生化药品生产技术1

生化药品生产技术9/29/202311生物药物2抗生素3生化药品4生物制品你能区分以下概念吗？生物制药及生物药物生物制药：是利用生物体或生物过程在人为设定的条件下生产各种生物药物的技术。生物药物：是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，利用生物体，生物组织、体液或其代谢产物（初级代谢产物和次级代谢产物），综合应用化学、生物技术、分离纯化工程和药学等学科的原理与方法加工、制成的一类用于预防，治疗和诊断疾病的物质。

生物药物的范畴：生物药物包括从动物、植物、海洋生物、微生物等生物原料制取的各种天然生物活性物质及其人工合成或半合成的天然物质类似物。因而生物药物涵盖了抗生素、生化药品、生物制品等范畴。生化药品生化药物：是从生物体分离纯化所得的一类结构上十分接近于人体内的正常生理活性物质，具有调节人体生理功能，达到预防、治疗、诊断疾病，有目的地调节人体生理机能的生化物质。生化药品范畴：生化药品是维持生命正常活动的必需生化成分，包括氨基酸、多肽、蛋白质、多糖、核酸、脂肪、维生素、激素等。生化药品的特点：一是来源于生物体；二是人体的基本生化成分。因此在医疗应用中显示出高效、合理、毒副作用极小的临床效果，受到极大的重视。生物制品生物制品：是直接使用病源生物体及其代谢产物或以基因工程、细胞工程等技术制成的，主要用于人类感染性疾病的预防、诊断和治疗的制品。生物制品的分类：

⑴根据所用材料分类分为：菌苗、噬菌体、疫苗、抗血清与抗毒素、类毒素、免疫调节剂（如胸腺肽、免疫核酸等）、诊断试剂、单克隆抗体、混合制剂、血液制品。

⑵根据用途分类：分为预防、治疗、诊断三大类。第一节生化药品分类按药物的化学本质和化学特性分类氨基酸及其衍生物类多肽及蛋白质类酶类核酸及其降解物和衍生物糖类脂类氨基酸及其衍生物

氨基酸是生命体重要的组成部分---蛋白质的基本组成单位，生命活动表现出各种生理功能，主要取决于蛋白质分子中的氨基酸的排列顺序以及形成特定的三维空间结构。蛋白质氨基酸生命体生命体健康疾病解聚聚合正常代谢紊乱维持缺失代谢紊乱主要作用原理：根据以上描述，氨基酸类药物是治疗蛋白质代谢紊乱和缺乏所引起的一系列疾病的生化药，也是有高等营养价值的蛋白质补充剂，有着广泛的生化作用和临床疗效。多肽和蛋白质

多肽和蛋白质是生物体内广泛存在的重要生化物质，具有多种多样的生化功能。目前，多肽类生化药的发展正在朝着临床应用十分广泛和有效的道路前进。多肽类激素和活性肽都是细胞自制的、含调节生理和代谢效能的微量有机物，常用的氨基酸有20多种。如：胸腺素有40个肽，目前正在一个个的合成，除原料药胸腺素外，已逐步合成胸腺三、四、五、八、九、二十四肽等。蛋白质是构成生物体的一类最重要的有机含氮化合物，是塑造一切细胞和组织的基本材料，是生命的物质基础。随着现代生物技术的深入发展，生命的奥秘已经逐步被揭开，用重组技术生产的蛋白质药物正以惊人的速度突飞猛进。FDA已批准30多个重组药物，如insulin、rhGH、rTPA、干扰素-2a、α-2b、a-N3、β-1b、r、r-1b；EPO-a、β；1L-2、GSF、GM-CSF……2005年，全球为600多亿美元，从原占医药的4%迅速提高至11%。

酶与辅酶

酶是具有催化功能的蛋白酶。酶类药物是直接用酶的各种剂型以改变体内酶的活力或改变体内某些生理活性物质和代谢产物的数量等，从而达到治疗某些疾病的目的。多糖多糖是由单糖缩合而成的链状结构物质。在自然界中存在的多糖起结构作用或作为一种能量的储存形式而起重要作用，所有多糖都可被酸水解而产生单糖或单糖的衍生物。核酸类药物

核酸是生命的物质基础，它不仅是携带各种生物所特有的遗传信息，而且影响生物的蛋白质合成和脂肪、糖类的代谢。核酸核苷酸磷酸碱基嘌呤嘧啶

除以上以天然的形式存在的外，尚有它们的类似物、衍生物或它们的聚合物亦均属于核苷类药物，主要在干扰抗肿瘤代谢、干扰抗病毒代谢、放射病、血小板减少症、白细胞减少症、急慢性肝炎、心脑血管、肌肉萎缩、代谢障碍等疾病中发挥作用。脂质类

