《生物制药导论》 课件全套 第1-8章 绪论、生物技术制药-生物药物研究与开发

生物制药导论第一章绪论生物药物是利用生物体、生物组织、细胞或其成分，综合应用生物学、医学、生物化学与分子生物学、微生物学与免疫学、化学、工程学和药学的原理与方法加工制造而成的一大类用于预防、治疗、诊断疾病和康复保健的制品。1.1生物药物的基本概念广义的生物药物按其来源和制造方法可分两大类天然生物药物生物技术药物

生物药物的分类方式有多种，可以按药物的化学本质和化学特性分类，也可以按其来源和制造方法分类，还可以按其生理功能和临床用途分类。天然生化药物：指从生物体（动物、植物和微生物）中获得的天然存在的生化活性物质微生物药物：指微生物的初级代谢产物、次级代谢产物和微生物结构物质，还包括借助微生物转化产生的用化学方法难以全合成的药物或中间体海洋药物：海洋药物则是从海洋生物分离纯化的活性物质1.1生物药物的基本概念天然生物药物：来自动物、植物、微生物和海洋生物的

天然产物。包括：1.1生物药物的基本概念其他生物技术药物①寡核苷酸药物②基因治疗药物③细胞治疗制剂④核酸疫苗等重组蛋白药物①重组细胞因子类②重组激素类③重组酶类④重组融合蛋白类⑤抗体药物⑥重组疫苗和菌苗制剂生物技术药物：采用DNA重组技术或其他生物技术生产的用于预防、治疗和诊断疾病的药物。根据其制造技术和化学成分不同又可分为以下两类：早期的生物制药多以动物脏器为原料进行加工制造，多为粗制剂，曾有脏器制剂之称。历史悠久1.2.1生物制药的发展简史（1）传统生物制药发展阶段神农最早应用生物材料制成天然产品用作治疗剂，如用蟾酥治疗创伤，用鸡内金治遗尿及消食健胃。药王孙思邈首用羊肝（富含维生素A）治疗“雀目”。药圣李时珍的《本草纲目》中收载了动物药444种（其中鱼类63种，兽类123种，鸟类77种，昆虫百余种）1.2生物制药的发展历程和现状脏器制药与微生物制药时期00502575近代生物制药发展阶段20thCentury20世纪20年代：胰岛素、甲状腺素、EAA、EFA、Vit

C20世纪50年代：预防小儿麻痹症、麻疹、腮腺炎等疫苗20世纪50-60年代：皮质激素、垂体激素、酶制剂、维生素等20世纪30年代：黄热病、流感、乙型脑炎、森林脑炎和斑疹伤寒疫苗20世纪40年代：青霉素在贯彻以“预防为主”的医疗保健体系中预防性疫苗成为生物制药工业的重要发展领域生化制药工业时代1.2.1生物制药的发展简史（2）近代生物制药发展阶段60年代后，进入第二个发展时代:生化制药工业时代。生物分离工程技术与设备广泛应用。生化产品达数百种。从此形成了一个以基因工程为主导，包括现代细胞工程、发酵工程、酶工程和组织工程为技术基础的现代生物技术制药阶段。通过利用杂交瘤细胞可以大量生产单克隆抗体，由此揭开了抗体工程的序幕。1953年,首次提出了DNA双螺旋结构提出了DNA复制假说1982年，重组人源胰岛素投放市场开创了生物技术制药工业新门类1975年，杂交瘤技术诞生1973年,第一次DNA体外切割和连接DNA重组技术由此诞生1.2.1生物制药的发展简史（3）现代生物制药发展阶段新兴技术与生物技术融合贯通，推动着现代生物技术制药的快速发展。进入21世纪以来，随着生物技术不断突破，现代生物技术制药的内涵和外延都在不断扩大，生物药物的品种不再局限于多肽、蛋白质、核酸等生物大分子，一些经过基因改造的细胞、病毒等也成为了新型生物药物。1.2.1生物制药的发展简史（3）现代生物制药发展阶段1.2.2生物药物的研究现状及发展趋势近年来，生物制药产业一直是制药工业中发展最快、活力最强和技术含量最高的领域，也是衡量一个国家生物技术发展水平的一个重要标志。生物药物的创新研究已成为新药开发的重要发展方向，目前生物药物的研究热点和发展趋势主要包括以下几个方面：抗体药物依然是生物药物的主流新型疫苗研究日益受到重视核酸药物研究热潮再次兴起基因编辑技术给基因治疗带来新的希望CAR-T技术的成功推动了细胞治疗在临床中的应用生物药物研究进入了多学科交叉融合发展的时代

生物医药行业被视为战略性新兴产业，与人类生命健康息息相关，在国家经济发展中占据重要地位。近年来已成为各国之间新一轮科技革命和国家竞争的焦点领域，其发展趋势呈现为：1.2.3生物制药产业现状及发展趋势市场规模持续扩大产业集群化发展数字化智能化发展1.2.3生物制药产业现状及发展趋势（1）市场规模持续扩大全球人口总量的增长和人口老龄化程度的提高，慢性病患者数量也在不断增加。科技进步提高了生物医药产品的研发效率和治疗效果，使更多人愿意接受更先进的治疗方法，增加了对生物制药产品的需求。。。。。。。受到患者群体扩大、支付能力提升、临床疾病谱变化等因素的驱动，未来生物制药市场预期将持续保持高速增长。生物制药产业的集群化发展是当前全球经济发展中的一个重要趋势美国已在旧金山、波士顿、华盛顿、北卡罗来纳和圣迭戈等地形成5大生物技术产业区英国剑桥基因组园、法国巴黎南郊的基因谷、德国的生物技术示范区以及印度班加罗尔生物园也已具规模中国：正在逐步形成较为完善的生物医药产业链和产业集聚包括长三角地区、珠三角地区、环渤海地区和东北地区在内的产业集聚区中部地区的河南、湖北，西部地区的四川、重庆也展现出良好的产业基础其中，北京中关村国家自主创新示范区、上海张江药谷、苏州工业园区、武汉国家生物产业基地、广州国际生物岛和成都天府生命科技园等是国内生物医药产业园区的典型代表1.2.3生物制药产业现状及发展趋势（2）产业集群化发展1.2.3生物制药产业现状及发展趋势（3）数字化智能化发展生物制药产业的数字化和智能化趋势正在深刻地改变着整个行业的运作方式和发展方向。时代趋势、市场竞争环境以及企业自身发展战略等因素推动了制药产业全价值链的数智化转型。药物研发阶段AI能够帮助筛选新的治疗靶点和新药物减少药物发现所需的时间和成本加速基因组学检测分析等进程，提升研发效率药物制造阶段自动化设备、机器人和物联网（IoT）提高了生产效率，降低了人为错误，同时增强了生产过程的透明度和可追溯性1.3生物制药的学科基础生物制药是一门新兴的跨学科领域，它结合了生物学、化学、药学、医学等多个学科的理论与技术，专注于利用生物体或生物过程来设计、开发和生产蛋白质、疫苗、细胞疗法等药物。生物制药既是生物技术在药学领域的具体应用，也是药学学科的一个重要分支。1.3.1药学是生物制药发展的重要学科基础药学是生物制药的学科基础生物药物与小分子药物相比具有显著差异，其特殊性对药学研究提出了新的挑战和要求。生物药物的特殊性以及新型生物药物的不断涌现，要求药学研究在药物的设计、制剂、评价和生产等方面不断进行创新和优化，推动了药学学科的发展。药学作为生物制药领域的基石，为生物制药的研究提供了一系列药物科学的基本原理和方法论，构成了生物制药发展的学科基础。生物制药推动药学研究发展1.3生物制药的学科基础蛋白质工程通过理性设计获得具有新特性的蛋白质通过结构优化提高蛋白药物疗效和安全性基因工程极大丰富了生物药物的种类和数量提高了药物生产的可持续性酶工程提高药物合成的效率和选择性有助于降低生产成本和减少环境污染基因编辑CRIAPR基因编辑技术为治疗遗传性疾病提供了新的途径发酵工程利用微生物或细胞培养系统进行药物的生物合成，实现生物药物的大规模生产细胞工程为癌症治疗带来了新的希望标志着个性化医疗精准治疗时代的到来1.3.2生物技术是生物制药发展的驱动力生物技术在基因工程、基因编辑、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等多个领域已取得了显著进展，为生物制药的发展提供了强大的驱动力。这些技术的融合与创新，使生物制药领域能够不断推陈出新，为治疗各种疾病提供了更多的可能性。1.3.3多学科的交叉融合给生物制药带来新的发展多学科的交叉融合为生物制药的发展注入了新的活力。生物学、化学、医学、信息学等学科的知识和技能相互交叉融合，形成了一个多维度、多层次的研究格局，共同推动了生物制药技术的创新和进步。结构生物学X射线晶体学解析三维结构辅助理解蛋白质的功能基于构效关系的蛋白质药物设计数据科学融合积累大量生物样本的基因序列数据指导药物靶点的发现药物设计的优化人工智能AI预测蛋白质三维,抗体,核酸结构预测药物的理化性质和毒性提高药物研发的效率生物信息学对生物大数据深入分析发现潜在药物作用机制与疗效预测提高药物研发的成功率时代专业名称时代背景20世纪50—60年代抗菌素制造抗生素制造20世纪中期抗生素发展的黄金时期20世纪70—80年代微生物制药生化制药、生物制药微生物技术的应用有了新的发展从动物来源的材料获得药物的生化制药成为当时生物制药的重要组成部分20世纪90年代生物工程、生物技术制药工程（生物制药）原国家教委规范调整了大学本科专业名称，修订了本科专业目录2012年生物制药2012年版《普通高等学校本科专业目录》确定生物制药专业，代码为083002T根据教育部发布的普通高等学校本科专业备案和审批结果，截至2023年12月，全国共有135所高校开设生物制药专业。生物制药在我国作为大学本科专业由来已久，但其名称经历了带有不同时期技术发展特征的变革。1.4我国生物制药专业的历史沿革与人才培养1.4.1生物制药专业的历史沿革1.4我国生物制药专业的历史沿革与人才培养1.4.2生物制药专业的人才培养生物制药专业的人才培养始终坚持“为党育人、为国育才”，把立德树人作为自己的根本任务。生物制药专业人才培养目标：培养德智体美劳全面发展，具备广博而坚实的生物学、药学和化学基本理论知识和实验技能，系统地掌握生物制药的研发、生产、质量控制的基本方法和技能，具有一定的企业管理知识，具有良好的科学素养和一定的创新、创业能力的应用研究型人才。1.4我国生物制药专业的历史沿革与人才培养1.4.2生物制药专业的人才培养生物制药行业的快速发展，近切需要大量生物制药专业人才，同时，生物制药已进入了现代生物技术制药时代，对相应的专业人才提出了更高的要求。生物制药专业人才需要具备：

