1、現(xiàn)代生物技術(shù)與新藥研究胡海峰朱寶泉2005.9.19課程的介紹 主要以講座形式介紹現(xiàn)代生物技術(shù)在新藥研發(fā)中的應(yīng)用以及新藥研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)； 內(nèi)容涉及面廣、信息量大，缺乏深度； 主要以拓展知識(shí)面、增加對(duì)新藥研究的認(rèn)識(shí)為目的。課程內(nèi)容第一講 概論第二講 當(dāng)今新藥研究的特征和發(fā)展方向第三講 篩選新藥之化合物的重要源泉（I微生物天然產(chǎn)物）第四講 篩選新藥之化合物的重要源泉（II組合化學(xué)與組合生物合成）第五講 篩選新藥之化合物的重要源泉（III生物轉(zhuǎn)化與手性合成）第六講 新的抗菌藥物篩選研究策略第七講 抗菌肽及新基因工程藥物研究第八講 新的受體拮抗劑（或激動(dòng)劑）篩選研究策略第九講 新的酶抑制劑篩選研究策略

2、第十講 免疫調(diào)節(jié)劑、核酸藥物篩選研究策略第十一講 生物芯片與高通量篩選第十二講 走近21世紀(jì)的我國(guó)新藥研究與開發(fā)第一講 概論 藥物研究開發(fā)歷史上的幾個(gè)里程碑 何謂現(xiàn)代生物技術(shù) 新藥研究由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)向理論化過度 現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)展為新藥研究提供重要作用機(jī)制和新的作用靶點(diǎn) 現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)展為新藥研究提供了新的源泉一、藥物研究開發(fā)歷史上的幾個(gè)里程碑THE EVOLUTION OF DRUG DISCOVERY190019201940196019802000SerendipityAspirinDigitalisOpiatesMicrobiologyPenicillinSera for inoculatio

3、nVaccinesBiochemistryInsulinSulfonamidesVitamins etc.Screening &Applied ChemistryAntibioticsBeta-BlockerDiureticsSteroidsMolecular Biology & Rational Drug DesignRecombinant ProteinsHumanized antibodiesFusion proteins Protein inhibitorsGenomics & GeneticsGenetherapeuticalsAnti-sense drugs

4、Modulators of gene expressionSmall Mol.二、何謂現(xiàn)代生物技術(shù)Modern Biotechnology Genetic EngineeringProtein EngineeringMetabolic Engineering Monoclonal Antibody Antibody Engineering Antibody EnzymeBetter than Nature Faster than Evolution現(xiàn)代生物技術(shù)分子生物學(xué)微生物學(xué)生物化學(xué)遺傳學(xué)細(xì)胞生物學(xué)化學(xué)工程農(nóng)業(yè)生物技術(shù)醫(yī)藥生物技術(shù)生物技術(shù)疫苗生物技術(shù)診斷家畜生物技術(shù)海洋生物技術(shù)多學(xué)科的綜合性

5、技術(shù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 奠定現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ) DNA分子由多聚脫氧核苷酸的雙鏈構(gòu)成，A T C G為四個(gè)堿基 1962年，沃森和克里克與莫里斯威爾金斯一起因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)贏得了諾貝爾獎(jiǎng) 。This figure shows the important features of a nucleotide: the pyrimidine or purine (blue), the sugar (black), and the phosphate group (green). The pyrimidine or purine deter

6、mines the identity of the nucleotide. The oxygens in the 3 and 5 OH groups are shown in red. The hydrogen from the 5 -OH group is removed in order to form the bond with the phosphate group.PCR技術(shù) 聚合酶鏈反應(yīng)(Polymerase Chain Reaction ,PCR)是80年代中期發(fā)展起來的體外核酸擴(kuò)增技術(shù)。它具有特異、敏感、產(chǎn)率高、快速、簡(jiǎn)便、重復(fù)性好、易自動(dòng)化等突出優(yōu)點(diǎn)；能在一個(gè)試管內(nèi)將所要研究