脂质是脂肪、类脂及其衍生物的总称。广泛存在于动物、植物、微生物等生物体中。该类药物的种类繁多，结构差异，性能差别很大。一般分：胆酸类、不饱和脂肪酸类、磷脂类、固醇类、色素类。故药理作用和临床应用各不相同。图1.2005版药典生化药品品种规格标准比例图按原料来源分类：有利于对不同原料进行综合利用、开发研究。人体组织来源动物组织来源植物组织来源微生物来源海洋生物来源天然生物材料来源动物脏器：

胰脏、脑、胃粘膜、肝脏、脾脏、小肠、脑垂体、心脏等。人工制备的生物原料：工程菌、工程细胞及转基因动植物等。人体组织：人血、尿液、胆汁微生物：细菌、真菌、放线菌、酵母菌植物：根、叶、花、茎、果实等海洋生物：海藻、腔肠动物；节肢动物、软体动物、棘皮动物、鱼类、爬行动物、哺乳动物。第二节生化药物特点1、原材料复杂：同一种生化物质的原料可来源于不同生物体；同一种物质也可由同种生物体不同部位产生；同一种生物体或组织可产生结构完全不同的物质及结构相似物质。胰岛素：猪、牛、人；菘蓝：板蓝根、大青叶；微生物：抗生素、蛋白质、酶等；2、种类多、含量低红豆杉——紫杉醇含量0.003%，约从38000棵紫杉树中方可分离提纯得到99％纯度的紫杉醇约25kg，2000美元/克3、种属特性猪胰岛素牛胰岛素活性低高抗原性低高与人胰岛素结构相似性大小4、活性与结构相关5、制备要求高第三节生化药物的制备（一）生物药物原料的选择、预处理、与保存方法（二）生物药物的提取（三）生物药物的分离纯化方法

天然生物材料制备生化药物的过程基本原则有效成分含量高的新鲜材料来源丰富易得制造工艺简单易行成本低经济效果好保存方法冷冻法有机溶剂脱水法防腐剂保鲜法有效成分含量酸、碱、盐水溶液提取法表面活性剂与反胶束提取法有机溶剂提取法双水相萃取法超临界萃取技术分子蒸馏法机械法物理法生化和化学法原料的选样和预处理原料的粉碎提取（粗制品）纯化干燥及保存制剂精馏、沉淀、结晶膜分离、吸附、离子交换、层析、电泳、离心等一、生物材料的选择

1.来源应选用来源丰富的材料，尽量不与其他产品争原料，最好能一物多用，综合利用。胰脏制备弹性蛋白酶和激肽释放酶，胰岛素与胰酶等。

2.杂质情况

难于分离的杂质会增加工艺的复杂性，严重影响收率、质量和经济效益。植物SOD血3.有效成分的含量（1）合适的生物品种：催乳素，哺乳动物（2）合适的组织器官：胃蛋白酶，胃（3）生物的生长期：胸腺素，幼龄动物（4）合适的种属：人，猪（5）合适的生理状态：胰岛素，饭后

生理活性物质易失活与降解，采集时必须保持材料的新鲜。防止腐败、变质与微生物污染。如胰脏采摘后要立即速冻，防止胰岛素活力下降。保存生物材料的主要方法有速冻、冻干、有机溶剂脱水，制成丙酮粉，或浸存于丙酮与甘油中等。

二、生物材料的采集与保存（一）组织与细胞的破碎物理法化学法生物法三、生物材料预处理1.物理法（1）磨切法工业：绞肉机，刨胰机，球磨机、磨粉机。实验室：匀浆机，研钵，高速组织捣碎机。（2）压力法有压榨法、高压法和减压法，渗透压法。（3）超声波法（4）反复冻融法超声细胞破碎仪

高压细胞破碎仪2.化学法

用稀酸、稀碱、浓盐、有机溶剂或表面活性剂处理细胞，可破坏细胞结构释放出内容物。（1）组织自溶法利用组织中自身溶解酶的作用改变、破坏细胞结构，释放出目的物称为组织自溶法。（2）酶解法用外来酶处理生物材料，如用溶菌酶处理某些细菌，蜗牛酶等3.生物法

（3）噬菌体法用噬菌体感染细胞、裂解细胞，释放出内容物。（二）细胞器的分离

为获得结合在细胞器上的一些生化成分或酶系，常常要先得到细胞器再进一步分离有效成分。方法是匀浆破碎细胞，差速离心。（三）制备丙酮粉亦称丙酮干制剂。是微生物或生物组织，有时是蛋白质，酶的提取物用丙酮脱水的干制品。这是防止生物物质在水的存在下发生破坏变质的一种保存方法，而另一方面，由于脂类物质的溶解作用，难以从生物材料中溶解分离的物质，也可以从这个制品中获得其溶液状态的产品。

