生物制藥工藝學案例第1頁/共52頁第一篇生物制藥工藝基礎生物藥物概述生物制藥工藝技術(shù)基礎第2頁/共52頁第一章生物藥物概述

生物藥物與生物制藥工藝學生物藥物的特性、分類和用途生物藥物的研究發(fā)展前景掌握：生物藥物的概念及分類熟悉：生物藥物的特性和用途。了解：生物藥品的產(chǎn)生、發(fā)展過程，生物藥物的發(fā)展前景第3頁/共52頁第一節(jié)生物藥物與生物制藥工藝學

化學藥物、生物藥物與中草藥是人類防病、治病的三大藥源。

一、概念：

1、

生物藥物——利用生物體、生物組織或其成分，綜合應用生物學、生物化學、微生物學、免疫學、物理化學和藥學的原理與方法進行加工、制造而成的一大類預防、診斷、治療制品。例：干擾素，生長素，胰島素，抗生素，疫苗，白蛋白等廣義的生物藥物包括各種天然生物活性物質(zhì)及天然物質(zhì)類似物，也包括應用生物工程技術(shù)制造生產(chǎn)的新生物技術(shù)藥物。

基因工程、細胞工程、酶工程與發(fā)酵工程第4頁/共52頁2、生物制品——用微生物、微生物代謝產(chǎn)物、動物毒素、人或動物的血液或組織等加工制成的預防、治療和診斷特定傳染病或其他有關(guān)疾病的免疫制劑。菌苗、疫苗、應變原與血液制品第5頁/共52頁典型案例---注射劑第6頁/共52頁給藥途徑第7頁/共52頁第8頁/共52頁第9頁/共52頁第10頁/共52頁機械攪拌發(fā)酵罐第11頁/共52頁小型發(fā)酵罐第12頁/共52頁現(xiàn)代生物藥物類型基因重組多肽蛋白類治療劑基因藥物天然生物藥物合成及半合成生物藥物第13頁/共52頁

二、生物制藥工業(yè)的歷史與現(xiàn)狀1.傳統(tǒng)生物制藥發(fā)展階段我國應用生物材料作為治療藥物的最早者為神農(nóng)11世紀沈括所著的《沈存中良方》中人類用生物材料分離產(chǎn)品作為生理功能調(diào)節(jié)劑，中國人所創(chuàng)始。1897年發(fā)現(xiàn)了酶，開創(chuàng)了工業(yè)微生物的新時代早期的生物藥物多數(shù)來自動物臟器，有效成分也不明確，曾有臟器制劑之稱。二十世紀20年代，對動物臟器的有效成分逐漸有所了解。純化胰島素、甲狀腺素、各種必需氨基酸、必需脂肪酸、以及多種維生素開始用于臨床或保健。

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2.近代生物制藥發(fā)展階段30年代中期建立了小鼠和雞胚培養(yǎng)病毒的方法，從而用小鼠腦組織或雞胚制成黃熱病、流感、乙型腦炎、森林腦炎和斑疹傷寒等疫苗。20世紀40年代，第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)促使微生物制藥工業(yè)快速進入了發(fā)酵工程技術(shù)階段50年代，在離體細胞培養(yǎng)物中繁殖病毒的技術(shù)取得突破，從而研制成功小兒麻痹、麻疹、腮腺炎等新疫苗。20世紀60年代，已有生化藥物500多種，還有100多種臨床診斷試劑第15頁/共52頁

3.現(xiàn)代生物制藥發(fā)展階段自1982年人胰島素成為用DNA重組技術(shù)生產(chǎn)的第一個生物醫(yī)藥產(chǎn)品以來，以基因重組為核心的生物技術(shù)所開發(fā)研究的新藥數(shù)目一直居首位。80年代后期，應用基因工程技術(shù)己研制成功乙肝疫苗、狂犬病疫苗、口蹄病疫苗和AIDS病疫苗。此外，應用酶工程技術(shù)、細胞工程技術(shù)和基因工程技術(shù)生產(chǎn)抗生素、氨基酸和植物次生代謝產(chǎn)物也已步入產(chǎn)業(yè)化階段。

