生物技术制药-绪论

生物技术制药-绪论生物技术（Biotechnology）——以生命科学为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其他组成部分）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品，从而为社会提供商品和服务的综合性技术。纺织品用酶Novozyme:纺织工业精练过程用酶,过去使用化学溶液,改用生物酶可减少废液排放量,一次能耗降低20%。以生物质为原料的聚合物

如卡吉尔陶公司生产的聚合物NatureWorks已用于布料、包装材料和电子产品生产。NatureWorks的矿物资源消耗量比传统产品低20%～55%。大宗化学品

使用可再生生物质生产大宗化学品可大幅降低CO2排放量。生物技术的多领域发展☆开发高品质和高产农畜产品☆寻求基因诊断和治疗的新方法☆确立人体组织器官替代置换新手段☆研究开发新药☆生物处理废弃物☆确立环保型农业传统的经典制药工业由于基因工程,细胞融合,酶工程,结构修饰等现代生物技术的渗入,使医药产品的发展进入了一个新的时期。★生物技术药物（biotechdrugs）

或生物药物（biopharmaceutics）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、物理化学和药理学的原理与方法进行加工制造而成的一大类预防、治疗、诊断制品.

生物技术药物的特点☻药理活性高☻针对性强☻副作用小☻疗效可靠☻营养价值高☻为机体所吸收利用基因工程制药抗体制药动物细胞制药植物细胞制药酶工程制药

生物技术药物的分离纯化与质量控制基因治疗基因工程疫苗利用现代生物技术改造传统制药工业生物技术药物的发展趋势考核方式：课堂成绩：平时作业：期末成绩=1：3：6考试题型与分数比例（1）名字解释（5小题）15%。（2）英汉互译（10小题）10%。（3）简答体（5小题）25%。（4）问答题（3大题）50%。

生物技术的发展简史

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传统生物技术※近代生物技术※现代生物技术※

传统生物技术

＊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※近代生物技术＊1860年英国科学家RobertHooke发明显微镜,发现了微生物。＊1865年法国科学家LouisPasteur证明了发酵原理＊1928年英国Fleming发现青霉素＊1940年英国Florey、Chain分离出青霉素

※1843年发表的两篇论文——“双晶现象研究”和“结晶形态”，开创了对物质光学性质的研究。※1856年至1860年，他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论，1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。※1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革微生物学之父LouisPasteur青霉菌菌落附近的葡萄球菌被溶解AlexanderFleming；ErnstBorisChain；SirHowardWalterFlorey※近代生物技术＊20世纪40年代，青霉素——微生物发酵技术＊20世纪50年代，氨基酸发酵工业＊20世纪60年代，酶制剂工业近代生物技术时期的特点产品类型多生产技术要求高生产规模巨大技术发展快※现代生物技术

JDWatsonFHCCrick1953年4月25日，英国《自然》杂志发表了沃森和克立克的文章“核酸的分子结构—DNA的一个结构模型”。标志着DNA双螺旋结构的建立，从此，遗传学和生物学的历史从细胞阶段进入了分子阶段。◎1973年，Boyer、Cohen：在实验室实现了基因转移◎1975年，Milstein、Gilbert：发明了杂交瘤技术◎1977年，Boyer首次用基因操纵的手段获得了生长激素生长因子的克隆，基因工程产品成为可能

◎1975年，Milstein、Gilbert：发明了杂交瘤技术

克隆羊之父维尔穆特和“多莉”◎1996年7月第一只克隆羊“多莉”的诞生

治疗性克隆采用体细胞克隆技术，利用人体细胞克隆出早期胚胎，让它在实验室里发育6到7天，然后阻止它继续发育，从中提取胚胎干细胞。由于这种细胞具备分裂成人体各种细胞的能力，可用来在体外培育出与提供细胞的病人特征完全相同的细胞、组织或器官。◎２００３年４月１４日，美国联邦国家人类基因组研究项目负责人弗朗西斯·柯林斯博士在华盛顿宣布，美、英、日、法、德和中国科学家经过１３年努力共同绘制完成了人类基因组序列图，人类基因组计划所有目标全部实现。1986年美国科学家达尔贝科提出的人类基因组计划，1990年启动该计划。23对染色体30亿对碱基，3.5万个基因进行测序。美国承担54%，英33%，日7%，法2.8%,德2.2%,中国1%。1999年中国加入人类基因组计划，投资3亿元，负责测定3号染色体3000万对碱基，2000年4月完成。◆抗体结构改造——抗体工程利用基因工程获得嵌合抗体、改形抗体、小分子抗体及人源化抗体。◆转基因动物细胞——动物细胞培养