提取是利用制备目的物的溶解特性，将目的物与细胞的固形物成分或其它结合成分分离，使其由固相转入液相或从细胞生理状态转入特定溶液环境的过程。三、生物活性物质的提取

（一）物质的性质与提取方法的选择

要取得好的提取效果，最重要的是要针对生物材料和目的物的性质选择合适的溶剂系统与提取条件。

其中最主要的是目的物与主要杂质在溶解度方面的差异以及它们的稳定性。操作者可根据文献资料及本人的试验摸索获得的有关信息，在提取过程中增加目的物的溶出度，尽可能减少杂质的溶出度。

（1）采用缓冲盐系统在生物药物制备中，常用的缓冲盐有磷酸缓冲盐，柠檬酸缓冲盐，Tris缓冲液，醋酸缓冲盐，碳酸缓冲盐，硼酸缓冲盐和巴比妥缓冲盐等。（二）活性物质的保护措施

（2）添加保护剂

防止某些生理活性物质的活性基团及酶的活性中心受到破坏。巯基，极易被氧化，故提取时，常添加某些还原剂如半胱氨酸，－巯基乙醇。对易受重金属影响的，可添加EDTA等螯合剂。（3）抑制水解酶的作用：抑制剂、热等。（4）其它保护措施：冷、热、酸、碱１、温度提取温度↑溶解度↑。温度↑物料的粘度↓，有利于分子扩散和机械搅拌。对不耐热的生物活性物质的提取，一般在0~10℃进行提取。（三）影响提取的因素

２、酸碱度

多数生化物质在中性条件下较稳定，pH值一般应控制在4～9范围内，避免目的物的等电点。抑制有害酶类的水解破坏作用，防止降解，提高收率。盐溶作用：盐离子作用于生物大分子表面，增加了表面电荷，使之极性增加，水合作用增强，促使其形成稳定的双电层，此现象为盐溶作用。盐析作用：指溶液中加入无机盐类而使某种物质溶解度降低而析出的过程

３、盐浓度

（四）提取方法

１、用酸、碱、盐水溶液提取２、表面活性剂提取

表面活性剂分子兼有亲水与疏水基团，分布于油水界面时，有分散、乳化和增溶作用。表面活性剂分阴离子型、阳离子型与非离子型。离子型表面活性剂作用强，但是易引起蛋白质等生物大分子的变性，非离子表面活性剂变性作用小，适合于用水、盐系统无法提取的蛋白质或酶的提取。溶剂提取法相似相溶定律⑴固－液提取３、有机溶剂提取1、常用溶剂（按亲水性增加排列如下）：环己烷∼石油醚→苯→乙醚→氯仿→乙酸乙酯→正丁醇→丙酮→乙醇→甲醇→水。●极性最大的有机溶剂：甲醇●极性最小的有机溶剂：环己烷●溶解范围最广的有机溶剂：乙醇选择的溶剂被提取成分石油醚脱脂（脂类、色素、萜类等）苯、乙醚、氯仿、乙酸乙酯甾类、萜和挥发油、生物碱、各种苷元正丁醇苷乙醇、甲醇蛋白、多糖以外的各类成分水苷、生物碱盐、鞣质、氨基酸、蛋白、糖溶剂选择与被提取成分对照表2、溶剂选择的原则①目标成分易溶，杂质成分难溶；②惰性，不与目标成分反应，即使发生反应也应该属于可逆性的；③经济、安全、后续操作容易进行。溶解度化学性质稳定安全、价廉⑵液－液萃取

液－液萃取是利用溶质在两个互不混溶的溶剂中溶解度的差异，将溶质从一个溶剂相向另一个溶剂相转移的操作。残留量计算公式

Xn=X0ｋｍｎ

ｋｍ＋ｖＸ０

：目的物总量（ｇ）Ｋ：分配系数，ｋ大，Xn大Ｖ：溶剂体积（ｍｌ），ｖ大，Xn小，ｖ＝２－５倍ｍ：生物材料重量（ｇ）ｎ：提取次数，ｎ大，Xn小，ｎ＝２－３次（一）盐析浓缩：硫酸铵沉淀蛋白质（二）有机溶剂沉淀浓缩在生物大分子的水溶液中，逐渐加入乙醇，丙酮等有机溶剂，可以使生化物质的溶解度明显降低，从溶液中沉淀出来。四、生物活性物质的浓缩与干燥

（三）用葡聚糖凝胶（Sephadex）浓缩（四）用聚乙二醇透析浓缩（五）超滤浓缩（六）真空减压浓缩与薄膜浓缩真空减压浓缩在药物生产中使用较为普遍，具有生产规模较大，蒸发温度较低，蒸发速度较快等优点。薄膜浓缩器的加速蒸发的原理是增加汽化表面积。（七）干燥的目的：提高药物或药剂的稳定性，以利于保存和运输；达到规格标准；便于进一步处理。（八）干燥方法：减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等。