良好的职业素质扎实的多学科基础宽广的专业知识较强的专业技能谢谢！生物制药导论

第二章生物技术制药2.1.1生物技术药物的性质与特点生物技术药物与小分子相比：分子结构复杂

分子质量大，常需要翻译后修饰具有高度特异性和复杂的功能

具有种属特异性稳定性差体内的半衰期短2.1生物技术制药的性质和任务2.1.1生物技术药物的性质与特点生物技术药物与小分子相比：具有免疫原性

例如，患者可能产生针对蛋白药物的抗体生物技术药物溶解度、给药途径与小分药物有很大不同，进入细胞和穿透生物屏障困难生产系统复杂质量控制的特殊性

生物技术药物结构复杂，稳定性差2.1.2生物技术药物的研发与生产过程与化学药物研发有显著不同，如激素、细胞因子等是人体自身产生的蛋白质，病人由于产生该蛋白不足从而生病，定期、定量补充，则可治疗相应疾病。因此这类蛋白安全、有效，成药可能性高。2.1.2生物技术药物的研发与生产过程人生长激素缺乏会导致侏儒症从人垂体中提取，来源非常有限，价格昂贵通过基因工程菌，可以大规模工业化生产人生长激素大肠杆菌细胞分离质粒载体逆转录化学合成人生长激素基因mRNA酶切连接重组质粒转化受体菌筛选大规模培养（发酵）目的蛋白基因工程解决了蛋白质药物来源问题27包涵体及其性质在某些生长条件下，大肠杆菌能积累生物大分子，它们致密地集聚在细胞内，或被膜包裹或形成无膜裸露结构，这种水不溶性的结构称为包涵体（InclusionBodies，IB）。

包涵体会丧失其理化特性和生物功能。

需通过复性，恢复蛋白的正确的结构和功能2.1.2生物技术药物的研发与生产过程28在细胞质中直接表达成熟蛋白质

在细胞质中直接表达成熟蛋白质需要起始密码子，通常为编码甲硫氨酸的ATG。⑴在多数情况下，N端附加的甲硫氨酸对蛋白质的性质没有特别的影响，但是也有附加的甲硫氨酸严重影响蛋白质生物学活力的报道。⑵另外，附加的甲硫氨酸也可能改变蛋白质的免疫性质和药理性质。因此从制备蛋白药物的角度，是一个需要引起重视的问题。需要去除附加的甲硫氨酸。

2.1.2生物技术药物的研发与生产过程29去除附加甲硫氨酸的方法：

⑴用溴化氰切除。⑵N端添加信号肽，构建分泌型蛋白。目标蛋白从细胞质转运到周质空间过程中信号肽及其N端甲硫氨酸被加工切除，有效地去除了N端附加的甲硫氨酸。2.1.2生物技术药物的研发与生产过程2.1.3生物技术药物的持续创新第一代胰岛素：从动物内脏中分离制备动物源胰岛素第二代胰岛素：重组人胰岛素第三代胰岛素：通过设计、改变胰岛素的结构，开发成功了速效胰岛素类似物和长效胰岛素类似物第二代胰岛素：重组人胰岛素开发成功了多款“非天然”胰岛素：

起效更快的，用于餐时血糖控制的速效胰岛素

作用时间更长的长效胰岛素2.1.3生物技术药物的持续创新核心产品的制剂、器械等方面的创新

胰岛素笔：针头更细从而减少注射痛苦；使用更方便降低制剂粘度开封的胰岛素在室温可保存1个月，方便保存、使用2.1.3生物技术药物的持续创新延长生物药物半衰期2.1.3生物技术药物的持续创新GLP-1半衰期短的原因:由于二肽基肽酶IV(DPP-IV)水解GLP-1；GLP-1分子量较小，容易通过肾滤过，从而使血药浓度快速下降怎么提高GLP-1半衰期呢？胰高血糖素样肽-1（GLP-1）是多肽类激素，不仅可以使血糖水平正常化，而且还具有减肥功能。但人体静脉内GLP-1半衰期只有1.5分钟提高GLP-1半衰期策略：针对肽酶水解：变成对水解不敏感氨基酸Aib（2-氨基异丁酸）降低肾滤过率：引入脂肪酸基团，可与人血白蛋白可逆结合；形成融合蛋白延长生物药物半衰期2.1.3生物技术药物的持续创新2.2.1多肽和蛋白类药物人源多肽和蛋白质:补充病人缺乏或替代异常的蛋白质来发挥作用，例如胰岛素治疗胰岛素分泌不足的糖尿病人增强患者体内的作用以治疗疾病，如补充干扰素调节免疫能力，治疗病毒感染2.1生物技术制药的内容2.2.1多肽和蛋白质类药物2.2.1.1具有酶活性或调节活性的蛋白质药物治疗类型药物治疗疾病治疗激素缺乏胰岛素糖尿病、糖尿病酮症酸中毒、高钾血症生长激素生长激素缺乏、慢性肾功能不全、艾滋病消瘦或抗病毒治疗恶病质导致的生长障碍造血作用红细胞生成素慢性病性贫血、骨髓增生异常、肾功能衰竭或化疗引起的贫血、术前准备粒细胞集落刺激因子艾滋病或化疗或骨髓移植后的中性粒细胞减少症，严重的慢性中性粒细胞减少症免疫调节干扰素-α2a毛细胞白血病、慢性粒细胞性白血病、卡波西肉瘤、慢性丙型肝炎感染白细胞介素2转移性肾细胞癌、黑色素瘤溶栓或止血组织纤溶酶原激活剂肺栓塞、心肌梗塞、急性缺血性脑卒中、深静脉血栓尿激酶肺栓塞抗凝血酶III遗传性抗凝血酶III缺乏症，与外科手术或产科手术有关的血栓栓塞因子Ⅶa甲型或乙型血友病，因子VIII或因子IX抑制剂患者的出血酶缺乏症β-葡萄糖脑苷酶戈谢病腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶缺乏导致的严重联合免疫缺陷病2.2.2抗体药物抗体药物商业化现状与趋势抗体药物的获批率和销售额均大幅提升销售持续增长：例如阿达木单抗、帕博利珠单抗年销售额均约200亿美元。治疗多种疾病：目前癌症和自身免疫系统疾病等多发病是抗体药物的主要适用症。鼠源抗体

