生物技术药物研究进展

生物技术药物研究与应用现状,华中科技大学药学院生物药学系,2010 职业药师培训专题,徐传瑞,哪些药物是生物药物？,胰岛素人生长激素干扰素白细胞介素2粒细胞集落刺激因子粒细胞巨噬细胞集落刺激因子红细胞生成素 （EPO）组织纤溶酶原激活剂生长激素抗血友病凝血因子脱氧核糖核酸酶尿激酶单克隆抗体如Avastin,常见生物药物,生物药物主要治疗哪些疾病？,造血功能障碍（造血药物） EPO（促红细胞生成素），TPO（血小板生长因子 ） 循环系疾统病（溶栓药物） 重组链激酶，尿激酶 恶性肿瘤（抗肿瘤药物） Avastin（阿瓦斯汀 ），Hercepcin(赫赛汀 ） 生长因子缺乏（补充生长因子） NGF（神经生长因子），EGF（表皮生长因子），IGF（胰岛素样生长因子） 感染性疾病（抗感染药物） 干扰素，白介素,生物药物和化学药物，中药有何不同？,原料不同 化学试剂，药物植物/动物组织，细胞 生产方式不同 化学-合成，中药-炮制，生物药-发酵 作用机理不同 细胞，全身，蛋白/基因,生物技术药物有哪些进展？,1976年第一家利用重组技术研制新药的公司Genentech1982年美英批准第一个基因工程药物重组人胰岛素 美 Lilly公司受让获得生产权至2004年底美国FDA共批准79种 大肠杆菌来源（18种） 20002004只批了4种 酵母来源（8种） 20002004只批了2种 哺乳动物细胞来源（53种） 20002004人类基因组计划后，利用功能基因组开发新药成为主流,本专题将回答上述四个问题！,哪些药物是生物药物？生物药物主要治疗哪些疾病？生物药物和化学药物，中药有何不同？生物技术药物研究有哪些进展？,本专题具体内容,第一节 生物技术概述 第二节 生物技术药物 第三节 生物技术药物研究与发展趋势 第四节 生物产业与生物经济,第一节 生物技术概述,一、 生物技术定义二、 生物技术的主要内容三、 生物技术优越性,一、生物技术的定义,生物技术：生物技术(biotechnology) 又称生物工程学，是根据生物学原理, 利用生物有机体或其组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。,生物燃料,生物药物,二、生物技术主要内容：四大工程,基因工程细胞工程酶工程发酵工程,基因工程(gene engineering),又称基因操作, 重组DNA (recombinant DNA） 技术。将不同来源的基因(DNA分子), 在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞, 获得新品种, 生产新产品。,基因操作基本步骤,应用细胞生物学的原理和方法, 改变细胞性状,以及在体外大量培养和繁殖细胞,从而获得细胞产品的技术方法。主要内容包括融细胞合、原生质融合、染色体转移、细胞或组织培养等。 根据所用细胞不同，细胞工程可分为微生物细胞工程、植物细胞工程、动物细胞工程等,细胞工程(cell engineering),细胞工程常用方法,显微注射,细胞融合,组织培养,又称酶技术，它是在体外模拟酶反应条件获得酶反应产品以及利用重组DNA技术定向改造酶,的技术方法。其主要内容包括酶的化学修饰、酶的固定化、酶反应器设计等。,酶工程(enzyme engineering),酶在制药工业的应用:抗生素药物,固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸（ 6-APA）1.技术路线 E.Coli 斜面 细胞 固定化细胞 青霉素G 转化液 滤液 6-APA 粗品,培养,固定,转化,过滤,抽提,青霉素酰化酶,青霉素酶转化,又称微生物工程, 利用生物，特别是微生物的某种特定功能,通过现代工程技术手段（发酵技术）,生产有用物质的一种技术体系 。