生物技术制药第第一章绪论

课程教学内容生物技术药物的基本知识基因工程制药动物细胞工程制药抗体工程制药疫苗及其制备技术酶工程制药发酵工程制药微生物转化蛋白质药物的化学修饰十.新型生物技术制药1本文档共63页；当前第1页；编辑于星期二\3点21分第一章绪论学习要求：1.掌握：生物技术、生物技术药物、生物技术制药的概念2.熟悉：生物技术药物的特性、生物技术制药的主要研究内容任务3.了解：生物技术药物的分类、生物技术制药的发展历程和趋势2本文档共63页；当前第2页；编辑于星期二\3点21分内容生物技术的概念生物技术药物生物技术制药概念及主要研究内容与任务生物技术制药发展历程和趋势3本文档共63页；当前第3页；编辑于星期二\3点21分第一章绪论生物技术（biotechnology）又称生物工程（bioengineering）：以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，发展新产品或达到某种目的技术体系。一、生物技术的概念（biotechnology）4本文档共63页；当前第4页；编辑于星期二\3点21分生物技术涉及的学科生物化学、分子生物学、分子遗传学、微生物学、细胞生物学、免疫学、药学、化学工程、计算机技术等。5本文档共63页；当前第5页；编辑于星期二\3点21分生物技术的技术范畴蛋白质工程抗体工程糖链工程海洋生物技术生物转化核心和关键是主导技术基础条件获得产物的手段第二代基因工程第三代生物技术衍生工程技术6本文档共63页；当前第6页；编辑于星期二\3点21分技术范畴间的关系基因工程是生物技术的核心和关键，是主导技术；细胞工程是生物技术的基础；酶工程是生物技术的条件；发酵工程是生物技术获得产物的手段；蛋白质工程又称第二代基因工程；第三代生物技术——海洋生物技术衍生出：抗体工程、糖链工程、生物转化技术等7本文档共63页；当前第7页；编辑于星期二\3点21分现代生物技术的基础学科和分支分子生物学医药生物技术微生物学生物技术疫苗生物化学现代生物技术生物技术诊断遗传学农业生物技术细胞生物学家畜生物技术化学工程海洋生物技术

抗体工程本文档共63页；当前第8页；编辑于星期二\3点21分生物技术内容——基因工程（geneticengineering）也称遗传工程、DNA重组技术、基因操作技术：现代生物技术的核心和主导；应用人工方法将生物遗传物质（DNA）分离、切割、拼接和重组，导入宿主细胞或个体，改变其遗传品性；使新的遗传信息在宿主（细胞或个体）中大量表达以获得基因产物（多肽或蛋白）。9本文档共63页；当前第9页；编辑于星期二\3点21分10本文档共63页；当前第10页；编辑于星期二\3点21分基因工程在制药中的应用1）基因工程药物品种的开发2）基因工程疫苗3）基因工程抗体4）基因诊断与基因治疗5）应用基因工程技术建立新药的筛选模型6）应用基因工程技术改良菌种，产生新微生物药物7）基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用8)应用转基因动、植物生产蛋白质类药物11本文档共63页；当前第11页；编辑于星期二\3点21分