嵌合抗体

人源化抗体

全人源抗体2.2.2抗体药物鼠骨髓瘤细胞和鼠淋巴细胞杂交，因此制备的是鼠源单克隆抗体。作为临床用药有明显的缺点。出现了不同类型工程化的抗体以降低免疫原性。新特征、新功能的工程抗体：Fc融合蛋白

抗体偶联药物（ADC）双/多特异性抗体抗体片段（小分子抗体）这些工程抗体是抗体药物研究开发的热点。2.2.2抗体药物2.2.3疫苗疫苗是诱导针对感染和疾病产生保护性免疫的生物制品。疫苗由减毒活病原体或灭活的病原体或病原体成分（例如蛋白质或多糖）组成，它们训练免疫系统以应对未来的自然感染。1980年WHO报告，疫苗的应用使自然感染性的天花在世界范围内消失。（1）第一种疫苗詹纳使用含有活牛痘病毒的液体给人接种。牛痘病毒与天花抗原成分相似，但对人类的毒性或致病性要小得多。实验证明，接种牛痘没有导致患上严重疾病的风险，却能使接种者对天花病毒产生长久免疫力。2.2.3疫苗2.2.3.1疫苗发展历程与主要类型（2）第一种减毒活疫苗的研发过程1878年巴斯德成功地分离、培养了引起鸡霍乱的致病微生物Pasteurellamultocida。但直接免疫注射致病菌会导致鸡死亡2.2.3疫苗助手使用培养时间过的细菌培养物注射鸡，鸡病症轻，没有死亡，接着接种新鲜的致病微生物，鸡未死亡。巴斯德推断，暴露于氧气会导致致病菌Pasteurellamultocida毒力丧失。提出实验室毒株减毒的方法和概念，为减毒活疫苗研发铺平了道路2.2.3疫苗（2）第一种减毒活疫苗的研发过程破伤风是一种由破伤风梭菌产生的外毒素蛋白引起的急性、通常是致命的疾病。可以研发什么形式的疫苗？开发了一种用甲醛灭活破伤风毒素（toxin）的方法，制备破伤风类毒素（tetanustoxoid，TT）疫苗。二战期间开始被广泛使用。类毒素亚单位疫苗使用相同的思路，开发白喉类毒素（DT）（3）类毒素亚单位疫苗2.2.3疫苗添加铝佐剂，佐剂加入疫苗中可以非特异性增强免疫反应。目前已开发多种疫苗佐剂应用于多种疫苗。类毒素亚单位疫苗使用相同的思路，开发白喉类毒素（DT）（3）类毒素亚单位疫苗2.2.3疫苗2年内，儿童将接种预防12种疾病的疫苗，17针。由于免疫计划如此复杂，将新疫苗纳入计划变得越来越具有挑战性。减少接种次数——联合疫苗：多联疫苗：由不同病原的抗原组成，针对多种疾病。如百白破b型流感四联苗针对白喉、百日咳、破伤风和b型流感多价疫苗：包含同一种病原的不同亚型或血清型，可以起到更广的风险防范效果。如9价人乳头瘤病毒（HPV）疫苗可预防9种血清型的HPV引起的感染。2.2.3疫苗（4）联合疫苗而病毒必须在活的细胞中才能复制怎么生产病毒呢？体外扩增病毒是生产病毒疫苗的关键2.2.3疫苗2.2.3.2病毒疫苗的生产动物体内或鸡胚内生产减毒活病毒疫苗1949年Enders在体外培养的人体细胞中首次培养了脊髓灰质炎病毒，随后于1955年在体外培养的原代猴肾细胞中培养和制备了灭活脊髓灰质炎疫苗早期无法体外培养病毒，因此接种方法是人传人或动物传人。例如：早期从感染牛痘的人或者动物收集牛痘脓液给人接种

2.2.3疫苗2.2.3.2病毒疫苗的生产2.2.4基因治疗和细胞治疗很多单基因遗传性疾病，是由于正常基因突变，不能编码正确的蛋白质。怎么治疗这种疾病呢？截止2022年7月，FDA已经批准了23种细胞和基因治疗产品，国内也已经有多款细胞治疗药物上市。基因和细胞治疗相关的研究和开发呈现快速增长的趋势。基因治疗，例如治疗2岁以下生存期运动神经元1（SMN1）双等位基因突变的脊髓性肌萎缩的Zolgensma。基因与细胞治疗基因治疗基因增补基因编辑细胞治疗基因改造细胞治疗例如：CAR-T/CAR-NK干细胞治疗2.2.4基因治疗和细胞治疗1.基因增补：利用递送载体，将外源基因导入病变细胞，其表达产物能修饰缺陷细胞的功能或加强原有功能。是目前获批上市和临床在研阶段产品中最主要的基因疗法。2.基因编辑：精确修饰特定目标基因，如破坏有害基因或修复变异基因，包括ZFNs，TALEN以及CRISPR/Cas9技术。2.2.4基因治疗和细胞治疗正常功能基因基因增补：基因编辑：基因修复基因替换2.2.4.1基因治疗重组慢病毒治疗基因重组AAV载体基因治疗细胞脂质体载体分离细胞回输治疗基因在体治疗离体治疗2.2.4基因治疗和细胞治疗基因治疗有两种策略：在体治疗：基因治疗载体被直接靶向递送到体内，如肝脏中的肝细胞或视网膜中的光感受器细胞，直接在患者体内实现细胞的基因转染和表达。离体治疗：基因治疗载体在体外被转移到造血干细胞（HSC）或淋巴细胞中，再将基因改造的细胞回输到患者体内，这种策略既属于基因治疗，也属于细胞治疗。2.2.4.1基因治疗高效递送是基因治疗的难点理论上，将目标基因精准递送到患者的靶细胞即可起到治疗效果；实际上，基因达到靶细胞的效率较低例如眼科疾病的递送效率仅20-40%脑科疾病甚至低于10%。常用的递送载体有病毒载体和非病毒载体两类腺相关病毒慢病毒病毒载体非病毒载体2.2.4基因治疗和细胞治疗2.2.4.1基因治疗基本过程：收集、增殖T细胞基因工程改造T细胞扩增培养后回输2.2.4基因治疗和细胞治疗截止2024年初，中国已有5款CAR-T疗法获批准上市。CAR-T疗法效果优于传统肿瘤治疗。重组病毒CAR-T细胞扩增分离T细胞回输CAR基因2.2.4.2细胞治疗基因治疗和细胞治疗仍然有重大挑战需要研究、解决：基因载体的效率和安全性应进一步提高。改进载体制造和表征的工艺，以保证产品的规模化生产和质量可控。提高在体基因校正和编辑的效率和特异性。更深入地了解遗传、多基因或获得性疾病的发病机制由于这些疗法使用了前所未有复杂性的“活”生物药物，这些药物有可能对患者产生广泛的影响。这些问题的解决必将使基因和细胞治疗应用于治疗甚至治愈癌症、无药可治的致死性遗传病，以及传染病等多种疾病。2.2.4基因治疗和细胞治疗2.3生物技术制药新技术与新方法2.3.1蛋白质工程在生物技术药物研发中的应用相对于内源性胰岛素，皮下给予常规重组人胰岛素，起效较慢，常规重组人胰岛素至少需要在餐前30-60min注射，不仅不方便，若进餐时间与胰岛素注射时间不匹配，还会增加低血糖发生风险。胰岛素六聚体胰岛素二聚体胰岛素单体（活性形式）胰岛素分子中的

