucher氏疾病(GaucherDisease)；Gunter氏疾病(GunterDisease)；Hunter氏症候群(HunterSyndrome)

Hurler氏症候群(HurlerSyndrome)；遗传性神经元蜡样脂褐质从容症(InheritedNeuronalCeroidLipofuscinosis)

Krabbe氏疾病（婴儿遗传性脑白质萎缩）(KrabbeDisease)；Langerhan氏细胞组织细胞增生症(Langerhan‘sCellHistiocytosis)；Lesch-Nyhan氏疾病(Lesch-NyhanDisease)；骨硬化病（骨质石化病）(Osteopetrosis)

白血球粘着缺乏症(LeukocyteAdhesionDeficiency)

免疫缺乏病变

(Immunodeficiencies)腺嘌呤去氨酵素缺损(AdenosineDeaminaseDeficiency,ADA)；慢性肉芽肿疾病(ChronicGranulomatousDisease,CGD)

严重性联合免疫缺点疾病(SevereCombinedImmunodeficiencyDiseases,SCIDs)

X-性联性淋巴组织增生疾病(X-linkedLymphoproliferativeDisease,KLP)；Wiskott-Aldrich症候群自体免疫疾病

(AutoimmuneDiseases)多发性硬化症(MultipleSclerosis)；风湿性关节炎(RheumatoidArthritis)；红斑性狼疮(SystemicLupuserythematosus)未来干细胞之临床应用：

糖尿病(Diabetes)；巴金森氏病(Parkinson‘sDisease)；阿尔罕默氏病（痴呆病）(Alzheimer’sDisease)

脊髓伤害(SpinalCordinjury)；中风(Stroke)；心脏病(HeartDisease)；肝病(LiverDisease)

皮肤移殖(SkinTransplantation)；肌肉营养不良症(MuscularDystrophy)现代生物医药专家讲座第26页诱导式多能性干细胞

(inducedpluripotentstemcells,iPScells)年，日本京都大学山中伸弥（ShinyaYamanaka)发觉将四个基因送入已分化完全小鼠纤维母细胞，即能够把纤维母细胞重新设定变回具全能性类胚胎干细胞。年，山中伸弥研究小组和美国波士顿RudolfJaenisch研究团体分别制造了第二代iPS细胞，不但含有和胚胎干细胞几乎一样基因印痕模式，它们也可顺利地和成鼠形成嵌合体并产生后代。这项结果显示藉由老鼠体细胞”返老还童”第二代iPS细胞已经跟胚胎干细胞几乎是含有一模一样特质了!

年11、12月山中伸弥研究团体利用3-4个基因导入人类皮肤细胞病将其成功地转变成iPS细胞!同时，美国威斯康新JamesThomson研究团体利用4个基因将人类体细胞重新设定变回干细胞！4年底，美国波士顿GeorgeDaley试验室从病人门诊时取得皮肤细胞量身订作一个私人干细胞库，让iPS细胞用来治疗人类退化性疾病已经迈入真正临床新纪元！年11月19日《柳叶刀》报道：由英国、意大利、西班牙三国科学家组成研究小组，利用部分由成人干细胞培养气管，成功地给一位30岁西班牙患者进行气管移植。手术后12天女患者出院能过正常生活，并能参加跳舞活动。经过数次血液检验后，未发觉体内有免疫排斥信号。

现代生物医药专家讲座第27页生物转化与传统制药产业传统制药产业：化学合成缺点：合成条件苛可、合成效率低污染严重生物转化：以酶促反应替换化学催化反应优点：条件温和、效率高有利于环境保护和可连续发展现代生物医药专家讲座第28页PEG化蛋白药品PEG修饰前后体内半衰期比较现代生物医药专家讲座第29页人基因组计划与生物技术制药１９９０年１０月国际人类基因组计划(HGP)开启。１９９８年塞莱拉遗传企业CeleraGenomics成立，竞争HGP；１９９８年１２月线虫（第一个多细胞动物）基因组序列完成；１９９９年９月中国获准加入HGP，负责测定１％；１９９９年１２月１日国际人类基因组计划破译出人体第２２号染色体遗传密码；首次成功地完成人体染色体完整基因序列测定；２０００年４月底中国科学家完成了１％人类基因组工作框架图；２０００年５月８日德、日等国科学家宣告，已基本完成了人体第２１号染色体测序工作；２０００年６月２６日科学家公布人类基因组工作草图；２０００年１２月１４日美英等国科学家宣告绘出拟南芥基因组完整图谱，这是人类首次全部破译出一个植物基因序列；２００１年２月１２日中、美、日、德、法、英等６国科学家和美国塞莱拉企业联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。现代生物医药专家讲座第30页人类基因组计划开启1985年，美国能源部（DepartmentofEnergy,DOE）提出，要将共包含约3×109碱基正确人类基因组全部碱基序列分析清楚；1986年，美国宣告开启“人类基因组计划（HumanGenomeProject,HGP）”。现代生物医药专家讲座第31页人类基因组计划发展1999年12月1日:首条人类染色体完成测序，人类第22号染色体DNA全序列测定宣告完成。年4月6日:美国Celera遗传信息企业宣告，该企业已破译出一名试验者完整遗传密码。年5月:科学家聚集美国冷泉港，宣告人类基因组草图完成。现代生物医药专家讲座第32页6国科学家在人类基因组中主要研究百分比美国：WASH＆MIT等7家研究中心，贡献率为54％;英国：SANGER一家研究中心，贡献率为33％;日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为7％;法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为2.8％;德国：IMB等3家研究中心，贡献率为2.2％;中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究中心等三家，贡献率为1％。

