第七章 医药生物技术课件

第七章医药生物技术第七章医药生物技术猛犸80%基因组破译完成史前巨兽有望复活从西伯利亚永久冻结带发现的两具猛犸象残骸上获取的DNA。在这两具猛犸象尸体中，一具已在地下埋了2万年，另一具则至少埋了6万年。通过仔细分析它们的DNA，研究小组已经整理出80%的猛犸象基因组或遗传密码。第七章医药生物技术7.1人类基因组研究概述7.2生物技术新药7.3分子诊断技术7.4基因治疗原理与方法7.5干细胞与组织工程第七章医药生物技术7.1人类基因组研究概述对人类基因组图谱的初步分析表明，人类基因组由31.647亿个碱基对组成，共有2.5万至2.8万个基因。基因是遗传物质DNA（脱氧核糖核酸）中有遗传信息的片段，而DNA的基本单位是4种核苷酸。

第七章医药生物技术第七章医药生物技术7.2生物技术新药7.2.1重组激素类药物7.2.2重组细胞因子药物7.2.3重组溶血栓药物7.2.4人血液代用品7.2.5抗体药物7.2.6重组可溶性受体和粘性分子药物7.2.7反义寡核苷酸药物7.2.8基因药物7.2.9疫苗7.2.10天然生物药物第七章医药生物技术7.2.1重组激素类药物激素：有内分泌腺或特异细胞产生的含量极少的一类生物分子，为信号分子，可分三种：多肽蛋白质类激素、类固醇激素和氨基酸类激素目前已批准上市的有：生长激素（rhGH）胰岛素（insulin）人促卵泡激素（rhFSH）改进激素类：用20个左右AAs的小肽模拟胰岛素与生长素功能新激素类药：促生长介素－II第七章医药生物技术7.2.2重组细胞因子药物细胞因子（cytokine）：由机体各种细胞合成和分泌的调节机体的生理功能、参与细胞增殖、分化、凋亡和行使功能的小分子多肽种类：干扰素(interferon,IFN)、集落刺激因子(colonystimulatingfactor,CSF)、白细胞介素(interleukin,IL)、肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)、趋化因子(chemokine)、转化因子β(transforminggrowthfactorβTGF-β)

、生长因子（growthfactor）第七章医药生物技术细胞因子生物活性1.调节免疫应答2.抗病毒3.抗肿瘤4.造血调节功能5.促进炎症反应6.其他：参与机体不同系统的功能，心血管、神经、骨骼第七章医药生物技术7.2.3重组溶血栓药物已批准的有：链激酶（SK）、尿激酶（u-PA）、重组组织型纤溶酶原激活剂（rt-PA）、APSAC、r-SK等医治：心血管血栓栓塞性疾病改进重组体：scu-PA,R-PA,导向溶栓药物第七章医药生物技术7.2.4人血液代用品人血液代用品是指人红细胞代用品，它具有氧传递功能、可维持血液渗透压和酸碱平衡及扩充溶量的人工制剂，包括全氟碳化合物和生物技术制备的血红蛋白类和红细胞类人血液代用品以红细胞为基质的携氧剂为人血液代用品的研发主攻方向第七章医药生物技术人血液代用品研究意义输血的巨大需求与安全：避免配血；安全；储运方便；解决血源短缺市场巨大，效益显著第七章医药生物技术全氟碳化合物有毒副作用，前景不佳以红细胞蛋白为基质的携氧剂不断改进前景广阔克服在人体内半衰期短及免疫原性造血干细胞培养、基因重组技术：大大扩大了血红蛋白来源第七章医药生物技术7.2.5抗体药物

第七章医药生物技术第一代----免疫血清大多数抗原分子具有多个表位，每种表位均可刺激机体1个B细胞克隆产生1种特异性抗体。因此，传统制备的免疫血清被称为多克隆抗体，特异性差，易出现交叉反应，限制了在免疫化学试验以及疾病诊断和治疗中的应用。第二代----单克隆抗体杂交瘤技术的问世使产生仅识别1种表位的同源抗体成为可能，称为单克隆抗体（mono-clonalantibody,McAb）。McAb具有特异性高、亲和力强、效价高、血清交叉反应少等优点，与化学药物、毒素或同位素等连接后，借助识别特异性，可有效地将治疗性药物运送到靶细胞，这种称为“魔弹”或“生物导弹”的导向药物疗法以为攻克癌症带来了希望。

