生物技術制藥第2版-第一章-緒論課件

生物技術制藥

1課程教學內容生物技術藥物的基本知識基因工程制藥動物細胞工程制藥抗體工程制藥疫苗及其制備技術酶工程制藥發(fā)酵工程制藥微生物轉化蛋白質藥物的化學修飾十.新型生物技術制藥2第一章緒論學習要求：1.掌握：生物技術、生物技術藥物、生物技術制藥的概念2.熟悉：生物技術藥物的特性、生物技術制藥的主要研究內容任務3.了解：生物技術藥物的分類、生物技術制藥的發(fā)展歷程和趨勢3內容生物技術的概念生物技術藥物生物技術制藥概念及主要研究內容與任務生物技術制藥發(fā)展歷程和趨勢4第一章緒論生物技術（biotechnology）又稱生物工程（bioengineering）：以現代生命科學為基礎，結合先進的工程技術手段和其他基礎學科的科學原理，按照預先的設計改造生物體或加工生物原料，發(fā)展新產品或達到某種目的技術體系。一、生物技術的概念（biotechnology）5生物技術涉及的學科生物化學、分子生物學、分子遺傳學、微生物學、細胞生物學、免疫學、藥學、化學工程、計算機技術等。6生物技術的技術范疇蛋白質工程抗體工程糖鏈工程海洋生物技術生物轉化7核心和關鍵是主導技術基礎條件獲得產物的手段第二代基因工程第三代生物技術衍生工程技術8技術范疇間的關系基因工程是生物技術的核心和關鍵，是主導技術；細胞工程是生物技術的基礎；酶工程是生物技術的條件；發(fā)酵工程是生物技術獲得產物的手段；蛋白質工程又稱第二代基因工程；第三代生物技術——海洋生物技術衍生出：抗體工程、糖鏈工程、生物轉化技術等現代生物技術的基礎學科和分支分子生物學醫(yī)藥生物技術微生物學生物技術疫苗生物化學現代生物技術生物技術診斷遺傳學農業(yè)生物技術細胞生物學家畜生物技術化學工程海洋生物技術

抗體工程生物技術內容——基因工程（geneticengineering）也稱遺傳工程、DNA重組技術、基因操作技術：現代生物技術的核心和主導；應用人工方法將生物遺傳物質（DNA）分離、切割、拼接和重組，導入宿主細胞或個體，改變其遺傳品性；使新的遺傳信息在宿主（細胞或個體）中大量表達以獲得基因產物（多肽或蛋白）。1011基因工程在制藥中的應用1）基因工程藥物品種的開發(fā)2）基因工程疫苗3）基因工程抗體4）基因診斷與基因治療5）應用基因工程技術建立新藥的篩選模型6）應用基因工程技術改良菌種，產生新微生物藥物7）基因工程技術在改進藥物生產工藝中的應用8)應用轉基因動、植物生產蛋白質類藥物12