◆植物细胞离体培养◆固定化酶技术——酶工程◆发酵工程以基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程为主体构成了现代生物技术现代生物技术包括⑴重组DNA技术⑵细胞和原生质体融合技术⑶酶和细胞的固定化技术⑷植物脱毒和快速繁殖技术⑸动物和植物细胞的大量培养技术⑹动物胚胎工程技术⑺现代微生物发酵技术⑻现代生物反应工程和分离工程技术⑼蛋白质工程技术⑽海洋生物技术医药生物技术的现状

医药生物技术产业化、商品化,成为高新技术产业之一。高投入、高风险、高利润,利润率达17.6%正在研究开发的生物技术药物

生物技术药品市场

美国生物技术药物产业化最早，投资最大，产品数量最多。由于FDA新领导人致力于改革，加快了审批速度,2003年批准的生物技术药物数量创历年来新高，达37个，其中25个新药，比2002年增加了25%，另外12个批的是新适症。历年美国FDA批准的生物技术药物数目

2003年FDA批准的生物技术药物英国建立了世界上效率最高，效果最好的国家临床试验体系，促进了生物技术药物的发展。它在欧洲居于首位，拥有公司的数量约为欧洲的四分之三，其中有世界知名的生物制药企业，如葛兰素史克(GlaxoSmithKline,GSK)阿斯利康(Astrazeneca)等17家大公司。

德国政府鼓励和扶持生物技术药物研发和产业化，它的生物技术专利占世界专利总数的20%，仅次于美国。法国的中小企业活跃，但由于政府参于力度不够，民间资本吸受率低，故居第三位。面对各国的挑战，法国议会于2003年6月通过“2003生物技术计划”，投入了3亿欧元，希望能在2007年居于领先地位。日本生物技术药物产业的发展居亚洲首位，主要是政府重视，提出了“生物技术立国”的口号，加大了政府的投入。现已有近100个生物技术药物上市，并先于美国批准了人心钠素，重组人血白蛋白，抗TNF抗体等创制品投入市场。日本中外制药，协和发酵，麒麟制药等大公司生产的生物技术药物已远销到世界各地。目前生物制药主要集中在以下几个方向△肿瘤△神经退化性疾病△自身免疫性疾病

△冠心病△肿瘤＊应用基因工程抗体抑制肿瘤Herceptin：转移性乳腺癌Rituxan：非何杰金氏白血病，Panorex：结直肠癌。△肿瘤＊肿瘤治疗疫苗Melacine和INF-α合用：晚期黑瘤患者△肿瘤

＊应用导向IL-2受体的融合毒素治疗肿瘤融合蛋白Ontak：治疗皮肤T细胞淋巴癌(CutaneousTcelllymphoma,CTCL)。

＊重组人甲状腺刺激激素Thyrogen已用于治疗甲状腺癌＊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△神经退化性疾病

﹡胰岛素生长因子(rhIGF-1)用于老年痴呆症、帕金森氏病﹡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。

﹡Genentech的溶栓活性酶用于中风患者治疗，可以消除症状30%。△自身免疫性疾病

哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。•Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘;•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%。•LaJolla公司研制的LJP394用于治疗红斑狼疮。•应用基因疗法治疗糖尿病△冠心病•治疗性血管生成引入外源的生血管因子（重组蛋白或基因），促进血管的形成，以改善缺血组织的血液供应。•Centocor’sReopro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诞生。