第七章医药生物技术

第三代----基因工程抗体第三代抗体始于20世纪80年代中期，它是利用重组DNA和蛋白蛋工程技术，对抗体基因进行加工改造和重新装配，经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子。其主要工作包括：一是运用DNA重组技术对已有的McAb进行“人源化”和“小型化”的改造；二是用噬菌体抗体库技术筛选、克隆新的McAb。免疫球蛋白（IgG）分子是肿瘤治疗最常用的抗体。由两条相同的轻链和两条相同的重链组成，每条包含可变区和恒定区。可变区包含高变区或称互补决定区（CDRs）。这些短的，高度可变的氨基酸序列是试剂的主要作用位点。第七章医药生物技术基因工程抗体⑴小鼠McAb的人源化嵌合抗体：1998年8月美国食品药品管理局正式批准1种抗肿瘤坏死因子-a(tumornecrosisfactor-a,TNF-a)的人鼠嵌合抗体应用于慢性肠炎，是首例作为慢性病治疗药品上市。人源化抗体：将小鼠的CDR序列移植到人抗体V区框架中，CDR移植抗体，即人源化抗体。完全人源抗体：将小鼠免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）基因敲除，转以人Ig轻、重链基因片段（约1.8Mb），抗原刺激后，在小鼠体内产生针对该抗原的人Ig，再用杂交瘤技术大量生产。

第七章医药生物技术⑵小分子抗体：Ig可以被酶解为不同的片段，如F(ab)2、Fab和Fc含重链、轻链V区的Fv片段。这些小片段因相对分子质量小、穿透力强、抗原性低、可在原核系统表达，以及易于进行基因工程操作等优点而逐渐受到重视。第七章医药生物技术7.2.6重组可溶性受体和药物细胞受体是指细胞表面与各种配体特异性结合的大分子，大多为糖蛋白，包括膜外区、跨膜区、膜内区。粘附分子（celladhesionmolecules,CAM)是指细胞产生的介导细胞与细胞或细胞与基质间相互接触和结合的所有分子的总称。第七章医药生物技术7.2.7反义寡核苷酸药物根据核酸杂交原理，反义药物能与特定基因杂交，在基因水平，干扰致病蛋白的产生过程，即干扰遗传信息从核酸向蛋白质的传递。高效低毒。种类：硫代反义寡核苷酸、2’－甲氧/乙氧基反义寡核苷酸、肽核酸（PNA）、其他。问题：安全性、专一性、稳定性。第七章医药生物技术7.2.8基因药物基因药物（genemedicines）亦称为DNA药物，它是将具有治疗意义的基因重组进真核表达载体，直接转移至人体的细胞，表达出具有治疗作用的多肽和蛋白质，从而达到治病目的的一种新方法。它是对既往传统药物一个挑战，被称为医药产业的一次革命。

与经典的基因治疗的区别是：它不要求整合进基因组而终身表达，也不要求100％的细胞转染外源基因。不同传统药物，它持续，无耐药性。第七章医药生物技术

多肽药物基因药物产物多肽－蛋白质基因质粒原核表达载体无信号肽真核表达载体信号肽宿主细胞大肠杆菌酵母（体外）人体细胞（体内）转染易难生产工艺复杂较简单纯化复杂较简单成本较昂贵较经济稳定性不稳定稳定保存难易半衰期短长用法长期注射一次性注射疗效短持久副作用高低多肽药物与基因药物的比较

第七章医药生物技术问题与展望基因转移的效率：安全性可控性发展新型基因药物：

基因转录调控药物：用双链寡聚核苷酸抑制转录因子和启动子区域特异性的结合，抑制致病基因的表达。

肽核酸（PNA）第七章医药生物技术7.2.9疫苗疫苗(vaccine)传统疫苗高技术疫苗减毒活疫苗灭活疫苗亚单位疫苗核酸疫苗重组疫苗基因工程疫苗微胶囊可控缓释疫苗抗独特型抗体疫苗基因工程亚单位疫苗基因缺失活疫苗基因工程载体疫苗合成肽疫苗蛋白质工程疫苗第七章医药生物技术已用于人类疾病预防的主要疫苗