利用基因工程細菌等表達人類一些重要基因片斷，可產生具有生理活性的肽類和蛋白質類藥物。如：應用傳統(tǒng)的技術方法提取1mg生長激素抑制素(somatostatin)需要用10萬只羊的下丘腦。用基因工程方法只需10L大腸桿菌培養(yǎng)液，其價格大約為每毫克0.3美元。13基因工程乙肝疫苗14也成細胞操作技術，生物技術的基礎；以細胞為基本單位，體外進行培養(yǎng)、繁殖；改良生物品種和創(chuàng)造新品種：按人們意愿改變細胞某些生物學特性，加速繁育個體（動、植物）、獲得有用物質的過程。生物技術內容——細胞工程（cellengineering）15利用微生物的特殊功能生產有用物質；是獲得終產物的手段直接將微生物應用于工業(yè)生產的一種技術體系；包括：菌種選育、菌種生產、代謝產物發(fā)酵、微生物功能利用等。生物技術內容——發(fā)酵工程（fermentationengineering）16利用酶或細胞所具有的特殊催化功能，或對酶進行修飾改造，并借助生物反應器和工藝過程來生產所需產品的一項技術。包括：酶的開發(fā)與生產、酶的分離與純化、酶的固定化、反應器的研制及酶的應用等。生物技術內容——酶工程（enzymeengineering）2015-08-281718第二代基因工程通過改變基因制造新型蛋白質；基因工程區(qū)別：以生產天然（已存在）蛋白為主。利用基因工程技術改變核酸序列（密碼子），從而創(chuàng)造新蛋白。生物技術內容——蛋白質工程（proteinengineering）19綜合基因工程、細胞工程、蛋白質工程及單抗技術衍生而來；應用細胞生物學、分子生物學技術改變抗體遺傳特性和生物學特性，獲得具有特定生物學特性和功能的新抗體建立能過穩(wěn)定獲得高質量和產量抗體的技術。生物技術內容——抗體工程（antibodyengineering）20綜合基因工程、酶工程、蛋白質工程等及質譜技術，衍生而來內容包括：糖鏈制備、結構分析、糖鏈與蛋白的連接方式、糖鏈對蛋白質功能與活性的影響、蛋白糖基化技術等。生物技術內容——糖鏈工程（glycotechnology）21運用海洋生物學與工程學的原理和方法，利用海洋生物或生物代謝過程，生產有用物質或定向改良海洋生物遺傳特性的技術第三代生物技術生物技術內容——海洋生物技術（marinebiotechnology）22也稱生物催化（biocatalysis），衍生技術利用生物體系酶制劑作為催化劑對外源性底物實現化學轉化的過程；生物體系包括：細菌、真菌、植物組織、動物組織或動物組培養(yǎng)體系；微生物是生物轉化最常用的有機體；生物技術內容——生物轉化（biotransformation）23生物技術藥物（一）生物技術藥物的概念（二）生物技術藥物的分類（三）生物技術藥物的特性24生物技術藥物的概念生物藥物（制品）（biologicaldrug，biologics）：運用生物相關學科的原理和方法，從生物體、生物組織、細胞、體液等制造的一類用于預防、治療和診斷疾病的制品；

主要指蛋白質、核酸、糖類、脂類等。生物技術藥物（biotechnologicaldrug）：采用DNA重組技術或其他生物技術生產用于預防、治療和診斷疾病的藥物，主要指重組蛋白或核酸類。

包括：細胞因子類、融合蛋白類、單克隆抗體類、反義核酸、microRNA.25生物技術藥物的分類治療藥物：EPO,IL-2,GCSF,rhES,Avastin，Herceptin，etc預防藥物：疫苗診斷藥物：免疫診斷、DNA芯片按用途分類26生物技術藥物的分類2.按作用類型分類細胞因子類：EPO,IL-2,IF-a,b,GCSF,rhES,TNFa,etc激素類：GH,Insulin酶類：尿激酶、葡激酶、凝血酶等單抗類：曲妥珠、利妥昔、阿達木、貝伐單抗反義核酸類：fomivirsen，福米韋生RNA干擾（RNAi）:臨床研究基因治療類：P53今又生疫苗類：狂犬、乙肝疫苗27生物技術藥物的分類多肽類藥物：多肽激素蛋白質類藥物：核酸類藥物：聚乙二醇類：ADC類藥物：3：按生化特性分類(三)、生物技術藥物的特性相對分子量大分子結構復雜穩(wěn)定性差理化特性ChemicaldrugMW:150~1500kDaProteindrugMW:15~35kDaAntibodydrugMW:150kDa29(三)、生物技術藥物的特性藥理特性活性與作用機制明確針對性強毒性低體內半衰期短具有種屬特異性具有免疫原性藥物分子在原料中的含量低；原料中存在可降解目標產物的雜質；制備工藝條件溫和；分離純化困難，易污染；質量標準內容的特殊性；制造項的特殊性；檢定項目的特殊規(guī)定；(三)、生物技術藥物的特性生產制備特性質量控制特性