7、的目的基因或某一DNA片段于數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)增至十萬乃至百萬倍,使肉眼能直接觀察和判斷；可從一根毛發(fā)、一滴血、甚至一個(gè)細(xì)胞中擴(kuò)增出足量的DNA供分析研究和檢測(cè)鑒定。過去幾天幾星期才能做到的事情，用PCR幾小時(shí)便可完成。 PCR技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)革命性創(chuàng)舉和里程碑。 PCR反應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)的PCR反應(yīng)體系：10擴(kuò)增緩沖液 10ul4種dNTP混合物 各200umol/L引物 各10100pmol模板DNA 0.12ug Taq DNA聚合酶 2.5uMg2+ 1.5mmol/L加雙或三蒸水至 100ulPCR反應(yīng)五要素： 參加PCR反應(yīng)的物質(zhì)主要有五種即引物、酶、dNTP、模板和Mg2+ Cell

8、Population TissuemRNAHigh molecular weight DNAcDNADNA fragmentsIsolationReverse transcriptionModificationPartial digestionSize fractionationVectorIsolationRestriction endonuclease cleavagemodificationVector preparationligationRecombinant DNAPrimary gene libraryAmplified gene libraryTransfer into E.

9、coliAmplification Preservation三、新藥研究由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)向理論化過度組織工程 異種器官移植轉(zhuǎn)基因動(dòng)物免疫排斥人畜共患疾病 人胚胎干細(xì)胞干細(xì)胞擴(kuò)增干細(xì)胞定向分化干細(xì)胞庫器官與組織 自身細(xì)胞與組織自身細(xì)胞體外擴(kuò)增分子診斷 基因診斷DNA指紋疾病易感性藥物反應(yīng)病原體檢出和分型遺傳病 免疫診斷疾病診斷病原體檢出與分型免疫分型 生化診斷代謝異常功能異常疾病診斷分子化個(gè)體化生物簽名轉(zhuǎn)基因植物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)功能化 抗逆作物的培養(yǎng) 抗蟲、抗病作物的培養(yǎng) 高產(chǎn)作物的培養(yǎng) 特殊性狀作物的培養(yǎng) 植物反應(yīng)器 藥用植物的工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)功能化快速生長(zhǎng)禽、畜品種培養(yǎng)抗蟲、抗病毒、畜品種的培

10、養(yǎng)優(yōu)質(zhì)禽和畜品種的培養(yǎng)新型蛋白質(zhì)食品的開拓特殊性狀禽和畜品種培養(yǎng)動(dòng)物反應(yīng)器抗體工程人源化 小型化體外診斷：免疫熒光、放射免疫、免疫組化體內(nèi)診斷：放射免疫顯像治療：腫瘤、自身免疫疾病、組織移植排斥研究用試劑：細(xì)胞分型、蛋白質(zhì)純化、蛋白質(zhì)磷酸化測(cè)定等?；蛑委熁蛱砑踊蛉〈虺C正 遺傳疾病腫瘤艾滋病心血管、腦血管神經(jīng)系統(tǒng)疾病代謝性疾病四、現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)展為新藥研究提供重要作用機(jī)制和新的作用靶點(diǎn)基因藥靶的價(jià)值 1998年9月 Millennium公司與Bayer公司 五年的基因藥物合作協(xié)議Beyer支付4.65億美元費(fèi)用14股權(quán)投資 委托Millennium公司開發(fā)225種基因藥靶， 平均每個(gè)基

11、因藥靶的價(jià)值為：207萬美元基因?qū)＠膲艛嘈訦IV受體專利 2000年2月16日：美HGS公司宣布成功申請(qǐng)HIV感染中起關(guān)鍵作用的基因?qū)＠?，編碼CCR5的細(xì)胞表面受體蛋白； 該蛋白是HIV入侵人體細(xì)胞所必須結(jié)合的位點(diǎn)； HGS公司及其合作伙伴開發(fā)其抗體藥物； 預(yù)計(jì)以該靶位開發(fā)的藥物銷售額可以達(dá)到400億美元。This diagram summarizes the classification and functions of the major types of cells in the immune system. Note that the helper T cells, a specif

