生物制药技术

陈巧乐建筑材料专业材料学院生物制药技术生物技术是以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其细胞的、亚细胞的和分子的组成部分，结合工程学、信息学等手段开展研究及制造产品，或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质、特性，进而为社会提供商品和服务手段的综合性技术体系。

基因工程细胞工程发酵工程酶工程生物芯片技术基因测序技术组织工程技术生物信息技术主要内容：生物技术——生物技术应用于新药物研发生物制药生物技术药物与传统化学药物不同，传统的药物主要是小分子化合物，而生物技术药物主要是大分子物质，如基因重组蛋白、基因重组多肽、单克隆抗体、核酸、细胞或组织、灭活(减毒)病毒或细菌等。生物技术药物的一般概念是：利用生物技术生产的在生物体内存在的天然活性物质。这一定义有两个关键词：一是生物技术，包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、微生物发酵工程、生物电子工程、生物信息技术与生物芯片、生物材料、生物反应器、大规模蛋白纯化制备技术等；二是天然活性物质，即生物技术药物的来源是细菌、酵母、昆虫、植物和哺乳动物细胞等各种生物内的特征细胞产物。生物药物原料以天然的生物材料为主，包括微生物、人体、动物、植物、海洋生物等。随着生物技术的发展，有目的人工制得的生物原料成为当前生物制药原料的主要来源。如用免疫法制得的动物原料、改变基因结构制得的微生物或其它细胞原料等。生物药物的特点是药理活性高、毒副作用小，营养价值高。生物药物主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类等。这些物质的组成单元为氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等，对人体不仅无害而且还是重要的营养物质。基因工程制药细胞工程制药酶工程制药生物制药基因工程制药A基因工程药物品种的开发B基因工程疫苗C基因工程抗体，D基因诊断与基因治疗，E应用基因工程技术建立新药的筛选模型，F应用基因工程技术改良菌种，产生新的微生物药物，G基因工程技术在改良药物生产工艺中的应用，H利用转基因动、植物生产蛋白质类药物。细胞工程制药A单克隆抗体技术，B动物细胞培养，C植物细胞培养生产次生代谢产物。酶工程制药利用酶或细胞、细胞器所具有的催化功能用于药品工业化生产、监-测的技术称为酶工程。酶学研究的是酶结构和生物催化机制。基因工程制药，顾名思义便跟基因工程技术密切相关。●基因工程又称为重组DNA技术，或称基因克隆技术。是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。

基因工程制药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。

基因工程制药的优势外源目的基因的取得基因工程技术的步骤基因运载体的分离纯化重组DNA分子的形成重组DNA引入受体细胞重组菌的筛选、鉴定和分析工程菌的获得基因产物的分离基因工程药品的生产：

⑴基因工程胰岛素

胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、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！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!

⑵基因工程干扰素

干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。

基因工程人干扰素α-2b（安达芬）是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。

⑶其它基因工程药物

人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。胰岛素干扰素白细胞介素所谓细胞工程,就是以细胞为单位,按人们的意志,应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术,有目的地进行精心设计,精心操作,使细胞的某些遗传特性发生改变,达到改良或产生新品种的目的,以及使细胞增加或重新获得产生某种特定产物的能力,从而在离体条件下进行大量培养、增殖,并提取出对人类有用的产品的一门应用科学和技术。细胞工程制药它由上游工程(包括细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏)和下游工程(即将已转化的细胞应用到生产实践中用以生产生物产品的过程)两部分构成。当前细胞工程所涉及的主要技术领域包括细胞融合技术、细胞器特别是细胞核移植技术、染色体改造技术、转基因动植物技术和细胞大量培养技术等方面。细胞工程药物动物细胞工程制药

动物细胞工程制药主要涉及细胞融合技术、细胞器移植尤其是核移植技术、染色体改造技术、转基因技术和细胞大规模培养技术等植物细胞工程制药以植物细胞为单位应用细胞生物学分子生物学的理论和技术，在离体条件下培养、繁殖和精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿改变，从而改良品种、加速繁殖或得到有用的物质的一门科学技术第一PPT模板网/sucai/

