基因药物和基因治疗及健康出生PPT课件.ppt

基因药物、基因治疗及健康出生,1,一、基因药物前景诱人化学药物：化学方法合成的药物生化药物：从生物有机体中提取的药物基因药物：通过基因工程生产的药物,1.基因药物是21世界生物技术的龙头产业生物技术药物占整个医药行业的销售份额：1995年，不足4%；2000年，9%；2003年，10%以上生物技术药物的销售额：1992年，不足50亿；2000年，300亿，2003年，600亿美国处于领先地位：2000年，116种上市；2001年，又批准27种，临床试验的369种，公司数量和销售额占全世界67%，2000年，200亿，中国，2000年，21种，临床实验30多种，30亿RMB,2,2.基因制药程序外源基因制备（人工合成，反转录，PCR扩增）基因体外重组（限制性核酸内切酶，连接酶）受体细胞表达（细菌，植物，动物）,3,基因工程过程示意图,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒,DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,4,5,人工基因合成法,逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。,DNA合成仪,PCR扩增仪,6,7,3.利用微生物或真核细胞生产基因药物,8,胰岛素是治疗糖尿病（1970S，0.85%，1996，3.2%，目前，2亿，2025，3亿，中国第三位，4000万，每年增120万，每天3000.）的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4-5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%-50%。,基因工程药品胰岛素,9,干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980-1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品干扰素,干扰素生产车间,干扰素分子结构,10,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品生长激素,11,4.把转基因生物作为制药反应器,动物生物反应器1990s,美国、日本，老鼠，生长激素，类风湿。英国爱丁堡，绵羊，抗胰蛋白酶，35克/升，4000英镑.英国鲁斯林研究所,转基因山羊,血友病,50万英镑.,转基因动物是指通过实验方法，人工地把外源基因导入动物的受精卵（或早期胚胎细胞），使外源基因与动物本身的基因组整合在一起，因而外源基因能随细胞的分裂而增殖，并能稳定地遗传给下一代的一类动物。,12,荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。,13,商业要求：1g/L,14,血液蛋白质,15,16,Example.microinjection,17,Example.Phenotypicanalysis,PhenotypicAnalysisonfoundersharboringGFPgene,(9.5dpc)GFP+,GFP-embryosGFP+tailGFP-,GFP+mice,18,19,植物生物反应器,植物生物反应器是指通过基因工程途径，以常见的农作物作为“化学工厂”，通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其它一些次生代谢产物等生物制剂的方法。,1992年，美国人C.J.Arntzen和H.S.Mason率先提出了用转基因植物生产疫苗的新思路。,20,植物来源的重组药用蛋白第一次临床应用研究是由星球生物技术有限公司（PlanetBiotechnology,Inc）报道的，该公司位于美国加利福尼亚境内。该公司利用转基因烟草中表达的抗体sIgA生产新药CaroRxTM，主要目的是预防和治疗由细菌引起的龋齿。临床实验证实CaroRxTM可以有效清除人口腔内的变异链球菌（S.mutans）并预防志愿者口腔产生龋齿。