主要内容包括菌种选育, 生产微生物菌体, 提取微生物或细胞代谢产物, 发酵条件的优化组合等。,发酵工程(fermentation engineering),发酵工程,摇瓶,发酵罐,一、 不可取代性二、 快速、准确 三、 低耗、高效 四、 副作用小,三、 生物技术的优越性,1.在基因工程药品生产中的应用,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。,四、 生物技术与医药卫生,胰岛素从猪、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！使其价格降低了30%-50%!,从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取2040mg干扰素,人造血液及其生产,2.生物技术在疾病诊断与治疗中的应用,单克隆抗体与疾病诊断 基因诊断 基因治疗,基因诊断与基因治疗,运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。,基因治疗（gene therapy）是指采用转基因技术将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。,SCID的基因工程治疗,重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。该病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶（简称ADA）的基因（ada）发生了突变, 只能通过基因工程的方法根治。,SCID患者生存在无菌环境中,基因治疗SCID的过程,第二节 生物技术药物,生物技术药物（生物药物）的定义：是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。,一、生物技术药物的概念,三大药原：化学药物、生物药物和中药,化学药物,中药,生物药物,现代生物技术药物,基因重组多肽、蛋白制剂（狭义）： 重组多肽，蛋白；单抗；细胞因子；疫苗等2. 核酸类药物（狭义） DNA疫苗，反义药物，siRNA，核酶等3. 生化药物（广义） 天然生化药物，微生物药物，海洋药物半合成生化药物（广义） 四氢叶酸，GSH，前列腺素，半合成抗生素等；生物制品（广义） 疫苗，血液制品,二、生物药物发展的三个阶段,一、 传统生物制药发展阶段 利用天然活性物质加工制成的制剂 二、近代生物制药发展阶段 从生物材料中提取活性成分 三、现代生物制药发展阶段 利用现代生物技术改造具有类似天然物质活性或更高活性的生物产品,第一阶段 传统中药及酿造技术,羊肝治疗“雀目”，蟾蜍治疗创伤，鸡内金治疗消化系统疾病 原始酿造技术,第二阶段 现代制药发展阶段,现代制药工业的发展可追溯到20世纪之交，那时只有4种药物：洋地黄（治疗各种心血管疾病），奎宁用于治疗疟疾，吐根属植物提取物（活性成分为生物碱）用于治疗痢疾，水银用于治疗梅毒；随着生物学和有机化学的发展，逐渐能人工合成某些具有治疗作用的化合物（阿司匹林，磺胺）,阿司匹林,第二阶段 现代制药发展阶段,1929 年弗莱明首先发现青霉素，青霉素大规模生产使现代制药工业进入大规模发酵阶段,第三阶段 生物技术制药大发展阶段,DNA结构的发现 重组DNA技术的发明 功能基因组学的发展,Boyer & Cohen,重组DNA技术实现了动物基因在细菌中表达,1973年,淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体,多克隆抗体,单克隆抗体MCAb,1975年,三、生物药物的特性,1、药理学特性2、理化特性与生物学特性3、检验上的特殊性,1、药理学特性 （1）药理活性高注射用的纯ATP可以直接供给机体能量。