生物技术制药第2版第一章绪论

1、生物技术制药生物技术制药1课程教学内容一生物技术药物的基本知识二基因工程制药三动物细胞工程制药四抗体工程制药五疫苗及其制备技术六酶工程制药七发酵工程制药八微生物转化九蛋白质药物的化学修饰十 . 新型生物技术制药2第一章 绪论 学习要求：1. 掌握：生物技术、生物技术药物、生物技术制药的概念2. 熟悉：生物技术药物的特性、生物技术制药的主要研究内容任务3. 了解：生物技术药物的分类、生物技术制药的发展历程和趋势3内 容一生物技术的概念二生物技术药物三生物技术制药概念及主要研究内容与任务四生物技术制药发展历程和趋势4第一章第一章 绪论绪论生物技术（biotechnology）又称生物工程（bioe

2、ngineering）：以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，发展新产品或达到某种目的技术体系。一、生物技术的概念（一、生物技术的概念（biotechnology）5生物技术涉及的学科 生物化学、分子生物学、分子遗传学、微生物学、细胞生物学、免疫学、药学、化学工程、计算机技术等。6生物技术的技术范畴生物技术的技术范畴基因工程细胞工程酶工程发酵工程生生物物技技术术（生物工程）蛋白质工程抗体工程糖链工程海洋生物技术生物转化7核心和关键是主导技术基 础条 件获得产物的手段第二代基因工程第三代生物技术衍生工程技术8技术范畴间的关系

3、 基因工程是生物技术的核心和关键，是主导技术； 细胞工程是生物技术的基础； 酶工程是生物技术的条件； 发酵工程是生物技术获得产物的手段； 蛋白质工程又称第二代基因工程； 第三代生物技术海洋生物技术 衍生出：抗体工程、糖链工程、生物转化技术等现代生物技术的基础学科和分支分子生物学医药生物技术微生物学生物技术疫苗生物化学 现代生物技术 生物技术诊断遗传学农业生物技术细胞生物学家畜生物技术化学工程海洋生物技术 抗体工程生物技术内容基因工程（genetic engineering）u也称遗传工程、DNA 重组技术、基因操作技术：u现代生物技术的核心和主导；u应用人工方法将生物遗传物质（DNA）分离、切

4、割、拼接和重组，导入宿主细胞或个体，改变其遗传品性；u使新的遗传信息在宿主（细胞或个体）中大量表达以获得基因产物（多肽或蛋白）。1011基因工程在制药中的应用1）基因工程药物品种的开发基因工程药物品种的开发2）基因工程疫苗基因工程疫苗3）基因工程抗体）基因工程抗体4）基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗5）应用基因工程技术建立新药的筛选模型）应用基因工程技术建立新药的筛选模型6）应用基因工程技术改良菌种，产生新微生物药物）应用基因工程技术改良菌种，产生新微生物药物7）基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用）基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用8) 应用转基因动、植物生产蛋白质类药物应用转基因

5、动、植物生产蛋白质类药物12u 利用基因工程细菌等表达人类一些重要基因片断，可产生具有生理活性的肽类和蛋白质类药物。如：应用传统的技术方法提取1mg生长激素抑制素(somatostatin)需要用10万只羊的下丘脑。用基因工程方法只需10L大肠杆菌培养液，其价格大约为每毫克0.3美元。13基因工程乙肝疫苗基因工程乙肝疫苗14u也成细胞操作技术，生物技术的基础；u以细胞为基本单位，体外进行培养、繁殖；u改良生物品种和创造新品种：按人们意愿改变细胞某些生物学特性，加速繁育个体（动、植物）、获得有用物质的过程。生物技术内容细胞工程（cell engineering）15u利用微生物的特殊功能生产有用

6、物质；是获得终产物的手段u直接将微生物应用于工业生产的一种技术体系；u包括：菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵、微生物功能利用等。生物技术内容发酵工程（fermentation engineering）16u利用酶或细胞所具有的特殊催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产所需产品的一项技术。u包括：酶的开发与生产、酶的分离与纯化、酶的固定化、反应器的研制及酶的应用等。生物技术内容酶工程（enzyme engineering）2015-08-281718u第二代基因工程u通过改变基因制造新型蛋白质；u基因工程区别：以生产天然（已存在）蛋白为主。u利用基因工程技术改变核酸序列（

7、密码子），从而创造新蛋白。生物技术内容蛋白质工程（protein engineering）19u综合基因工程、细胞工程、蛋白质工程及单抗技术衍生而来；u应用细胞生物学、分子生物学技术改变抗体遗传特性和生物学特性，获得具有特定生物学特性和功能的新抗体u建立能过稳定获得高质量和产量抗体的技术。生物技术内容抗体工程（antibody engineering）20u综合基因工程、酶工程、蛋白质工程等及质谱技术，衍生而来u内容包括：糖链制备、结构分析、糖链与蛋白的连接方式、糖链对蛋白质功能与活性的影响、蛋白糖基化技术等。生物技术内容糖链工程（glycotechnology）21u运用海洋生物学与工程学的

