生物技术药物研究进展

生物技术药物研究与应用现状华中科技大学药学院生物药学系2010职业药师培训专题徐传瑞目前一页\总数八十三页\编于二十点哪些药物是生物药物？胰岛素人生长激素干扰素白细胞介素2粒细胞集落刺激因子粒细胞巨噬细胞集落刺激因子红细胞生成素（EPO）组织纤溶酶原激活剂生长激素抗血友病凝血因子Ⅷ脱氧核糖核酸酶尿激酶单克隆抗体如Avastin常见生物药物目前二页\总数八十三页\编于二十点生物药物主要治疗哪些疾病？

造血功能障碍（造血药物）

EPO（促红细胞生成素），TPO（血小板生长因子）

循环系疾统病（溶栓药物）

重组链激酶，尿激酶

恶性肿瘤（抗肿瘤药物）

Avastin（阿瓦斯汀），Hercepcin(赫赛汀）生长因子缺乏（补充生长因子）NGF（神经生长因子），EGF（表皮生长因子），IGF（胰岛素样生长因子）

感染性疾病（抗感染药物）干扰素，白介素目前三页\总数八十三页\编于二十点生物药物和化学药物，中药有何不同？

原料不同化学试剂，药物植物/动物组织，细胞生产方式不同化学-合成，中药-炮制，生物药-发酵

作用机理不同细胞，全身，蛋白/基因目前四页\总数八十三页\编于二十点生物技术药物有哪些进展？1976年第一家利用重组技术研制新药的公司—Genentech1982年美英批准第一个基因工程药物——重组人胰岛素[美]Lilly公司受让获得生产权至2004年底美国FDA共批准79种大肠杆菌来源（18种）2000－2004只批了4种酵母来源（8种）2000－2004只批了2种哺乳动物细胞来源（53种）2000－2004人类基因组计划后，利用功能基因组开发新药成为主流目前五页\总数八十三页\编于二十点本专题将回答上述四个问题！哪些药物是生物药物？生物药物主要治疗哪些疾病？生物药物和化学药物，中药有何不同？生物技术药物研究有哪些进展？目前六页\总数八十三页\编于二十点本专题具体内容第一节生物技术概述第二节生物技术药物第三节生物技术药物研究与发展趋势第四节生物产业与生物经济目前七页\总数八十三页\编于二十点第一节生物技术概述一、生物技术定义二、生物技术的主要内容三、生物技术优越性目前八页\总数八十三页\编于二十点一、生物技术的定义生物技术：生物技术(biotechnology)又称生物工程学，是根据生物学原理,利用生物有机体或其组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。生物燃料生物药物目前九页\总数八十三页\编于二十点二、生物技术主要内容：四大工程基因工程细胞工程酶工程发酵工程目前十页\总数八十三页\编于二十点基因工程(geneengineering)又称基因操作,重组DNA(recombinantDNA）技术。将不同来源的基因(DNA分子),在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,获得新品种,生产新产品。目前十一页\总数八十三页\编于二十点基因操作基本步骤目前十二页\总数八十三页\编于二十点◆应用细胞生物学的原理和方法,改变细胞性状,以及在体外大量培养和繁殖细胞,从而获得细胞产品的技术方法。◆主要内容包括融细胞合、原生质融合、染色体转移、细胞或组织培养等。◆根据所用细胞不同，细胞工程可分为微生物细胞工程、植物细胞工程、动物细胞工程等细胞工程(cellengineering)目前十三页\总数八十三页\编于二十点细胞工程常用方法显微注射细胞融合组织培养目前十四页\总数八十三页\编于二十点◆又称酶技术，它是在体外模拟酶反应条件获得酶反应产品以及利用重组DNA技术定向改造酶,的技术方法。◆其主要内容包括酶的化学修饰、酶的固定化、酶反应器设计等。酶工程(enzymeengineering)目前十五页\总数八十三页\编于二十点酶在制药工业的应用:抗生素药物固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸（6-APA）1.技术路线E.Coli斜面细胞固定化细胞青霉素G转化液滤液6-APA粗品培养固定转化过滤抽提NSONHOCH3CH3OHCH2青霉素酰化酶目前十六页\总数八十三页\编于二十点青霉素酶转化目前十七页\总数八十三页\编于二十点◆又称微生物工程,利用生物，特别是微生物的某种特定功能,通过现代工程技术手段（发酵技术）,生产有用物质的一种技术体系。◆主要内容包括菌种选育,生产微生物菌体,提取微生物或细胞代谢产物,发酵条件的优化组合等。发酵工程(fermentationengineering)目前十八页\总数八十三页\编于二十点发酵工程摇瓶发酵罐目前十九页\总数八十三页\编于二十点一、不可取代性二、快速、准确三、低耗、高效四、副作用小三、生物技术的优越性目前二十页\总数八十三页\编于二十点1.在基因工程药品生产中的应用

