XX高技术研究发展计划“863计划”管理实施细则.doc

XX高技术研究发展计划“863计划”管理实施细则 附件2受理编号密级公开秘密机密绝密国家科技重大专项课题可行性研究报告(申报书)专项名称重大新药创制项目名称药物大品种技术改造申报专题编号xxZX09204课题名称糖尿病治疗药物阿卡波糖生产技术改造课题责任单位浙江工业大学课题负责人郑裕国课题年限xx年12月至xx年12月填报日期xx年9月9日中华人民共和国科学技术部制二八年八月填写说明 一、请严格按照表中要求填写各项。 二、课题可行性研究报告中第一次出现外文名词时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使用缩写。 三、“课题活动类型”是指“应用基础研究”、“应用开发”、“产业化开发”、“示范工程”和“其他”。 四、“组织机构代码”是指项目责任单位组织机构代码证上的标识代码，它是由全国组织机构代码管理中心所赋予的唯一法人标识代码。 五、编写人员应客观、真实地填报报告材料，尊重他人知识产权，遵守国家有关知识产权法规。 在课题可行性研究报告中引用他人研究成果时，必须以脚注或其他方式注明出处，引用目的应是介绍、评论与自己的研究相关的成果或说明与自己的研究相关的技术问题。 对于伪造、篡改科学数据，抄袭他人著作、论文或者剽窃他人科研成果等科研不端行为，一经查实，将记入信用记录。 六、请将申报专题编号填写在国家科技重大专项课题可行性研究报告封面的“申报专题编号”栏目内。 申报课题的专题编号在“附表中查找”。 附表“重大新药创制”科技重大专项申报专题编号表序号项目名称专题名称专题编号1创新药物研究开发新药临床研究xxZX091012药物大品种技术改造化学药物大品种技术改造xxZX09201中药大品种技术改造xxZX09202生物技术药物大品种技术改造xxZX09203非专利药物大品种技术改造xxZX092043创新药物研究开发技术平台建设药物安全评价技术平台xxZX09305新药临床评价研究技术平台xxZX093124企业新药物孵化基地建设创新药物研究与开发技术体系建设xxZX09401新药中试技术体系建设xxZX09402新药产业化技术体系建设xxZX09403说明“重大新药创制”重大科技专项下设项目、专题、课题三个层次题目，此次申请请按所属专题下的具体课题进行申报。 一、课题基本信息课题名称糖尿病治疗药物阿卡波糖生产技术改造课题密级公开级预计完成时间xx.12课题活动类型产业化开发预期成果类型生产性规模生产线项目（课题）责任单位信息单位名称浙江工业大学单位性质高等学校通讯地址浙江省杭州市潮王路18号邮政编码310014所在地区浙江省单位主管部门浙江省科技厅联系电织机构代码47000441-X传真号位成立时间1953.06.01电子信箱kjc2zjut.项目（课题）组长信息姓名郑裕国性别男出生日期1961.11.05职称教授最高学位博士从事专业化工与制药类固定电动电真号子信箱zhengygzjut.证件类型居民身份证证件号码330103611105161联合单位信息单位名称单位性质组织机构代码华东医药股份有限公司股份上市公司14308315-7项目（课题）经费（万元）总经费1000万中央财政投入150万地方财政投入企业投资850万银行融资其他经费备注课题简介（简要说明课题立项的必要性、课题目标、技术方案、筹资方案、组织方式、相关基础条件等）1.课题立项的必要性糖尿病是一种重大的多发性疾病。 近年来，糖尿病的患病率急剧上升，全世界糖尿病患者已由1997年的1.3亿发展到xx年的2.37亿。 目前我国糖尿病患者人数约4400万，20岁以上人群总数发病率已达3.2%。 糖尿病可以带来严重的并发症，随着病程的延长,可出现广泛的微血管及大血管病变，导致双目失明、肾功能衰竭、肢端坏疽、心肌梗死及脑血管病变，严重威胁患者的生命。 糖尿病及其并发症已成为我国的重大疾病，给患者带来了巨大的经济负担。 糖尿病的治疗有胰腺移植手术治疗和药物治疗两种，其中手术治疗需严格控制胰岛分离和服用免疫抑制药物而成本高，难以普及。 因而药物治疗是主要治疗手段。 糖尿病的治疗药物主要有双胍类药物、磺酰脲药物和糖苷酶抑制剂类药物，因糖苷酶抑制剂类药物可以有效抑制人肠道内的-糖苷酶活性，效果好、副作用小，而成为首选药物。 