疫苗类型国内外生产状况国内国外1小儿麻痹（OPV）减毒活疫苗（I-Ⅲ型联合）++小儿麻痹（IVP）灭活疫苗（I-Ⅲ）-+2麻疹减毒活疫苗++3卡介苗（BCG）减毒活疫苗++4白喉-百日咳-破伤风（DPT）亚单位疫苗（联合）-+亚单位疫苗（基因工程P）++5乙型肝炎亚单位疫苗（血源）++亚单位疫苗（基因工程CHO）+（S）+（S2）亚单位疫苗（基因工程酵母）+）+6乙脑减毒活疫苗+-灭活疫苗++7流脑亚单位疫苗（多糖）++8甲肝减毒活疫苗++流感灭活疫苗

10狂犬灭活疫苗++11风疹减毒活疫苗++12腮腺炎减毒活疫苗++

麻疹-风疹-腮腺炎（MMR）减毒活疫苗（三种联合）-+13出血热灭活疫苗++14腺病毒（Ad4,Ad7）减毒活疫苗-+15水痘减毒活疫苗-+16黄热病减毒活疫苗++17轮状病毒腹泻减毒活疫苗（人-猴遗传重配）-+减毒活疫苗（人-羊遗传重配）+-20霍乱亚单位+灭活（CTB+WC）-

亚单位+灭活（基因工程CTB+WC）

减毒活疫苗（基因工程CDV-HgR）-+21鼠疫减毒活疫苗++22斑疹伤寒灭活疫苗++23布氏杆菌减毒活疫苗++24炭疽杆菌减毒活疫苗++25痢疾减毒活疫苗（基因工程FS）+-26链球菌肺炎亚单位疫苗（多糖）-+27嗜血杆菌流感亚单位疫苗（多糖）-+28痘苗（天花）减毒活疫苗+*+*注：“+”为已投入生产，“-”为未生产，“*”为停止生产。第七章医药生物技术基困工程亚单位疫苗（geneengineeredsubunitvaccine）主要是指将基因工程表达的蛋白抗原纯化后制成的疫苗。载体疫苗（vectoredvaccine）是指利用微生物做载体，将保护性抗原基因重组到微生物体中，由能表达保护性抗原蛋白质的重组微生物制成的疫苗。这种疫苗多为活疫苗，重组体用量少，抗原不需纯化，免疫接种后靠重组体在机体内繁殖产生大量保护性抗原刺激机体产生特异免疫保护反应，载体本身可发挥佐剂效应增强免疫效果。DNA疫苗（DNA