8、原理和方法，利用海洋生物或生物代谢过程，生产有用物质或定向改良海洋生物遗传特性的技术u第三代生物技术生物技术内容海洋生物技术（marine biotechnology）22u也称生物催化（biocatalysis），衍生技术u利用生物体系酶制剂作为催化剂对外源性底物实现化学转化的过程；u生物体系包括：细菌、真菌、植物组织、动物组织或动物组培养体系；微生物是生物转化最常用的有机体；生物技术内容生物转化（biotransformation）23生物技术药物（一）生物技术药物的概念（二）生物技术药物的分类（三）生物技术药物的特性24生物技术药物的概念生物药物（制品）（biological drug，

9、biologics）：运用生物相关学科的原理和方法，从生物体、生物组织、细胞、体液等制造的一类用于预防、治疗和诊断疾病的制品； 主要指蛋白质、核酸、糖类、脂类等。生物技术药物（biotechnological drug）：采用DNA重组技术或其他生物技术生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要指重组蛋白或核酸类。 包括：细胞因子类、融合蛋白类、单克隆抗体类、反义核酸、microRNA.25生物技术药物的分类治疗药物：EPO, IL-2,GCSF, rhES, Avastin， Herceptin， etc预防药物：疫苗诊断药物：免疫诊断、DNA芯片1. 按用途分类26生物技术药物的分类2. 按

10、作用类型分类 细胞因子类：EPO, IL-2, IF-a,b, GCSF, rhES, TNFa, etc 激素类：GH, Insulin 酶类：尿激酶、葡激酶、凝血酶等 单抗类：曲妥珠、利妥昔、阿达木、贝伐单抗 反义核酸类：fomivirsen，福米韦生 RNA干扰（RNAi）:临床研究 基因治疗类：P53今又生 疫苗类：狂犬、乙肝疫苗27生物技术药物的分类多肽类药物：多肽激素蛋白质类药物：核酸类药物：聚乙二醇类：ADC类药物：3：按生化特性分类( (三三) )、生物技术药物的特性、生物技术药物的特性 相对分子量大相对分子量大 分子结构复杂分子结构复杂 稳定性差稳定性差理化特性理化特性Che

11、mical drugMW:1501500kDaProtein drugMW:1535kDaAntibody drug MW:150kDa29( (三三) )、生物技术药物的特性、生物技术药物的特性药理特性药理特性活性与作用机制明确针对性强毒性低体内半衰期短具有种属特异性具有免疫原性 药物分子在原料中的含量低； 原料中存在可降解目标产物的杂质； 制备工艺条件温和； 分离纯化困难，易污染； 质量标准内容的特殊性； 制造项的特殊性； 检定项目的特殊规定；( (三三) )、生物技术药物的特性、生物技术药物的特性生产制备特性质量控制特性31生物反应器32大肠杆菌及酵母小试发酵系统产业化哺乳动物细胞反应器

12、哺乳动物细胞培养及发酵系统分离纯化系统33制剂的无菌分装与冻干343536检查项目方法标准肽图2010版中华人民共和国药典（第三部）附录 E结果应与理化对照品图形一致纯度分析SEC-HPLC，分子排阻色谱法应不低于95.0%reduced-SDS-PAGE，2010版中华人民共和国药典（第三部）附录 C应不低于95.0%分子量SDS-PAGE，2010版中华人民共和国药典（第三部）附录 C轻链分子量应在20.0 kDa -25.0 kDa范围内，重链分子量应在50.0kDa -58.0kDa范围内异质性分析WCX-HPLC，离子交换色谱碱性峰比例应为6.0%18.0%；酸性峰比例应为16.0%

13、30.0%等电点，中华人民共和国药典2010年版三部 附录 D主条带为8.10.4，分布区间在7.29.5之间，应与对照品一致CHO宿主蛋白残留ELISA应不高于总蛋白质的 0.020%Protein A残留ELISA应不高于总蛋白质的 0.010%/10ppm外源性DNA残留荧光染色法，2010版中华人民共和国药典（第三部）附录 B应不高于10 ng/剂量磷酸三丁酯残留气相色谱法，2010版中华人民共和国药典（第三部）附录 J应不高于总蛋白质的 0.010%聚山梨酯-80残留中华人民共和国药典2010年版三部 附录 H应不高于总蛋白质的 0.50%结合活性ELISA比活性应不低于2.0106

14、U/mg蛋白浓度中华人民共和国药典2010年版三部 附录 B 第二法应不低于20.00 mg/ml细菌内毒素中华人民共和国药典2010年版三部 附录 E应低于0.16 EU/mg蛋白质37检查项目方法标准平均偶联率疏水色谱分析应在3.50-4.50之间。药物分布比例疏水色谱分析D0应不大于6.0%，D1应不大于2.0%，D2应为22.0%-32.0%，D3应不大于2.0%，D4应为40.0% -50.0%，D6应为13.0%-23.0%，D8应为2.0%-10.0%。纯度分析分子排阻色谱法应不低于95.0%。DMSO残留中国药典2010版第三部附录 C应不高于总蛋白质的0.20%。游离小分子药