当前医药生物技术发展特点基础研究不断深入新产品不断出现新试剂新技术不断出现新型生物反应器和新分离技术不断出现我国医药生物技术1999年1月11日国家新药研究与开发协调小组会议上提出的“生物医药工程产业行动纲要”中指出:大力培育生物医药工业产业,使之保持15%～20%的增长率.到2005年工业总产值达到400～500亿元,到2015年总产值达到1100～1300亿元.2000年由国家经贸委医药司主持和制订了生化制药工业“十五”(2001—2005)发展规划,对我国生化制药部分进行了认真规划.2002年3月国家计委决定在2002—2005年期间集中实施生物技术产业高技术工程,生物技术产品销售额5年要增加20多倍.现已有二十余种基因工程药物和疫苗上市：干扰素(interferon

-2a，

-2b，

-1b*和

)；白细胞介素2(IL-2)；促红细胞生成素(EPO)；胰岛素；生长激素(HGH)；粒细胞集落刺激因子(G-CSF)；粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)；

链激酶(SK*)；

碱性成纤维细胞生长因子(bFGF*)；

表皮生长因子(EGF)及其衍生物；

新型肿瘤坏死因子；

葡激酶；血小板生成素；尿型纤溶酶原激活剂；

重组腺病毒P-53；基因重组乙肝疫苗；痢疾疫苗和霍乱疫苗。

目前世界销售额列前十位的基因工程药物我国已能生产八种。我国已批准上市的重组蛋白类药物我国生物制药业的特征▲发展快,但发展水平较低▲高成长性

▲中草药的深层次开发倍受青睐

我国生物技术药品年产值增长状况我国生物制药业的特征

▲发展快,但发展水平较低▲高成长性

▲中草药的深层次开发倍受青睐

我国生物制药业的特征▲发展快,但发展水平较低▲高成长性

▲中草药的深层次开发倍受青睐

医药生物技术发展的趋势

热门药物生物技术技术新颖性技术新颖性组合化学成熟领域前导物综合鉴定技术新生技术核糖酶新生技术药物设计与人工智能新生技术抗体酶新生技术蛋白质工程发展领域功能抗原新生技术药学基因组科学

发展领域基因治疗

发展领域糖类治疗剂发展领域医药生物技术的发展趋势◎

人类后基因组研究◎

基因工程药物◎

新型疫苗◎

人类后基因组研究人类基因组计划旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上全面地认识自我。随着人类基因组序列测定的完成，后基因组研究已经启动，其核心是要破译天文数字般的DNA信息所编码的蛋白质功能，及人类基因组序列非编码区的调控功能，近年来已形成了若干新的分枝学科：

◎

人类后基因组研究分枝学科

☆功能基因组学(FunctionalCenomics)☆药物基因组学(Pharmacogenomics)

☆功能基因组学功能基因组学(functionalgenomics)是利用结构基因组学提供的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究的一门科学。功能基因组学的特征※高通量※大规模试验方法※统计与计算机分析功能基因组学的目标近期目标是采用高通量、大规模、自动化的方法,加速遗传分析进程;