生

物

技

術

藥

物

開

發(fā)

程

序31生物反應器32大腸桿菌及酵母小試發(fā)酵系統(tǒng)產業(yè)化哺乳動物細胞反應器哺乳動物細胞培養(yǎng)及發(fā)酵系統(tǒng)分離純化系統(tǒng)33制劑的無菌分裝與凍干34質量分析3536檢查項目方法標準肽圖2010版《中華人民共和國藥典》（第三部）附錄ⅧE結果應與理化對照品圖形一致純度分析SEC-HPLC，分子排阻色譜法應不低于95.0%reduced-SDS，2010版《中華人民共和國藥典》（第三部）附錄ⅣC應不低于95.0%分子量SDS，2010版《中華人民共和國藥典》（第三部）附錄ⅣC輕鏈分子量應在20.0kDa-25.0kDa范圍內，重鏈分子量應在50.0kDa-58.0kDa范圍內異質性分析WCX-HPLC，離子交換色譜堿性峰比例應為6.0%~18.0%；酸性峰比例應為16.0%~30.0%等電點，《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅣD主條帶為8.1±0.4，分布區(qū)間在7.2~9.5之間，應與對照品一致CHO宿主蛋白殘留ELISA應不高于總蛋白質的0.020%ProteinA殘留ELISA應不高于總蛋白質的0.010%/10ppm外源性DNA殘留熒光染色法，2010版《中華人民共和國藥典》（第三部）附錄ⅨB應不高于10ng/劑量磷酸三丁酯殘留氣相色譜法，2010版《中華人民共和國藥典》（第三部）附錄ⅥJ應不高于總蛋白質的0.010%聚山梨酯-80殘留《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅥH應不高于總蛋白質的0.50%結合活性ELISA比活性應不低于2.0×106U/mg蛋白濃度《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅥB第二法應不低于20.00mg/ml細菌內毒素《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅫE應低于0.16EU/mg蛋白質37檢查項目方法標準平均偶聯率疏水色譜分析應在3.50-4.50之間。藥物分布比例疏水色譜分析D0應不大于6.0%，D1應不大于2.0%，D2應為22.0%-32.0%，D3應不大于2.0%，D4應為40.0%-50.0%，D6應為13.0%-23.0%，D8應為2.0%-10.0%。純度分析分子排阻色譜法應不低于95.0%。DMSO殘留中國藥典2010版第三部附錄ⅢC應不高于總蛋白質的0.20%。游離小分子藥物殘留反相高效液相色譜法MMAE殘留量應不高于總蛋白質的0.10%，MC-Val-Cit-PAB-MMAE殘留量應不高于總蛋白質的0.10%。生物學活性細胞活性比活性應不低于0.5×106U/mg結合活性比活性應不低于2.0×106U/mg蛋白濃度《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅥB第二法應不低于10.0mg/mlpH值《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅤA應在5.8~6.8之間。滲透壓《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅤH應在300-400mOsmol/kg之間。pI等點聚焦電泳IEF主條帶應為8.4±0.4，分布區(qū)間應在6.0～9.0之間，應與對照品一致細菌內毒素《中華人民共和國藥典》2010年版三部附錄ⅫE應小于0.16EU/mg蛋白質。(一)、生物技術制藥的概念

