生物药物概述

生物制药工艺学,吴晓英副教授xywu,参考书目,1.生化制药学，林元藻等编，人民卫生出版社；2.生物技术制药，熊宗贵主编，高等教育出版社；3.生物制药技术，郭勇主编，轻工出版社；4.现代生物制药工艺学，齐香君主编，化学工业出版社；5.生物技术药物，马大龙主编，科学出版社；6.最新生化药物制备技术，李良铸等编，中国医药科技出版社7.生物制药理论与实践，梁世中主编，化工出版社。8.生物制药工艺学,吴梧桐主编,中国医药科技出版社.,主要专业课本系开设：生物制药工艺学、生物药物分析、药理学、药剂学、药事法规与管理、制药设备、免疫学、基因工程、细胞工程、酶工程等其他院校可能尚开设：药物化学、中草药学、中医学、人体解剖生理学、市场学等,第一章绪论,第一节生物药物概述第二节生物药物与生物制药工艺学,第一节生物药物概述,生物药物的概念生物药物的性质生物药物的分类,基本概念,药物：预防、诊断、治疗疾病，改善生活质量和影响人体生物学进程的物质。包括：化学药物：应用最普遍、数量最多的一类药物。植物药物：中草药，有几千年的应用历史。生物药物,生物药物：利用生物体、生物组织或其成分、综合应用生物学与医学生物化学与分子生物学微生物学与免疫学物理化学与工程学和药学的原理和方法进行加工、制造而成的一大类用于预防诊断治疗疾病和康复保健的制品.,广义的生物药物包括：1.从动植物和微生物中制取的各种天然生物活性物资。2.人工合成或半合成的天然物质类似物.,现代生物药物已形成了四大类型：,天然生物药物，即来自动物、植物、微生物和海洋生物的天然产物，包括天然生化药物，微生物药物，海洋药物；合成与部分合成的生物药物；基因重组多肽，蛋白类治疗剂；基因药物，即以DNA,RNA为基础，研究而成的基因治疗剂、基因疫苗,反义药物和核酶等。后二类生物药物也被列为新生物技术药物。,生物药物的性质,在化学构成上，生物药物十分接近于体内的正常生理物质,进入体内后也更易为机体所吸收利用和参与人体的正常代谢与调节。在药理学上,生物药物具有更高的生化机制合理性和特异治疗有效性。在医疗上，生物药物具有药理活性高、针对性强、毒性低、副作用小、疗效可靠及营养价值高等特点。,生物药物的性质,生物药物的有效成分在生物材料中浓度都很低,杂质的含量相对比较高。生物药物常常是一些生物大分子。它们不仅分子量大,组成、结构复杂,而且具有严格空间构象,以维持其特定的生理功能。生物药物对热、酸、碱、重金属及pH变化都较敏感，各种理化因素的变化易对生物活性发生影响。,生物药物的分类,天然生物药物基因工程药物基因药物医学生物制品,天然生物药物,天然生化药物微生物药物海洋生物药物,1.天然生化药物,天然生化药物是指从生物体(动物,植物和微生物)中获得的天然存在的生化活性物质.氨基酸类药物多肽和蛋白质类药物酶与辅酶类药物核酸类药物多糖类药物脂类药物细胞生长因子与组织制剂,氨基酸类药物,（1）个别氨基酸制剂，如谷氨酸用于肝昏迷、神经衰弱和癫痫；胱氨酸用于抗过敏、肝炎及白细胞减少症。（2）复方氨基酸制剂a.水解蛋白注射液。b.复方氨基酸注射液。c.要素膳。,多肽和蛋白质类药物,（1）多肽药物，主要有多肽激素和多肽细胞生长调节因子，如催产素、促皮质素(ACTH)和表皮生长因子(EGF)。（2）蛋白类药物a.单纯蛋白质，如人白蛋白、丙种球蛋白、胰岛素。b.结合蛋白类，包括糖蛋白、脂蛋白、色蛋白等。,胰岛素,人体合成胰岛素,人胰岛素(h-Insuin)是世界上第一个商业规模应用的基因工程药物，于1982年就投放市场，用于治疗糖尿病。