利用基因工程细菌等表达人类一些重要基因片断，可产生具有生理活性的肽类和蛋白质类药物。如：应用传统的技术方法提取1mg生长激素抑制素(somatostatin)需要用10万只羊的下丘脑。用基因工程方法只需10L大肠杆菌培养液，其价格大约为每毫克0.3美元。12本文档共63页；当前第12页；编辑于星期二\3点21分基因工程乙肝疫苗13本文档共63页；当前第13页；编辑于星期二\3点21分也成细胞操作技术，生物技术的基础；以细胞为基本单位，体外进行培养、繁殖；改良生物品种和创造新品种：按人们意愿改变细胞某些生物学特性，加速繁育个体（动、植物）、获得有用物质的过程。生物技术内容——细胞工程（cellengineering）14本文档共63页；当前第14页；编辑于星期二\3点21分利用微生物的特殊功能生产有用物质；是获得终产物的手段直接将微生物应用于工业生产的一种技术体系；包括：菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵、微生物功能利用等。生物技术内容——发酵工程（fermentationengineering）15本文档共63页；当前第15页；编辑于星期二\3点21分利用酶或细胞所具有的特殊催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产所需产品的一项技术。包括：酶的开发与生产、酶的分离与纯化、酶的固定化、反应器的研制及酶的应用等。生物技术内容——酶工程（enzymeengineering）2015-08-2816本文档共63页；当前第16页；编辑于星期二\3点21分第二代基因工程通过改变基因制造新型蛋白质；基因工程区别：以生产天然（已存在）蛋白为主。利用基因工程技术改变核酸序列（密码子），从而创造新蛋白。生物技术内容——蛋白质工程（proteinengineering）17本文档共63页；当前第17页；编辑于星期二\3点21分综合基因工程、细胞工程、蛋白质工程及单抗技术衍生而来；应用细胞生物学、分子生物学技术改变抗体遗传特性和生物学特性，获得具有特定生物学特性和功能的新抗体建立能过稳定获得高质量和产量抗体的技术。生物技术内容——抗体工程（antibodyengineering）18本文档共63页；当前第18页；编辑于星期二\3点21分综合基因工程、酶工程、蛋白质工程等及质谱技术，衍生而来内容包括：糖链制备、结构分析、糖链与蛋白的连接方式、糖链对蛋白质功能与活性的影响、蛋白糖基化技术等。生物技术内容——糖链工程（glycotechnology）19本文档共63页；当前第19页；编辑于星期二\3点21分运用海洋生物学与工程学的原理和方法，利用海洋生物或生物代谢过程，生产有用物质或定向改良海洋生物遗传特性的技术第三代生物技术生物技术内容——海洋生物技术（marinebiotechnology）20本文档共63页；当前第20页；编辑于星期二\3点21分也称生物催化（biocatalysis），衍生技术利用生物体系酶制剂作为催化剂对外源性底物实现化学转化的过程；生物体系包括：细菌、真菌、植物组织、动物组织或动物组培养体系；微生物是生物转化最常用的有机体；生物技术内容——生物转化（biotransformation）21本文档共63页；当前第21页；编辑于星期二\3点21分生物技术药物（一）生物技术药物的概念（二）生物技术药物的分类（三）生物技术药物的特性22本文档共63页；当前第22页；编辑于星期二\3点21分生物技术药物的概念生物药物（制品）（biologicaldrug，biologics）：运用生物相关学科的原理和方法，从生物体、生物组织、细胞、体液等制造的一类用于预防、治疗和诊断疾病的制品；

主要指蛋白质、核酸、糖类、脂类等。生物技术药物（biotechnologicaldrug）：采用DNA重组技术或其他生物技术生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要指重组蛋白或核酸类。

包括：细胞因子类、融合蛋白类、单克隆抗体类、反义核酸、microRNA.23本文档共63页；当前第23页；编辑于星期二\3点21分生物技术药物的分类治疗药物：EPO,IL-2,GCSF,rhES,Avastin，Herceptin，etc预防药物：疫苗诊断药物：免疫诊断、DNA芯片按用途分类24本文档共63页；当前第24页；编辑于星期二\3点21分生物技术药物的分类2.按作用类型分类细胞因子类：EPO,IL-2,IF-a,b,GCSF,rhES,TNFa,etc激素类：GH,Insulin酶类：尿激酶、葡激酶、凝血酶等单抗类：曲妥珠、利妥昔、阿达木、贝伐单抗反义核酸类：fomivirsen，福米韦生RNA干扰（RNAi）:临床研究基因治疗类：P53今又生疫苗类：狂犬、乙肝疫苗25本文档共63页；当前第25页；编辑于星期二\3点21分生物技术药物的分类多肽类药物：多肽激素蛋白质类药物：核酸类药物：聚乙二醇类：ADC类药物：3：按生化特性分类26本文档共63页；当前第26页；编辑于星期二\3点21分(三)、生物技术药物的特性相对分子量大分子结构复杂稳定性差理化特性ChemicaldrugMW:150~1500kDaProteindrugMW:15~35kDaAntibodydrugMW:150kDa本文档共63页；当前第27页；编辑于星期二\3点21分(三)、生物技术药物的特性药理特性活性与作用机制明确针对性强毒性低体内半衰期短具有种属特异性具有免疫原性28本文档共63页；当前第28页；编辑于星期二\3点21分药物分子在原料中的含量低；原料中存在可降解目标产物的杂质；制备工艺条件温和；分离纯化困难，易污染；质量标准内容的特殊性；制造项的特殊性；检定项目的特殊规定；(三)、生物技术药物的特性生产制备特性质量控制特性本文档共63页；当前第29页；编辑于星期二\3点21分

