高中生物 3.3《生物工程药物与疫苗》课件 新人教版选修2.ppt

新课标人教版课件系列 高中生物 选修 第 章 生物科学与工业 第 节 生物工程药物与疫苗 教学目标 知识与能力方面 1 简述生物技术药物的概念 2 举例说明基因工程药物 细胞工程药物的生产原理和意义 3 举例说明生物技术疫苗的生产原理和意义 4 进一步体验科学技术是一个不断发展的过程及理解科学 技术 社会三者间的关系 过程与方法方面 本节课主要采取学生通过小组合作探究的方法 并通过浏览网站资料来了解当前在生物技术药物和疫苗技术的科学进展 能够说书生物技术药物的各个种类及生产过程 在小组合作探究中理解科学 技术 社会三者的关系 培养学生的合作探究精神 和自我学习 搜集信息和处理信息的能力 教学重点 1 基因工程药物 细胞工程药物的生产原理和意义 2 生物技术疫苗的生产原理和意义 教学难点 细胞工程药物的生产原理 教学方法 讲授法和学生合作学习相结合 教学课时 2课时 2003年的 非典 一定给大家留下了很深的印象吧 大家知不知道 非典型肺炎 元凶是什么呢 从社会中来 在sars病毒全基因组的测序中发现 sars病毒由一种相对稳定的rna病毒特有蛋白质和另外五种蛋白质组成 它在人体外一般存活数小时 但在人类排泄物中存活长达4天 在零摄氏度时甚至可以无限期存活 冠状病毒 2 sars疫苗用于人体临床研究还要经过有关伦理委员会的批准 这是为什么 这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性 请同学们阅读课本 从生活中来 并思考以下问题 1 我国在这项研究中处于领先地位 国家的高度重视 科学家的献身精神无疑是重要的因素 还有其他原因吗 这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性 受试者的权益 安全和健康必须高于对科学和社会利益的考虑 sars疫苗用于临床 要经过伦理委员会批准和与受试者签定知情同意书 是保障受试者权益的主要措施 我国是sars疫情的主要发生地 对于疫苗的研制具有别国所没有的迫切性 同时在取得毒株 抗血清等方面拥有一定的便利条件 我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力 曾有专家预言 芯片技术 医药和生物工程这三个领域将是21世纪头30 40年发展最快的领域 是世界经济发展的火车头 生物技术药物 基因工程药物酶工程药物发酵工程药物细胞工程药物 生物技术药物一般是指利用dna重组技术或其他生物技术生产的药物 现实中的问题 请同学们阅读p84 现实中的问题 及p85 基因工程药物 并简述基因工程技术生产药物的过程 基因工程药物生产的基本过程 定义 基因工程技术是指将重组对象的目的基因插入载体 拼接后转入新的宿主细胞 构建成工程菌 或细胞 实现遗传物质的重新组合 并使目的基因再工程菌内进行复制和表达 基因工程药物制造的一般流程 1 获得目的基因 2 组建重组质粒 3 构建基因工程菌 4 培养工程菌 5 产物分离纯化 6 除菌过滤 7 半成品检定 8 包装 基因工程药物 干扰素的生产 什么是干扰素 传统方法 从人血液中的白细胞内提取每300l血液才能提取1mg基因工程 将干扰素基因转移到大肠杆菌中每千克培养液可提取20 40mg 干扰素口服无效 须注射给药 最初的主要作用是抗病毒 后来发现其有很重要的免疫调节作用 干扰素口服无效 须注射给药 最初的主要作用是抗病毒 后来发现其有很重要的免疫调节作用 基因工程药物 干扰素生产车间 细胞工程药物 传统动植物药物具有高效 低毒 副作用少的特点 植物细胞 组织 培养动物细胞培养 植物细胞 组织 培养 细胞培养的人参愈伤组织 植物细胞 组织 培养 悬浮细胞培养 药物制剂 脱分化 离体的植物器官 组织或细胞 在培养了一段时间后 会通过细胞分裂 形成愈伤组织 愈伤组织的细胞排列疏松而无规则 是一种高度分化的呈无定形状态的薄壁细胞 提取纯化产物 动物细胞 组织 培养 动物细胞 组织 培养 培养基 状态液体培养液 动物细胞生活的液体环境 成分葡萄糖 满足能量需求 作为细胞碳源 氨基酸 合成蛋白质 无机盐 重要的细胞组成物质 维生素 动物血清等 生长调节作用 条件恒温 动物细胞生长温度 无菌条件 防止微生物污染 动物细胞 组织 培养 生长特点 1 贴壁生长 培养瓶中的悬浮液细胞 紧贴培养瓶内壁才能生长 2 接触抑制 当培养瓶中内壁生长细胞彼此紧密接触时 细胞不再分裂 动物细胞 组织 培养 应用 1 生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产品 2 培养皮肤细胞用于移植形成组织 3 检测有毒物质致癌致畸引起染色体数目和结构改变 4 理论研究培养正常或异常细胞用于生理 病理 药理研究 动物细胞 组织 培养 