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1995年底，美國藥品研究與制造者協(xié)會（PRMA）調(diào)查統(tǒng)計，美國已批準上市共有24種基因工程藥品和疫苗。1997年7月達到40種。年產(chǎn)值約100億美元左右。還有100多種基因工程藥物進入臨床試驗階段我國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)是在80年代末開始的，1989年我國批準了第一個在我國生產(chǎn)的基因工程藥物——重組人干擾素α1b，這是我國自主研制成功的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一個基因工程新藥。從此，我國基因工程藥物的開發(fā)迅速發(fā)展，截止到1998年底，我國已批準的基因工程藥品和疫苗產(chǎn)品約15種目前我國已批準上市的基因工程新藥21種，已批準的進口基因工程藥品19種第17頁/共52頁國外生物制藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。目前，全世界約有3000多個從事生物技術(shù)研究開發(fā)和生產(chǎn)的公司?，F(xiàn)在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球經(jīng)濟新的增長點。以DNA重組技術(shù)為核心的現(xiàn)代生物技術(shù)首先在醫(yī)藥領(lǐng)域現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。生物技術(shù)的發(fā)展為新藥的研制開發(fā)開辟了十分廣闊的天地。繼信息產(chǎn)業(yè)之后，生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將給世界帶來更為翻天覆地的變化。第18頁/共52頁由于動手早，實力強，美國無疑仍然是“老大”。世界上多數(shù)生物計劃公司和多數(shù)生物技術(shù)專利都在美國。

生物制藥產(chǎn)業(yè)具有高投入、高風險和高收益特點，它具有爆炸性的成長速度和廣闊的市場前景。1997年，美國研發(fā)經(jīng)費均為1880億美元，其中10%投入到生物技術(shù)藥物。一種新藥從研究開發(fā)到投放市場，耗資約2.5億美元，開發(fā)周期長達12年之久。盡管美國1300多家生物技術(shù)公司贏利的為數(shù)不多，但是贏利的公司正在逐步增加。第19頁/共52頁80年代中期以來，我國生物技術(shù)蓬勃發(fā)展，我國基因工程制藥起步于80年代末，目前，已經(jīng)進入快速發(fā)展時期。

1998年，我國批準了第一個在我國生產(chǎn)的基因工程藥物--一種重組人干擾素，標志著我國生產(chǎn)工程藥物實現(xiàn)了零的突破。這是世界上第一個采用中國人基因克隆和表達的基因工程藥物，也是到目前為止唯一的一個我國自主研制成功的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程一類藥物。第20頁/共52頁農(nóng)業(yè)方面，利用生物工程培養(yǎng)的水稻、小麥已經(jīng)有了，但是沒有大規(guī)模地產(chǎn)業(yè)化。像抗棉鈴蟲的棉花，同時有兩個公司，一個是中國，在河北；一個是美國孟山都公司。我們的公司是賠得一塌糊涂，而人家賺了很多錢。我國生物工程處于成長期，跟國外同類產(chǎn)品相比，我們還非常弱小，我們是襁褓中的嬰兒第21頁/共52頁現(xiàn)代生物技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

1917年：KarlEreky首先使用“生物技術(shù)”

1943年：大規(guī)模生產(chǎn)抗生素（青霉素）

1944年：Avery證明DNA是遺傳物質(zhì)

1953年：Watson＆Crick闡明DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

1961～1966年：破譯遺傳密碼1967年：獲得了DNA連接酶1970年：Smith＆Wilcox分離出第一個限制性內(nèi)切酶Khorana發(fā)現(xiàn)T4連接酶1972年：Khorana合成完整tRNA基因1973年：Boyer＆Cohn建立了DNA重組技術(shù)

第22頁/共52頁1975年：Kohler＆Milstein建立了單克隆抗體技術(shù)1976年：第一個基因重組規(guī)則問世；

DNA測序技術(shù)誕生；

GenetechCo．Ltd．成立；1978年：GenetechCo．Ltd．在E．Coli中成功表達胰島素1980年：美國最高法院裁定基因操作微生物可獲得專利1981年：第一臺DNA測序儀問世；第一個McAb試劑盒在美國獲準使用；1982年：重組疫苗在歐洲生產(chǎn)、使用；第一只轉(zhuǎn)基因小鼠獲得成功；1983年：基因工程Ti質(zhì)粒用于植物基因工程1988年：PCR技術(shù)誕生第23頁/共52頁1990年：美國批準第一個體細胞基因治療方案；人類基因組計劃啟動；1997年：IanWillmut培育出第一只克隆羊“DOLLY”1998年：美國批準DIDS疫苗進行人體實驗；日本培育出克隆牛；英國、美國培育出克隆鼠等；2000年：人類基因組草圖宣告完成2001年：中國山東農(nóng)業(yè)科學院培育出克隆牛、山羊；2002年：完成對水稻基因組序列草圖測定2003年：人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組計劃完成。