现代生物医药专家讲座第33页二000年六月二十六日克林顿总统宣告人类基因组草图绘制完成现代生物医药专家讲座第34页人类基因组计划首席科学家、美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯·柯林斯介绍情况现代生物医药专家讲座第35页人类基因组草图基本信息由31.65亿bp组成含33.5万基因与蛋白质合成相关

基因占2%人类基因组人类蛋白质61%与果蝇同源43%与线虫同源46%与酵母同源现代生物医药专家讲座第36页已完成：人第２０、２１、２２、７、１４和Y，6号染色体；年10月23日《自然》：英国科学家完成６号染色体，是迄今为止科学家破译最大、包含基因最多染色体；６号染色体上包含了造成遗传性血色素从容病、帕金森氏症、癫痫等疾病基因；这一染色体上基因异常也是造成精神分裂症、癌症和心脏病等各种遗传性疾病原因；６号染色体中包含了一些与免疫反应相关基因，它们被统称为“主要组织相容性复合体（ＭＨＣ）”；这些基因不但在机体对外界细菌和病毒入侵作出防御反应方面有主要作用，在器官移植配型方面也有十分主要意义，还与自体免疫疾病相关。人基因组计划与药品靶点现代生物医药专家讲座第37页

后基因组与生物技术制药功效基因组：研究新药品靶点；药品基因组：个体医药

SNP(单核酸多态性)：能用于研究个体,系谱和人种特征以及遗传疾病治疗线索，能够用来判别一个个体是否患有某种疾病或者同种疾病患者应怎样治疗蛋白质组：研究新诊疗靶标和药品靶点现代生物医药专家讲座第38页

基因组:人类细胞中全部基因

蛋白组:由全套基因组编码控制蛋白质

药品基因组:即为一个病人基因组对单个药品反应相互关系

人类基因组、蛋白组和药品基因组:生命科学研究三个阶段现代生物医药专家讲座第39页基因组计划和生物技术制药基因组计划：人基因组计划病原微生物基因组计划模式生物体基因组计划现代生物医药专家讲座第40页生物芯片用于生物学研究结果分析和疾病诊疗基因芯片：

1998年：Affymetrix上市用于筛查HIV-1突变

DNA芯片和筛查p53基因突变DNA芯片基因身份证蛋白质芯片：组织芯片：现代生物医药专家讲座第41页基因芯片

DNAchip(芯片)：DNA高密度点阵芯片

DNA芯片是指利用大规模集成电路伎俩控制固相合成成千上万个寡核苷酸探针，并把它们有规律地排列在指甲大小硅片上，然后用将要研究材料如DNA、RNA或cDNA用荧光标识后在芯片上与探针杂交，再经过激光共聚焦显微镜对芯片进行扫描，并配累计算机系统对每一个探针上荧光信号作出比较和检测，从而快速得出所需要信息。现代生物医药专家讲座第42页SequenceVariability功效基因组人基因组序列药品和诊疗表示差异表型差异现代生物医药专家讲座第43页基因芯片操作流程以真核生物为例LLLLLLLLcDNAAAAA总RNA制备反转录体外转录生物素标识cRNA片段化处理带标识cRNA片断35-200bases0.5-2ug/ul起始用量5-10ug（IVT）LLLLL标识cRNA片断杂交混合液制备Test3orGeneChipEukaryoticHyb.ControlControlOligoB2

杂交（16hour）数据分析扫描洗脱染色现代生物医药专家讲座第44页正常和恶性乳腺上皮表示谱0100200300400500IntensityNormalCellLine13579111315171921232527293133353739