许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。

微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。四、生物技术与医药卫生目前二十一页\总数八十三页\编于二十点

胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。

将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!目前二十二页\总数八十三页\编于二十点

从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！

通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取20—40mg干扰素人造血液及其生产目前二十三页\总数八十三页\编于二十点2.生物技术在疾病诊断与治疗中的应用单克隆抗体与疾病诊断基因诊断基因治疗目前二十四页\总数八十三页\编于二十点基因诊断与基因治疗

运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。

基因治疗（genetherapy）是指采用转基因技术将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。目前二十五页\总数八十三页\编于二十点SCID的基因工程治疗重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。该病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称ADA）的基因（ada）发生了突变,只能通过基因工程的方法根治。SCID患者生存在无菌环境中目前二十六页\总数八十三页\编于二十点基因治疗SCID的过程目前二十七页\总数八十三页\编于二十点第二节生物技术药物目前二十八页\总数八十三页\编于二十点生物技术药物（生物药物）的定义：是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。一、生物技术药物的概念三大药原：化学药物、生物药物和中药化学药物中药生物药物目前二十九页\总数八十三页\编于二十点现代生物技术药物基因重组多肽、蛋白制剂（狭义）：

重组多肽，蛋白；单抗；细胞因子；疫苗等2.

核酸类药物（狭义）

DNA疫苗，反义药物，siRNA，核酶等3.

生化药物（广义）

天然生化药物，微生物药物，海洋药物半合成生化药物（广义）

四氢叶酸，GSH，前列腺素，半合成抗生素等；生物制品（广义）疫苗，血液制品目前三十页\总数八十三页\编于二十点二、生物药物发展的三个阶段一、传统生物制药发展阶段

利用天然活性物质加工制成的制剂二、近代生物制药发展阶段

从生物材料中提取活性成分三、现代生物制药发展阶段

利用现代生物技术改造具有类似天然物质活性或更高活性的生物产品目前三十一页\总数八十三页\编于二十点第一阶段传统中药及酿造技术羊肝治疗“雀目”，蟾蜍治疗创伤，鸡内金治疗消化系统疾病原始酿造技术目前三十二页\总数八十三页\编于二十点第二阶段现代制药发展阶段现代制药工业的发展可追溯到20世纪之交，那时只有4种药物：洋地黄（治疗各种心血管疾病），奎宁用于治疗疟疾，吐根属植物提取物（活性成分为生物碱）用于治疗痢疾，水银用于治疗梅毒；随着生物学和有机化学的发展，逐渐能人工合成某些具有治疗作用的化合物（阿司匹林，磺胺）阿司匹林目前三十三页\总数八十三页\编于二十点第二阶段现代制药发展阶段1929年弗莱明首先发现青霉素，青霉素大规模生产使现代制药工业进入大规模发酵阶段目前三十四页\总数八十三页\编于二十点第三阶段生物技术制药大发展阶段DNA结构的发现重组DNA技术的发明功能基因组学的发展目前三十五页\总数八十三页\编于二十点年代技术贡献者53DNA双螺旋模型Watson和Crick58DNA半保留复制和中心法则Crick61遗传密码的碱基三联体Crick和Nirenberg67破译遗传密码Khorana和Nirenberg71首家生物技术制药公司成立Cetus公司72体外重组DNAJackson和Berg73重组质粒在大肠杆菌中表达Boyer和Cohen75细胞融合，单克隆抗体技术Kohler和Milstein76首家基因工程技术制药公司成立Genentech公司78大肠杆菌中表达出胰岛素Genentech公司目前三十六页\总数八十三页\编于二十点80转基因小鼠Gordon等82基因工程人胰岛素在美国上市EliLilly公司82转基因超级小鼠Palmiter等83基因扩增的PCR技术Mullis85植物转基因技术Horsch等86基因工程重组乙肝疫苗上市Merck公司87转基因鼠乳腺表达药物tPAGordon等目前三十七页\总数八十三页\编于二十点90人类基因组计划开始美国97克隆动物绵羊多利，转凝血因子IX基因绵羊波利Wilmut等

2000绘制出人类基因组“工作框架图”中、美、英、日、法、德等6国2001完成人类基因组“中国卷”

