医药生物技术应用

医药生物技术应用

人类基因体计划HumanGenomeProject(HGP)

约翰萨尔斯顿JohnE.Sulston(影片:HGP.mpg)100兆细胞、30亿硷基对97%功能不明(?)1.1%表现序列(exons)外显子

24%内含子(introns)75%基因序列没有实际作用或功能未知人与人差异<0.1%（？>0.5%）与黑猩猩相同性98.8%基因总数万重要发现人类基因数一人类基因数二人类基因数三人类基因图谱的绘制遗传图谱(geneticmap)：基因连锁图谱发生基因重组概率大小基因相对位置图谱单位centimorgan(cM)基因距离愈远重组概率愈高，近概率低物理图谱(physicalmap)DNA上限制酶的位置染色体限制片段的顺序单位Mb(megabasepair)KbcDNA基因在染色体上的位置人类染色体图谱一参考资料：人类染色体图谱二参考资料：5-2基因治疗1990NIH腺苷脱氨酶(ADA,adenosinedeaminase)基因(deoxyinosine与deoxyadenosine没有办法代谢成inosine与adenosine，而积累的adenosine将会造成T细胞失去功能，进而丧失身体细胞免疫的作用)↓+反转录病毒↓T淋巴球↓送回体内体外Invitro活体Invivo体内生合成denovo将一外来DNA送入细胞内，藉以治疗基因缺陷或突变所引起的疾病病毒载体-危险性、效率高反转录病毒:RNA→DNA插入宿主染色体(随机)，产生变异或造成不具功能腺病毒:同源基因重组、问题-产生发炎反应腺病毒关联载体：限制-转殖基因有限疱皮疹毒：缺点-病毒本身太复杂非病毒载体-安全性高、效率差物理方式:基因枪导入法、电穿孔法、直接将DNA打入肌肉(DNA疫苗)化学方式:微脂粒导入法(表现皆短暂性)、磷酸钙沉淀法(利用细胞的胞饮作用)基因治疗常用的方法基因治疗标的细胞的种类体细胞基因治疗法仅修正体细胞对生殖细胞没有影响生殖细胞基因疗法除了修正体细胞影响生殖细胞可遗传基因治疗的应用范围癌症治疗使用免疫调控基因：细胞激素基因送入癌细胞→癌症疫苗→疫苗打入动物体→诱发宿主的免疫系统辨识癌细胞送入自杀基因-配合药物作用引入抑癌或细胞凋亡基因使用抗血管生成因子：利用反义(anti-sense)RNA(p53gene.mpg)感染性疾病治疗送入感染处抑制病原菌基因表现遗传疾病治疗技术限制-单一基因疾病心脏血管疾病治疗利用某些自杀基因消除增生的血管细胞(影片:tga.mpg)基因治疗所遭遇的困难基因嵌入细胞的效率不佳，反转录病毒外，其它不尽理想基因能否表现?基因重组导致癌症的发生癌症形成的原因相当的复杂细胞核基因的异常是导致癌症发生的基本原因在人体细胞中，所有谓的致癌基因(oncogen)和抑癌基因(tumorsuppressorgene)。致癌基因或是抑癌基因的缺损或是变异容易导致癌症的发生(影片:cancer.mpg)癌症发生的相关危险因子遗传家族性大肠息肉症(Familialpolyposissyndrome)（大肠癌）母亲或是姊妹有乳癌患者，则罹患乳癌的比率也会大为提高放射线核爆生还者罹患血癌的比例大为提高放射线碘容易引起甲状腺癌癌症的形成原因

B型、C型肝炎病毒带原者较常人易引起肝癌Epstein-Barr病毒易引起Burkitt氏淋巴瘤(Burkitt＇slymphoma)人类乳突病毒(Humanpapillomavirus)易引起子宫颈癌HTLV-1人类T细胞白血球第一型病毒感染者有一小部份会发生T细胞淋巴瘤(细菌感染)胃中特殊的幽门杆菌(Helicobacterpylori)和淋巴瘤(MALToma)化学或药物刺激黄麴毒素易引起肝癌石绵易引起肺癌和间皮瘤(mesothelioma)芳香族化合物和膀胱癌的关系也曾被报告过病毒感染