,酶与辅酶类药物,（1）助消化酶类如胃蛋白酶,胰酶,纤维素酶等（2）消炎酶类如溶菌酶,胰蛋白酶,菠萝蛋白酶等（3）心血管疾病治疗酶如纤溶酶,尿激酶,凝血酶,链激酶等（4）抗肿瘤酶类如L-天冬酰胺酶,谷氨酰胺酶,蛋氨酸酶等,酶与辅酶类药物,(5)其他治疗用酶，如超氧化物歧化酶(SOD)用于治疗类风湿性关节炎和放射病等，青霉素酶可治疗青霉素过敏。(6)辅酶类药物，多种酶的辅酶或辅基成分具有医疗价值，如辅酶、辅酶等广泛用于肝病和冠心病的治疗。,SOD是一种抗氧化酶，主要临床用途是抗炎、抗辐射、抗衰老，治疗自身免疫性疾病和缺血再灌流综合症。,凝血酶由人、牛、猪血或兔脑提取分离，也可由酵母、细菌产生，能促进血液凝固，主要用于治疗手术后出血及多种出血症,L-天冬酰胺酶由E.coli.产生，是治疗白血病的首选药物，可以用分子工程法进行修饰，以延长在体内的半衰期，降低抗原性,尿激酶由人尿提取或细胞培养获得，主要治疗各种血栓病，如中风。,核酸及其降解物和衍生物类药物,（1）具有天然结构的核酸类药物，包括RNA、DNA、核苷、核苷酸、多聚核苷酸。（2）核酸类结构改造药物，它们是目前人类治疗病毒、肿瘤、爱滋病的重要药物。,核酸及其降解物和衍生物类药物,叠氮脱氧胸苷（AZT）临床上用于治疗爱滋病和爱滋病相关综合症丙氧鸟苷抗病毒药物,多糖类药物,来源包括动物、植物、微生物和海洋生物，它们在抗凝、降血脂、抗肿瘤、增强免疫功能和抗衰老方面具有较强的药理作用,多糖类药物,肝素有很强的抗凝作用,小分子肝素有降血脂,防治冠心病的作用.硫酸软骨素A在降血脂,防治冠心病上有一定疗效.透明质酸具有健肤,抗皱,美容的作用.各种真菌多糖具有抗肿瘤,增强免疫力和抗辐射作用.主要有银耳多糖,蘑菇多糖,灵芝多糖等.,肝素可以从猪粘膜提取，肝素钙与小分子量肝素是肝素的系列药物，主要作为抗凝血药,透明质酸由鸡冠、眼球、脐带、猪皮提取纯化获得，广泛用作化妆品基质的主要成分，还用于各种复杂的眼科手术。,脂类药物,（1）磷脂类如卵磷脂,脑磷脂等（2）多价不饱和脂肪酸和前列腺素如亚油酸,亚麻酸,前列腺素等.（3）胆酸类如去氧胆酸,猪去氧胆酸等.（4）固醇类如胆固醇,麦角固醇和-谷固醇.（5）卟啉类如血红素,胆红素,血卟啉等,生化药物脂类药物,胡萝卜素维生素A的前体，对癌细胞具有明显抑制作用。多烯脂肪酸从鱼油或海胆制取，有调整血脂、抗血栓、防治冠心病的作用。,人促红细胞生成素(hEPO)是由166个氨基酸残基组成的糖蛋白激素，能特异性地刺激红细胞生成，是促使造血干细胞形成红细胞的必需因子，用于治疗肾衰竭引起的严重贫血。,细胞生长因子与组织制剂,（1）细胞生长因子，是在体内对动物细胞的生长有调节作用，并在靶细胞上具有特异受体的一类物质，为多肽或蛋白质。细胞生长因子分为细胞生长刺激因子与细胞生长抑制因子.如神经生长因子,表皮细胞生长因子,促红细胞生成素等.,（2）组织制剂，指将动植物组织经过加工处理、制成符合药品标准并具有一定疗效的制剂。如后叶注射液,缩宫素制剂,骨肽注射液,脑活素,血活素及眼宁等.,2.微生物药物,生物合成药物：由微生物代谢所产生的药物和必须利用微生物转化反应共同完成的半合成药物。主要包括抗生素类和一些经生物合成的维生素类、氨基酸类等。抗生素：由生物（包括微生物、植物和动物）在其生命过程中所产生的一类在微量浓度下就能选择性抑制它种生物或细胞生长的次级代谢产物。,抗生素,根据化学结构划分为：1-内酰胺类抗生素，包括青霉素类、头孢菌素类。2氨基糖苷类抗生素，如链霉素、庆大霉素。3大环内脂类抗生素，如红霉素、麦迪霉素。4四环类抗生素，如四环素、土霉素。5多肽类抗生素，如多粘菌素、杆菌肽。6多烯类抗生素，如制菌霉素,万古霉素等。,抗生素,7.苯羟基胺类抗生素.包括氯霉素等.8.蒽环类抗生素,包括氯红霉素,阿霉素等.9.环桥类抗生素.