该公司也正在设计和开发一些新的sIgA抗体，用来有效预防口腔、呼吸道、消化道，生殖和尿道等粘膜系统和皮肤受到一些传染性病菌和毒性因子的感染。,21,美国著名的孟山都公司（Monsanto）已经培育出一种转基因玉米，每公顷玉米可以产生3.7公斤达到药用蛋白标准的人类抗体。,基因制药的反思和管理1.反思需求量有限高水平的队伍周期长投资大研发成果归个人或小团体所有人员素质要求高,2.管理服用基因工程方法方法生产的人生长激素奶牛的奶后，儿童发病率比正常儿童增加了三倍，日本报道了5例后，欧洲发现了6例。,22,三、荆棘路上的基因治疗1.基因病及其治疗遗传病是指由遗传物质发生改变而引起的或者是由致病基因所控制的疾病基因病的类型单基因病（镰刀型红细胞贫血病）多基因病（冠心病、65%、哮喘病80%、精神分裂症80%、高血压62%）获得性基因病（艾滋、乙肝）,23,24,镰刀型贫血症的发生率为8/100000，但是在某些人种中却有较高的发生率，例如非洲裔的美国人发生率为1/600以及西班牙裔的美国人为1/1000-1400。这个疾病因具有遗传性所以在出生时便就已经存在了，病征大约在出生后4个月会开始出现。在非洲大陆研究发现，具有镰刀形细胞特征的人比具正常性征的人更不容易罹患疟疾(malaria)。,25,血红蛋白病镰刀形细胞贫血症,26,基因突变类型异常Hb氨基酸变化临床特征错义突变HbShuangfeng27GluLys(GAGAAG)不稳定Hb病HbS6GluVal(GAGGUG)镰刀型细胞贫血HbBibba136LeuPro(CUGCCA不稳定Hb病无义突变HbMckeesRocks145Tyr终止(UAUUAA)不稳定Hb病终止密码突变HbConstantSpring142UAACAA-地贫(延长：142Gln-173UAA)密码子缺失HbGunHill9195缺失不稳定Hb病密码子插入HbGrady118与119间插入3个氨基酸无明显症状移码突变HbTak147UAAACUAA-不稳定Hb病-158UAA(Thr)融合突变HbLepore-Boston87(Gln)-116(His)-地贫HbKenya81(Leu)-86(Ala)-地贫,27,2.基因病的传统疗法,12号染色体苯丙氨酸羧化酶基因突变,28,糖原储积症:溶酶体中缺少a-1.4糖苷酶,不能将糖原转化成葡萄糖,心肌造成损伤,2岁前夭折半乳糖血症:常染色体隐形遗传病,缺少半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶,半乳糖不能转化成葡萄糖,半乳糖积累,患儿生长停滞,智力迟钝,肝脏受损死亡,还可引发白内障.侏儒症:补充生长激素.先天性缺少甲状腺的:注射甲状腺素治疗.,29,3.什么是基因治疗基因治疗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的生物医学新技术。,30,二、基因治疗途径和进展1.基因治疗技术基因补偿：校正和替代反义技术：自杀信号途径:共刺激信号途径:,31,2.基因治疗的历史和现状,1966年：安德森提出“基因治疗”概念。1970年：美国医生罗杰斯尝试基因治疗精氨酸血症。1980年：美国加州大学马丁克赖恩教授进行人类第一例真正意义上的基因治疗，未获批准，也未获成功。马丁克赖恩教授被誉为“基因治疗的先驱”。1989年：美国批准进行5例标志基因的人体转移试验。安德森被誉为“基因治疗之父”。1990年：布利等人进行了世界上首次人体基因治疗的临床试验，取得初步治疗效果。1991年起：国内外基因治疗临床试验越来越多。,32,3.基因治疗的类型,生殖细胞基因治疗（Germlinegenetherapy）:是在生殖细胞中进行操作，改变生殖细胞的程序，这些细胞能将改变传递给下一代，使其后代从此再不会得这种遗传疾病。体细胞基因治疗（Somaticgenetherapy）:是在体细胞中进行基因操作，以改变身体已分化细胞DNA的程序，但这些细胞没有能力将这种改变传递给一代，其子孙后代仍会患这种病。,33,4.成功的例子不多:20世纪70年代中期,美国科学家在原西德,7岁、2岁的姐妹俩，缺少一种酶，呈明显的精神痴呆症。实验失败，但是也无副作用，没有引起舆论界的关注1980，美国人，克林，垂危状态的地中海贫血病人，一个以色列人，一个意大利人，由于方法不成熟，技术上存在问题，实验失败，并且实验没有受到学校当局的批准，受到舆论界的批评，失去了美国联邦基金的支持。