15、物残留反相高效液相色谱法MMAE残留量应不高于总蛋白质的0.10%，MC-Val-Cit-PAB-MMAE残留量应不高于总蛋白质的0.10%。生物学活性细胞活性比活性应不低于0.5106U/mg结合活性比活性应不低于2.0106U/mg蛋白浓度中华人民共和国药典2010年版三部 附录 B 第二法应不低于10.0mg/mlpH值中华人民共和国药典2010年版三部 附录 A应在5.86.8之间。渗透压中华人民共和国药典2010年版三部 附录 H应在300-400mOsmol/kg之间。pI等点聚焦电泳IEF主条带应为8.40.4，分布区间应在6.09.0之间，应与对照品一致细菌内毒素中华人民共和国

16、药典2010年版三部 附录 E应小于0.16EU/mg蛋白质。(一)、生物技术制药的概念 利用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等生物技术，来研究、开发和生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物。三三 生物技术制药的概念生物技术制药的概念和主要研究内容与任务和主要研究内容与任务生物技术药物（biotechnological drug）：采用DNA重组技术或其他生物技术生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要指重组蛋白或核酸类。生物药物：凡用作诊断、预防和治疗的来源于生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一成分，甚至整个生物体的医药品。(二)、生物技术制药的研究内容u生物制药技术的研究、

17、开发与应用；u利用生物技术研究、开发和生产药物。 研究、改进和完善基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等生物技术，并与其他学科的先进技术相融合。 抗体工程、糖链工程、生物传感器及大规模生物反应器等。 应用基因工程技术大量生产痕量或难以获得药物； 应用蛋白质工程设计新药物； 应用酶工程改变药用酶性质（PEG修饰）； 改造传统制药工艺（酶催化）；制药学40414243442014年全球最畅销药品前10名NO.DrugCompanySale(billion $)IndicationTargetApprove1Humira (adalimumab) AbbVie & Eisai12

18、.543RATNF20022Sovaldi(sofosbuvir)Gilead10.283丙肝HCV20133Remicade (infliximab)J&J9.240RATNF19984Rituxan(Rituximab)Roche/Genen-tech8.678Non-Hopkins LymphomaCD2019975Enbrel(Etanercept)Amgen8.538RATNF19986Lantus (insulin largine)Sanofi7.279I/II型糖尿病/20007Avastin (Bevacizumab)Roche/Genen-tech6.957结肠癌，N

19、SCLCVEGF20048Herceptin(Trastuzumab) Roche/Genen-tech6.793乳腺癌，胃癌HER219989Seretide GSK6.431COPD/200010CrestorAZ5.869高胆固醇/20031. 研究对象u药物生产过程共性规律及其应用，包括： 制备原理、工艺路线、质量控制u重要性： “安全、有效、可控”的保证 药物产业化的桥梁与瓶颈 贯穿整个药物研发过程452. 主要内容（1）实验室（小试）工艺（2）中试放大工艺（3）制定生产工艺规程(制造与检定规程)46生物技术制药的学习方法 全面了解教材 基本原理、技术路线的理解掌握 学会思考、分析归

20、纳 阅读相关文献、专业书籍 传统生物技术传统生物技术作坊式生物技术作坊式生物技术 近代生物技术近代生物技术发酵工程、生化工程发酵工程、生化工程 现代生物技术现代生物技术基因工程基因工程 21世纪的生物技术世纪的生物技术系统生物学系统生物学48四四 生物技术制药的发展历程和趋势生物技术制药的发展历程和趋势1. 传统生物技术阶段（作坊式）49 公元前6000年古代巴比伦人酿造啤酒 公元前4000年埃及人发酵面包 我国殷朝 制酱 周朝 制醋 酒精发酵（1857年） 工业微生物新世纪（至1930年代） 特点:自然发酵、全凭经验。 青霉素发酵生产 1940年，Florey及Chain等提取青霉素 194

21、1年，美英合作开发得到青霉素 微生物发酵：大规模发酵 抗生素工业：链霉素、金霉素、红霉素 氨基酸发酵工业 酶制剂工业 交叉学科生化工程2. 近代生物技术阶段（19401977）501）产品类型多 初级代谢产物：氨基酸、有机酸、多糖 次级代谢产物：抗生素 生物转化与酶反应2）生产技术要求高：无菌、需氧发酵3）生产规模大：5002000立方米4）技术发展速度快：高密度发酵技术与产品效价近代生物技术的特点51u生物时代(1970s-1980s)：重组DNA、DNA和蛋白质的合成及微量测序技术 ;人胰岛素、单克隆抗体等u技术平台时代(1980s-1990s)：高通量筛选、组合化学、胚胎干细胞技术u基因组时代(1990s-2006)：基因组、高通量测序、基因芯片、蛋白质组学、功能基因组学等u后基因组时代(2006-)：功能蛋白改造、基因治疗剂与RNA治疗剂的开发、干细胞治疗等3. 现代生物技术阶段u Recombinant DNA Technology（1974）u Monoclona