阿卡波糖是一种高效的糖苷酶抑制剂类糖尿病治疗药物，为一种生物合成的假四糖，与麦芽四糖很相似，其核心结构是假二糖acarviosine，它通过-1,4糖苷键与麦芽糖残基连接，是一种含氨基环醇结构的氨基糖苷化合物。 阿卡波糖作用于小肠刷状缘，其acarviosine部位与-糖苷酶酶蛋白的活性中心特异性结合，竞争性抑制-糖苷酶活性，能在整个小肠发挥作用，最后被结肠细菌代谢。 由于其高效、安全，被作为第三代降糖药物用于糖尿病的治疗。 大量临床研究证明阿卡波糖具有降低餐后血糖活性，对糖尿病治疗疗效确切、毒副作用小，预防糖尿病心血管并发症等方面也效果良好。 目前国内已有华东医药股份有限公司生产的阿卡波糖销售，但还不能满足国内外市场对阿卡波糖的需求。 阿卡波糖的生产在菌株生产能力、发酵水平、发酵过程控制、产品分离纯化等方面与国外企业存在着一定的差距，亟待在这些方面取得突破，高效的微生物药物菌种改良技术、微生物发酵工艺控制与优化和发酵产物分离提取技术的建立及技术推广已成为当务之急。 由于国产阿卡波糖的产量和质量还不能满足广大患者的需要，产品达不到制剂的要求，大部分只能以原料药形式出口，再经过国外公司的进一步加工，返销到国内，目前国内市场还是进口阿卡波糖为主，为了降低生产成本，增强竞争能力，实现进口替代，亟待通过阿卡波糖生产工艺的技术改造提高国产阿卡波糖的产量和质量，以创造经济和社会效益。 2.课题目标本项目拟通过阿卡波糖生产菌株高效育种、发酵过程系统优化、产物高效分离纯化及其生产过程全局优化等技术改造，以大幅度提高阿卡波糖的发酵水平、提取收率和质量为目标，大幅度降低其生产成本，提高国内市场占有率，为糖尿病患者提供低成本药物。 3.技术方案 （1）阿卡波糖生产菌株的高效、高通量育种技术以阿卡波糖产生菌种为出发菌株，结合低能离子束注入诱变育种技术、-射线辐照、UV-辐照、亚硝基胍处理等方法进行诱变；根据该菌株阿卡波糖生物合成代谢途径利用分子生物学技术进行分子育种；建立基于阿卡波糖生物学效应的高通量突变株筛选模型，对突变株进行筛选，得到阿卡波糖高产菌株。 （2）阿卡波糖发酵过程系统优化研究结合多因素实验设计、多尺度控制理论，运用现代发酵分析监控仪器和系统考察阿卡波糖发酵过程，确定影响阿卡波糖发酵水平的各因素主效应、因素之间的相互作用的显著性，对发酵过程进行优化；考察阿卡波糖生物合成过程动力学，运用微生物反应计量学、代谢工程原理，结合代谢流、代谢途径分析，找出影响阿卡波糖发酵过程的限制性因素和关键前体，确定阿卡波糖发酵的动力学模型，并制定合理的补料策略等发酵过程控制关键技术，以提高阿卡波糖发酵单位；控制发酵体系的温度、pH值、氧化还原电位、溶氧、渗透压水平等和前体的添加，结合生化反应和传递动力学、生物反应器工程等，以抑制其它非目标结构类似物合成，提高阿卡波糖相对纯度，并在此基础上建立最佳的阿卡波糖发酵工艺并进行规模化放大。 （3）阿卡波糖分离纯化工艺优化研究选择不同的层析方法，考察流动相、上样量、洗脱条件等因素对阿卡波糖纯度、回收率的影响并运用多因素设计进行优化，建立阿卡波糖高效分离纯化精炼工艺；根据实验室优化结果，将相关工艺进行放大，研究工程放大过程中的影响因素，解决工程放大的关键科学问题，并在此基础上建立优化的阿卡波糖生产工艺。 在上述研究的基础上，对生产所有环节进行统筹研究和优化，分析生产过程中各要素相互之间的影响、生物系统与环境之间的相互影响，采用机理分析、人工智能等各种有效方法建立起生物过程的定性及定量描述，实现高产量和高生产强度相对统一的优化目标。 4.筹资方案本课题开展所需经费1000万元，筹资方案如下申请国家科技部财政拨款150万元，课题联合单位华东医药股份有限公司自筹850万元。 5.组织方式本课题由责任单位浙江工业大学与联合单位华东医药股份有限公司联合承担，双方单位签订合作协议，按照协议开展课题攻关。 双方成立项目联络组，由校方课题负责人与企业负责人负责协调工作。 根据课题任务，进行分工合作。 阿卡波糖生产菌株的改良、突变株高通量筛选模型的确立、高产菌株发酵过程系统优化、阿卡波糖高效分离纯化和阿卡波糖生产过程整体系统优化等工作由责任单位浙江工业大学负责，在浙江工业大学生物工程研究所进行，联合单位华东医药股份有限公司辅助。 课题的中试放大、工程放大、生产线改建等工作在联合单位华东医药股份有限公司进行，由浙江工业大学辅助。 项目责任单位和联合单位将为本课题的开展提供全面支持。 6.