生

物

技

术

药

物

开

发

程

序30本文档共63页；当前第30页；编辑于星期二\3点21分生物反应器大肠杆菌及酵母小试发酵系统产业化哺乳动物细胞反应器哺乳动物细胞培养及发酵系统31本文档共63页；当前第31页；编辑于星期二\3点21分分离纯化系统32本文档共63页；当前第32页；编辑于星期二\3点21分制剂的无菌分装与冻干33本文档共63页；当前第33页；编辑于星期二\3点21分质量分析34本文档共63页；当前第34页；编辑于星期二\3点21分检查项目方法标准肽图2010版《中华人民共和国药典》（第三部）附录ⅧE结果应与理化对照品图形一致纯度分析SEC-HPLC，分子排阻色谱法应不低于95.0%reduced-SDS，2010版《中华人民共和国药典》（第三部）附录ⅣC应不低于95.0%分子量SDS，2010版《中华人民共和国药典》（第三部）附录ⅣC轻链分子量应在20.0kDa-25.0kDa范围内，重链分子量应在50.0kDa-58.0kDa范围内异质性分析WCX-HPLC，离子交换色谱碱性峰比例应为6.0%~18.0%；酸性峰比例应为16.0%~30.0%等电点，《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅣD主条带为8.1±0.4，分布区间在7.2~9.5之间，应与对照品一致CHO宿主蛋白残留ELISA应不高于总蛋白质的0.020%ProteinA残留ELISA应不高于总蛋白质的0.010%/10ppm外源性DNA残留荧光染色法，2010版《中华人民共和国药典》（第三部）附录ⅨB应不高于10ng/剂量磷酸三丁酯残留气相色谱法，2010版《中华人民共和国药典》（第三部）附录ⅥJ应不高于总蛋白质的0.010%聚山梨酯-80残留《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅥH应不高于总蛋白质的0.50%结合活性ELISA比活性应不低于2.0×106U/mg蛋白浓度《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅥB第二法应不低于20.00mg/ml细菌内毒素《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅫE应低于0.16EU/mg蛋白质35本文档共63页；当前第35页；编辑于星期二\3点21分检查项目方法标准平均偶联率疏水色谱分析应在3.50-4.50之间。药物分布比例疏水色谱分析D0应不大于6.0%，D1应不大于2.0%，D2应为22.0%-32.0%，D3应不大于2.0%，D4应为40.0%-50.0%，D6应为13.0%-23.0%，D8应为2.0%-10.0%。纯度分析分子排阻色谱法应不低于95.0%。DMSO残留中国药典2010版第三部附录ⅢC应不高于总蛋白质的0.20%。游离小分子药物残留反相高效液相色谱法MMAE残留量应不高于总蛋白质的0.10%，MC-Val-Cit-PAB-MMAE残留量应不高于总蛋白质的0.10%。生物学活性细胞活性比活性应不低于0.5×106U/mg结合活性比活性应不低于2.0×106U/mg蛋白浓度《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅥB第二法应不低于10.0mg/mlpH值《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅤA应在5.8~6.8之间。渗透压《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅤH应在300-400mOsmol/kg之间。pI等点聚焦电泳IEF主条带应为8.4±0.4，分布区间应在6.0～9.0之间，应与对照品一致细菌内毒素《中华人民共和国药典》2010年版三部附录ⅫE应小于0.16EU/mg蛋白质。36本文档共63页；当前第36页；编辑于星期二\3点21分(一)、生物技术制药的概念