中国2003绘制出人类基因组“序列图”中、美、英、日、法、德等6国2006人类表皮细胞转化为干细胞日本，美国目前三十八页\总数八十三页\编于二十点Boyer&Cohen重组DNA技术实现了动物基因在细菌中表达pSC101质粒EcoRIEcoRI3×106dal4.2×106dal3.9×106dal4.8×106dalTcrTcrTcroriorioriEcoRIEcoRIEcoRI获得转化子非洲爪蟾rDNA1973年目前三十九页\总数八十三页\编于二十点

淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体多克隆抗体单克隆抗体MCAb1975年目前四十页\总数八十三页\编于二十点三、生物药物的特性1、药理学特性

2、理化特性与生物学特性3、检验上的特殊性

目前四十一页\总数八十三页\编于二十点1、药理学特性

（1）药理活性高

注射用的纯ATP可以直接供给机体能量。

（2）治疗的针对性强

细胞色素c用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病。（3）毒副作用小、营养价值高

蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物药物本身就直接取自体内。

（4）生理副作用时有发生

生物体之间的种属差异或同种生物体之间的个体差异都很大，所以用药时会发生免疫反应和过敏反应生物药物的特性目前四十二页\总数八十三页\编于二十点2、理化特性与生物学特性（1）原料中的有效物质含量低

激素、酶，生长因子在体内含量极低。

（2）结构复杂，稳定性差

生物药物的分子结构中具有特定的活性部位，该部位有严格的空间结构，一旦结构破坏，生物活性也就随着消失。

（3）易染菌，易腐败

生物药物由于营养丰富，易染菌、腐败，生产过程中应低温、无菌。

（4）制剂有特殊要求

生物药物易被肠道中的酶所分解，所以多采用注射给药，注射剂比口服药要求更严格，对均一性、安全性、稳定性要求更高。

目前四十三页\总数八十三页\编于二十点3、检验上的特殊性

由于生物药物普遍具有生理功能，主要组分是生物活性物质，因此生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生物活性检验指标。目前四十四页\总数八十三页\编于二十点四、生物技术药物的临床用途（一）作物治疗药物

（二）用作预防药物

（三）作为诊断药物艾滋病检测，早孕试纸目前四十五页\总数八十三页\编于二十点（一）作为治疗药物1.内分泌障碍治疗8.抗感染2.维生素药物9.免疫调节剂3.中枢神经药物10.抗病毒药物4.血液和造血系统药物11.抗肿瘤药物5.呼吸系统药物12.抗辐射药物6.心血管系统药物13.计划生育药物7.消化系统药物14.生物制品类目前四十六页\总数八十三页\编于二十点生物技术药物作为治疗药物内分泌障碍治疗药：胰岛素（诺和灵，优泌林

），生长激素，甲状腺素等;

维生素类药物：Vc，VD，B12，B14等;

中枢神经系统药物：神经生长因子（NGF），L-多巴，人工牛黄，脑啡肽等;

血液和造血系统药物：集落刺激因子（CSF）凝血因子Ⅷ（拜科奇），EPO，TPO等，血红素，肝素，尿激酶，右旋糖酐；目前四十七页\总数八十三页\编于二十点生物技术药物作为治疗药物5.呼吸系统药物：平喘药(前列腺素,肾上腺素），祛痰剂（乙酰半胱氨酸），镇咳药（蛇胆）6.心血管系统药物：阿昔单抗（抗血小板凝集）tPA（组织纤维蛋白溶酶原激活剂）（血管舒缓素），降血脂药（去氧胆酸），冠心病防治药（硫酸软骨素，类肝素，冠心舒）7.消化系统药物：胰蛋白酶，胃蛋白酶，胃膜素，维生素U，鞣酸蛋白目前四十八页\总数八十三页\编于二十点生物技术药物作为治疗药物8.抗感染药物：干扰素（派罗欣，佩乐能），白介素（抗细菌）、真菌抗生素（头孢菌素类，红霉素类，链球菌素）9.免疫调节剂：GM-CSF，灵芝多糖，香菇多糖，环孢菌素A，他克莫司，西罗莫司10.抗病毒药物：免疫调节（肌苷，干扰素）抑制病毒合成（碘苷），抑制病毒合成酶（阿糖腺苷，阿昔洛韦），目前四十九页\总数八十三页\编于二十点生物技术药物作为治疗药物11.抗肿瘤药物：抗直肠癌单抗Avastin，抗乳腺癌曲妥珠单抗Herceptin，淋巴瘤利妥昔单抗美罗华），天然分子（天冬酰胺酶，香菇多糖），免疫制剂（干扰素，CSF），肿瘤坏死因子（TNF）12.抗辐射药物：SOD（超氧化物歧化酶），MPG（2-巯基丙酰甘氨酸）13.计生药物：促卵泡激素（FSH），促黄体生成激素(LH）等14.生物制品类：白蛋白，免疫球蛋白（破伤风，乙肝），抗毒素（白喉），抗血清（抗蛇毒血清）目前五十页\总数八十三页\编于二十点（二）作为预防药物疫苗组分疫苗（subunitvaccine）