冷冻干燥机

１、生物制药中分离制备方法的特点（1）生物材料组成非常复杂。一种生物材料常含成千上万成分，各种化合物的形状、大小、分子量和理化性质都各不相同。没有固定操作方法。五、生化物质的分离纯化方法

（2）有些化合物在生物材料中含量极微，只达万分之一，甚至百万分之一。因此，分离操作步骤多，不易获得高收率。（3）生物活性物质离开生物体后，易变性，破坏，分离进程必须十分小心的保护这些化合物的生理活性。（4）生物制药的分离方法几乎都在溶液中进行，各种参数（温度，pH，离子强度）对溶液中各种组分的综合影响常常无法固定，以致许多实验设计理论性不强。（5）为了保护目的物的生理活性及结构上的完整性，生物制药中的分离方法多采用温和的逐级分离方法。亲和层析分离具有分离的专一性，高效性。（6）生物产品最后均一性的证明与化学纯度的概念不完全相同，因生物分子对环境反应十分敏感，结构与功能关系比较复杂。２、基本原理（1）根据分子形状和大小不同进行分离：如差速离心与超离心、

膜分离（透析，电渗析）与超滤，

凝胶过滤法。（2）根据分子电离性质的差异性进行分离。如离子交换法，电泳法，等电聚焦法。（3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分离。如溶剂提取法，逆流分配法，分配层析法，盐析法，等电点沉淀法，及有机溶剂分级沉淀法。（4）根据物质吸附性质的不同进行分离。如选择性吸附法

吸附层析法。（5）根据配体特异性进行分离：亲和层析法。３、分离纯化的基本程序和实验设计

生物体内某一组分，特别是未知结构的组分的分离制备设计大致上分为五个基本阶段。（1）确定制备物的研究目的及建立相应的分析鉴定方法。（2）制备物理化性质稳定性的预备试验。（3）材料处理及抽提方法的选择。（4）分离纯化方法的摸索。（5）产物均一性测定。

⑴分离纯化早期使用方法的选择早期分离纯化用萃取，沉淀，吸附等一些分辨力低的方法较为有利，这些方法负荷能力大，分离量多兼有分离提纯和浓缩的作用，为进一步分离纯化创造良好的基础。４、分离纯化的策略：⑵各种分离纯化方法的使用程序

在相同或相似条件下连续使用同一种分离方法就不太适宜。在安排纯化方法顺序时，还要考虑到有利于减少工序，提高效率。（盐析－吸附，吸附－盐析）对于一未知物通过各种方法的交叉应用，有助于进一步了解目的物的性质。⑶分离后期的保护性措施

在分离操作的后期必须注意避免产品的损失，主要损失途径是器皿的吸附，操作过程样品液体的残留，空气氧化和某些事先无法了解的因素。５、分离纯化方法步骤优劣的综合评价

分辨能力重现性回收率比活性

离心技术沉降作用—悬浮液静置时，在重力作用下，密度大于周围溶液的固体颗粒逐渐下沉，称为沉降作用。离心技术—在离心力场作用下，加速悬浮液中固体颗粒沉降速度的方法称为离心技术。相对离心力—通常用离心力与重力的比值表示离心机的离心能力，也称分离因素，用符号×g或g表示。r为离心转子的半径距离，以cm为单位；g为地球重力加速度（980cm/sec2）；N为转子每分钟的转数（rpm）。离心机

1．按转速高低来分（1）普通离心机，小于6000rpm（2）高速离心机，8000~25000rpm（3）超速离心机，25000~80000rpm2．按工作性质分类（1）制备型离心机（2）实验室用离心机3．按操作方式分类（1）连续离心机

（2）人工卸料（出渣）离心机；（3）自动卸料离心机（如螺旋式离心机）卧式螺旋卸料沉降离心机

膜分离技术分离范围分离动力一般过滤>1μm压力差微孔过滤0.01~1μm压力差透析5~100Å分子扩散超级过滤5~100Å压力差反渗透<5Å压力差电渗析<5Å电能海水脱盐淡化医药工业的纯化水、注射用水生物大分子物质的浓缩与纯化人工肾透析过滤除菌（溶液、空气）应用范围返回

凝胶层析它是将样品化合物通过一定孔径的凝胶固定相，用于流经体积的差异，使不同分子量的组成得以分离的层析。VC大分子小分子返回离子交换法是利用溶液中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电力。它们结合是可逆的，在一定条件下能够结合，条件改变后也能被释放出来。离子交换剂由惰性的不溶性载体，功能基团和平衡离子组成。离子交换法

X＋X＋X＋X＋X＋X＋Y＋X＋Z＋X