利用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等生物技术，来研究、开发和生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物。三生物技术制药的概念和主要研究内容与任务生物技术药物（biotechnologicaldrug）：采用DNA重组技术或其他生物技术生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要指重组蛋白或核酸类。生物药物：凡用作诊断、预防和治疗的来源于生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一成分，甚至整个生物体的医药品。本文档共63页；当前第37页；编辑于星期二\3点21分(二)、生物技术制药的研究内容生物制药技术的研究、开发与应用；利用生物技术研究、开发和生产药物。研究、改进和完善基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等生物技术，并与其他学科的先进技术相融合。抗体工程、糖链工程、生物传感器及大规模生物反应器等。应用基因工程技术大量生产痕量或难以获得药物；应用蛋白质工程设计新药物；应用酶工程改变药用酶性质（PEG修饰）；改造传统制药工艺（酶催化）；本文档共63页；当前第38页；编辑于星期二\3点21分制药学39本文档共63页；当前第39页；编辑于星期二\3点21分40本文档共63页；当前第40页；编辑于星期二\3点21分PharmaceuticalValueChain41本文档共63页；当前第41页；编辑于星期二\3点21分FromLeadCompoundtoMarket42本文档共63页；当前第42页；编辑于星期二\3点21分2014年全球最畅销药品前10名NO.DrugCompanySale(billion$)IndicationTargetApprove1Humira(adalimumab)AbbVie&Eisai12.543RATNF20022Sovaldi(sofosbuvir)Gilead10.283丙肝HCV20133Remicade(infliximab)J&J9.240RATNF19984Rituxan(Rituximab)Roche/Genen-tech8.678Non-Hopkin’sLymphomaCD2019975Enbrel(Etanercept)Amgen8.538RATNF19986Lantus(insulinlargine)Sanofi7.279I/II型糖尿病/20007Avastin(Bevacizumab)Roche/Genen-tech6.957结肠癌，NSCLCVEGF20048Herceptin(Trastuzumab)Roche/Genen-tech6.793乳腺癌，胃癌HER219989SeretideGSK6.431COPD/200010CrestorAZ5.869高胆固醇/200343本文档共63页；当前第43页；编辑于星期二\3点21分1.研究对象药物生产过程共性规律及其应用，包括：

制备原理、工艺路线、质量控制重要性：“安全、有效、可控”的保证药物产业化的桥梁与瓶颈贯穿整个药物研发过程44本文档共63页；当前第44页；编辑于星期二\3点21分2.主要内容（1）实验室（小试）工艺（2）中试放大工艺（3）制定生产工艺规程(制造与检定规程)45本文档共63页；当前第45页；编辑于星期二\3点21分生物技术制药的学习方法全面了解教材基本原理、技术路线的理解掌握学会思考、分析归纳阅读相关文献、专业书籍本文档共63页；当前第46页；编辑于星期二\3点21分传统生物技术——作坊式生物技术近代生物技术——发酵工程、生化工程现代生物技术——基因工程21世纪的生物技术——系统生物学四生物技术制药的发展历程和趋势47本文档共63页；当前第47页；编辑于星期二\3点21分1.传统生物技术阶段（作坊式）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酒精发酵（1857年）工业微生物新世纪（至1930年代）特点:自然发酵、全凭经验。48本文档共63页；当前第48页；编辑于星期二\3点21分

青霉素发酵生产1940年，Florey及Chain等提取青霉素1941年，美英合作开发得到青霉素微生物发酵：大规模发酵抗生素工业：链霉素、金霉素、红霉素氨基酸发酵工业酶制剂工业交叉学科——生化工程2.近代生物技术阶段（1940－1977）49本文档共63页；当前第49页；编辑于星期二\3点21分1）产品类型多初级代谢产物：氨基酸、有机酸、多糖次级代谢产物：抗生素生物转化与酶反应2）生产技术要求高：无菌、需氧发酵3）生产规模大：500—2000立方米4）技术发展速度快：高密度发酵技术与产品效价近代生物技术的特点50本文档共63页；当前第50页；编辑于星期二\3点21分生物时代(1970s-1980s)：重组DNA、DNA和蛋白质的合成及微量测序技术;人胰岛素、单克隆抗体等技术平台时代(1980s-1990s)：高通量筛选、组合化学、胚胎干细胞技术基因组时代(1990s-2006)：基因组、高通量测序、基因芯片、蛋白质组学、功能基因组学等后基因组时代(2006-)：功能蛋白改造、基因治疗剂与RNA治疗剂的开发、干细胞治疗等3.现代生物技术阶段本文档共63页；当前第51页；编辑于星期二\3点21分RecombinantDNATechnology（1974）MonoclonalAntibodyTechnology（1975）DNASequencingTechnology（1976）第一个基因工程药物胰岛素上市（1982）PolymeraseChainReaction（PCR）（1988）第一个GeneTherapy方案获批

（1990）