（2）治疗的针对性强细胞色素c用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病。（3）毒副作用小、营养价值高蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物药物本身就直接取自体内。（4）生理副作用时有发生生物体之间的种属差异或同种生物体之间的个体差异都很大，所以用药时会发生免疫反应和过敏反应,生物药物的特性,2、理化特性与生物学特性 （1）原料中的有效物质含量低 激素、酶，生长因子在体内含量极低。 （2）结构复杂，稳定性差 生物药物的分子结构中具有特定的活性部位，该部位有严格的空间结构，一旦结构破坏，生物活性也就随着消失。 （3）易染菌，易腐败 生物药物由于营养丰富，易染菌、腐败，生产过程中应低温、无菌。 （4）制剂有特殊要求 生物药物易被肠道中的酶所分解，所以多采用注射给药，注射剂比口服药要求更严格，对均一性、安全性、稳定性 要求更高。,3、检验上的特殊性 由于生物药物普遍具有生理功能，主要组分是生物活性物质，因此生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生物活性检验指标。,四、生物技术药物的临床用途,（一）作物治疗药物 （二）用作预防药物 （三）作为诊断药物 艾滋病检测，早孕试纸,（一）作为治疗药物,1. 内分泌障碍治疗 8. 抗感染2. 维生素药物 9. 免疫调节剂3. 中枢神经药物 10. 抗病毒药物4. 血液和造血系统药物 11. 抗肿瘤药物5. 呼吸系统药物 12. 抗辐射药物6. 心血管系统药物 13. 计划生育药物7. 消化系统药物 14. 生物制品类,生物技术药物作为治疗药物,内分泌障碍治疗药：胰岛素（诺和灵，优泌林 ），生长激素，甲状腺素等; 维生素类药物：Vc，VD，B12，B14等; 中枢神经系统药物：神经生长因子（NGF），L-多巴，人工牛黄，脑啡肽等; 血液和造血系统药物：集落刺激因子（CSF）凝血因子（拜科奇），EPO，TPO等，血红素，肝素，尿激酶，右旋糖酐；,生物技术药物作为治疗药物,5. 呼吸系统药物：平喘药(前列腺素, 肾上腺素），祛痰剂（乙酰半胱氨酸），镇咳药（蛇胆）6. 心血管系统药物 ：阿昔单抗（抗血小板凝集）tPA（组织纤维蛋白溶酶原激活剂）（血管舒缓素），降血脂药（去氧胆酸），冠心病防治药（硫酸软骨素，类肝素，冠心舒）7. 消化系统药物：胰蛋白酶，胃蛋白酶，胃膜素，维生素U，鞣酸蛋白,生物技术药物作为治疗药物,8. 抗感染药物：干扰素（派罗欣，佩乐能），白介素（抗细菌）、真菌抗生素（头孢菌素类，红霉素类，链球菌素）9. 免疫调节剂： GM-CSF，灵芝多糖，香菇多糖，环孢菌素A，他克莫司，西罗莫司10. 抗病毒药物：免疫调节（肌苷，干扰素） 抑制病毒合成（碘苷），抑制病毒合成酶（阿糖腺苷，阿昔洛韦），,生物技术药物作为治疗药物,11. 抗肿瘤药物：抗直肠癌单抗Avastin，抗乳腺癌曲妥珠单抗Herceptin，淋巴瘤利妥昔单抗美罗华），天然分子（天冬酰胺酶，香菇多糖），免疫制剂（干扰素，CSF），肿瘤坏死因子（TNF）12. 抗辐射药物：SOD（超氧化物歧化酶），MPG（2-巯基丙酰甘氨酸）13. 计生药物：促卵泡激素（FSH），促黄体生成激素(LH）等14. 生物制品类：白蛋白，免疫球蛋白（破伤风，乙肝），抗毒素（白喉），抗血清（抗蛇毒血清）,（二）作为预防药物,疫苗 组分疫苗（subunit vaccine） 流脑，多糖菌苗 死疫（菌）苗（inactivated vaccine） 乙脑，狂犬；霍乱，伤寒 活疫苗（live-attenuated vaccine） 麻疹，脊髓灰质炎 类毒素（toxoid ） 破伤风类毒素和白喉类毒素,（三）作为诊断药物,1. 