是用自然或人工的方法使两个或几个不同细胞融合为一个细胞的过程。可用于产生新的物种或品系及产生单克隆抗体等。淋巴细胞杂交瘤为最成熟的。细胞融合细胞核移植转基因动物动物细胞工程制药核移植技术可用于具有良好发展前景的生物反应器的制备。其中乳腺生物反应器的研制是最为看好的一个转基因制药方向。利用转基因动物乳腺作为生物反应器,生产基因工程人类蛋白质药物,其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低。动物细胞培养是指经人的有意干涉,通过实验手段将外源基因导入动物细胞中并稳定地整合到动物基因组中,且能遗传给子代的动物。比如哺乳动物生物反应器好比在动物身上建

药厂。动物的乳汁或者血液可以源源不断地为我们提供目的基因的产品。是指离散的动物活细胞在体外人工条件下的生长、增殖的过程,利用动物细胞培养生产的具有重要医用价值的生物制品有各类疫苗、干扰素、激素、酶、生长因子、病毒杀虫剂、单克隆抗体等,已成为医药生物高技术产业的重要部分。植物细胞工程制药组织及细胞培养植物细胞工程涉及诸多理论原理及实际操作技术,首当其冲的自然是培养技术,也就是将植物的器官、组织、细胞甚至细胞器进行离体的、无菌的培养。它是细胞遗传操作及细胞保藏的基础。近年来植物细胞培养技术主要致力于高产细胞株选育方法、悬浮培养技术、多级培养和固定化细胞技术、培养工艺优化控制、生物反应器研制、下游纯化技术等方面,并取得了较大进展。有些药用植物种类已实现工业化生产,如从人参根细胞中生产人参皂苷等;相当种类的药用植物细胞大量培养已达到中试水平,如红豆杉生产紫杉醇、紫草生产萘醌、三七生产皂苷等。遗传特性改造仅仅对细胞进行培养还不够,要使培养的细胞能为人类服务,就要对其进行一定的改造,这就涉及到了细胞的遗传操作。将外源DNA导入靶细胞的方法不断完善,除了以前经常使用的质粒载体、病毒载体等途径外,通过基因枪法、超声波法和电注射法等非病毒方式转换细胞的方法也开始被广泛使用;细胞融合方法已被不断的改进,融合率增大;细胞诱变也取得了较大的进展,诱变方式不断增加。这些理论和技术的发展都为更好的改造细胞创造了条件。转基因植物利用基因工程技术,把目的基因导入待改造的受体植物细胞,进而培育出获得了目的基因性状的植物,就是转基因植物。利用转基因植物生产重组蛋白具有以下优点:1.与动物细胞培养相比,植物细胞培养条件简单且易于成活,有利于遗传操作;2.植物培养细胞具有全能性,能够再生植株;3.转基因植物中的外源基因可通过植物杂交的方法进行基因重组,进而在植物体内积累多基因;4.转化植株系的种子易于贮存,有利于重组蛋白的生产和运输;5.用动物细胞生产重组蛋白,可能污染动物病毒,这对人类可能造成潜在危险,而植物病毒不感染人类,所以用植物细胞生产重组蛋白更为安全酶工程制药酶工程

通过人工操作获得所需酶并使其发挥催化功能的技术过程。百奥泰酶工程中心及产业化基地

现代酶工程的主要内容

酶的分离纯化、大批量生产及新酶和酶的应用开发；酶和细胞的固定化及酶反应器的研究，包括酶传感器、反应检测；酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶的研究；酶的分子改造和化学修饰，结构与功能的研究；有机相中酶反应的研究；酶的抑制剂、激活剂的开发与应用研究；抗体酶、核酶的研究；模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成研究。酶的固定化方法示意图A、E.coli

：是应用最广泛的产酶菌。分泌胞内酶，经细胞破碎分离得到。在工业上用于生产谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、β-半乳糖苷酶。B、枯草杆菌：主要用于生产α-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、碱性磷酸脂酶。C、啤酒酵母：用于酿造啤酒、酒精、饮料、面包等。D、曲酶（黑曲酶和黄曲酶）：主要生产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶E、其他产酶菌：青霉菌、木霉菌、根霉菌、链霉菌等。目前常用的产酶微生物固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸1.技术路线

E.Coli

斜面细胞固定化细胞青霉素G转化液