相关基础条件华东医药股份有限公司是国内唯一阿卡波糖制剂商品化的医药企业，产量国内第一，xx年6月获得国家新药证书，在国内市场上该公司生产的阿卡波糖药品销售额1亿元以上，并有部分阿卡波糖产品以原料药的形式出口创汇。 课题组已经对阿卡波糖发酵进行了广泛而深入的研究，并在阿卡波糖结构解析、分析方法、合成代谢途径、关键前体等方面取得了很大的进展。 建立了阿卡波糖生产线，具有阿卡波糖制剂销售和原料药出口创汇能力，相关技术已申请7项国家发明专利。 课题组在糖苷酶抑制剂类糖尿病治疗药物的研发方面具有丰富的经验，部分成果如高纯度井冈霉素生物催化生产糖尿病治疗药物伏格列波糖关键原料井冈霉醇胺的研究、伏格列波糖的生物催化法生产、阿卡波糖的微生物发酵法生产已经实现产业化，并取得了显著的经济效益。 课题组在微生物药物的菌种改良、发酵过程控制与优化等也取得了显著的成果，已在规模化生产中应用。 同时课题组在微生物药物生产的下游技术的开发方面也获得了成功，建立了高效的微生物代谢产物的分离纯化技术并在井冈霉素发酵液中有效组分的分离纯化和微生物酶解井冈霉素产物分离纯化等方面得到应用，申请并获得国家发明专利多项。 部分研究成果已获得浙江省技术发明一等奖和中国石油与化学工业协会技术发明一等奖。 这些都为本课题的实施提供了扎实的工程和技术基础。 本课题拟依据生物合成理论和实践，结合高通量筛选技术和菌种改良技术，构建从微生物菌种选育到产物提取分离的系统的技术路线，具有理论和实践的可行性。 课题责任单位浙江工业大学设有制药工程省部共建教育部重点实验室、国家绿色化学合成重点实验室培育基地和浙江省重中之重学科生物化工学科，已经配备了微生物选育、发酵、生化及酶工程等技术研究所需的实验装置和设备这些设备基本能满足项目研究的实验条件。 同时，浙江工业大学还将为本课题提供所需的液质联用、气质联用、核磁共振等仪器设备，并将在人员配备、技术力量投入等方面提供良好的工作条件。 杭州华东医药股份有限公司是国内唯一的具有阿卡波糖药证的医药企业，建有阿卡波糖发酵生产线，阿卡波糖药品在国内市场销售额达亿元以上，为大型上市医药生产企业，是浙江省首批通过GMP认证的医药生产企业之一，建有浙江省省级技术中心，具有雄厚的微生物药物生产技术力量和设备，公司拥有科技人员435名，在公司总人数的30%以上，设有生物工程技术研究所、基因技术研究所、九源基因生物工程研究所、发酵工程实验室和设备较为齐全的中试基地，在生物技术大规模发酵培养平台、抗生素菌种发酵工艺优化平台和提取技术平台等方面形成了核心技术能力，在生物技术药物、免疫抑制剂、内分泌系统药物、抗病毒药物和中药研发方面成果显著。 公司与国内高水平科研院所有着良好的合作开发关系。 公司将在课题开展过程中在资金、设备、人员方面等提供良好的工作条件。 因此，综上所述，本课题的研究内容、研究方案、技术路线等具有充足的理论，工程开发实践和研究前期基础等各支撑，具有可行性。 二、课题立项的必要性分析2.1课题与专项、项目目标和任务的相关性（说明课题任务在完成专项、项目目标和任务中的作用） （1）糖尿病是我国面临的严重的公共卫生问题之一世界卫生组织（WHO）将糖尿病列为三大疑难病之一，如果没有进行适当的治疗，常可导致严重的并发症，带来生命危险。 根据国际糖尿病联盟（IDF）报告，xx年全球糖尿病患者人数为2.46亿。 到2025年，这个数字将会增长到3.8亿，而由于生活方式的改变及预防措施不足等问题，大部分糖尿病人群的增长是在发展中国家，中国和印度是糖尿病患者最多的国家。 全球糖尿病患者的急剧增加已引发巨大的疾病和社会经济负担。 在美国仅糖尿病有关的卫生保健费用(大部分用于糖尿病合并症)高达1320亿美元。 糖尿病人的医疗花费约是非糖尿病人的4倍。 糖尿病的巨大费用已引起美国联邦政府的高度关注。 我国面临着糖尿病的严重威胁，改革开放后，人们的生活有了全面的改善。 随着生活水平的提高，我国的糖尿病患病率已从发病率小于3%的低患病国家，迅速跨入糖尿病中等患病率国家（3-10%）国家行列。 xx年中国疾病控制中心公布的统计数据表明，目前，我国20岁以上的的糖尿病患者已达2380万人，糖耐量低减（IGT）约3000万人。 我国现有糖尿病病人中仅有50%左右被确诊，另有与糖尿病人数相等的IGT患者，这部分患者在未进行糖尿病普查的人群中，几乎为零，但这种IGT的隐匿性流行为糖尿病的进一步流行提供了基础。 