vaccine）基因缺失活疫苗（genedeletedlivevaccine）是最有效的一种疫苗，应用传统的活疫苗如痘苗已经消灭了天花，应用脊髓灰质炎活疫苗正在全世界消灭脊髓灰质炎（小儿麻痹）。第七章医药生物技术蛋白工程疫苗（proteinengineeredvaccine）是指将抗原基因加以改造，使之发生点突变、插入、缺失、构型改变，甚至进行不同基因或部分结构域的人工组合，以期达到增强其产物的免疫原性，扩大反应谱，去除有害作用或付反应的一类疫苗。遗传重组疫苗（geneticrecombinantvaccine）是指使用经遗传重组方法（geneticreassortment）获得的重组微生物制成的疫苗。合成肽疫苗（Syntheticpeptidevaccine）是指使用化学方法合成能够诱发机体产生免疫保护的多肽制成的疫苗。抗独特型抗体疫苗（anti-idiotypevaccine）是指使用与特定抗原的免疫原性相近的抗抗体（ab2）做抗原制成的疫苗。微胶囊疫苗（micro-capsulizedvaccine）也称可控缓释疫苗（controlledslowreleasevaccine），是指使用微胶囊技术将特定抗原包裹后制成的疫苗。第七章医药生物技术DNA疫苗第七章医药生物技术DNA用疫苗的优越性与问题第七章医药生物技术急需研制的基因工程病毒疫苗及研究进展1.艾滋病（AIDS）疫苗：多抗原疫苗设计2.乙肝（HBV）疫苗：含前S抗原的疫苗＋新佐剂3.丙肝（HCV）疫苗：4.戊肝（HEV）疫苗：5.呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗：第七章医药生物技术基因工程寄生虫疫苗广义的治疗性疫苗：是指在已感染病原微生物或患某些疾病的机体内，通过诱生机体的特异性或非特异性免疫应答，以达到治疗或防止疾病恶化的制品。第七章医药生物技术7.2.10天然药物的现代化概念与内容凡自然界存在或采用相应技术获得的且具有治疗疾病作用的天然物质均为天然药物。天然药物包括：中药（主要来源于动植物、微生物及矿物）、天然药物化学修饰物、现代生物技术天然药物。天然药物按照来源可分为生物药物、生物技术药物及化学合成的天然药物。第七章医药生物技术生物药物简介动植物药及微生物药的主要类型有生物大分子、次级代谢物、初级代谢物、最终代谢物、动植物体及部分真菌体。动物主要以部分动物的腺体、组织、器官或代谢物为原料而制取，如胰脏、脑垂体、血液、胆汁及人尿等；第七章医药生物技术生物药物简介植物药是从植物的根、茎、花、皮、叶或果实中制取的药物，如从银杏叶中分离银杏黄酮，从麻黄草中分离麻黄碱，从卡瓦胡椒根中分离瓦内脂，从马钱子中分离士的宁及从金鸡纳树皮中分离奎尼丁等，大多数动植物药针对性强，毒副作用小，是临床上药品的主要来源之一。第七章医药生物技术表1部分动植物药来源及其适应证品名来源适应证蛇毒纤溶酶蛇毒血栓尿激酶人尿心肌梗死促皮质毒脑垂体关节炎胰酶动物胰脏消化不良硫酸软骨素动物软骨偏头痛、关节炎绒促性素孕妇尿不孕猪胰岛素猪胰脏糖尿病熊胆粉熊胆汁肝胆疾患小檗碱黄连根茎感染银杏黄酮银杏叶血管硬化L-麻黄碱麻黄草哮喘、过敏喜树碱喜树肿瘤麦角碱麦角菌偏头痛剌乌头碱高乌头疼痛奎宁金鸡纳树皮疟疾利血平萝夫木高血压延胡索乙素延胡索疼痛长春碱常春花肿瘤青蒿素黄花蒿疟疾齐墩果酸齐墩果，女贞子黄疸性肝炎黄芩甙黄芩慢性肝炎地高辛毛花洋地黄心力衰竭靛玉红木兰肿瘤左旋多巴油麻藤帕金森病紫杉醇紫杉树皮肿瘤部分生物物药来源及其适应证

第七章医药生物技术合成或以天然结构为先导物合成的天然药物

品名天然先导物作用阿司匹林水杨苷解热、镇痛色甘酸钠凯琳抗过敏甲红霉素红霉素抗感染蒿甲醚青蒿素抗疟疾普鲁卡因可卡因局麻十烃双胺d-筒箭毒碱肌肉松弛右甲吗南吗啡镇痛特尼泊苷鬼臼毒素抗癌依托泊苷鬼臼毒素抗癌华法林双香豆素抗凝血多西环素四环素抗感染多马托品阿托品扩瞳溴化甲基东茛菪碱东茛菪碱解痉氟氧头孢菌素氧头孢烯抗感染氨曲南单环β-内酰胺抗感染亚胺培南β-内酰胺抗感染米帕林奎宁抗疟疾紫杉醇10-去乙酰巴可亭Ⅲ抗癌米格列醇脱氧野尻霉素降血糖药薯喜树碱抗直肠癌乙胺香豆素凯琳扩张冠脉第七章医药生物技术ii.药用植物与海洋生物资源成为开发的热点天然药物来源途径甚多，不过今后将主要来源于药用植物，据估计全球约有（40~50）万种植物，但仅有极少部分进行过化学成分及其活性测试研究。海洋生物更是一个有待开发的宝库我国也是植物资源最丰富的国家之一，迄今已发现3万多种高植物，其数量仅次于巴西和哥伦比亚，居世界第3位，其中50%以上是特有品种，现已发现11000多种药植物，其种类和数量之大均居世界首位，为我国研制新的天然药物奠定的良好的资源基础。天然药物发展现状与前景i.天然药物的开发成为新药研发的重要策略获取先导化合物；缩短研发周期；提高成功率第七章医药生物技术iii.天然药物发展前景广阔1.近10多年来天然药物研究与开发取得长足进展