流脑，多糖菌苗死疫（菌）苗（inactivatedvaccine）

乙脑，狂犬；霍乱，伤寒活疫苗（live-attenuatedvaccine）

麻疹，脊髓灰质炎

类毒素（toxoid）

破伤风类毒素和白喉类毒素目前五十一页\总数八十三页\编于二十点（三）作为诊断药物1.免疫诊断试剂2.酶诊断试剂3.器官功能诊断试剂4.放射性核素诊断试剂5.诊断用单克隆抗体目前五十二页\总数八十三页\编于二十点（三）作为诊断药物免疫诊断试剂

诊断抗原

细菌类：伤寒，结核菌

病毒类：乙肝，乙脑，麻疹

毒素类：链球菌溶血素O等

诊断血清

①细菌类（痢疾分型血清）②病毒类（流感）③肿瘤类（AFP）④抗毒素类（霍乱CT）⑤激素类（HCG）⑥血型及人白蛋白⑦其它类（转铁蛋白）目前五十三页\总数八十三页\编于二十点（三）作为诊断药物2.酶诊断试剂通常为一种或几种酶及其辅酶组成的多酶反应系统常用的有氧化酶，脱氢酶，激酶和水解酶普遍应用于血清胆固醇，三酰甘油，葡萄糖，血氨，ATP，尿素等的检测目前五十四页\总数八十三页\编于二十点（三）作为诊断药物3.器官功能诊断试剂利用药物对器官的刺激作用检查器官功能磷酸组胺（胃部），促甲状腺释放激素（甲状腺），甘露醇（肠道）等4.放射性核素诊断试剂利用放射性核素药物的器官聚集性检查器官形态

如131碘化血清蛋白检查心脏及大脑血液循环

氰钴素（维生素B12）诊断贫血目前五十五页\总数八十三页\编于二十点（三）作为诊断药物5.诊断用单克隆抗体专一性强，只针对一个抗原决定簇可以避免多克隆抗体出现的交叉反应用于激素测定，病毒检测，以及肿瘤分型（白血病）目前五十六页\总数八十三页\编于二十点第三节、生物技术药物研究与发展趋势（一）生物技术药物发展进入蛋白质工程新时期（二）治疗性抗体发展迅猛（三）反义RNA药物及基因治疗（四）小干扰RNA治疗药物（五）基因重组疫苗（六）细胞治疗及组织工程（七）功能基因组学的发展（八）动植物细胞表达复杂蛋白质（九)生物芯片的应用（十）生物技术药物新剂型目前五十七页\总数八十三页\编于二十点（一）生物药物进入蛋白质工程新时期21世纪50%-70%的新药来自基因工程的研究种类商品名IFN-α1b赛诺金，干扰灵IFN-α2aReferonA，福康泰，来福隆，迪恩安，因特粉，贝尔芬IFN-α2bIntronA，Rebetron，Alfatronol，Virtron，安达芬，隆化诺，保守IFN-αInfergenIFN-βBetaferon，Betaseron，Avonex，RedifIFN-γ1bActimmuneIL-2Proleukin，辛格尔，德路生，悦康仙，英路因，安特鲁克IL-11NeumegaEPOEpogen，Procrit，Neorecormon，宁红欣，依普定，益比奥GM-CSFLeukine，里亚尔G-CSFNeupogen，吉粒芬PDGFRegranexTNF-αBeromun目前五十八页\总数八十三页\编于二十点（二）治疗性抗体发展迅猛专一性强、疗效好、毒副作用小1986年FDA批准了第一个治疗性鼠源单抗OK-T3用于防止肾移植的超急性排斥Genentech公司的Avastin，Herceptin目前研究重点：抗体人源化技术减少免疫排斥，包括嵌合抗体和人源化抗体目前五十九页\总数八十三页\编于二十点（三、四）反义及干扰RNA药物方兴未艾基因突变导致疾病抑制错误基因表达治疗疾病反义药物就是和错误基因互补的核酸片段目前六十页\总数八十三页\编于二十点乙肝结构图（五）基因重组疫苗的研制不断突破疫苗在许多疾病的预防、治疗中起着其他药物无法代替的作用，特别对于缺乏有效治疗手段或无法治愈的疾病正在进行爱滋病及20多种基因型癌症疫苗的研制，用于防治癌症、爱滋病、百日咳、乙肝等疾病。目前六十一页\总数八十三页\编于二十点（六）细胞治疗发展迅猛1.异体移植2.自体回输目前六十二页\总数八十三页\编于二十点