B链26-30位不是与胰岛素受体结合的关键氨基酸残基，但这一部分在介导胰岛素二聚体和六聚体的形成中很重要，因此该序列一直是氨基酸取代的热点。2.3.1蛋白质工程在生物技术药物研发中的应用赖脯胰岛素KP门冬胰岛素D谷赖胰岛素KEGIVEQCCTSICSLYQLENYCNTFVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKSSSSSS102030A链B链1020成功上市了赖脯胰岛素、门冬胰岛素、谷赖胰岛素，与人胰岛素相比，速效胰岛素类似物均起效更快、达峰更快、作用持续时间更短，更适合作为餐时胰岛素。人胰岛素作用时间较短，无法覆盖全天基础血糖控制需求，因此需要开发长效胰岛素（基础胰岛素）。甘精胰岛素GRR地特胰岛素德谷胰岛素GIVEQCCTSICSLYQLENYCNTFVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKSSSSSSA链B链102030位去除苏氨酸30位去除苏氨酸降低胰岛素在注射部位的溶解度，缓慢释放；与人血白蛋白可逆性结合，从而延长作用时间等策略，开发成功了长效胰岛素，延长作用时间，减少注射频次。2.3.1蛋白质工程在生物技术药物研发中的应用2.3.2组学技术在生物技术药物研发中的应用基于基因组序列，鉴定2158个开放阅读框选择600个可能编码表面暴露蛋白诱导血清杀菌抗体的能力（通过血清杀菌测定评估）表达、纯化蛋白，免疫小鼠对反向疫苗学选择的抗原进行优先排序鉴定表面暴露（FACS评估）B型脑膜炎奈瑟菌感染是导致流行性脑膜炎的重要病因。传统B型脑膜炎奈瑟菌疫苗开发的阻碍：多糖抗原不能用于脑膜炎奈瑟菌，因为该菌的多糖与人类分子过于相似。脑膜炎奈瑟氏菌菌株高度多样化。基于基因组信息的反向疫苗学提供了解决这些问题的方法成功开发上市了B型脑膜炎奈瑟菌疫苗谢谢！生物制药导论第三章生物制药工艺学3.1生物制药工艺学的性质与任务生物制药工艺学（biopharmaceuticalprocess）是从事各种生物药物的研究、生产和制剂的综合应用技术科学。重点研究各类生物药物的来源、结构、性质、制造原理、工艺过程、生产技术操作和质量控制，是一门生命科学和工程技术理论与药物生产实践紧密结合的综合性制药工程学科。3.1.1生物制药工艺学概念生物技术药物新品种、新工艺与产品的质量控制研究是当前生物技术制药快速发展的领域。3.1.2生物制药工艺学的任务生物制药工艺学的主要研究范畴从工艺发展趋势上看，是全封闭自动化、全程质量控制、在线可视化分析监测、大规模反应器生产和新型分离技术的综合应用。3.1.3生物制药工艺技术的发展市场上对复杂生物药物，如双功能抗体、ADCs、治疗性疫苗、治疗用细胞等的需求不断增长，由此推动生物制药上游工艺的研发及革新，其发展集中于：细胞系开发规模化培养放大过程实时分析自动化控制工艺集成等重点在于保证最终产品质量的同时，提高产量、缩短周期并降低成本。3.1.3.1上游工艺技术发展过程分析技术（ProcessAnalysisTechnique，PAT）PAT是以实时监测（例如在加工中）原材料、中间体和过程的关键质量和性能特征为手段，建立起来的一种设计、分析和控制生产的系统。下游纯化工艺的主要目的是通过分离纯化提高产品的纯度和收率，保障产品质量和稳定性。由于生物材料中目的物含量低，而杂质多，且存在大量与目的物理化性质类似的中间体或代谢产物等，为了纯化一种生物活性物质常常要联用几个，甚至十几个步骤，并变换不同类型的分离方法。其中，色谱（又称层析）技术是生物药物精制的主要手段，影响层析效率最重要的是层析介质及其工艺。3.1.3.2下游工艺技术发展连续层析技术:径向流层析(radialflowchromatography，RFC)周期性逆流层析(periodiccounter-currentchromatography，PCC)连续逆流切向层析(continuouscountercurrenttangentialchromatography，CCTC)模拟移动床(simulatedmovingbed，SMB)生物制药工艺的集成和自动化发展的趋势是连接上游和下游，创建整合的连续生物生产平台3.1.3.3集成与自动化3.2生物制药工艺学的内容3.2.1 生物制药工艺基础3.2.1.1生化制药工艺基础生化制药工艺基础主要内容生化制药的原材料主要来源于动物、植物、微生物等优点：原料来源丰富、价格低廉缺点：但原料的差异较大，制备过程中还可能会引入人畜共患病毒，具有一定的安全性风险一些传统工艺从动物脏器提取的生化药物，目前更多地采用了生物工程技术生产。但是自然界生物具有多样性和复杂性，仍然是生物药物发现的重要源头，如从蛇毒、蜂毒中发现活性多肽等，植物以及海洋生物也是生化药物发现的重要源泉，具有很大发展潜力。需事先对采集的生物材料进行品种鉴定，并尽力保持原材料的新鲜，防止腐败、变质与微生物污染。采摘选取后，必须快速及时预处理和保存，如进行冷冻或脱水，以防止生物活性成分的变性、失活。（1）生物材料采集（2）提取提取时需要根据目的物的性质、杂质种类和特征等选择合适的溶剂系统和提取条件，并需要防止目的物降解或变性失活，多使用缓冲系统并添加保护剂，避免过酸、过碱或高温等。对于细胞内产物，需要进行细胞破壁。提取后的料液体积通常较大，需要浓缩后以便后续处理。常用浓缩方法有：沉淀法、真空减压浓缩、膜滤浓缩等，然后再进行分离纯化。为了便于储存和防止目的物破坏，对于纯化过程中的中间品或提纯后的产品还需要干燥，去除其中水分，常用的有减压干燥、喷雾干燥和冷冻干燥等。其中，冷冻干燥是在低温、低压条件下，利用水的升华性能而进行的一种干燥方法，由于制品在升华过程中温度保持在低温下，对于不耐热的生物药物尤为适宜。（3）浓缩和干燥3.2.1.2微生物制药工艺技术基础微生物制药工艺基础主要内容微生物是一类体积微小、种类繁多、分布广泛的生物，包括细菌、放线菌和真菌。微生物能用于生产抗生素、氨基酸、维生素等生物药物，一些病原微生物还被用于生产菌苗和疫苗。自然界中的菌种并不会大量积累某一产物，只有经过菌种选育，获得优良的制药微生物菌种，并通过自动化、程序化控制的培养发酵过程，才能实现工业化的药物制造。①自然选育通常用于纯化、复壮菌种，达到稳定生产的目的，是日常工作的一部分。②诱变育种指有意识地将生物体暴露于物理的、化学的或生物的一种或多种诱变因子，促使生物体发生突变，进而从突变体中筛选具有优良性状的突变株的过程。③杂交育种通过将两种不同基因型的菌株接合，使两个亲本遗传物质重组，然后筛选获得新性状的菌株。④基因工程技术根据目的物代谢途径进行定向基因改造。⑤合成生物学可以对代谢途径进行大幅度编辑和改造，或者重新设计基因、模块、代谢途径或整个基因组，使菌株按设计生产所需目的物。（1）菌种选育菌种保藏的原理是根据菌种的生理、生化特点，创造条件使菌体的代谢处于不活泼状态。保藏时，先挑选优良的纯种，最好是选取它们的休眠体（孢子、芽孢等），然后创造一个最有利于休眠的环境条件，以降低菌种代谢活动的速度，达到延长保存期的目的。常用的菌种保藏方法有：斜面低温甘油冷冻冷冻干燥液氮低温（2）菌种保藏①建立原始菌种或原始细胞库（PCB）