如免疫抑制药环孢素、抗糖尿病新药阿卡波糖和降血脂新药洛伐他汀及其类似物等相继面市。镇痛药河豚毒素及贝类毒素等海洋药物也取得了良好的进展。美国还从非洲真菌“伪黑团壳”中分离出一种五环化合物，口服有胰岛素样作用。此外正在研制的卡麦角林（cabegoline）是麦角生物碱的类似物，为多巴胺D2的受体激动药，选择性强，药效持久，有望成为治疗帕金森病的有效药物。可直接杀伤肿瘤细胞和具有免疫调节作用的苦马豆素也进入临床试验阶段。其次具有防治肿瘤作用的番荔枝内酯及白藜芦醇的研究也引起了国内外医药界的关注。1989~1995年FDA批准临床使用的87种抗癌药中，62%为天然产物。50多年来，我国以中草药为源料也开发出了40多种特有新药，如黄连素、四氢巴马汀、东茛菪碱、丁公藤碱、茛菪碱、樟柳碱、石杉碱甲、芫花酯甲、靛玉红、天麻素、豆腐果苷、草乌甲素、蒿甲醚及丹参酮ⅡA等。第七章医药生物技术2.各国政府开始放松对中药制品的管制

美国已开始对中药复方与制剂的临床试验，2001年版美国药典已正式收载银杏、月见草油、卡瓦内脂、金丝桃素、人参、锯齿棕、雪花莲及β-叶皂苷等20多种畅销的药材及其制剂的质量标准，表明药用植物及天然药物已被美国官方认可，德国则打算将中药列入传统疗法范畴，俄国、瑞士等国看好中药，东南亚等国早已把中药列入家庭必备之药品。中药真正走向世界当不会太久。第七章医药生物技术中药发展的现代化战略I.我国中药发展的机遇与挑战我国药用植物及中药材种类繁多，新版《中药大辞典》将收载12807种中药材，其中药用植物11146种，动物1581种，矿物80种。此外其他民族地区尚有藏药2294种，蒙药1342种，傣药1200种，苗药1000种，维药600种，彝药及羌药各百余种。目前人工种植的药材200余种，600余万亩，生产基地600多个，对具有药用作用的野生动物也进行了人工饲养。

我国的中药药效不够准确、稳定、质量标准、重金属在药理、剂型、标准化等方面尚有很多问题：中药制品落后的外包装，携带不便，药汁味苦，这些都影响我国的中药出口。第七章医药生物技术II.中药现代化---我国的必然选择中医药理论的现代化必须加大中医药理论现代化研究是研究开发中药、新药的关键问题。中药资源保护与再生的现代化

目前由于人们盲目采挖和全球性的生态环境恶化，不少名贵中药品种濒灭绝，中药资源的保护和合理开发是当务之急。药材、饮片的现代化

在中药现代化的工程中，中药材既是原料药，又是半成品药，主要是实现中药材的生产规范化和质量标准化。制剂现代化生产技术的现代化

要以继承和发扬中医药优势和特色为基础，充分利用现代化科学技术方法和手段，借鉴国际通行的医药标准规范，对中药生产工艺和装备及中药剂型进行开发研究，使中药产品被国际医药市场所接受。质量标准的现代化

质量控制是药品生产和安全使用的保证。中药化学、中药药理学研究的现代化、标准化中药说明书的现代化生产企业的现代化

我国中药生产企业数量多，规模小，技术落后，经营管理保守，急需更新观念，实现规模化、集团化、现代化。第七章医药生物技术7.3分子诊断技术7.3.1分子诊断(moleculardiagnosis)技术产生与发展1978年.著名美籍华裔科学家简悦威(Yuetwaikan)等首先应用DNA分子杂交成功地进行了镰形细胞贫血症的基因诊断.特点：专一性（specificity）强灵敏度(sensitivity)高操作简单(simplicity)第七章医药生物技术分子诊断是采用分子生物学理论和方法对疾病进行预测、鉴定和分析的技术。分子诊断的作用：产前检测；潜病检测；先病检测；病因的临床检测。