12、ic type of leukocyte, are the target for HIV infection.This schematic shows the major steps in HIVs attack on the human immune system. The numbers correspond to the numbered steps in the description of the infection cycle, below.促紅細(xì)胞生成素EPO 美國(guó)Amgen公司依賴EPO基因?qū)＠拈_發(fā)應(yīng)用，從一個(gè)僅幾十人的小企業(yè)成長(zhǎng)為美國(guó)生物工程醫(yī)藥領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，其EPO199

13、8年銷售額達(dá)到13.6億美元，而EPO的全球市場(chǎng)現(xiàn)已達(dá)到34億美元的銷售額。五、現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)展為新藥研究提供了新的源泉天然藥物生物轉(zhuǎn)化生物芯片基因工程疫苗功能基因組基因治療蛋白質(zhì)組學(xué)重組蛋白質(zhì)基因工程藥物組織工程細(xì)胞工程器官移植蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程藥物診斷基因診斷疾病基因組學(xué)基因組學(xué)微生物基因組學(xué)抗生素菌種基因改良天然藥物基因生物信息學(xué)第二講 當(dāng)今新藥研究的特征與發(fā)展方向Drug Any Chemical, Mixture of Chemicals, or Device Used in the Diagnosis, Mitigation, Prevention, Treatment, or

14、Cure of Disease.Development of New Drugs“New”Drug Must Be: Safe for Intended Purpose(1938) Effective for Intended Purpose(1962) Evidence of effectiveness requires:adequate and well-controlled investigations conducted by experts qualified by scientific training and experience.Development of New Drugs

15、Governed by Federal Food, Drug and Cosmetic Act (USA)Drug May be Considered: New because of: Composition Use Dosage Dosage FormNature of Mordern Drug Discovery and Development High Technology Interdisciplinary Input and Feedback Industrial vs Academic/Governmental Roles High Investments25-100Million

16、 Dollars/NCE7-10 Years NCE-Market DrugScientific Drug Discovery Issues Therapeutic Target Identification Level of Basic Research Knowledge Existence of Chemical Leads Availability of Biological Screens Experience & Expertise “Me Too” vs Mechanistic ApproachDrug Discovery Project TeamChemistrySyn

17、thesisNatural productsPharmacologyAnimal model efficacyIn vitro efficacyGeneral safetyPharmacokineticsToxicology新藥研究中重要名詞 NCE：New Chemical Entity IND：Investigated New Drug NDA：New Drug Application FDA：Food and Drug Administration SFDA:State Food and Drug Administration GLP GCP GMP：Good Manufacturing

18、 Practice 創(chuàng)新藥物研究發(fā)展趨勢(shì) 藥物作用新靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)（483至5000個(gè)） 新藥篩選模型和篩選技術(shù)的研究 結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物信息學(xué)和藥物分子設(shè)計(jì)（原子和分子水平、虛擬藥物篩選） 組合化學(xué)和組合生物催化新技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略 新藥藥物靶標(biāo)技術(shù)的研究 “Me-too”藥物 前藥（鹽） 手性藥物 生物技術(shù)藥物和中藥現(xiàn)代化 新型制劑Metoo藥物 突破性創(chuàng)新 修飾性創(chuàng)新 模仿性創(chuàng)新 創(chuàng)新是我國(guó)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展源動(dòng)力，me-too藥物是目前最好的選擇。Me-too藥物Metoo藥物特點(diǎn)：目的性強(qiáng)、投資少、周期短、成功率高方法：仿中有創(chuàng)，創(chuàng)中有創(chuàng)，仿創(chuàng)結(jié)合仿制 模仿創(chuàng)制Me-too藥物是我國(guó)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的中長(zhǎng)期目標(biāo)（1975年1994年，1000個(gè)NCE中76屬模