利用基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質工程等生物技術，來研究、開發(fā)和生產用于預防、治療和診斷疾病的藥物。三生物技術制藥的概念和主要研究內容與任務生物技術藥物（biotechnologicaldrug）：采用DNA重組技術或其他生物技術生產用于預防、治療和診斷疾病的藥物，主要指重組蛋白或核酸類。生物藥物：凡用作診斷、預防和治療的來源于生物體的初級和次級代謝產物或生物體的某一成分，甚至整個生物體的醫(yī)藥品。(二)、生物技術制藥的研究內容生物制藥技術的研究、開發(fā)與應用；利用生物技術研究、開發(fā)和生產藥物。研究、改進和完善基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質工程等生物技術，并與其他學科的先進技術相融合?？贵w工程、糖鏈工程、生物傳感器及大規(guī)模生物反應器等。應用基因工程技術大量生產痕量或難以獲得藥物；應用蛋白質工程設計新藥物；應用酶工程改變藥用酶性質（PEG修飾）；改造傳統(tǒng)制藥工藝（酶催化）；制藥學4041PharmaceuticalValueChain42FromLeadCompoundtoMarket43442014年全球最暢銷藥品前10名NO.DrugCompanySale(billion$)IndicationTargetApprove1Humira(adalimumab)AbbVie&Eisai12.543RATNF20022Sovaldi(sofosbuvir)Gilead10.283丙肝HCV20133Remicade(infliximab)J&J9.240RATNF19984Rituxan(Rituximab)Roche/Genen-tech8.678Non-Hopkin’sLymphomaCD2019975Enbrel(Etanercept)Amgen8.538RATNF19986Lantus(insulinlargine)Sanofi7.279I/II型糖尿病/20007Avastin(Bevacizumab)Roche/Genen-tech6.957結腸癌，NSCLCVEGF20048Herceptin(Trastuzumab)Roche/Genen-tech6.793乳腺癌，胃癌HER219989SeretideGSK6.431COPD/200010CrestorAZ5.869高膽固醇/20031.研究對象藥物生產過程共性規(guī)律及其應用，包括：

制備原理、工藝路線、質量控制重要性：“安全、有效、可控”的保證藥物產業(yè)化的橋梁與瓶頸貫穿整個藥物研發(fā)過程452.主要內容（1）實驗室（小試）工藝（2）中試放大工藝（3）制定生產工藝規(guī)程(制造與檢定規(guī)程)46生物技術制藥的學習方法全面了解教材基本原理、技術路線的理解掌握學會思考、分析歸納閱讀相關文獻、專業(yè)書籍傳統(tǒng)生物技術——作坊式生物技術近代生物技術——發(fā)酵工程、生化工程現代生物技術——基因工程21世紀的生物技術——系統(tǒng)生物學48四生物技術制藥的發(fā)展歷程和趨勢1.傳統(tǒng)生物技術階段（作坊式）49公元前6000年古代巴比倫人釀造啤酒公元前4000年埃及人發(fā)酵面包我國殷朝制醬周朝制醋酒精發(fā)酵（1857年）工業(yè)微生物新世紀（至1930年代）特點:自然發(fā)酵、全憑經驗。

青霉素發(fā)酵生產1940年，Florey及Chain等提取青霉素1941年，美英合作開發(fā)得到青霉素微生物發(fā)酵：大規(guī)模發(fā)酵抗生素工業(yè)：鏈霉素、金霉素、紅霉素氨基酸發(fā)酵工業(yè)酶制劑工業(yè)交叉學科——生化工程2.近代生物技術階段（1940－1977）501）產品類型多初級代謝產物：氨基酸、有機酸、多糖次級代謝產物：抗生素生物轉化與酶反應2）生產技術要求高：無菌、需氧發(fā)酵3）生產規(guī)模大：500—2000立方米4）技術發(fā)展速度快：高密度發(fā)酵技術與產品效價近代生物技術的特點51生物時代(1970s-1980s)：重組DNA、DNA和蛋白質的合成及微量測序技術;人胰島素、單克隆抗體等技術平臺時代(1980s-1990s)：高通量篩選、組合化學、胚胎干細胞技術基因組時代(1990s-2006)：基因組、高通量測序、基因芯片、蛋白質組學、功能基因組學等后基因組時代(2006-)：功能蛋白改造、基因治療劑與RNA治療劑的開發(fā)、干細胞治療等3.現代生物技術階段RecombinantDNATechnology（1974）MonoclonalAntib