在人口基数庞大因素的影响下，我国已成为发病人数最多的国家。 据有关机构估计，我国糖尿病的治疗费用也高达1700亿元。 现在确诊的糖尿病人愈来愈低龄化，尤其多见于高危人群，存在糖耐量低减（IGT）的隐匿性流行。 糖尿病具有病程长等特点，慢性、多发性并发症及远端微循环系统病变常常是患者致残、致死的原因，我国的糖尿病发病率、死亡率呈逐年上升的趋势，且上升幅度较大。 糖尿病已成为我国严重的公共卫生方面的主要问题之一，未来形势将更严峻。 专家预测今后10年内，若不主动，积极地开展糖尿病的预防、治疗，在我国糖尿病及其并发症患者死亡率将增加50%以上。 （2）阿卡波糖是糖尿病治疗药物中的重大药物在医学水平的提高、人们对疾病的认识和用于医疗保健费用支出逐渐提高等因素的直接影响下，我国及其他国家的糖尿病用药市场规模逐年扩容。 据SFDA广州南方医药经济研究所数据显示，xx年我国重点城市样本医院的抗糖尿病药物销售金额接近7.5亿元。 全国抗糖尿病药物市场在上一年的基础上增长了21.52%，达到了72.91亿元的市场规模（图1）。 国内抗糖尿病药物市场平均复合增长率已达到了20.1%，明显高于全球市场抗糖尿病药物市场平均增长率。 xx年中国糖尿病药品市场将有望超过欧美发达国家。 图1我国降糖药品总体市场规模及长势40.6445.3753.4659.7366.4172.91020406080xxxxxxxxxxxx市场规模（亿元）在我国糖尿病治疗药物市场上，随着国内外医药市场的逐渐接轨，我国医院治疗糖尿病的西药品种与国外已无明显差距，主要有胰岛素及其类似物，-糖苷酶抑制剂、磺酰脲、双胍类降糖药、噻唑烷二酮类降糖药以及促胰岛素分泌剂药物。 纵观xx-xx年重点城市样本医院糖尿病用药市场（表1），前10大品种占据了90.54%。 阿卡波糖、单组分胰岛素、二甲双胍和胰岛素是近年来一直稳居市场前列的药物。 阿卡波糖是一种高效的糖苷酶抑制剂，能够竞争性抑制-糖苷酶活性，能在整个小肠发挥作用，最后被结肠细菌代谢。 由于其高效、安全，被作为第三代降糖药物用于糖尿病的治疗。 大量临床研究证明阿卡波糖具有降低餐后血糖活性，对糖尿病治疗疗效确切、毒副作用小，预防糖尿病心血管并发症等方面也效果良好。 该品种非常适合我们这个以碳水化合物为主食的国家。 表1xx-xx年样本医院糖尿病用药各品种市场份额比较排名xx年占比（%）xx年占比（%）xx年占比（%）1阿卡波糖26.12阿卡波糖28.88阿卡波糖28.402单组分胰岛素19.25单组分胰岛素20.21单组分胰岛素20.963二甲双胍9.36二甲双胍10.37二甲双胍10.304胰岛素7.12格列吡嗪6.06瑞格列奈7.975罗格列酮6.06胰岛素5.83胰岛素7.086瑞格列奈5.43格列喹酮5.70罗格列酮6.007格列吡嗪4.76格列奇特5.38格列奇特5.478格列喹酮4.60瑞格列奈3.70格列美脲5.029格列奇特4.33罗格列酮3.58格列吡嗪7.7510格列美脲3.51精蛋白胰岛素2.15甘精胰岛素4.03 （3）我国阿卡波糖生产中存在的问题阿卡波糖是一种高效的糖尿病治疗药物，为一种生物合成的假四糖，与麦芽四糖很相似，其核心结构是假二糖acarviosine，它通过-1,4糖苷键与麦芽糖残基连接，是一种含氨基环醇结构的氨基糖苷化合物（图2）。 阿卡波糖作用于小肠刷状缘，其acarviosine部位与-糖苷酶酶蛋白的活性中心特异性结合，竞争性、可逆地抑制-淀粉酶、-糖苷酶，干扰食物中多糖、双糖的水解，抑制餐后血糖升高。 阿卡波糖先由德国Bayer公司利用Actinoplanes sp.SE50发酵生产。 目前浙江省杭州华东医药股份有限公司生产的降糖药卡博平是国内唯一的商品化阿卡波糖制剂，也是国内最大的阿卡波糖生产企业，xx年6月获国家新药证书。 国内患者所用的阿卡波糖产品主要是德国Bayer公司的拜糖平和华东医药公司所生产的卡博平。 xx年，国内阿卡波糖的市场销售额达到了11多亿元的规模，其中德国Bayer公司的销售额约为10亿，华东医药股份有限公司为1.8亿多元。 由此可以看出，尽管阿卡波糖已实现国产化，但是，阿卡波糖的市场主要被德国Bayer公司所占领。 其主要原因是国产阿卡波糖的生产技术和国外阿卡波糖的生产技术存在一定的差距。 主要体现在菌株改良技术、生产水平、发酵过程控制，分离提取及产品质量的控制等方面。 