第24頁/共52頁造成我國生物制藥產(chǎn)業(yè)落后的因素一哄而上，同種產(chǎn)品生產(chǎn)廠家過多，造成惡性競爭融資渠道單一，產(chǎn)業(yè)發(fā)展資金不足。醫(yī)藥市場競爭無序，行業(yè)不正之風嚴重企業(yè)管理滯后，技術(shù)兼經(jīng)營型人才匱乏第25頁/共52頁未來5－10年中國生物制藥領(lǐng)域仍將以重組蛋白為主流，這與世界生物制藥領(lǐng)域的發(fā)展趨勢吻合。血液病、腫瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和感染性疾?。òò滩。┧幬镎紦?jù)重組蛋白藥物市場絕大部分份額第26頁/共52頁這也成為世界病毒性肝炎研究的焦點之一。戊肝疫苗被世界衛(wèi)生組織推薦為２１世紀最優(yōu)先發(fā)展的疫苗之一。08年我國首個擁有核心自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程疫苗——戊型肝炎疫苗，日前正式獲準進入Ⅰ／Ⅱ期臨床試驗，該疫苗有望成為世界上繼乙肝疫苗之后的第二個基因工程病毒疫苗。

據(jù)廈門大學科研人員介紹，Ⅰ／Ⅱ期臨床試驗分成Ⅰ期安全性試驗和Ⅱ期免疫性試驗。Ⅰ期試驗是將疫苗注入人體內(nèi)，觀察是否有不良的反應，Ⅱ期繼續(xù)擴大樣本觀察安全性，并觀察注射戊肝疫苗的人是否能產(chǎn)生抗體。Ⅰ／Ⅱ期臨床試驗大概需要一年時間。如果順利通過的話，科研人員將進入Ⅲ期保護性試驗，觀察疫苗在更大使用人群中對疾病的實際預防效果第27頁/共52頁

二、生物制藥工藝學的性質(zhì)與任務

1、《生物制藥工藝學》是從事各種生物藥物的研究、生產(chǎn)和制劑的綜合性應用技術(shù)科學。

研究內(nèi)容包括生化制藥工藝、微生物制藥工藝生物技術(shù)制藥工藝、生物制品制造與相關(guān)的生物醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。主要討論各類生物藥物的來源、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制造原理、工藝過程、生產(chǎn)技術(shù)操作和質(zhì)量控制。所以《生物制藥工藝學》是一門理論與實踐緊密結(jié)合的嶄新的綜合性制藥工藝學。

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生物制藥工藝學是一門新型的現(xiàn)代制藥工藝學。具體任務是討論：①生物藥物的來源及其原料藥物生產(chǎn)的主要途徑和工藝過程；②生物藥物的一般提取、分離、純化、制造原理與生產(chǎn)方法；③各類生物藥物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途及其工藝過程和質(zhì)量控制。

第29頁/共52頁第二節(jié)生物藥物的特性、分類與用途一、生物藥物的特性1.藥理學特性（1）藥理活性高（2）治療針對性強，治療的生理、生化機制合理，療效可靠（3）毒副作用少，營養(yǎng)價值高（4）生理副作用經(jīng)常發(fā)生2.理化特性（1）生物材料中的有效物質(zhì)含量低，雜質(zhì)種類多且含量高（2）生物活性物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)復雜、穩(wěn)定性差（3）生物材料易染菌，腐?。?）生物藥物制劑的特殊要求

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鑒于生物藥物多數(shù)是生物活性分子,其化學性質(zhì)與生物學性質(zhì)都很不穩(wěn)定，在生產(chǎn)過程中又易受到微生物污染，從其他生物體制取的生物藥物對人體往往是異源物質(zhì)，故對制品的均一性、有效性、安全性和穩(wěn)定性等都有嚴格的要求。其制造工藝設計與質(zhì)量標準的制定也就與一般化學藥物有較多區(qū)別。為了保證全部制品的質(zhì)量，必須有嚴格的制造管理要求，即優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品規(guī)范（goodmanufacturingpractics），簡稱GMP質(zhì)量管理要求，并對制品的有效期，貯存條件和使用方法做出明確規(guī)定。尤其對有效成分的檢測，除應用一般化學方法外，更應根據(jù)制品的特異生理效應或?qū)Ｒ簧磻獢M定其生物活性檢測方法。第31頁/共52頁二、生物藥物的分類生物藥物可以按其生理功能和臨床用途分類，還可以按其來源和制造方法進行分類，通常是按其化學本質(zhì)和化學特征進行分類。（一）基因工程藥物包括細胞因子干擾素類、細胞因子白介素類和腫瘤壞死因子、造血系統(tǒng)生長因子類、生長因子類、重組多肽及蛋白質(zhì)激素類、心血管病治療劑與酶制劑、重組疫苗與單抗制品（二）基因藥物包括重組目的DNA片段、重組疫苗、反義藥物和核酶等（三）天然生物藥物從動植物、微生物和海洋生物中發(fā)現(xiàn)、研究、生產(chǎn)的藥物仍然是生物制藥工業(yè)的重要領(lǐng)域