由一个原始细菌、病毒或细胞群体发展而成的，可稳定传代的群体，经过检定证明适用于生物制品生产；②建立主菌种库或主细胞库（MCB）

将原始菌种或细胞培养扩增，经QC检验合格后，分装保存，一般在10～200份以上，原始菌种或细胞3～5份；③建立工作菌种库或工作细胞库（WCB）

从主菌种库或主细胞库繁殖而来，一般为40～1000份，并进行QC检验，保证工作细胞库与主细胞库完全一致。（3）菌种库的建立与质量控制碳源，如葡萄糖、淀粉等，提供细胞和代谢产物中的碳素物质；氮源，如黄豆饼粉、蛋白胨、酵母粉、铵盐、氨水等；生长因子，是一类对微生物正常代谢必不可少，且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物，如各种维生素、碱基、卟啉、甾醇等；无机盐，是微生物生长繁殖所必需的无机物中的元素，如磷、硫、钾、镁、钠等；水，是微生物一切生命活动赖以进行的基本条件，是营养传导的介质。（4）培养基加热灭菌：常用的加热灭菌方式有高温蒸汽湿热灭菌法和干热灭菌法。湿热灭菌比干热灭菌更为有效，用蒸汽将物料升温至115～140℃并保持一定时间，可杀灭各种微生物。辐射灭菌：利用紫外线、高能量的电磁波或粒子辐射灭菌，其中以紫外线最常用。过滤除菌：如注射剂常用滤膜过滤除菌。发酵过程中所用的大量无菌空气也是采用过滤除菌。化学灭菌：通过药剂与微生物细胞接触，达到杀灭微生物的目的。（5）灭菌与除菌微生物的发酵是一个逐级扩大的培养过程，从保藏菌种开始，经过斜面培养，摇瓶培养，到种子罐、发酵罐中，在一定条件下培养发酵，得到的发酵液经固液分离后进入后续的分离纯化工艺阶段。（6）发酵过程控制生物技术制药工艺基础主要内容3.2.1.3生物技术制药工艺技术基础：利用基因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程技术、分子生物学技术等来研究和开发药物，用来诊断、治疗和预防疾病的发生。①目的基因目的基因的制备方法常用文库筛选法、聚合酶链反应（PCR）和全合成等。②表达系统表达系统由载体和宿主两部分构成，目前用于重组蛋白药物生产的主要有大肠埃希菌、酵母菌和哺乳动物细胞系统。（1）基因工程③体外重组和导入受体细胞微生物宿主：化学法、高压脉冲电击转化、噬菌体介导。动植物细胞：显微注射、基因枪、电穿孔、磷酸钙共沉淀法、脂质体法、逆转录病毒法等。④阳性克隆的鉴定和筛选可以根据遗传表型差异进行筛选，或根据重组子序列结构，使用限制性酶切分析、基因探针原位杂交或PCR方法检测筛选。供生产生物技术药物的动物细胞主要有3类原代细胞直接取自动物组织器官，经过分散、消化制得的细胞悬液；二倍体细胞通常由胚胎组织中获取，生产上广泛应用的有Wl-38、MRC-5、ZBS等；转化细胞系通过某个转化过程形成的，常常因染色体的断裂而变成异倍体，从而失去了正常细胞的特点，从动物肿瘤组织中建立的细胞系也是转化细胞。转化细胞有无限生命力，倍增时间较短，培养条件要求较低，适于大规模生产培养，如Namalwa、CHO、BHK-21、Vero细胞等（2）动物细胞工程动物细胞的表达载体有病毒载体和质粒载体：病毒载体来自牛痘病毒、腺病毒、逆转录病毒和杆状病毒，由选择性地删除病毒的某些必需基因改造而来；动物细胞的质粒载体与微生物的质粒载体类似，通常为穿梭载体，在细菌和哺乳动物细胞内都能扩增，具有两个复制子和筛选标记。含外源基因的重组载体可以通过化学转染、物理转染和病毒介导的转化导入细胞。动物细胞培养的最适温度为37±0.5℃，最适pH7.2～7.4，培养体系中还需维持一定的O2与CO2以保证细胞体内代谢活动。动物细胞培养常需要添加血清，但由于血清成分复杂，质量难控制，具有病毒污染风险。21世纪初开发了全合成培养基，使用化学成分确定的营养成分，如激素与生长因子等，取代早期培养基中的天然成分，以保证细胞良好生长，维持批次间的稳定，适合于大规模生产。动物细胞培养主要可分为3类：悬浮培养即让细胞自由地悬浮于培养基内生长增殖，它适用非贴壁依赖性细胞，优点是操作简便，培养条件比较均一，传质和传氧较好，容易扩大培养规模，但细胞体积小，密度低；贴壁培养是让细胞附在某种基质上生长繁殖的培养方法，适用于贴壁依赖性细胞，优点是适用的细胞种类广，较容易采用灌流培养方式使细胞达到高密度，不足是操作比较麻烦，需要合适的贴附材料和足够的面积，培养条件不易均一，传质和传氧较差；微载体培养是使细胞贴附在微小颗粒载体上，它创造了相当大的贴附面积，供细胞贴附生长、增殖，微载体体积很小，比重较轻，在轻度搅拌下即可使细胞自由悬浮于培养基内，兼具悬浮和贴壁培养的双重优点。酶工程（enzymeengineering）是研究酶和应用酶的特异催化功能，通过工程化过程将相应原料转化成所需产物的技术，它的主要内容包括酶的生产、分离纯化、修饰改造，酶的固定化及应用等。固定化酶（immobilizedenzyme）是指借助于物理和化学的方法将酶束缚在一定空间内并具有催化活性的酶制剂，酶促反应后可以实现快速分离酶与产物溶液，实现酶的重复循环利用；还可以将底物溶液不断通过固定化酶反应器，实现连续操作。常用的固定化方法有吸附法、包埋法和共价键结合法等。（3）酶工程3.2.2生物分离工程技术预处理：需要尽量去除细胞或组织的碎片、核酸、杂蛋白质及多糖等，并改变细胞培养液流体性质，以便后续液-固分离。细胞破碎：对于胞内物质，需要使用细胞破碎方法，使胞内物质释放，常用的破壁方法有机械法、物理法、化学法等液-固分离：常用过滤和离心3.2.2.1生物分离及纯化方法(1)预处理和液-固分离(2)分离纯化单元操作溶剂萃取法：利用溶质在两个互不相溶的溶剂中溶解度的差异，使溶质从一液相传递到另一液相的操作。反胶束萃取：将表面活性剂溶于非极性溶剂中，且浓度超过临界胶束浓度时，会在有机溶剂内形成聚集体，其中表面活性剂的非极性基团在外，而极性基团则排列在内，形成一个极性核。蛋白质及其他亲水性物质能够溶于极性核内部的水中，不与有机溶剂接触，从而不会造成失活。双水相萃取法是利用不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统，物质在两水相间分配系数有差异而分离的方法。萃取法盐析低盐情况下，随着中性盐离子强度的升高，蛋白质溶解度增大，称盐溶现象。但是，在高盐浓度时，蛋白质溶解度随之减小，发生盐析作用。有机溶剂沉淀在生物大分子溶液中，加入与水互溶的有机溶剂，能显著地降低生物大分子的溶解度而发生沉淀。等电点沉淀对于两性物质，等电点时净电荷为零，导致赖以稳定的双电层及水化膜的削弱或破坏，分子间排斥电位降低，能相互聚集，发生沉淀。结晶法结晶（crystallization）是制备纯物质的有效方法。溶液中的溶质在一定条件下因分子有规则的排列而结合成晶体。固相析出法利用吸附作用，将样品中的生物活性物质或杂质吸附于适当的吸附剂上，利用吸附能力的差异，使目的物和其他物质分离，达到浓缩和提纯目的的方法。吸附法具有操作简便、快速、成本低、少用或不用有机溶剂、吸附与洗脱过程中pH变化小，较少引起生物活性物质变性失活等优点。早期人们使用天然来源的吸附剂，如活性炭、硅胶等，但是天然来源的吸附剂质量难以控制。1957年首次合成大孔网状聚合物吸附剂，具有选择性好、解吸附容易、理化性质稳定、机械强度好、可反复使用和流体吸力较小等优点。吸附法离子交换法（ionexchange）是利用溶液中各种带电粒子与离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。离子交换剂由惰性不溶性载体、功能基团和平衡离子组成。阳离子交换树脂阴离子交换树脂离子交换法又称分子筛层析、排阻层析、凝胶扩散层析、限制扩散层析等，它是将样品混合物通过一定孔径的凝胶固定相，由于各组分流经体积的差异，使不同分子量的组分得以分离的层析（色谱）方法。优点：操作简便、所需设备简单、分离条件缓和、分离效果较好、样品回收率高，以及凝胶不需要复杂的再生过程便可重复使用等优点，适用于各种生化物质。缺点：分辨率不高，分离操作较慢。凝胶层析利用生物大分子与相应分子之间专一性可逆结合的特性而建立的分离纯化技术，适用于从复杂混合物中提纯目的物。优点：高效、高收率、对设备要求不高、操作简便等。缺点：亲和吸附剂通用性较差；须很好地控制洗脱条件，以避免生物活性物质的变性失活。亲和层析按照生物特异性相互作用的类别，可以分为免疫亲和层析（IAFC）、金属离子亲和层析（IMAC）和生物亲和层析（BAFC）等。亲和层析用膜作为选择障碍层，允许某些组分透过从而与混合物中其他组分分离的技术。可实现分子（离子）级水平的过滤分离。按照分离范围的不同，可分为透析、超滤、反渗透和电渗析等。膜分离制备型高效液相色谱是一种使用高压、大流量液体输送系统，在高分辨率、大内径、高载量分离柱上进行样品高纯度分离的液相色谱法。该方法具有重现性好、分辨率高等优点，在生物药物研究与生产领域得到广泛应用。制备型高效液相色谱制备型高效液相色谱仪的组成（一）输液系统（二）进样系统（三）分离系统（四）检测系统（五）收集系统（六）数据处理系统生物制药中分离纯化工艺的主要原理有：①根据分子形状和大小不同进行分离。如差速离心与超离心、膜分离（透析、电渗析）与超滤法、凝胶过滤法。②根据分子电离性质（带电性）的差异进行分离。如离子交换法、电泳法、等电聚焦法。③根据分子极性大小及溶解度不同进行分离。如溶剂提取法、逆流分配法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀法及有机溶剂分级沉淀法。④根据物质吸附性质的不同进行分离。如选择性吸附与吸附层析法。⑤根据配体特异性进行分离——亲和层析法。3.2.2.2分离纯化工艺的选择依据生物药物大多是具有特定空间结构的生物大分子，其生产工艺复杂、步骤多，工艺过程控制要求高，每一生产步骤的微小改变，都可能影响终产物的产量、结构以及生物活性。（1）原材料和辅料（2）上游工艺过程（3）下游工艺过程（4）终产品质量3.2.3生物制药工艺过程控制3.2.3.1生物制药工艺过程质量控制生物药物制备工艺复杂、周期长，工艺中某些关键控制参数有轻微的偏差就会对产品质量造成很大的影响。