长期以来，由于缺乏高通量的高产菌株筛选模型，导致阿卡波糖的发酵水平停留在4000-5000mg/L左右，难以提高，发酵产物中杂质A含量过大，难以除去，导致提取收率低（35%左右），从而导致生产成本高，同时阿卡波糖的质量也难以达到高端市场的要求，市场竞争能力弱。 因为进口药物价格高等因素，国内还有许多适合用阿卡波糖治疗的糖尿病人却用不起阿卡波糖。 因此，必须对现有的阿卡波糖的生产技术进行改造以降低国产阿卡波糖的生产成本、杂质的含量、提高阿卡波糖的产品质量，增加国产阿卡波糖的市场竞争力，提高市场占有率，降低产品的价格和糖尿病病人的看病成本。 2.2课题与示范工程，以及其他课题的关系本项目的共性关键技术是菌种的选育技术、代谢控制技术、多组分分离提取技术。 通过本项目的实施，不仅能够形成完整的具有自主知识产权的阿卡波糖生产新工艺，促进我国糖尿病药物的研发进程，还能建立具有广适性的工业生产菌株的改良、代谢控制、过程控制、提取分离纯化等技术平台，并利用该平台对若干药物生产进行改良。 并考察其发酵动力学，结合发酵参数，确定其代谢特性，得到优化的过程控制工艺。 能够为相关课题的研究和开发提供技术支撑。 相应的技术平台、产品研发经验等将按规定向各方开放，实现充分交流，促进其高效生产，降低生产成本和社会、环境成本，为提高我国医药产品创制能力和保障人民群众的健康做贡献。 同时，这些示范工程及课题的经验、技术平台等也可以为本课题的开展提供借鉴。 因此，本课题能够提升现代发酵工程制药技术，对建立现代重大药品生产的示范工程具有十分重要的意义。 2.3课题预期解决的重大问题中国社会科学院社会学所、社科文献出版社共同发布的社会蓝皮书xx年中国社会形势分析与预测指出，我国城乡居民认为“看病难看病贵”是最突出的社会问题课题专家指出，在历次同类的调查中，“看病难看病贵”问题的突出程度第一次排在了首位，说明这个问题在当前反映比较强烈，从一个侧面反映了近几年城乡居民家庭医疗支出负担上升过快的问题。 本项目的研究开发，解决阿卡波糖生产过程中的关键技术难题，大幅度提高阿卡波糖的发酵单位，提高提取收率和产品质量。 促进阿卡波糖生产技术的创新，大幅度的降低阿卡波糖的生产成本，提升阿卡波糖的国内外市场竞争力。 最终使国产阿卡波糖代替进口的阿卡波糖，实现自给自足，满足日益增长的糖尿病病人治疗的需要，促进我国糖尿病病人的健康，降低糖尿病病人的看病成本，减少社会负担。 满足我国基本药物制度和新型农村合作医疗制度建设以及为人民群众提供基本医疗服务对重大糖尿病药物阿卡波糖的需要，促进和谐社会建设。 另外，在糖尿病患病率迅速增加的同时,与发达国家相比,我国糖尿病的知晓率、治疗率及控制率普遍较低。 可以预见，未来糖尿病病防治知识的普及，糖尿病药物阿卡波糖的需求量上升的空间还很大。 因此，本课题推动我国医药产业的发展，提升企业的竞争力，为人民群众提供更多安全、有效、质量可靠的药品，为人民健康事业做出贡献。 这与专项、项目目标和任务是密切相关。 三、课题目标和任务3.1课题总体目标，考核指标（技术和经济效益，示范基地、中试线、试验平台和基地、生产线及其模式等相关产业化指标）课题的总体目标项目以建立适于大规模阿卡波糖生产菌株高效、高通量育种技术、发酵过程系统优化技术、多组分的高效分离提取技术、质量控制技术及其生产过程全局优化技术，提高阿卡波糖产量和质量，降低其生产成本，提高市场占有率，满足日益增长的糖尿病患者的需要，实现国产的阿卡波糖产品代替进口的阿卡波糖产品，促进我国医疗保障事业的发展。 同时，也可以增加企业的经济效益和竞争力，占领国内市场，打开国际市场，也为其它药物的生产提供技术支撑和示范。 课题的考核指标1.建立高效的阿卡波糖生产菌种改良技术路线和突变株高通量筛选模型；得到阿卡波糖产量提高的突变株，发酵单位从目前的4000-5000mg/L提高到8000mg/L以上。 2.建立一套优化的阿卡波糖发酵控制工艺，提高发酵液中阿卡波糖的含量，控制杂质A含量在0.8%以下，便于后续的提取分离，降低分离的难度。 3.实现发酵液阿卡波糖的高效提炼工艺；降低提取的废水排放和溶剂的使用量，废水排放量减少30%，并提高提取的收率，使其从目前的35%以下提高到55%以上。 4.建立完善的产品质量控制技术，使产品质量达到欧洲药典EP6.0的标准。 5.建立优化生产工艺的中试线和生产线，建成现代药物生产示范基地。 6.实现新增产值2亿元以上。 