第七章医药生物技术7.3.2分子诊断方法i.酶联免疫吸附测定(enzyme-linkedimmunosorbantassay,ELISA)利用抗原抗体分子高度特异结合而测定疾病相关因子的诊断方法。一抗：与目标分子特异结合的抗体二抗：只与一抗特异结合的抗体，如：碱性磷酸酶、过氧化物酶、脲每等，可以催化无色底物变为有色物。第七章医药生物技术加入无色底物有色底物加入酶联二抗加入一抗固定目标分子酶联免疫吸附测定示意图第七章医药生物技术ii.分子杂交利用遗传疾病或致病微生物特异的核酸序列设计的探针进行疾病的诊断。Southern杂交，分子标记等。第七章医药生物技术第七章医药生物技术原位杂交(insituhybridization)FISH:(FluorescentInSituHybridization)

第七章医药生物技术iii.基于PCR的分子诊断套式PCR（nestedPCR）病原微生物的检测原位PCR(insituPCR)：在细胞组织切片上检测低拷贝数基因PCR-酶解鉴定：遗传病有限制性内切酶位点的丢失，如：镰刀形细胞贫血症，CvnI

PCR／OLA（oligo-nucleotideligationassay）第七章医药生物技术LCR(ligasechainreaction)鉴定:较PCR／OLA简单，但灵敏度低些。

PCR－ELISE检测：双标记寡聚核苷酸捕获分析法特异性等位基因寡聚核苷酸杂交（allele-specificoligonucleotidehybridization,ASO）:同一基因中多个不同位点的突变检测扩增阻滞突变系统（amplificationrefractorymutationsystem,ARMS）第七章医药生物技术人工引入酶切位点（artificialintroductionofrestrictionsite,AIRS）直接测序法（directsequencing,DS）引物延伸法（primerextension,PEX）PCR-SSCP法免疫PCR第七章医药生物技术原理：

扩增模板数S=S0(1+Es)j

(其中S0为初始模板数,Es为平均扩增效率,j为循环次数)。利用这种线性关系,通过S值可求解出初始模板数S0,从而实现定量。

定量PCR技术

定量PCR主要建立在竞争性PCR基础上：向样本中加入一个作为内标的竞争性模板,它与目的基因具有相同的引物结合位点,在扩增中两者的扩增效率基本相同,而且扩增片段在扩增后易于分离,然后据内标的动力学曲线求得目的基因的原始拷贝数。

第七章医药生物技术以乙肝病为例,荧光定量ＰＣＲ可测到每微升血清中含有10～100个病毒颗粒,乙肝表面抗原强阳性的患者血清中,可测得高达105～106·μｌ-1的病毒颗粒。随着治疗进程,病毒复制逐渐减少。治愈后便测不出病毒颗粒。据此可建立乙肝治愈的分子诊断标准。荧光定量PCR荧光定量ＰＣＲ融汇了ＰＣＲ技术的核酸高效扩增,探针技术的高特异性,光谱技术的高敏感性和高精确定量的优点,直接探测ＰＣＲ过程中荧光信号的变化以获得定量的结果。完全封闭操作,仪器直接读数,避免了因污染而导致的假阳性,使结果准确可靠,结果判断更客观真实,定量范围宽(可包括0～108个拷贝/μｌ),且无需样品梯度稀释等特点。

第七章医药生物技术ＦＱ-ＰＣＲ的Ｔａｑ酶不仅有延伸的ＤＮＡ引物的活性还有5′→3′外切核酸酶活性,可在链延伸过程中实现链替换,并将被替换的单链切断,这就是ＦＱ-ＰＣＲ的酶学基础。ＦＱ-ＰＣＲ反应体系中不仅有两条普通的引物,还有一条荧光标记探针,这条探针的5’端和3’端分别标记了荧光报告基团(Ｒ)和荧光淬灭基团(Ｑ)。当这条探针保持完整时Ｒ基团的荧光信号被Ｑ基因所淬灭;一旦探针被切断,淬灭作用消失,产生荧光发射,通过荧光光谱分析仪检测荧光强度,即可测知扩增产物的含量。原理：第七章医药生物技术第七章医药生物技术IV.基因芯片与分子诊断什么是基因芯片基因芯片指将大量不同的探针分子固定于支持物上后形成的微点阵载片，用他与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度对样品中不同基因的数量和序列信息进行并行处理分析。第七章医药生物技术基因芯片第七章医药生物技术第七章医药生物技术PrincipleofMicroarray(Chip)AssaySyntheticDNAprobesPrehybridizationPosthybridizationProbeswith