随着GMP监管要求的提高，对药品质量的要求越来越严格，越来越注重对生产过程的控制，而人工操作与传统的生产控制已无法满足现代制药生产的要求，发展制药过程自动化技术是确保药品质量的重要手段。3.2.3.2生物制药工艺过程自动化生物制药上游工艺离不开自动化控制，例如在细胞培养过程中，需要控制参数包括温度、溶解氧、二氧化碳浓度、pH值、营养物浓度等。下游分离纯化工艺目前多用单体设备控制，如过滤设备、浓缩设备、层析设备等，设备与设备之间通过一次性管路连接，设备间关联性不高，控制方法简单，设备厂家采用逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）实现设备操作和运行。

其中一个挑战是工艺的连续化和集成化，实现全过程的自动化控制；另一个挑战是生物药物的实时测量。例如：肝素（heparin）是天然抗凝剂，是一种含有硫酸基的酸性黏多糖，易溶于水，不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，其游离酸在乙醚中有一定溶解性。3．3生物药物制造工艺实例3.3.1生化药物制造工艺例如：阿卡波糖（Acarbose）用于治疗II型糖尿病是一种复合的低聚糖，结构复杂，目前都是通过微生物发酵法来生产。发酵工艺过程包括平板复苏，茄子瓶斜面培养，制备种子，接入发酵罐中，27℃通气搅拌下发酵培养7-8天；

纯化工艺：

3.3.2微生物药物制造工艺干扰素（Interferon）是由干扰素诱生剂诱导有关生物细胞所产生的一类多功能诱生蛋白，它可作用于其他相应的同种生物细胞，使其获得广谱的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节活性。3.3.3生物技术药物制造工艺3.3.3.1重组蛋白质或多肽类药物的制造工艺抗体的一般制备工艺：

3.3.3.2治疗性抗体制造工艺重组乙肝疫苗的制备工艺：

3.3.3.3疫苗的制造工艺谢谢！生物制药导论第四章生物药物分析生物药物分析的性质与任务生物药物分析：以分析化学、微生物学、生物化学、免疫学等多学科交叉为基础，研究生物药物质量控制和分析方法的学科基本任务：分析鉴定生物药物有效成分、化学结构，测定主要成分的生物活性、制剂中的细菌内毒素、相关物质及其降解产物含量等，全面控制产品的质量，保障患者用药的安全性。生物药物分析的质量检定内容理化检定：包括物理性状检查、蛋白质含量测定、防腐剂含量测定、纯度及鉴别试验等。安全性检定：包括外源性污染检查、杀菌灭活和脱毒检查、过敏性物质检查等。含量（生物效价）检定。生物药物分析技术以待测物质在特定能量作用下发生内部能级跃迁为基础建立的定性或定量分析方法，定量分析的理论基础为Lamber-Beer（朗伯-比尔）定律。光谱分析法利用物质对紫外光区（200~800nm）光辐射的吸收特性建立的定量方法。灵敏度：10-7~10-4g·mL-1适用范围：不饱和有机化合物紫外-可见吸收光谱法：①直接荧光分析法②间接荧光分析法又分为荧光衍生法和荧光猝灭法③其他荧光分析法荧光免疫分析、荧光探针标记等。荧光分析法：利用荧光物质的荧光发射波长和强度进行定性定量分析的方法。灵敏度：比紫外-可见分光光度法高2~4个数量级高效液相色谱法键合相色谱法不同组分因与固定相之间极性强弱不同而分离，根据固定相的极性强弱可分为正相键合相色谱法和反相键合相色谱法。液-固吸附色谱法利用样品组分与固定相的吸附作用不同而分离。固定相可分为极性和非极性两大类。离子对色谱法

将一种（或多种）与溶质分子电荷相反的离子（称为对离子或反离子）加到流动相或固定相中，使其与溶质离子结合形成疏水型离子对化合物来控制溶质离子的保留行为。离子交换色谱法