申请国家发明专利2-3项，实现阿卡波糖生产技术的自主创新，具有自主知识产权，培养一批掌握现代微生物菌株改良、微生物药物生产过程优化技术的技术力量。 3.2课题年度任务和考核指标年度年度任务年度考核指标1.建立高效的阿卡波糖检测方法；重要任务的时间节点1.该项工作在xx.12进行；xx年1.根据阿卡波糖的生物学效应，建立高效的阿卡波糖含量的检测方法；1.通过育种及高通量筛选获得产阿卡波糖能力提高的突变株；2.通过发酵控制优化和代谢调控等提高阿卡波糖发酵单位；3.通过分离纯化工艺优化提高阿卡波糖收率和纯度；1.将优化的阿卡波糖发酵工艺进行中试放大，实现大罐发酵；2.将优化的分离纯化工艺进行放大；3.改进阿卡波糖制剂工艺，提高阿卡波糖药剂质量。 xx年1.将阿卡波糖摇瓶发酵水平比现有菌株提高40%以上；完善并建立高通量筛选模型；2.将小罐发酵水平提高到8000mg/L；3.将小试阿卡波糖收率提高到55%以上，纯度达到国家药典和欧洲药典要求；1.该项工作在进xx.1-xx.7行；2.该项工作在xx.7-xx.12进行；3.该项工作在xx.6-xx.1进行；xx年1.在10吨发酵罐上实现发酵水平达到8000mg/L以上；2.在规模化分离纯化工艺中达到小试水平；3.通过改进在规模化水平上使产品质量达到欧洲药典EP6.0的标准1.xx.1-xx.6进行；2.该项xx.1-xx.6进行；3.该项工作在xx.3-xx.9进行；该项工作在工作在83.3联合单位任务分工情况任务名称联合单位任务负责人目标研究内容考核指标重要任务的时间节点建议专项经费（万元）阿卡波糖生产菌株的改良浙江工业大学郑裕国提高阿卡波糖生产菌株的产阿卡波糖能力利用低能离子束注入、代谢工程等技术对生产菌株进行改良；利用阿卡波糖高通量检测技术对突变株进行筛选。 建立高效发酵过程控制技术，提高阿卡波糖发酵水平建立阿卡波糖分离纯化工艺，提高阿卡波糖收率和纯度建立规模化发酵过程控制技术，提高阿卡波糖发酵水平建立阿卡波糖分离纯化工艺，提高产品收率和纯度1.建立高通量筛选模型；2.获得阿卡波糖生产能力提高40%以上的突变株xx.12-xx.739.5阿卡波糖发酵过程控制与优化浙江工业大学郑裕国提高阿卡波糖发酵水平将摇瓶和小罐发酵单位提高40%以上，达到8000U以上将阿卡波糖收率提高到55%以上，纯度达到相关药典要求xx.7-xx.1222.6阿卡波糖提取工艺的优化浙江工业大学郑裕国提高阿卡波糖收率和纯度xx.6-xx.112.9优化的阿卡波糖发酵工艺的工程放大华东医药股份有限公司李邦良将优化的阿卡波糖发酵工艺进行工程放大将中试罐和大罐的发酵单位到8000U以上xx.1-xx.650优化的阿卡波糖提取工艺的工程放大华东医药股份有限公司李邦良将优化的提取纯化工艺进行工程放大将阿卡波糖收率提高到55%以上，其纯度达到药典规定xx.3-xx.925注可根据内容自行调整9 四、课题技术方案4.1课题技术路线及其先进性和可行性分析（含技术引进消化吸收方案）（说明其主要技术创新点）阿卡波糖是由Actinoplanes sp.发酵生产的一种糖苷酶抑制类药物，长期以来由于高通量的高产菌筛选模型难以建立，国内阿卡波糖的发酵单位徘徊在4000-5000mg/L左右，难以提高。 阿卡波糖发酵液组分多，结构类似，有效组分阿卡波糖的比例小，致使提取分离难度大，成本高。 表1阿卡波糖及其衍生物的结构组分结构acarviosine(Ac)CH2OHOHOHOHNHOCH3OHOHOH阿卡波糖(acarbose)Ac-1,4-Glc-1,4-Glc类似物A Ac-1,4-Glc-1,4-Fru类似物B Ac-1,4-Glc-1,4-(1-epi-vlienol)类似物C Ac-1,4-Glc-1,1-Glc类似物D Ac-1,4-Glc-1,4-Man类似物4b Ac-1,4-Glc-1,4-Glc-1,4Glc类似物4c Ac-1,4-1,4-Glc-1,1-Glc注Glc:葡萄糖；Fru:果糖；Man甘露糖。 在阿卡波糖的工业化生产中，杂质A（impurity A）是阿卡波糖的同分异构体，在高效液相检测中，因为HPLC的保留时间与阿卡波糖很接近，在阿卡波糖的提取过程中很难分离。 同时在阿卡波糖的高端市场，对杂质A的要求很高，如欧洲药典5.1版，要求杂质A的含量小于0.6%。 因此，在阿卡波糖生产过程中如何有效并控制降低杂质A的含量是工业化生产阿卡波糖的一个重要环节，在现有的阿卡波糖生产工艺中，使用凝胶、大孔树脂等可以去除杂质A或使其含量下降。 