（七）目的：寻找合适的药物靶点目前六十三页\总数八十三页\编于二十点（八）动植物细胞表达复杂蛋白质日趋成熟分子量大，结构复杂糖蛋白只有使用哺乳动物细胞表达系统才能生产；动物细胞大规模培养技术已成为生物技术药物生产最关键和最具挑战性的技术

A1

A2

C2

C1

A3

N-

C-

1

1648

1649

Me2+

741

B

B-region

80kD轻链90-210kD区90kDportion重链

B2332TTTTThrombinCleavagesites32938071120192173PLBindingsiteAPCBindingsitevWFBindingsiteTyr-SO4-最复杂蛋白质药物之一-人凝血因子八结构目前六十四页\总数八十三页\编于二十点0100200300400500Intensity正常细胞系1357911131517192123252729313316365676971737878991939597Genes0100200300400500Intensity肿瘤细胞系135791113151719212325272931333537394143454749515656769GenesDNARNAProteinsNucleusCellmembraneDNARNAProteinsNucleusCellmembrane（九）基因芯片应用于药物靶点筛选目前六十五页\总数八十三页\编于二十点（十）生物技术药物新剂型步入临床（口服剂型，透皮吸收剂型，PEG化）

PEG化优点：

1）延长药物半寿期2）减少给药次数3）增强药物活性4）降低药物毒性5）可提高疗效6）减少药物的过敏反应目前六十六页\总数八十三页\编于二十点第四节生物制药产业与生物经济（一）生物制药产业的现状与问题（二）国际生物制药巨头简介目前六十七页\总数八十三页\编于二十点目前六十八页\总数八十三页\编于二十点（一）生物产业的现状与问题目前六十九页\总数八十三页\编于二十点全球生物技术药品快速增长生物技术药物2006年销售突破400亿美元，2009年生物技术药物产品销售额接近1000亿美元生物技术药物年增长率15%-33%，高于全医药行业的增长速度（<10%）生物药物高增长率归功于不断出现的新技术，大量投资，以及政府扶持目前七十页\总数八十三页\编于二十点国外生物制药行业状况目前七十一页\总数八十三页\编于二十点国内生物制药行业状况*碘[131I]美妥昔单抗注射液”利卡汀利卡汀*2007目前七十二页\总数八十三页\编于二十点目前问题：主要销售品种仍较单一干扰素目前七十三页\总数八十三页\编于二十点目前七十四页\总数八十三页\编于二十点目前问题：美欧垄断生物药物生产目前七十五页\总数八十三页\编于二十点（二）全球主要的生物技术制药公司

全球生物技术公司的领头羊--安进公司(Amgen)基因技术公司(Genentech)诺和诺德公司(NovoNordisk)目前七十六页\总数八十三页\编于二十点Amgen（安进）1980年创建公司，总部在美国加州洛杉矶。利用细胞学和分子生物学的技术，研究开发高效、低副作用的治疗药物；1989年6月重组人红细胞生成素（EPO）；1991年2月重组粒细胞集落刺激因子（CSF）；2000年财富500强排名第455位，全球医药50强中排在21位；目前涉足领域有：人类基因组；肿瘤生物学；神经科学目前七十七页\总数八十三页\编于二十点Amgen产品列表药物名称有效成分合作公司适应疾病Aranesp促红细胞生成素α,新的红血球生成刺激蛋白无各种贫血

Kineret重组白介素-1受体拮抗剂无类风湿性关节炎Epogen促红细胞生成素

无血液系统疾病Infergen干扰素α-1无免疫系统,感染性疾病,肝脏及胆囊Neupogen粒细胞集落刺激因子

无血液系统疾病目前七十八页\总数八十三页\编于二十点Amgen药物名称有效成分开发公司合作公司适应疾病临床阶段Abarelix-Depot-F黄体荷尔蒙释放激素(LHRH)PraecisPharmaceuticals