长远目标是避开传统遗传分析的局限,采用系统化的途径及数据采集方法阐明复杂的生物学现象。功能基因组学的主要研究内容

＊基因组的表达及时空调控的研究＊蛋白质组学(proteomics)研究

＊基因删除(GeneKnockout)＊基因组多样性的研究功能基因组学的主要研究内容＊基因组的表达及时空调控的研究

全方位的研究生物体的基因在不同条件、不同状态下的表达水平及形成这种特定的表达状况的调控机理。近年来发展起来的DNA芯片和cDNA微阵列技术能够在细胞水平上检测基因组的表达情况,通过比较不同生理条件下、不同发育阶段的基因组表达水平,可以从宏观上研究基因组的表达和调控规律。功能基因组学的主要研究内容＊蛋白质组学(proteomics)研究蛋白质组(proteome)是由澳大利亚学者Wasinger等于1995年提出的,是指全部基因表达的全部蛋白质及其存在方式,是一个基因、一个细胞或组织所表达的全部蛋白质成分。蛋白质组学研究不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体,从蛋白质水平为探索蛋白质作用模式、功能机理、调节控制、药物开发、新陈代谢途径等提供理论依据和基础。蛋白质组学旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式,内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式(修饰形式)、结构、功能和相互作用方式。蛋白质组学的研究分为两个方面﹡蛋白质表达模式(或蛋白质组成)研究﹡蛋白质功能模式研究对蛋白质组研究可以提供如下信息:①从基因序列预测的基因产物是否以及何时被翻译;②基因产物的相对浓度;③翻译后被修饰的程度。蛋白质组学在药物研究中的应用◆疾病相关蛋白质的确认◆靶点的验证◆药物作用机理的研究◆药物毒理学的研究蛋白质组学在药物研究中的应用◆疾病相关蛋白质的确认•比较细胞或组织在健康状态和疾病状态的一对蛋白质组图谱的差异,并用相关软件对蛋白质图谱进行快速的定性和定量分析。•蛋白质组图谱分析用于大数量的蛋白质供试品。确认癌症特异相关蛋白质是一个研究热点。已有报道蛋白质组学用于研究神经母细胞瘤、乳房癌、肺癌、结肠癌和膀胱癌。Celis从膀胱鳞状细胞癌(SCC)病人的尿液中发现了一种生物标志物psoriasin,它在正常泌尿系统的细胞不存在,但现在已能通过免疫组织化学分析方法在膀胱SCC癌细胞中检测到。蛋白质组学在药物研究中的应用◆靶点的验证用分子或细胞技术使某个候选靶点失活,能够逆转疾病的表现类型,就可以推论一些抑制剂(如小分子、反义核苷酸、蛋白质、抗体)对该靶点也能产生类似的作用。通常蛋白质组学被用来评价靶点蛋白质在信号转导中的地位。通过这种方式,可以得知靶点蛋白质如何干扰信号途径的信息,以及实行适宜的治疗是如何纠正被干扰的信号途径。常用的信号转导分析技术有Western印迹、免疫沉淀印迹、细胞分离研究等。蛋白质组学在药物研究中的应用◆药物作用机理的研究应用蛋白质组学技术,对正常或疾病状态的蛋白质组和药物治疗状态下的蛋白质组进行图谱比较分析,鉴定其中发生相应变化的蛋白质,可以揭示药物的作用机理。Page等比较了52氟尿嘧啶及其新衍生物OGT719处理后的肝癌细胞蛋白质组图谱,发现19条同样的蛋白质都发生了类似的变化,这表明两种化合物具有类似的作用机理。蛋白质组学在药物研究中的应用◆药物毒理学的研究肝脏和肾脏是体内大多数药物代谢和消除的主要部位,所以通常研究药物治疗状态下鼠肝脏或肾脏蛋白质组的变化,建立一个相应于特异性药物的组织蛋白质组数据库。通过该数据库,应用比较蛋白质组分析可以推断某个新化合物的毒性反应。如果再结合RNA转录的数据,就形成一个有效的毒理基因组学工具,这对药物设计和先导化合物的优化都是至关重要的。Steiner等对环孢菌素A(CsA)肾毒性机理的研究:比较CsA处理后的鼠肾细胞蛋白质组图谱,发现CsA处理后的图谱中,参与钙结合和转运的钙结合蛋白(calbindin)明显消失,从而解释了使用该药后肾小管钙化的毒性作用。功能基因组学的主要研究内容＊基因组的表达及时空调控的研究

＊蛋白质组学(proteomics)研究

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基因删除(GeneKnockout)＊基因组多样性的研究◎

人类后基因组研究分枝学科

☆药物基因组学(Pharmacogenomics)药物基因组学是利用人类基因组学研究方法和技术,研究不同人群(个体)基因组遗传学差异及其对药物反应的影响,以促进新药开发和临床个体化用药的科学。药物基因组研究的目的提供个体基因遗传性变异与药物反应相关性资料,从而指导制药企业发现、研究针对不同人群(个体)的高效、低毒药物,指导临床医师、药师制定针对具有不同基因组或靶基因多态性变异特征的个体化用药方案,以期最大限度地利用药物资源,提高药效和降低药物不良反应。药物基因组学的研究内容