长期动情激素(estrogen)的刺激是子宫内膜癌和乳癌的危险因子之一所以初经早、停经晚、和未生育小孩的妇女，其动情激素的刺激较久，发生子宫内膜癌和乳癌的机会较高饮食因素多食用青菜水果纤维素等已被证实有效降低癌症的发生率饮食中过多脂肪容易肥胖，而肥胖容易导致脂溶性致癌毒性物质囤积在身体中有较高的致癌机会过多的腌制食物，其致癌物质，如亚硝胺类等，也会增加，因而提高致癌的机会激素刺激

不良的行为，如抽烟、喝酒等，会增加肺癌和食道癌的发生机会多重性伴侣及危险性性行为等，会增加感染人类乳突病毒的机会，因而增加子宫颈癌的发生率行为因素

96年国内十大死因恶性肿瘤占28.9%心脏疾病占9.3%脑血管疾病占9.2%糖尿病占7.3%事故伤害占5.1%肺炎占4.2%慢性肝病及肝硬化占3.7%肾炎、肾徵候群及肾性病变占3.7%自杀占2.8%上血压性疾病占1.4%男性前十大恶性肿瘤种类肝癌、肺癌、结肠直肠癌、口腔癌、胃癌、食道癌、摄护腺癌、胰脏癌、非何杰金淋巴癌、鼻咽癌女性前十大恶性肿瘤种类肺癌、肝癌、结肠直肠癌、女性乳癌、胃癌、子宫颈癌、胰脏癌、非何杰金淋巴癌、胆囊癌、卵巢癌基础免疫观念一细胞免疫与体液免疫细胞免疫:胸腺细胞主导杀手细胞:直接辨识病原辅助者细胞:帮助B细胞产生抗体体液免疫:B细胞主导(产生抗体的细胞)

抗体可辨识抗原主动免疫与被动免疫主动免疫:接触抗原后自行产生免疫反应，产生记忆反应被动免疫:注射抗体所诱发非专一性免疫反应（先天免疫）反应介质补体发炎介质杀菌物质反应细胞颗粒球（嗜中、酸、硷性球）巨噬细胞自然杀手细胞肥大细胞专一性免疫反应（后天免疫）反应介质免疫球蛋白（抗体）细胞激素细胞毒杀因子反应细胞抗原呈现细胞辅助型T细胞毒杀型T细胞B淋巴球基础免疫观念二免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统一免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统二（影片:immuno.mpg）（曾哲明,2006)(影片:immuno1.mpg)严重急性呼吸道症候群(SARS)SevereAcuteRespiratorySyndrome冠状病毒CORONAVIRUSES最适生长温度33-35℃次易引发普通感冒的病毒仅有两株分离的人类病毒株核酸：正股RNA、套膜、80-160nm演化分析归类为第四类冠状病毒基因体+RNA-27,000-31,000nt重症患者肺部严重纤维化、呼吸衰竭

反转录聚合酶连锁反应（RT-PCR）将RNA反转录成DNA，再继续将DNA数量放大分离病毒→RT-PCR→定序比对即时PCR检测技术(Real-TimePCR)传统PCR需要时间较久、解析度差、低正确性、低敏感度、无自动化、结果无法量化利用萤光讯号，即时监测反应免疫萤光抗体法(indirectfluorescentantibodytest,IFA)测病人血清中有无病毒抗体冠状病毒检验方法