免疫诊断试剂2. 酶诊断试剂3. 器官功能诊断试剂4. 放射性核素诊断试剂5. 诊断用单克隆抗体,（三）作为诊断药物,免疫诊断试剂 诊断抗原 细菌类：伤寒，结核菌 病毒类：乙肝，乙脑，麻疹 毒素类：链球菌溶血素O等 诊断血清 细菌类（痢疾分型血清）病毒类（流感）肿瘤类（AFP）抗毒素类（霍乱CT）激素类（HCG）血型及人白蛋白 其它类（转铁蛋白）,（三）作为诊断药物,2. 酶诊断试剂通常为一种或几种酶及其辅酶组成的多酶反应系统 常用的有氧化酶，脱氢酶，激酶和水解酶 普遍应用于血清胆固醇，三酰甘油，葡萄糖，血氨，ATP，尿素等的检测,（三）作为诊断药物,3. 器官功能诊断试剂利用药物对器官的刺激作用检查器官功能 磷酸组胺（胃部），促甲状腺释放激素（甲状腺），甘露醇（肠道）等4. 放射性核素诊断试剂利用放射性核素药物的器官聚集性检查器官形态 如131碘化血清蛋白检查心脏及大脑血液循环 氰钴素（维生素B12）诊断贫血,（三）作为诊断药物,5. 诊断用单克隆抗体 专一性强，只针对一个抗原决定簇 可以避免多克隆抗体出现的交叉反应 用于激素测定，病毒检测，以及肿瘤分型（白血病）,第三节、生物技术药物研究与发展趋势,（一） 生物技术药物发展进入蛋白质工程新时期 （二）治疗性抗体发展迅猛 （三）反义RNA药物及基因治疗 （四）小干扰RNA治疗药物 （五）基因重组疫苗 （六）细胞治疗及组织工程 （七）功能基因组学的发展 （八）动植物细胞表达复杂蛋白质 （九) 生物芯片的应用 （十） 生物技术药物新剂型,（一） 生物药物进入蛋白质工程新时期,21世纪50%-70%的新药来自基因工程的研究,（二）治疗性抗体发展迅猛,专一性强、疗效好、毒副作用小1986年FDA批准了第一个治疗性鼠源单抗OK-T3用于防止肾移植的超急性排斥Genentech 公司的Avastin，Herceptin目前研究重点：抗体人源化技术减少免疫排斥，包括嵌合抗体和人源化抗体,（三、四）反义及干扰RNA药物方兴未艾,基因突变导致疾病,抑制错误基因表达治疗疾病,反义药物就是和错误基因互补的核酸片段,乙肝结构图,（五）基因重组疫苗的研制不断突破疫苗在许多疾病的预防、治疗中起着其他药物无法代替的作用，特别对于缺乏有效治疗手段或无法治愈的疾病正在进行爱滋病及20多种基因型癌症疫苗的研制，用于防治癌症、爱滋病、百日咳、乙肝等疾病。,（六）细胞治疗发展迅猛,1. 异体移植,2. 自体回输,（七）,目的：寻找合适的药物靶点,（八）动植物细胞表达复杂蛋白质日趋成熟分子量大，结构复杂糖蛋白只有使用哺乳动物细胞表达系统才能生产；动物细胞大规模培养技术已成为生物技术药物生产最关键和最具挑战性的技术,最复杂蛋白质药物之一-人凝血因子八结构,（九） 基因芯片应用于药物靶点筛选,（十）生物技术药物新剂型步入临床（口服剂型，透皮吸收剂型，PEG化） PEG化优点： 1）延长药物半寿期 2）减少给药次数 3）增强药物活性 4）降低药物毒性 5）可提高疗效 6）减少药物的过敏反应,第四节 生物制药产业与生物经济,（一）生物制药产业的现状与问题（二）国际生物制药巨头简介,（一）生物产业的现状与问题,全球生物技术药品快速增长,生物技术药物2006年销售突破400亿美元，2009年生物技术药物产品销售额接近1000亿美元生物技术药物年增长率 15%-33%，高于全医药行业的增长速度（10%）生物药物高增长率归功于不断出现的新技术，大量投资，以及政府扶持,国外生物制药行业状况,国内生物制药行业状况,*碘131I美妥昔单抗注射液”利卡汀,利卡汀* 2007,目前问题：主要销售品种仍