,34,5.基因治疗成功实例,复合免疫缺陷综合征的基因治疗（人类Gene治疗成功例子）ADA缺乏症-致死性疾病，患者由于腺苷酸脱氨酶（ADA）缺乏。,35,ADA-Gene+vector（逆转录病毒）重组分子患者TLyCIL-2刺激C分裂导入细胞生长分裂10天Gene表达回输患儿体内12月治疗一次,10个月患儿体内ADA水平达正常人的25%,1990.9月，4岁女孩，1991.5月，达到25%10个月内接受了7次输注，停半年后还要每隔3-5个月输注，同时还要服药。1991.1月，9岁女孩，2000.4月，法国三例，2002英国两例，一个18个月，一个2.5岁.,36,现状：从1990年至1994年，40余项基因治疗方案被批准；至1998年，已实施373个临床方案，3134人接受了基因转移试验（其中肿瘤方案234个，受试者2134人）；至2002年，400余项基因治疗方案进入临床试验；至2003年，基因治疗药物上市。,37,重点：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家族性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等），而且以恶性肿瘤为基因治疗研究的重点对象。,38,三、基因治疗的类型和用于基因治疗的载体,体外法（exvivo）：将病人的细胞取出，在体外加入正常基因校正细胞，再将校正后的细胞放回到病人体内，使新的功能得到表达。原位法（insitu）：将新基因直接引入病人疾病部位（如癌块、肺树内膜等），可用病毒宿主或裸露的DNA引入。体内法（invivo）：将宿主注入血流，将治疗性基因以安全有效的方式带至组织，目前尚未研制成功。,1.人类体细胞基因治疗方法:,39,2.用于基因治疗的载体（Vector）：,病毒载体：主要有反转录病毒（Retrovirus,RV）、慢病毒（Lentivirus,LV）、腺病毒（Adenovirus,AV）、腺相关病毒（Adeno-AssociatedVirus,AAV）等。非病毒载体：主要有脂质体（Liposome）、裸露DNA（NakedDNA）、细菌及物理方式（Physicalmeans）。,40,四、基因治疗面临的问题与分歧,一是技术方面，认为对生殖细胞的基因操纵可能使后代产生缺陷，即认为目前对人体系统的运作知之甚微，建立于盲目基础上的良好愿望可能带来不测的危险结果。二是社会伦理方面，人能否改变人？人的尊严何在？以什么标准来改变人？等等。结论：这些异议表明，生殖细胞基因治疗既然涉及人类种族的繁衍，我们就必须严格控制其临床应用，以免因为滥用而造成严重危害。,1.生殖细胞基因治疗的伦理思考：,41,2.体细胞基因治疗的伦理思考：,第一，不应该伤害患者，如增加患者的健康风险、产生有害基因突变和治疗导致的传染性的传播等；第二，不能伤害医务人员和患者家属，伤害形式是治疗导致的致病感染、法律责任和心理伤害等；第三，不能伤害一般公众，这种可能的伤害是新病毒的产生并传染的危害、治疗费用的负担、治疗带来的进化效应（如对生殖细胞的意外感染）及其它意外事件。,42,五、基因治疗的伦理原则,安全原则：具有合适的靶基因，即作为替代、恢复或调控的目标基因；具有合适的靶细胞，即接受靶基因的细胞；具有高效专一的基因转移方法，以使外源靶基因导入靶细胞内；基因转移后对组织、细胞无害；在动物模型实验中具有安全、有效的治疗效果；过渡到临床试验或应用前需向国家有关审批部门报批。,43,知情同意原则。世界卫生组织和国际医学委员会发表的伦理学与人体研究指南和人体研究国际伦理学指南中规定：基因治疗必须遵循最后选择原则，即在某种疾病在所有疗法都无效或微效时，才考虑使用基因治疗。基因治疗还必须尊重患者的知情同意权，让患者认识到将采用的基因治疗方案对他本人有何益处，同时亦可能导致哪些伤害，让患者自主地决定。,44,公正原则。目前基因治疗的费用高昂，这种高昂的投入和相对微弱的效益，不能不引起公共卫生事业界人士的异议。基因治疗只能用于治病救人的目的。保密原则。基因治疗的前提不可避免地要知道患者的遗传信息。如果把患者的遗传信息尤其是基因缺陷泄漏给外界，有可能会影响患者的升学、就业和保险申请，产生社会歧视等严重