离子交换树脂作为固定相，离子交换树脂上可交换的离子与流动相中具有相同电荷的样品离子发生可逆交换，利用不同组分离子对树脂的亲和力不同实现分离。亲和色谱法

将相互间具有高度特异亲和性的两种物质之一作为固定相，利用与固定相不同程度的亲和性，使各组分分离。体积排阻色谱法依据相对分子质量的大小对待测物进行分离，常用于分离相对分子质量大的化合物。电泳分析法指带电供试品（蛋白质、核苷酸等）在惰性介质中，在电场的作用下，向对应的电极方向按各自的速度泳动，使组分分离成狭窄的区带，用适宜的检测方法记录其电泳区带图谱或计算其含量(%)的方法。根据支持介质的不同可分为纸电泳法、醋酸纤维素薄膜电泳法、琼脂糖凝胶电泳法、聚丙烯酰胺凝胶电泳法和毛细管电泳法。DNA电泳谱图质谱分析法质谱是指在高能粒子束（电子、离子、分子等）作用下，将待测样品电离为带电离子，带电离子在电场或磁场的作用下，按照质荷比m/z进行分离，并依次排列而成的谱图。苯乙酮的质谱图酶分析法以酶为分析对象，根据需要对生物药物生产过程中所使用的酶和生物药物样品所含的酶进行含量或活力测定以酶为分析工具或试剂，测定生物样品中用一般理化方法难以测定的物质主要包括：终点法、反应速率法和酶循环放大法。生物学活性分析分子水平活性分析法基于分子间特异性、非共价和可逆相互作用建立的分析方法，主要基于生物药物与某种物质的结合或生物药物本身的化学反应，具有便于操作、精确、稳定等特点。常用方法：酶联免疫吸附法、分子相互作用分析法。生物学活性分析细胞水平活性分析法通过研究生物药物与特定细胞的相互作用，可从药物与细胞表面抗原的结合、药物对胞内信号通路的激活/阻断作用、药物对细胞生长的促进/抑制作用等方面对药物的生物学活性进行评价。常用方法：细胞水平结合活性、细胞增殖法、细胞毒性法、细胞因子分泌测定法、报告基因法等生物学活性分析动物水平活性分析法利用动物体内某些指标的变化测定药物生物学活性的动物实验方法，属生物检定法。常用方法：直接测定法、质反应测定法和量反应平行线法生物药物分析方法抗体药物分析抗体药物是一类通过人工合成的抗体来治疗疾病的药物，通过与目标分子特异性结合从而达到治疗的目的。抗体药物的质量管理分为原液和成品检定。成品检定是在原液检定的基础上，增设立制剂相关的检查项目，如制品外观（如颜色、澄清度、可见异物等）、复溶时间、装量差异、无菌检查等。原液检定项目包含抗体药物的鉴别、纯度和杂质、蛋白质含量、活性检测、宿主蛋白残留量、细菌内毒素等。其中，鉴别项包含N-末端氨基酸序列、糖基化修饰、等电点等结构相关确证项目。氨基酸序列测定常用肽图分析，其余各项多用电泳或色谱技术，如糖基化修饰常用毛细管电泳（CE）或高效液相色谱（HPLC）法等。核酸（mRNA）药物分析测序方法包括高通量测序技术（HTS）、SANGER测序、逆转录PCR(RT-PCR)等完整性检测方法主要是电泳法，包括毛细管电泳、毛细管凝胶电泳、琼脂糖凝胶电泳等。mRNA的转录具有很高的变异性，而其序列的正确性是其执行翻译功能的基本前提，因此有必要对mRNA进行测序以保证其序列的正确性和完整性抗生素类药物的分析抗生素化学结构的不同，可将其分为：β-内酰胺类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类和其他抗生素（多肽类、酰胺醇类等）。鉴别、检查、含量测定生物药物分析新技术与新方法冷冻电镜技术Nat.Chem.Biol.,2020,16,231-239

单颗粒冷冻电镜技术利用的是电子显微镜的成像性质，通过将生物大分子的溶液样品快速投入至冷却到液氮温度的液态乙烷中，得到冰层厚度合适的冷冻样品，然后对冰层中均匀分布的生物大分子颗粒进行拍照。通过算法对拍到的上千张不同角度的二维照片进行分析，最终得到蛋白结构。荧光纳米探针技术常用策略：荧光猝灭荧光免疫分析荧光共振能量转移Nat.Mater.,2005,4,

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生物芯片技术广义：可以检测生物信号、处理分析生物信息的芯片技术。狭义：将生物分子（寡核苷酸、互补DNA、多肽、蛋白质等），固定在固体芯片表面等载体上，并根据生物分子间特异相互作用，实现对核酸、蛋白质等生物分子检测的技术。

主要包括：基因芯片（DNA芯片）、蛋白质芯片、微流控芯片等质谱成像技术通过一些原位电离源，如解吸电喷雾电离源（DESI）、基质辅助激光解吸电离源（MALDI），与质谱相联，通过可视化的成像软件，使得被检测到的荷质比，根据含量不同通过不同强度的色彩呈现，进而提供化合物的位置信息。生物药物的质量控制生物药物的质量控制特点结构确认的不完全性质量控制的过程性生物活性检测的重要性生物药物的质量标准主要包括生物药物的理化性质鉴定、生物活性测定方法、杂质限度检测方法及其标准、标准品或者参考品、安全性评价等指标内容。生物药物的质量管理药物非临床研究质量管理规范（GoodLaboratoryPractices,GLP）药物临床试验质量管理规范（GoodClinicalPractices,GCP）药物生产质量管理规范（GoodManufacturingPractices,GMP）药品经营质量管理规范（GoodSupplyPractices,GSP）谢谢！生物制药导论第五章生物药物药剂学5.1生物药物药剂学概述近年来，在全球销量前十名的药物中生物药物制剂已经占有半壁江山。生物技术药物已经成为一种重要的临床治疗手段。5.1.1生物药物药剂学概念药物的来源有很多，可分为三大类：中药与天然药物、化学药物、生物技术药物。生物技术药物（Biologics）是指通过基因重组、发酵、核酸合成等生物技术手段获得的药物。临床应用之前，都必须制成适合于医疗预防应用，并具有与一定给药途径相对应的形式，此种形式称之为药物剂型（Dosageforms），简称剂型。5.1.1生物药物药剂学概念生物药物制剂（Biodrugpreparations）简称生物制剂，是指剂型确定以后的具体生物药物品种，例如重组人胰岛素注射液、注射用重组人促卵泡激素、外用重组人粒细胞巨噬细胞刺激因子凝胶等。5.1.1生物药物药剂学概念生物药物药剂学（Biodrugpharmaceutics）是综合应用医学、微生物学、生物化学、分子生物学、免疫学、工程学以及药学等科学的原理和方法，将从生物体、生物组织、细胞、体液等提取制成的生物药物制备成制剂过程中的处方设计、基本理论、制备工艺、质量控制和合理使用等内容的综合性、应用性学科。5.1.1生物药物药剂学概念生物药物药剂学的宗旨或任务是制备安全、有效、稳定、使用方便的生物药物制剂。生物药物药剂学的发展对生物药物制剂的研发尤为重要。药物递释系统（Drugdeliverysystems，DDS），亦称药物递释系统，是指将必要量的药物，在必要的时间内递送到必要的部位的技术。5.1.2生物药物药剂学与其他学科的关系生物药物药剂学相关的基础学科（如生物化学、分子生物学、细胞生物学、免疫学、基因工程学等）为生物药物的发现和发展奠定了基础。相关基础学科促进了大量生物药物的发现与升级。5.1.2生物药物药剂学与其他学科的关系生物药物药剂学相关的关键学科（药剂学、生物药剂学与药物动力学、物理药剂学、工业药剂学、临床药剂学等）为生物药物的最终剂型选择、处方设计、生产工艺和质量评价等提供了关键学科支持。5.1.2生物药物药剂学与其他学科的关系生物药物药剂学相关的工具学科（如药物分析学、药理学、有机化学、生物分离工程学、药物化学、药物合成反应、微生物与生化药学、药物生物信息学等）为生物药物的合成或半合成、分离纯化、质量鉴定与控制、药效活性评价等提供了坚实的基础。图5-1生物药物药剂学与其他学科的关系示意图5.1.2生物药物药剂学与其他学科的关系5.1.3生物药物药剂学的发展简史生物药物药剂学根据生物药物的发展历史，主要包括传统生物药物制剂发展阶段、近代生物药物制剂发展阶段及现代生物技术药物制剂发展阶段。从远古到20世纪早期是传统生物药物制剂发展阶段。20世纪早期到20世纪末是近代生物药物制剂的发展阶段。现代生物药物药剂学的发展始于20世纪末至今。5.2.1生物药物药剂学的主要内容基本理论的研究。基本生物药物剂型与新剂型的研究。新型生物药物辅料的研究。5.2.2生物药物药剂学的突出特点学科交叉性强。学科前沿关联度高。5.3生物药物递释系统前沿5.3.1多肽及蛋白类药物递释系统（1）多肽作为药物递释系统的构筑单元主要包括靶向肽、细胞穿膜肽、响应肽等。图5-2不同类型多肽作为药物递释系统构筑单元的示意图（2）多肽作为药物递释系统中的治疗性药物