但是，使用以上工艺在实际工业化生产中存在着上样量小，收率低、成本高、质量低等诸多缺陷。 针对以上技术难题，本项目需对阿卡波糖的生产过程中的菌种、发酵、控制、分离等进行全程技术创新，实现阿卡波糖的生产技术的升级。 1、总的技术路线 2、主要研究内容 （1）阿卡波糖生产菌株的高效、高通量育种技术本研究技术路线如下否出发菌株平板单菌落高通量平板筛选等离子-紫外-化学交叉育种技术高产稳定菌？是产业化研究创新建立高产菌的高通量筛选模型以阿卡波糖产生菌种为出发菌株，结合低能离子束注入诱变育种技出发菌株诱变育种中试发酵条件优化提炼工艺优化发酵过程控制优化突变库高产突变株高通量筛选阿卡波糖产品10吨罐发酵条件优化分子生物学改良细胞水平代谢过程研究阿卡波糖制剂单元放大/集成/优化术、-射线辐照、UV-辐照、亚硝基胍处理等方法对出发菌株进行诱变；根据该菌株阿卡波糖生物合成代谢途径利用分子生物学技术进行分子育种；建立基于阿卡波糖生物学效应的高通量突变株筛选模型，对突变子进行筛选，得到阿卡波糖产量提高的生产菌株。 （2）阿卡波糖发酵过程系统优化研究结合多因素实验设计、多尺度控制理论，运用现代发酵分析监控仪器和系统考察阿卡波糖发酵过程，确定影响阿卡波糖发酵水平的各因素主效应、因素之间的相互作用的显著性，对发酵过程进行优化；考察阿卡波糖生物合成过程动力学，运用微生物反应计量学、代谢工程原理，结合代谢流、代谢途径分析，找出影响阿卡波糖发酵过程的限制性因素和关键前体，并制定合理的补料策略等发酵过程控制关键技术，以提高阿卡波糖发酵单位；控制发酵体系的温度、pH值、氧化还原电位、溶氧、渗透压水平等和前体的添加，结合生化反应和传递动力学、生物反应器工程等，以抑制其它非目标结构类似物合成，提高阿卡波糖相对纯度，并在此基础上建立最佳的阿卡波糖发酵工艺并进行规模化放大。 （3）阿卡波糖分离纯化工艺优化研究选择不同的层析方法，考察流动相、上样量、洗脱条件等因素对阿卡波糖纯度、回收率的影响并运用多因素设计进行优化，建立阿卡波糖高效分离纯化炼工艺；根据实验室优化结果，将相关工艺进行放大，研究工程放大过程中的影响因素，解决工程放大的关键科学问题，并在此基础上建立优化的阿卡波糖生产工艺。 在上述研究的基础上，对生产所有环节进行统筹研究和优化，分析生产过程中各要素相互之间的影响、生物系统与环境之间的相互影响，采用机理分析、人工智能等各种有效方法建立起生物过程的定性及定量描述，实现高产量和高生产强度相对统一的优化目标。 3.技术路线的先进性在本技术路线中，课题采用我国科学家首创的具有自主知识产权的低能离子束注入诱变育种等诱变技术与阿卡波糖合成相关基因的克隆和定向进化等分子生物学技术相结合，可以建立大量的突变体库，然后利用建立在阿卡波糖生物学效应基础上的高通量筛选模型对突变株进行筛选，可以筛选到阿卡波糖产量提高的突变株。 该育种与筛选路线相当先进，目前在抗生素等此生代谢产物生产菌株改良方面采用这套技术技术路线的极少，在阿卡波糖生产菌种改良方面尚未见报道。 在发酵过程控制与优化方面，课题组采用多因素设计与我国学者所创的多尺度控制理论，结合代谢工程技术，根据阿卡波糖生物合成代谢途径，利用先进的代谢工程原理对发酵过程进行调控，具有较好的创新性。 在对生产过程进行系统优化时，不仅限于发酵过程的优化，而是对生产所有环节进行统筹研究和优化，分析生产过程中各要素相互之间的影响、生物系统与环境之间的相互影响，采用机理分析、人工智能等各种有效方法建立起生物过程的定性及定量描述，实现高产量和高生产强度相对统一的优化目标，在技术层面具有较好的创新性。 因此，本课题的技术路线具有良好的创新性和先进性。 4.技术路线可行性分析本课题采用的低能离子注入技术是我国科学家首创的技术，大量研究表明，其诱变机理包括能量沉积、动量传递、离子注入和电荷交换等。 在农作物和微生物菌种改良方面取得了显著的进展，具有工艺简便，处理量大，正突变率较高等特点。 如国内利用N素生产菌株，发酵水平显著提高。 浙江工业大学生物工程研究所已利用该技术进行了较长时间的研究，初步建立了低能离子束诱变技术路线，取得了良好的效果，并与华东医药股份有限公司等企业进行了合作。 课题组已利用该技术对阿卡波糖生产菌株进行了诱变，并得到了阿卡波糖产量提高的突变株。 