包括利福平等.10.其他抗生素,如磷霉素,创新霉素等.,3.海洋生物药物,多糖类如壳聚糖,海带多糖,软骨多糖聚醚类如生物毒素(扇贝毒素,抗肿瘤)大环内酯类抗肿瘤,治疗白血病萜类从海藻中得到的萜类有细胞毒活性多肽和蛋白类河豚毒素,海蛇毒素不饱和脂肪酸类EPA,DHA生物碱类,甾醇类,苷类,基因工程药物,1.细胞因子干扰素类-干扰素,-干扰素,-干扰素2.细胞因子白介素类和肿瘤坏死因子白介素-2,IL-1,IL-3等,肿瘤坏死因子主要有TNF-和TNF-受体等.,基因工程药物,3.造血系统生长因子类主要用于促进造血系统,增加白细胞,红细胞和血小板.主要有粒细胞集落刺激因子,巨噬细胞集落刺激因子,促红细胞生成素等4.生长因子类主要用于促进细胞生长,组织再生和创伤治疗.,基因工程药物,主要有胰岛素样生长因子,表皮生长因子,神经生长因子等.5.重组多肽与蛋白质类激素主要有重组人胰岛素,重组人生长素,绒毛膜促性腺激素等,还有重组人白蛋白和重组人血红蛋白.,基因工程药物,6.心血管病治疗剂与酶制剂主要用于心血管疾病与抗肿瘤治疗.主要有tpA,尿激酶,链激酶,天冬酰胺酶,超氧化岐化酶等.7.重组疫苗与单抗制品主要有乙肝表面抗原疫苗,AIDS疫苗,流感疫苗等.,基因药物,这类药物是以基因物质(DNA或RNA及其衍生物)作为治疗的物质基础,包括基因治疗用的重组目的DNA片段,重组疫苗,反义药物和核酶等.反义药物是以人工合成的10几十个反义寡核苷酸序列与模板DNA或mRNA互补形成稳定的双链结构,抑制靶基因的转录和mRNA的翻译,从而起到抗肿瘤和抗病毒的作用.,生物制品,一般指的是用微生物(包括细菌、噬菌体、立克次体、病毒等)、微生物代谢产物、原虫、动物毒素、人或动物的血液或组织等直接加工制成，或用现代生物技术方法制成，作为预防、治疗、诊断特定传染病或其他有关疾病的免疫制剂，统称为生物制品(biologicalproducts)。包括各种疫苗、抗血清(免疫血清)、抗毒素、类毒素、免疫制剂(如胸腺肽、免疫核酸等)、诊断试剂等。,生物制品,1预防用制品（1）疫苗：由病毒、立克次氏体或螺旋体制成的，如乙肝疫苗。（2）菌苗：由细菌制成的，如卡介苗。（3）类毒素：由细菌外毒素经甲醛脱毒而保留其抗原性的，如白喉类毒素。2治疗用制品（1）特异性治疗用制品，如狂犬病免疫球蛋白。（2）非特异性治疗用制品，如白蛋白。3诊断用制品，主要指免疫诊断用品，如结核菌素及多种诊断用单克隆抗体。,第二节生物药物与生物制药工艺学,生物制药的发展历程生物制药工艺学的研究内容生物制药的研究发展趋势,1传统生物制药发展阶段,公元前597年就有麴（曲）的使用记载。公元4世纪，就有用海藻（含碘）酒治疗瘿病（地方性甲状腺肿）的记载。孙思邈（公元581-682年）首先用含维生素A丰富的羊肝治疗“雀目”（一种眼疾）。神农用羊靥（包括甲状腺的头部肌肉）治疗甲状腺肿，用紫河车（胎盘）作强壮剂，用蟾酥治创伤。早期的生物药物多数来自动物脏器，有脏器制剂之称。,2近代生物制药发展阶段,20世纪20年代，纯化胰岛素、甲状腺素、多种维生素等开始用于临床或保健。40-50年代发现和提纯了肾上腺皮质激素和脑垂体激素。50年代开始应用发酵法生产氨基酸类药物。60年代酶类药物得到广泛应用。生物制品方面，14世纪末，法国巴斯德创制了狂犬病疫苗，1796年英国医生琴纳发明了预防天花的牛痘疫苗。到了20世纪中期，疫苗种类日益增加。所以，人类利用生物药物的历史相当悠久。,目前生化药物已达600多种。还有100多种临床诊断试剂。我国生化药物的发展也十分迅速，并独创一些新品种。