主要包括化学修饰型多肽、贮库型多肽药物、纳米多肽药物递释系统等。药品名称公司创新类型(剂型)释放周期上市时间Bydureon®(注射用艾塞那肽微球)阿斯利康创新药(注射液)1周2017年Sandostatin®(注射用醋酸奥曲肽微球)诺华

创新药(注射液)1个月2003年LupronDepot®或抑那通®(注射用醋酸亮丙瑞林微球)武田/雅培创新药(注射液)1、3、6个月1989年

贝依®(注射用醋酸亮丙瑞林微球)丽珠制药

仿制药(注射液)1个月2009年博恩诺康®(注射用醋酸亮丙瑞林微球)北京博恩特仿制药(注射液)1个月2009年表5-1目前已经国内外上市的部分多肽类药物长效微球制剂（3）蛋白质作为药物递释系统的构筑单元主要包括白蛋白、玉米醇溶蛋白、丝素蛋白等。图5-3紫杉醇白蛋白纳米制剂（Abraxane®）的原理示意图（4）蛋白质作为药物递释系统的治疗性药物主要包括：可注射类蛋白质药物递释系统口服类蛋白质药物递释系统粘膜类蛋白质药物递释系统5.3.2基因类药物递释系统

基因类药物通常是指用于基因治疗的核酸类药物，主要包括质粒DNA、反义寡核苷酸、小干扰RNA(siRNA)、小RNA(miRNA)、短发卡RNA(shRNA)、信使RNA(mRNA)以及新型基因编辑手段CRISPR/Cas9等。图5-4CRISPR/Cas9系统（1）病毒类基因药物递释系统（2）非病毒类基因药物递释系统

主要包括以下：5.3.2基因类药物递释系统5.3.3疫苗类药物递释系统（1）疫苗类药物递释系统的发展现状（2）疫苗类药物递释系统的种类①基于脂质体的疫苗递释系统②基于多种纳米粒子的疫苗递释系统③基于病毒载体的疫苗递释系统④基于细胞的疫苗递释系统图5-5LNPs递送mRNA疫苗进入细胞内的流程图5.3.3疫苗类药物递释系统谢谢！生物制药导论第六章生物药物药理学6.1生物药物药理学概述定义：药理学(pharmacology)研究药物与机体相互作用及其作用规律的学科。

6.1.1药理学的概念与研究内容药理学药物效应动力学药物代谢动力学药物毒理学研究内容：

6.1.1.1药物效应动力学定义：

药物效应动力学(pharmacodynamics，PD)是研究药物对机体的作用及其规律、机制及临床应用。研究目的：1）确定药物有效性；2）提高药物疗效研究内容：非临床药效学研究临床药效学研究6.1.1.2药物代谢动力学定义：

药物代谢动力学(pharmacokinetics，PK)研究机体对药物的处置的动态变化。ADME吸收(absorption)分布(distribution)代谢(metabolism)排泄(excretion)6.1.1.2药物代谢动力学(pharmacokinetics，PK)口服药物的体内过程示意图6.1.1.3药物毒理学研究定义：药物毒理学（drugtoxicology）研究药物在一定条件下对生物体的损害作用，并对药物毒性作用进行定性、定量评价以及对靶器官毒性作用机制进行研究。靶器官毒性非靶器官毒性生物药物药理学：药效学

药动学

毒理学6.1.2生物药物药理学临床研究非临床研究6.1.2.1生物药物药理学特点生物技术药物有细胞因子、融合蛋白、受体、单克隆抗体等一般药物生物药物分子量小较大特异性较低高毒性较高较小可预测性一般好种属特异性无或一般有免疫原性不易产生易产生多效性和网络性无有生物药物的特点药理作用的特异性动物模型/种属的选择给药剂量和途径选择体外生物活性与体内药效关系免疫原性生理效应放大毒理作用6.1.2.1生物药物药理学特点研究重点6.1.2.2生物药物非临床研究毒理学：重复给药毒性、生殖毒性、长期毒性、致癌性等药动学临床实验阶段药效学部分药动学：血药浓度、体外代谢等毒理学：安全药理学、遗传毒性、短期重复给药毒性实验临床前研究阶段非临床药理学研究贯穿在药物整个研发阶段。生物药物非临床药效学研究特点6.1.2.2生物药物非临床研究特点研究注意事项药物靶点明确的药物靶点，作用机制清晰药物作用组织复杂多样根据具体药物情况设计研究方案结构可人源化慎重选择实验动物机体重新利用可以研究内容和技术要求与化药不同化学组成与机体内源物相似测定方法的特异性要求高给药量一般较低药物浓度检测方法灵敏度要求高6.1.2.3生物药物临床药理学研究定义：临床药理学（clinicalpharmacology）是以患者为对象，利用现代理论、现代技术研究药物的体内处置过程与人体间相互作用的规律和机制，评价药物的安全性和有效性，并对药物的合理应用提出指导性意见。药物机体6.1.3生物药物药理学研究进展6.1.3.1生物药物新靶点药物靶点：指能和药物分子相互作用，产生药理效应的生物分子。G蛋白偶联受体离子通道转运体酶核受体26.85%13.4%2.7%44.1%13%临床确认的药物靶点占比单克隆抗体药物靶点许多肿瘤的发生发展与酪氨酸激酶受体的过度表达有关。如：赫赛汀（Herceptin）、格列卫（Glivec）、美罗华（Rituximab）均靶向酪氨酸激酶受体。重组蛋白类药靶点靶向机体因先天基因缺陷或后天疾病等造成的体内相应功能蛋白的缺失。如：胰岛素、促红细胞生成素、生长激素。6.1.3.1生物药物新靶点核酸药物靶点

靶向于mRNA。如：诺西那生钠通过基因沉默抑制靶蛋白的表达，治疗儿童和成人的脊髓性肌萎缩。6.1.3.1生物药物新靶点靶点研究：药物靶点数据库，计算机辅助药物设计，计算机虚拟筛选等。6.1.3.2抗体药物药理学进展抗体药物是利用现代生物工程技术在体外培养的对抗各类与疾病相关蛋白的免疫球蛋白或者分子片段。

鼠源抗体→嵌合抗体→人源化抗体→全人源抗体抗体药物发展

临床应用恶性肿瘤免疫性疾病移植排斥反应抗体药物作用机制6.1.3.2抗体药物药理学进展（1）与抗原直接结合，抑制或阻断细胞内信号通路。（2）通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用或补体依赖的细胞毒性作用以及T细胞功能调节。（3）抗体与一些小分子酶抑制剂或放射性药物偶联，将药物递送到靶点。6.1.3.2抗体药物药理学进展抗体药物研究要点新的分子靶点提高药效降低免疫原性耐药性研究6.1.3.3生物类似药研究进展生物类似药（Biosimilar）：是指在质量、安全性和有效性方面与已获准上市的原研生物技术药物相似且没有临床意义上的差异的生物技术药物。生物类似药四个重要特征（1）高度类似（2）临床意义相同（3）差异性被严格限制（4）质量、安全性和有效性有严格标准研发和评价的基本原则（1）比对原则

（2）逐步递进原则（3）一致性原则

（4）相似性评价原则6.1.3.3生物类似药研究进展6.2.1生物药效学研究内容及指导原则6.2.1.1生物药物药效学研究内容研究内容：主要研究药物对机体或者病原微生物的作用及其机理。6.2生物药物的药效学研究具体类型生物药开发的整体性指南：

双特异性抗体，

FDA发布了《BispecificAntibodyDevelopmentProgramsGuidanceforIndustry》

根据药效学研究内容分板块制定的指导原则：

（1）《Drug-Dru