hybridizedDNA第七章医药生物技术第七章医药生物技术MicroarrayRobot第七章医药生物技术7.4基因治疗原理与方法5.4.1概述5.4.2经典基因治疗的基本操作步骤5.4.3导入载体研究进展5.4.4基因治疗的新策略5.4.5基因治疗的安全问题第七章医药生物技术7.4.1概述基因治疗(genetherapy)是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的生物医学新技术。广义的基因治疗是指利用基因药物的治疗，而通常说的狭义的基因治疗是指用完整的基因进行基因替代治疗，一般用DNA序列，主要的治疗途径是体外（exvivo）基因治疗。第七章医药生物技术直接往人体组织细胞中转移基因的治病方法叫做体内（invivo）基因治疗。采用安全、无毒的载体导入工具携带外源基因穿过细胞膜，进入细胞核与染色体整合，这是基因治疗成败的关键。目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体。基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞。基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病。包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如AIDS、类风湿等）。第七章医药生物技术7.4.2经典基因治疗的基本操作步骤在大多数基因治疗的临床试验中，来自患者血液或骨髓的细胞在实验室中培养。这些细胞被暴露在带有目的基因的病毒中转化。病毒进入细胞后，目的基因就成为宿主细胞DNA的一部分。这些细胞在实验室培养后，通过静脉注射重新回到患者体内。在患者体内繁殖，形成正常的功能。第七章医药生物技术7.4.3导入载体研究进展病毒细菌质粒哺乳动物人工染色体蛋白质转导类固醇介导脂质体多聚赖氨酸纳米颗粒非病毒逆转录病毒腺病毒腺相关病毒慢病毒重组痘疫苗病毒单纯疱疹病毒第七章医药生物技术7.4.5基因治疗的安全问题病毒通常能感染改变非目标细胞。新基因插入DNA的位置可能出现错误，导致癌症和其他损伤的产生。基因表达的控制，转化基因“过度表达”，产生过多的缺失蛋白，导致损害；病毒载体产生炎症或免疫响应；患者可能将病毒传播给其他个体或传播到环境中。第七章医药生物技术7.5干细胞与组织工程干细胞的概念：

干细胞是一类能复制自身并产生特化细胞的细胞类型。

在受精后的第一小时内受精卵经几次分裂发育成相同的全能细胞（totipotent

cells）,受精9天后这些细胞经数次分裂发育成囊胚，囊胚具有外层细胞和内层细胞（innercellmass），外层细胞形成胎盘和支持组织，内层细胞将形成各器官系统。这类内层细胞即胚胎干细胞又称为全能干细胞（pluripotent）全能干细胞进一步特化产生具有特殊功能的细胞群体。如造血干细胞分裂分化产生红细胞、白细胞、血小板，皮肤干细胞产生各种类型的皮肤细胞。第七章医药生物技术胚胎干细胞具有4个特点:能大量繁殖并保持未分化状态;在一定条件下能向内、中、外3个胚层组织和细胞分化;具有全能性,易于进行基因改造操作;能够形成嵌合体动物,从而成为联系细胞和个体之间的桥梁第七章医药生物技术成体干细胞成年动物的许多组织和器官，如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。成体干细胞普遍存在。微环境中的间质细胞能够产生一系列生长因子或配体，与干细胞相互作用，控制干细胞的更新和分化。第七章医药生物技术成体干细胞可分化为特定组织,当组织受到外伤、老化、疾病等损伤时,这些干细胞就增殖分化,产生新的组织来代替它们,以保持机体的动态平衡。成体干细胞还可横向分化为其它组织。在成体干细胞中,目前研究较多的是：造血干细胞(HematopoiticStemCell,HSC)间质干细胞(MesenchymalStemCell,MSC)神经干细胞(NuralStemCell,NSC)第七章医药生物技术