需要时间较久 琼胶解析度差（需差10倍） 低正确性 低敏感度 无自动化 只鉴别大小 结果无法量化 仅呈现PCR最后的结果Real-TimePCR可改善上述的缺点传统PCRReal-timePCR微生物或其表面抗原制作成对抗此病原的物质具专一性可使免疫系统产生反应与记忆为主动免疫人类免疫缺乏病毒（HIV）会引以爱滋病到目前无法制造出有效的疫苗WHY?突变速率太快多种躲避人体免疫系统侦测的策略疫苗(影片:hiv.mpg)单株抗体抗体通常只与抗原上的一小段胺基酸结合此小段胺基酸称为抗原决定位(antigenicdeterminant)大分子量抗原-多抗原决定位(多价抗原)单一抗体VS抗原之抗原决定位-提高免疫效率一种B细胞一种抗体，挑出所要之B细胞大量培养均质抗体称为单株抗体(monoclonalantibody)细胞融合技术将不同的生物细胞染色体+细胞质融合杂交细胞(融合瘤细胞hybridoma)

单株抗体+药物 ↓ 癌细胞为抗原单株抗体的制作流程参考资料：干细胞定义：一群尚未分化的细胞，可分化成特定组织全能干细胞：每个细胞均可发育成一完整生物体多能干细胞：可发育成特定组织如：血液干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞来源:人类胚胎囊胚期的内细胞质团，称人类胚胎干细胞胎儿的生殖组织培养(经捐赠者同意)(影片:stemcell.mpg)(影片:differ.mpg)干细胞的应用一疾病移植细胞阿兹海默症神经细胞脊椎损伤神经细胞脑中风神经细胞糖尿病胰岛细胞心脏疾病心肌细胞白血病造血细胞视网膜黄斑病变视网膜细胞眼睛轮状细胞缺损眼睛轮状干细胞骨关节炎软骨细胞帕金森氏症多巴胺性神经元干细胞的应用二2006瑞士科学家利用羊水中的干细胞培育出心脏瓣膜2007荷兰科学家进行『细胞造肉』工程肌胚细胞→加入养分→网片生长→肌肉纤维无化学添加物、生长激素、抗生素脐带血可发育成血液及免疫系统细胞可恢复造血系统(取代骨髓移植)胚胎=人脐带血干细胞分化能力差卫生署胚胎干细胞研究伦理规范胚胎干细胞的来源限制自然流产的胚胎组织符合优生保健规定之人工流产的胚胎组织人工生殖后得销毁之胚胎(未满14天)不得提供精卵（通过人工授精制造胚胎供研究用）细胞核转殖术制造之胚胎再审议无偿提供，不得以复制人为研究目的人体试验研究-治疗疾病与改善病情胚胎干细胞VS伦理问题复制的相关进展复制技术体细胞的细胞核经由体细胞核转殖到卵母细胞而产生的囊胚可发育出活的个体可培养成胚胎干细胞暗示了卵母细胞的细胞质可能含有一些因子可以将转殖后的体细胞核重新引导，导致到具有多能性的状态2006年日本京都大学山中伸（ShinyaYamanaka)教授将四种基因Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4转殖到老鼠已经分化的纤维母细胞已分化的纤维组织母细胞重新设置变回干细胞组织工程将特殊细胞培植在骨架上，重建特定的组织或器官。最早产品人工皮肤主要市场：整形外科、伤口疗护、心血管疾病优点:用少量组织体外增殖量身订做器官原貌易克服排斥问题现况与未来软骨、血管、皮肤、神经组织……..人造手结合基因工程和干细胞技术(影片:tissue.mpg)组织工程的要素细胞自体细胞、同种细胞、异种细胞、干细胞、基因改造细胞人工细胞外间质可分解天然或合成高分子材料多孔性结构胶原蛋白、藻胶酸、几丁质合成聚合物-聚乳酸生长信息需有传达细胞贴附、增生、迁徙、分化的各种信息因子(影片:material.mpg)已上市之重要组织工程产品一产品名适应症上市情形伤口疗护应用Regeanex糖尿病足溃疡美国1997Apligraf皮肤取代物美国1998Puraply伤口敷料美国2001OrCel皮肤取代物美国2001