几个概念 原代培养 将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞 配制成一定浓度的悬浮液 放入培养瓶中在培养箱中培养的过程传代培养 培养瓶中的细胞越来越多 用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来 配制成悬浮液 分瓶培养的过程细胞株 原代培养细胞传至10代左右就不容易传下去 细胞生长停滞 大部分细胞衰老死亡 少数细胞能存活传到40 50代 这部分细胞称为细胞株细胞系 细胞株传到50左右不能再继续传代 部分细胞遗传物质改变 具有癌变细胞的特点 可以在培养条件下无限制的传代下去 这部分细胞称为细胞系 动物细胞融合 回忆植物细胞融合过程中用了什么方法来促使原生质融合 物理法 电刺激 振荡化学法 peg 聚乙二醇 动物细胞融合 动物细胞的融合还常常用到灭活的病毒作为诱导剂 动物细胞融合 现在人们所说的生物药物 是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物及生物体的某一组成部分 甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品 例如 从动 植物中提取生化药物 利用微生物发酵或动植物细胞组织培养 转化生产的药物 而生物技术药物 一般是指利用dna重组技术 或其他生物技术生产的药物 包括基因工程药物 酶工程药物 动植物细胞工程药物等 其品种主要包括用于预防疾病的疫苗 疫情检测和临床诊断的试剂 治疗疾病的药物等 当然 生物技术药物也属于生物药物 生物技术制药与传统的生物制药有内在联系 同时又有明显区别 传统的生化制药 采用普通技术 从动物或植物中提取药物不属于生物技术制药 如传统中药和从动物组织 器官或血液中提取生化药物 但是 利用生物技术也可以生产传统生物制药的产品 动物细胞融合 生物技术疫苗 请阅读p86 87 疫苗的英文名称vaccine 最初是因牛痘得名 现在将一切通过注射或通过黏膜途径接种 可以诱导机体产生针对特定致病原的特异性抗体或细胞免疫 从而使机体获得保护或消灭该致病原能力的生物制品统称为疫苗 我国早在宋朝真宗时期 998 1023年 就开始从症状轻微的天花病人身上取得疱浆 人工接染到健康儿童 使之产生轻微症状的感染 从而获得免疫力 避免引起严重天花和造成死亡 后来这一方法经阿拉伯人传到欧洲 1721年传入英国 英国医生詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花 经过多次实验 詹纳于1796年 从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆 给一个8岁的男孩接种在手臂上 后来再给男孩接种天花疱浆 这个男孩并没有染上天花 证明该男孩对天花确实具有免疫力 这个牛痘疱浆就是天花疫苗 它能够有效地预防天花 经过一百多年的努力 1979年4月 世界卫生组织宣布全球消灭了天花 疫苗的基本成分包括抗原 佐剂 防腐剂及其他活性成分 抗原是疫苗最主要的成分 决定疫苗的免疫性能 抗原必须是机体以外的物质 进入机体后能够有效激发机体的免疫反应 作为抗原的生物活性物质有 灭活的细菌或病毒 通过多次传代得到的减毒细菌或病毒 病毒或细菌的提纯物 有效的蛋白成分 类病毒 细菌多糖 合成多肽 以及近年来发展的dna疫苗等 佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质 它应该无毒 安全 并且稳定 比如油制佐剂 防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染 防止造成严重问题的物质 大多数是化学防腐剂 稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够存活和维持其免疫活性稳定的物质 往往都是糖类 如乳糖 山梨醇等 另外 疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂 盐类等无活性的成分 构成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力 纯度和安全性 因此都有严格的质量标准 传统疫苗的种类有哪些 用于预防疾病的疫苗有细菌性疫苗 病毒性疫苗和类毒素疫苗 从疫苗的生产技术来说 疫苗分为传统疫苗和新型疫苗两大类 传统疫苗包括灭活疫苗 减毒疫苗和亚单位疫苗 灭活疫苗是用致病的微生物或其代谢产物 接种到动物 鸡胚 组织或细胞培养物中 经生长繁殖后 用化学 丙酮 甲醛 酚等 或物理 加热 紫外线照射 等方法将病原体杀死的疫苗 因此 又称为 死 疫苗 减毒疫苗是通过适当方法 以降低毒性或无毒的全病原体为抗原的疫苗 