如天花粉蛋白（中期引产药），人工牛黄（感冒药的主要成分，天然牛黄是牛的胆结石）,返回目录,3现代生物制药发展阶段,从20世纪80年代开始，利用基因工程开发生物药物已经成为一个重要的发展方向，已经上市的有人胰岛素（1982）、人生长素（1987）、干扰素（1987）、乙肝疫苗（1987）等等。应用酶工程技术、细胞工程技术和基因工程技术生产抗生素、氨基酸和植物次生代谢产物也已步入产业化阶段。,乙肝基因工程疫苗,美国1986年正式投放市场。系由乙型肝炎病毒外壳成分及其表面抗原组成，其本质为蛋白质，分子量在22,000-67,000，主要成分为226个氨基酸残基组成的乙肝表面抗原。,美国疫苗接种机制流程图,生物技术药物已成为当今最活跃和发展最迅速的领域,2004年,全球生物制药市场的收入为450亿美元,较2003年上涨22%,远远高于药品市场7%的总体增长幅度。资料表明，传统化学制药由于创新瓶颈难以突破，生物制药研究成果数量上升最快，正在发展成为药物研究的重点。从1993到2004年，美国FDA批准新药中，从趋势分析，被批准的化学分子药物呈现逐年下降趋势，而生物技术药物的比重却逐年上升，从1993年的17%上升到2003年的40%。,2011年生物制药的销售额已达1600亿美元，占全球药品市场份额的19%，预计到2020年，生物制药在全球药品销售中的比重将超过三分之一。20世纪90年代以来，我国生物制药行业取得了突发猛进的发展，企业对生物制药的投入以年均25%的速度递增。2010年是生物制药行业的小丰收年，其投放总额达到452亿元，超过上年全年投放额的23.84%。,中国生物医药产业起步于20世纪80年代初期，1989年我国研发出第一个拥有自主知识产权的生物医药产品重组人干扰素-1b，目前,中国有超过500家生物医药相关企业.国家已批准多种基因工程药物和基因工程疫苗上市，包括重组人干扰素、促红细胞生成素、白细胞介素2、人生长素、尿激酶、重组改构人肿瘤坏死因子、神经生长因子、人胰岛素等，其中近1/3为国家创新药物，另有10多个品种在临床研究之中。全国进入临床研究的生物新药已达150多个，其中1/5为I类新药。生物技术药物已成为药品市场中一大类重要的品种，主要用于癌症、人类免疫缺陷病毒性疾病、心血管疾病、糖尿病、贫血、自身免疫性疾病、基因缺陷病症和许多遗传疾病等的治疗。,生物制药工艺学的研究内容,生物制药工艺学是一门从事各种生物药物的研究、生产和制剂的综合性应用技术科学。其研究内容包括生化制药工艺、微生物制药工艺、生物技术制药工艺、生物制品及相关的生物医药产品的生产工艺等。,现代生物制药工艺学是一门生命科学与工程技术理论和实践紧密结合的崭新的综合性制药工程学科。其具体任务是讨论：生物药物的来源及其原料药物生产的主要途径和工艺过程；生物药物的一般提取、分离、纯化、制造原理和生产方法；各类生物药物的结构、性质、用途及其工艺和质量控制。,生物制药的研究发展趋势,利用基因组学的研究成果促进生物技术新药的研发蛋白质工程药物的开发新型疫苗的研制新的高效表达系统的研究与应用生物技术药物新剂型研究迅速发展生物资源的综合利用与扩大开发应用现代科学技术，改造传统的抗生素和氨基酸等生产工艺中西结合创制新型生物药物,Crick和Waston,DNA双螺旋结构模型,巴斯德,当时，法国的啤酒业在欧洲是很有名的，但啤酒常常会变酸，整桶的芳香可口啤酒，变成了酸得让人咧嘴的粘液，只得倒掉，这使酒商叫苦不迭，有的甚至因此而破产。1865年，里尔一家酿酒厂厂主请求巴斯德帮助治治啤酒的病，看看能否加进一种化学药品来阻止啤酒变酸。巴斯德答应研究这个问题，他在显微镜下观察，发现未变质的陈年葡萄酒和啤酒，其液体中有一种圆球状的酵母细胞，当葡萄酒和啤酒变酸后，酒液里有一根根细棍似的乳酸杆菌，就是这种“坏蛋”在营养丰富的啤酒里繁殖，使啤酒“生病”。