分子生物学技术是菌种改良的高效工具，课题组已成功地利用基因工程技术和分子定向进化等对若干微生物源的酶进行了改良，并取得了良好的成果。 +注入诱变技术处理利福霉在突变株高通量筛选方面，课题组已经建立了基于井冈霉素生物学效应的井冈霉素高产菌株的高通量筛选模型、基于显色反应的产二羟基丙酮高产菌株的高通量筛选模型和基于酰基转移反应的酰胺酶产生菌株的高通量筛选模型，并根据阿卡波糖对-糖苷酶抑制作用，初步建立了基于显色反应的发酵液中阿卡波糖的高效检测模型。 利用该模型已筛选到多株阿卡波糖产量提高的突变株。 多因素设计和发酵过程多尺度控制理论是非常有效的发酵过程优化的技术，已成功用于红霉素等微生物药物的发酵过程优化并获得成功。 这些方法利用现代分析仪器，通过考察发酵过程中各因素对微生物生长、产品生产等的影响，确定影响产物生产的因素，结合代谢调控技术，可以优化培养基组分、发酵条件，控制代谢流方向，提高目的产物的产量并抑制副产物的生成。 因而利用这些技术能够实现提高阿卡波糖的发酵水平。 课题组居于丰富的生物反应器设计与操作经验，可以有效解决发酵过程中反应器中传质等问题。 阿卡波糖发酵液中有大量的结构类似物，给其分离纯化带来了困难，本课题通过分离介质筛选、分类条件优化等方法对阿卡波糖分离提取工艺进行优化。 课题组已利用类似技术成功实现了在含有8种结构极为近似的井冈霉素A-H组分的井冈霉素发酵液中井冈霉素A组分的高效分离纯化，解决了微生物降解井冈霉素A产物井冈胺与井冈霉胺（二者结构极为相似）的分离纯化以及从虾青素发酵液中高效分离纯化虾青素的分离纯化问题。 综上所述，课题组采取的技术路线在理论层面和实际操作层面都是可行的。 4.2知识产权和技术标准分析及对策（含国际竞争力分析）阿卡波糖先由德国Bayer公司利用Actinoplanes sp.SE50发酵生产。 其专利已于xx年12月到期，而华东医药股份有限公司是我国具有新药证书的阿卡波糖生产企业，阿卡波糖生产技术已申请国家发明专利3项，方面的问题。 而且通过本课题的攻关，可以在高纯度阿卡波糖生产工艺、突变株高通量筛选等方面取得突破，取得具有自主知识产权的技术。 在技术标准方面，国产阿卡波糖的质量与进口品牌有着差距，尽管已达到了国家药典的规定，但距国际主要药典标准的要求在纯度和结构类似物含量方面还有待努力。 本课题通过高效发酵技术和分离纯化技术，将能够提高阿卡波糖的产量和质量，扩大国产阿卡波糖的市场份额，增强国际竞争力，扩大出口创汇能力。 4.3预期产品的市场分析或技术成果应用分析长期的临床应用表明阿卡波糖不仅是治疗糖尿病的有效药物，在预防糖尿病的并发症心血管疾病等方面也具有广泛应用，其效果可靠、市场需求量大，并具有广阔的市场空间和发展潜力。 随着糖尿病患者数量的急剧增加，国内外对高品质的阿卡波糖有着巨大的市场需求。 据统计，目前世界糖尿病患者人数约2.6亿，中国糖尿病患者人数达4400万以上。 WHO预计到2025年，全球糖尿病患者人数将增加至3.0亿，预计全球阿卡波糖年需求量约迅速增加。 因此，阿卡波糖市场容量巨大。 因与进口药品有差距，国产阿卡波糖的国内市场占有率不高，而且只能以原料药的形式出口。 这降低了国产阿卡波糖的市场竞争力，也影响了阿卡波糖生产企业的经济效益。 综上所述，本课题的开展可以提高阿卡波糖的产量和质量，降低生产成本，增强其竞争力。 因而本课题的产品具有极大的市场空间。 通过本课题攻关建立的微生物药物生产菌株的高效育种技术、降糖药物生产菌株突变株的高通量筛选技术、微生物次生代谢产物的高效分离纯化技术、微生物药物发酵过程优化与控制技术及生产过程系统优化与控制技术等技术成果在我国医药生产领域具有良好的应用前景，有助于医药企业提高生产水平，实现高效、清洁生产，所建立的技术平台，能够促进我国医药行业的健康发展，可以为医药产药业自主发展的新药创新能力与技术体系的建立提供支撑。 其应用将具有显著的经济、社会和环境效益。 五、基础条件和优势5.1课题责任和联合单位、团队的基本情况（包括实力和基础，以往的业绩和成就，承担相关课题情况）本课题的产阿卡波糖微生物菌种的改良、发酵工艺控制与优化、阿卡波糖分离纯化等研究工作的实验室研究在课题责任单位浙江工业大学生物工程研究所进行，在中国工程院院士沈寅初教授指导下开展。 课题组具有扎实的糖苷酶抑制剂类糖尿病治疗药物的研发经验和丰富的阿卡波糖生产技术积累。 浙江工业大学生物工程研究所所在的学科是浙江省重中