人类基因组结构与基因遗传学多态性基因多态性和基因表达与药物反应相关性临床药物基因组学研究药物基因组学的研究内容人类基因组结构与基因遗传学多态性测定不同人群基因组结构与基因遗传学变异,并根据其多态性变异的不同组合进行基因单倍体型或基因型分析,是药物基因组研究的一个基本内容。药物基因组学研究将选择性地探讨与个体药物反应,包括药物吸收、分布、代谢和排泄有关联的基因及多态性变异,基因在不同健康与疾病状态下的表达与调节,基因变异和不同基因表达与疾病关系等药物基因组学的研究内容基因多态性和基因表达与药物反应相关性

通过分析不同个体目标基因的“单倍体型”或基因亚型与特定药物反应的关系,再通过基因诊断测定待用药个体的基因型即可预测其对药物的反应类型,达到个体化用药的目的。药物基因组学的研究内容临床药物基因组学研究

研究不同药物对具有不同单倍体型或基因型个体治疗效应和不良反应,是药物上市后临床药物基因组学研究的主要内容,也是实现个体化药物治疗的基础

药物基因组学的应用

☆在药物发现和开发中的应用☆药物基因组学与药物不良反应☆药物基因组学与用药个体化

☆在药物发现和开发中的应用

①提供了大量新的药物作用靶目标②加速了与疾病有关基因或信号传递路径鉴定,为筛选药物作用靶基因奠定了基础③基因多态性数据库的建立,为选择具有特定基因型人群进行临床试验,提高试验中药物治疗有效率和降低不良反应及减少试验人数奠定了基础④基于个体基因遗传学变异而研制开发新药☆药物基因组学与药物不良反应药物基因组学研究通过分析与药物治疗效应和不良事件发生有关的基因的多态性,通过用药前基因诊断,合理选择治疗药物或药物剂量,降低药物不良反应发生率。☆药物基因组学与用药个体化现代分子生物学的发展及分子医学、药物流行病学、药物基因组等学科的研究成果,使现代医学越来越趋向于个体化特征。通过对用药个体基因组多态性变异及其对药物反应相关性的分析,可制定基于个体遗传学特征之上的“个体化治疗”。◎

基因工程药物基因工程药物是指利用基因工程技术研制和生产药，包括有重组蛋白药物、反义核酸药物、DNA药物和基因工程抗体、基因工程疫苗等,是医药生物技术领域中发展最快的部分，且已取得显著进展。基因工程肽类药物

由免疫细胞和其它细胞分泌的细胞因子是具有很高活动性的肽类分子，在调节细胞生长分化、调节免疫功能、参与炎症反应和创伤修复中起重要作用，其中许多很有应用价值，但其生成量极微，难以提取获得，基因工程则可克隆其基因，使之表达获得大量产物供用。传统的肽类激素，血液中的微量活性成分、酶类同样可用基因工程手段获得。已上市的正在研制的基因工程多肽药物

名称 作用 各种干扰素(interferonIFN) 抗病毒、抗肿瘤、免疫调节 各种细胞介素(interleukins,IL) 免疫调节、促进造血 各种集落刺激因子(colonystimulatingfactors,CSF) 刺激造血 红细胞生成素(erythropopoetinEPO) 促进红细胞生成，治疗贫血 肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF) 杀伤肿瘤细胞、免疫调节、参与炎症和全身性反应 表皮生长因子(epidermalgrowthfactor,EGF) 促进细胞分裂、创伤愈合、胃肠道溃疡防治 神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF) 促进神经纤维再生 骨形态形成蛋白(bonemorphogeneticprotein,BMP)骨缺损修复、促进骨折愈合 组织纤溶酶激活剂(tissue-typeplasminogenactivator,t-PA) 溶解血栓、治疗血栓疾病 血凝因子Ⅷ、Ⅸ 治疗血友病 生长激素（rgowthhormone,GH） 治疗侏儒症 胰岛素(insulin) 治疗