而用天然微生物的某些成分的亚单位作为疫苗的 称为亚单位疫苗 新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗 基因工程疫苗还包括基因亚单位疫苗 基因工程载体疫苗 核酸疫苗 基因缺失活疫苗 合成肽疫苗和抗独特型抗体疫苗 根据它们的基本特征 也可分为活疫苗和灭活疫苗两大类 利用基因工程技术制成的疫苗称为基因工程亚单位疫苗 可归为灭活疫苗 例如 乙型肝炎抗体疫苗 就是将乙肝抗原基因转入酵母或动物细胞 通过细胞培养大量生产乙肝抗原 该抗原作为基因工程疫苗用于乙型肝炎预防 人们甚至将乙肝抗原基因转到西红柿中 经栽培 获得转乙肝抗原基因西红柿 食用后可预防乙肝 乙肝疫苗第一代乙肝疫苗 属血源疫苗 由无症状乙型肝炎表面抗原阳性者的血浆制备而得 因提取工艺不同 疫苗所含成分也有一定的差别 但均含有22nm小颗粒乙型肝炎表面抗原 血源疫苗曾对防止乙肝流行发挥了重要作用 但是 疫苗的成本高 生产周期长 65周 还存在传播艾滋病和肝炎的潜在危险 第二代乙肝疫苗 将编码乙型肝炎表面抗原的基因在哺乳动物细胞或酵母菌中高效表达 得到乙肝基因工程疫苗 接种者中约有10 不产生应答反应 另有5 15 接种者属低应答者 低应答者不能获得完全保护作用 第三代乙肝疫苗 乙肝病毒包膜的抗原性主要由s抗原和前s1 前s2抗原组成组成 美国medeva制药公司利用基因重组技术 在哺乳动物细胞成功地表达了包含s抗原和前s1 前s2抗原的第三代重组疫苗 1998年用于临床 能诱导更高的血清阳转率和抗体应答反应 新生婴儿 特别是母亲为乙型肝炎表面抗原阳性的新生婴儿 产后应立即给婴儿接种乙肝疫苗 学龄前和学龄儿童亦应接种 一般人群 包括新生婴儿 正常接种 上臂三角肌肌肉注射 全程注射三次 每次注射10 g 第一次注射后隔三个月和六个月注射第二次和第三次 全球生物医药产业发展迅猛 生物药品的销售呈现较快的增长 上世纪90年代以后 全球生物药品销售额以年均30 的速度增长 这个速度大大高于全医药行业年均不到10 的增长速度 生物药品销售额占整个医药行业销售额的比例不断提高 从1995年的不足4 提高到2000年的9 如2000年全球生物技术产品总额突破600亿美元 年增长率超过20 其中epo和cg csf的单品种销售额均超过10亿美元 另一方面 生物医药技术的研发投入不断增加 以美国为例 生物医药研究研发领域的人均投入为其他工业领域的10倍 我国生物制药产业现状 据估算 我国生物制药的总体产业规模仅为80亿元上下 具体为血液制品30亿元 诊断试剂5亿元 生物基因药物15亿元 生化制药30亿元 近几年来我国生物药品市场的进口率趋于下降 目前这个比率保持在36 左右 生物制药成果产业化出现 梗阻 缺人才由于生物技术专业化程度非常高 因此 在产业化过程中需要既熟悉企业管理 又懂产业的 双料人才 进行整体运作 缺诚信诺贝尔生理及医学评委会主席jan akegustafsson博士曾形象地比喻缺监督 媒体缺意识 科研投入意识和风险意识 发展的有利条件 我国生物制药产业与国外几乎是同时起步 差距较小 我国具有一支接受过现代生命科学基础训练并且从事过高层次研究的 海外军团 据统计 改革开放以来的32万名留学生中 学习生命科学的接近60 加入wto后 跨国公司竞相在华建立研发基地 国家出台了一系列政策 扶植生物制药产业 地方政府也纷纷将生物制药确立为支柱产业 目前国家推行的药品生产强制认证制度也有利于生物制药发展 发展的前景 我国生物制药产业的增长速度逐年加快 2000年生物制药的销售增长率达到21 6 大大高于医药行业的12 的增长速度 目前我国能够生产21种生物医药 世界上销售额排名前10位的生物医药中 我国能生产8种 我国投入临床研究的生物医药项目有近150个 其中有10种产品有望成为国家一类新药 随着人们生活水平的提高 随之带来的是药品消费能力的提高 加上生物制药企业市场销售网络的完善及每年约1 2个新品种投入市场 预计生物制药业每年保持20 25 的年增长速度是完全可能的 按此测算 到2005年 我国生物制药的市场销售收入将达到130 150亿元 毛利将达40 48亿元 生物技术产业的发展 根据国际著名咨询公司安永会计师事务所 ernst young 统计 2002年全球有超过300种生物技术制品进入末期临床 比2001年增加50 研发投入增长34 达到220亿美元 全球4362个生物技术公司 包含上市公司 的利润总额上升15 达到413亿美元 尽管总体形势良好 但是产业内部仍涌动着一些暗流 全球生物技术公司亏损幅度有所提高 亏损总额达到120亿美元 比去年提高116 美国318家上市公司的1 3 欧洲102家上市公司的20 手里掌握的现金尚不足以支撑一年 生物技术产业的发展 2001年中期我国的生物制药平均每股净资产同比增长速度为36 21 平均净利润同比增长为5 76