他把封闭的酒瓶放在铁丝篮子里，泡在水里加热到不同的温度，试图即杀死了乳酸杆菌，而又不把啤酒煮坏，经过反复多次的试验，他终于找到了一个简便有效的方法：只要把酒放在摄氏五六十度的环境里，保持半小时，就可杀死酒里的乳酸杆菌，这就是著名的“巴氏消毒法”，这个方法至今仍在使用，市场上出售的消毒牛奶就是用这种办法消毒的,琴纳,有一天，一位少女来到琴纳的诊所看病，琴纳根据少女的症状诊断她患的是天花。但是少女稍停片刻之后解释说：“我这不是天花。我在奶牛场挤牛奶时，手指上的皮肤不慎被装牛奶的铁桶碰破了，当时没在意。后来，碰破的手指又接触到奶牛常患的痘疮上，第三天，我手上就生出了几颗小痘疮。这不是天花，几十年来，在我们奶牛场所有挤奶的姑娘中，没有一个患天花的，只是差不多都患过这种小痘疮。”听了少女的话，琴纳仿佛意识到了什么，然而又有点半信半疑。一个星期后，少女再也没来过，琴纳带着疑问来到奶牛场，只见那位少女正和她的同伴们谈笑风生，手上痘疮全好了。这次门诊的意外收获终于点燃了他灵感的火花挤牛奶的姑娘为什么能幸免于天花之难？是不是因为她们染上了牛痘呢？牛痘与天花之间是否存在着某种内在联系呢？一连串的问号，无休止的思索，琴纳发誓就从对牛痘的研究开始。在此后近20年的时间中，琴纳一边行医一边经常到奶牛场，仔细观察奶牛生痘疮，牛痘怎样感染到人的身上，人感染了牛痘后又有哪些症状。在经过细心的观察之后，他做了详细的记载，接着就开始了在动物身上接种牛痘，然后再接种天花的试验。动物身上的试验成功了凡是接种了牛痘的动物就能抵御天花的感染。琴纳并不满足于已经取得的试验成功，他进而又想到：能不能给人接种牛痘呢？如果人也能接种牛痘，那么，人类就可找到预防天花的“秘方”了。当他将自己的想法告诉他的亲友时，他的亲友大多数都奉劝他不要去冒这个风险，还是安心行医可靠。然而，琴纳是一个为了事业而奋不顾身的人，他决心要去冒这个风险。1796年5月17日，琴纳选择了自己47岁生日的这一天作为给人类接种牛痘的试验日，被试验的对象是一位活泼聪明的8岁男孩。试验开始了，实验室里气氛格外紧张，当琴纳将小男孩手臂上的皮肤划开，然后将一位挤奶姑娘痘里的淡黄色浓浆涂抹在男孩的伤口上时，在场的人们都深深地为琴纳捏了一把汗。然而，琴纳却从容镇定，他相信自己的试验会得到满意的结果。随后几天，琴纳对接种的男孩进行周密的观察，一个星期后，事实终于证明：人接种牛痘的试验成功了。但是，接种了牛痘的人是否就肯定不患天花呢？一个更为严峻的考验摆在琴纳的面前。经过周密的准备之后，给接种了牛痘的男孩再接种天花的试验又开始了。人们为琴纳的大胆而悬着一颗心，琴纳也度日如年，急切地期待着试验的结果。半个月过去了，被接种天花的那个小男孩安然无恙。事实终于向世界宣告，人类历史上第一次接种牛痘预防天花的试验成功了，被称为“死神的帮凶”的天花从此被人类征服了。,天花粉蛋白原料,人工牛黄资料补充,1天然牛黄本品为牛科动物黄牛BostaurusdomesticusGmelin或水牛BubalusbubalisL胆囊、胆管或肝管中的结石2人工培植牛黄本品是利用活牛体，以外科手术的方法在牛的胆囊内插入致黄因子，使之生成牛黄。人工培植牛黄的形态取决于牛黄床的构形，并因培育期的长短不一而形成不同厚度的牛黄层。3人工牛黄本品是以牛胆汁酸、胆红素、胆固醇与无机盐(硫酸镁、硫酸亚铁和磷酸三钙)为原料，与淀粉混合而成,HGP(HumanGenomeProject),人类基因组计划,HGP大事记,1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。1998年5月一批科