1.微生物藥物應用基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)制造的重組活性多肽、蛋白質(zhì)及其修飾物以基因物質(zhì)作為治療的物質(zhì)基礎是一類特異的天然有機化合物，包括微生物初級和次級代謝產(chǎn)物、微生物結(jié)構(gòu)物質(zhì)、微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的藥物及中間體第32頁/共52頁

（1）抗生素類藥物

（2）維生素類藥物

（3）氨基酸類藥物

（4）核苷酸類藥物

（5）酶與輔酶類藥物

（6）酶抑制劑

（7）免疫調(diào)節(jié)劑

（8）受體拮抗劑2.天然生化藥物

運用生物化學的理論、方法和研究成果，從生物體分離、純化得到的一些重要生理活性物質(zhì)

第33頁/共52頁廣西科康對天然水蛭素進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)

天然水蛭素是迄今為止世界上新發(fā)現(xiàn)的已知物質(zhì)中最強的天然抗凝血酶物質(zhì)，具有很強的溶栓作用，是防治人類心腦血管疾病的特效天然藥物，能預防血栓形成，促進傷口愈合，具有降血脂、降血壓、擴張外周血管、加速血液循環(huán)的作用。

天然水蛭素是從菲牛蛭中提取的，但是，長期以來國內(nèi)外在提取天然水蛭素方面存在著很大困難，無法克服提取工藝復雜、時間長、耗試劑量大、提取率低、成本高等缺陷。解決了目前國內(nèi)外天然水蛭素生產(chǎn)中懸而未決的提取工藝復雜、提取率低、生產(chǎn)成本過高的關(guān)鍵性難題，從而為在國際上率先實現(xiàn)天然水蛭素產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，結(jié)束了我國無天然水蛭素生產(chǎn)的歷史；后者在全球首開先河，將天然水蛭素應用于美容化妝品領(lǐng)域，開創(chuàng)了生物美容的新紀元

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（1）氨基酸類藥物

（2）多肽與蛋白質(zhì)類藥物

（3）酶與輔酶類藥物

（4）核酸及其降解物和衍生物類藥物

（5）多糖類藥物

（6）脂類藥物

（7）細胞生長因子與組織制劑3.海洋生物藥物（1）多糖類藥物

（2）聚醚類藥物

（3）大環(huán)內(nèi)酯類藥物

（4）萜類藥物（5）生物堿類藥物

從海洋生物分離純化或通過海洋生物技術(shù)制造的活性物質(zhì)第35頁/共52頁

（6）多肽和蛋白類

（7）甾醇類

（8）苷類（9）不飽和脂肪酸（四）醫(yī)學生物制品

1.預防用制品

包括菌苗、疫苗及類毒素，發(fā)展重點是針對目前困擾人類的疾病的預防和治療

2.治療用制品

特異性治療用品和非特異性治療用品

3.診斷用制品

指免疫診斷用品，是生物制品中最活躍的領(lǐng)域，用于多種疾病的診斷、病原體的鑒別及機體中各種代謝物的分析第36頁/共52頁三、生物藥物的用途（－）作為治療藥物對許多常見病和多發(fā)病，生物藥物都有較好的療效。干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！基因工程人干擾素α-2b（安達芬）是我國第一個全國產(chǎn)化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。