干细胞的可塑性当成体干细胞被移植入受体中,它们表现出很强的可塑性。从一种组织分离出的干细胞可以分化为各种不相关的细胞类型。例如,神经干细胞可分化成为造血细胞系。与之相似,源于骨髓的干细胞可分化为某些非造血细胞类型,如包括骨骼肌、大脑的小神经胶质细胞和星形神经胶质细胞和肝细胞。这些结果增加了采用骨髓移植治疗各种疾病如肌营养不良、帕金森病、卒中和肝衰竭的可能性。第七章医药生物技术组织工程1988年,ＮＳＦ定义:“应用工程科学和生命科学的原理和方法,认识哺乳动物正常和病理组织与器官的结构—功能关系,并开发具有生物活性的人工替代物,以恢复、维持或改善组织、器官的功能”。第七章医药生物技术组织工程组织工程学的基本原理和方法

将体外培养的高浓度组织细胞,吸附扩增于一种生物材料上,形成细胞-生物材料复合物。该生物材料为细胞提供一个生存的三维空间,有利于细胞获得足够的营养物质,进行营养物交换,并能排除废物,使细胞能在按照预制设计的三维形状支架上生长。然后将此细胞-生物材料复合体植入机体组织病损部位。种植的细胞在生物支架逐步降解吸收过程中,继续增殖并分泌基质,形成新的具有与自身功能和形态相应的组织和器官。这种具有生命力的活体组织能对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。第七章医药生物技术1995年筹建组织工程学会,并出版了正式刊物“组织工程学”。在美国,目前已经形成价值60亿美元的产业,并以每年25%的速度递增。在我国,组织工程学研究虽然起步较晚,但发展迅速,在很多领域的研究已接近或达到国际研究水平。组织工程学是继细胞生物学和分子生物学之后,生命科学发展史上又一新的里程碑,标志着医学将走出器官移植的范畴,步入制造组织和器官的新时代。它是对外科领域中组织、器官缺损和功能障碍传统治疗方法和模式的一次革命。

第七章医药生物技术组织工程种子细胞为支架材料提供生命源泉、并能形成组织的功能细胞称为种子细胞。依据其来源可分为自体、同种异体和异种细胞。自体细胞可由活检或穿刺所得到的组织进行分离培养,获得所需要的功能细胞;同种异体细胞主要来自胚胎、新生儿和成体组织;异种细胞主要来自于猪、牛等动物。干细胞研究最为突出。

第七章医药生物技术具有特定的分化表型或定向分化潜能;可靠的细胞来源;不引发移植排斥反应。体外构建工程组织、器官的细胞需满足以下三个基本前提:第七章医药生物技术支架材料支架材料为细胞的停泊、生长、繁殖、新陈代谢、形成新组织提供支持。目前研究较多的有以下几种:I.可降解高分子材料研究较多的是聚羟基乙酸、聚乳酸、聚羟基乙酸与聚乳酸的共聚物等。这些材料具有可标准化生产、可降解、细胞相容性好等优点,但其酸性降解产物有可能对细胞的活性产生不利影响;同时其亲水性、细胞相容性、力学强度等均尚待改进。采用多种改性技术有可能满足组织工程对支架材料的要求。II.陶瓷类材料目前研究较成熟的是多孔羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙等。这类材料生物相容性好,有一定强度,是骨的无机盐成分,常用作骨组织工程的支架材料。但由于它们降解慢,脆性大,降低了这类材料的实用性。

第七章医药生物技术III.复合材料

将有机材料与无机材料复合,可克服单纯材料的缺点,并能综合其优点。近几年对纳米材料或纳米复合材料的研究有了新的突破,这已成为组织工程支架材料研究的方向之一。IV.生物衍生材料生物组织经过处理后获得的材料称为生物衍生材料。来源于人体的生物衍生材料保留了正常的网架结构,组织相容性好,是较为理想的组织工程支架材料。如胶原凝胶、脱细胞真皮构建组织工程皮肤,纤维蛋白凝胶构建组织工程软骨等。脱细胞、去抗原处理的生物衍生骨支架构建的组织工程骨已有临床应用报道.第七章医药生物技术组织构建a.组织工程骨的构建a.1单纯构建

a.2复合构建

Isogai(1999)将可降解高分子材料预制成人指骨形状