第37頁/共52頁胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。

將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!第38頁/共52頁二）作為預防藥物以預防為主的方針是我國醫(yī)療衛(wèi)生工作的一項重要戰(zhàn)略。許多疾病，尤其是傳染?。ㄈ缂毦院筒《拘詡魅静。┑念A防比治療更為重要。通過預防，許多傳染病得以控制，直到根絕。第39頁/共52頁（三）作為診斷藥物生物藥物用作診斷試劑是其最突出又獨特的臨床用途，絕大部分臨床診斷試劑都來自生物藥物。診斷用藥有體內(nèi)（注射）和體外（試管）二大使用途徑。（1）免疫診斷試劑利用高度特異性和敏感性的抗原抗體反應，檢測樣品中有無相應的抗原或抗體。（2）酶診斷試劑利用酶反應的專一性和快速靈敏的特點，定量測定體液內(nèi)的某一成分變化作為病情診斷的參考。（3）器官功能診斷藥物利用某些藥物對器官功能的刺激作用、排泄速度或味覺等以檢查器官的功能損害程度。第40頁/共52頁（4）放射性核素診斷藥物放射性核素診斷藥物有聚集于不同組織或器官的特性，故進入體內(nèi)后，可檢測其在體內(nèi)的吸收、分布、轉(zhuǎn)運，利用及排泄等情況，從而顯出器官功能及其形態(tài)，以供疾病的診斷。（5）診斷用單克隆抗體（McAb）McAb的特點之一是專一性強，一個B細胞所產(chǎn)生的抗體只針對抗原分子上的一個特異抗原決定簇。（6）診斷用DNA芯片應用基因芯片進行突變基因檢測是對遺傳病、腫瘤等進行臨床診斷的重要手段。第41頁/共52頁（四）用作其它生物醫(yī)藥用品生物藥物應用的另一個重要發(fā)展趨勢就是滲入到生化試制、生物醫(yī)學材料，營養(yǎng)、食品及日用化工，保健品和化妝品等各個領(lǐng)域。（l）生化試劑生化試劑品種繁多，如細胞培養(yǎng)劑，細菌培養(yǎng)劑，電泳與層析配套試劑，DNA重組用的一系列工具酶、植物血凝素，同位素標記試劑和各種抗血清與免疫試劑等。（2）生物醫(yī)學材料主要是用于器官的修復、移植或外科手術(shù)矯形及創(chuàng)傷治療等的一些生物材料。第42頁/共52頁（3）營養(yǎng)保健品及美容化妝品這類藥物已滲入到廣大人民的日常生活中，前景可觀。

1.轉(zhuǎn)基因魚

生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚（中國）。

2.轉(zhuǎn)基因牛

乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛（阿根廷）。

3.轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒

4.轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄

5.轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯

6.不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆

7.超級動物

導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠

8.特殊動物

導入人基因具特殊用途的豬和小鼠

第43頁/共52頁第三節(jié)生物藥物的研究發(fā)展前景

20多年來，生物藥物的研究開發(fā)取得了巨大進展。新的生理活性物質(zhì)不斷發(fā)現(xiàn)，原有藥物在醫(yī)療上的用途又有新的認識和評價；藥物新劑型日益增多；生物技術(shù)普遍進入實驗室；生物工程藥物迅速步入產(chǎn)業(yè)化。藥物進入市場的時間將大大加快。專家預見，許多醫(yī)學上的疑難雜癥將在此突破，將導致產(chǎn)生全新的制藥工業(yè)技術(shù)體系，許多原先無法生產(chǎn)的藥物將用生物技術(shù)生產(chǎn)，從而促使醫(yī)藥產(chǎn)品更新?lián)Q代。第44頁/共52頁一.生物技術(shù)藥物的研究發(fā)展前景（一）生物技術(shù)藥物的發(fā)展已進入蛋白質(zhì)工程藥物新時期第一代重組生物技術(shù)藥物被第二代蛋白質(zhì)工程藥物所取代，蛋白質(zhì)工程技術(shù)日新月異，如點突變技術(shù)、DNA改組技術(shù)、融合蛋白技術(shù)、定向進化技術(shù)、基因插入及基因打靶技術(shù)等通過蛋白質(zhì)工程手段可以提高重組蛋白的活性、改善制品的穩(wěn)定性、提高生物利用度、延長在體內(nèi)的半衰期、降低制品的免疫原性等第45頁/共52頁（二）研究發(fā)展新型生物技術(shù)藥物與疫苗

新型生物技術(shù)藥物的近期發(fā)展重點有五個類型：單克隆抗體、反義藥物、基因治療劑、可溶性治療蛋白藥物和疫苗，主要用于治療危及人類健康的疑難病種。正在研究開發(fā)的品種中以疫苗為最多，達98種，主要用于防治腫瘤、呼吸道疾病、AIDS/HIV疫苗和感染性疾病治療。

（三）新的高校表達系統(tǒng)的研究和應用已上市的基因工程藥物多數(shù)以E.coli表達系統(tǒng)生產(chǎn)，其次是釀酒酵母和哺乳動物細胞，正在進一步研究的重組蛋白表達體系有真菌、昆蟲細胞和轉(zhuǎn)