生物技术制药专业PPT课件.ppt

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1、生物技术制药 1 第一章 现代生物技术 一 现代生物技术的定义与主要内容 生物技术 Biotechnology or Bioengineering 对生物有机体 微生物至高等动 植物 或其组 成部分 器官 组织 细胞或细胞器等 运用分子 生物学 细胞生物学 生物化学 生物物理学 生物 信息学等手段 研究 设计 改造 以改良生物乃至 创造新的生物品种的一种技术体系 2 现代生物技术包括四个方面 1 基因工程 生物遗传物质 核酸的分离 提取 体外剪切 拼接重组以及扩增与表达等技术 2 细胞工程 细胞 也包括器官或组织 的离体培 养 繁殖 再生 融合及细胞核 细胞质及染色体与 细胞器 如线粒体 叶绿

2、体等 的移植与改建等操作 技术 3 3 酶工程 利用酶 借助固定化 生物反应器和生 物传感器等新技术 新装置 高效优质地生产特定产 品的技术 4 发酵工程 微生物工程 给微生物提供最适宜 的发酵条件以生产特定产品的技术 4 生物技术的依据和出发点 生物有机体的种种机 能 是生物在生长 发育与繁殖过程中进行物质合成 降解和转化的能力 即利用其新陈代谢的能力 反应器 代谢反应 酶 特定的遗传基因 核心基础 基因工程和细胞工程 工程菌株 或 工 程细胞株 使酶工程或发酵工程生产出更多 更好 的产品 发挥出更大的经济效益 酶工程和发酵工程 现代生物技术产业化 特别是发 展大规模生产的最关键环节 5 二

3、 现代生物技术的优越性 一 不可取代性 植物品种改良 杂交育种 基因工程改良品种 基因资源的来源可不受限制 牛 猪 生长激素基因 鱼 生长 发育快 体重速增 人血红蛋白基因 猪体内 生产人的血红蛋白 分离 可作为人血液的替代物 生长激素释放抑制因子 抑制生长激素不合时宜的 分泌 肢端肥大症 的特效药 50万个羊脑 5mg样品 化学法 300多美元 5mg 基因工程 7 5升大肠杆菌发酵 5mg 成本几十美分 6 二 快速 精确 试剂盒 有效的早期诊断 遗传病 病毒引起的 疾病和癌症等 McAb检查妇女妊娠 比用抗血清法检查提高了灵敏度 怀孕后8天得知 准确率100 7 三 低耗 高效 酶 催化

4、化学效应 无需高温 高压和强酸碱等 大 大降低能耗的成本 能耗 例 L 苹果酸生产 生物技术 产氨短杆菌 收集菌体 固定化细胞 L 苹果酸 原理 延胡索酸 L 苹果酸 成本比化学合成降低几十倍 人生长激素 治疗侏儒病 一个患者每年需用量 50个死人的垂体中提取 基因工程生产 价格为1 4提取 不需依赖死人脑 8 四 副产物少 不良反应小 安全性好 疫苗的生产 常规方法 用血液 成本高 可带来病毒感染的危险性 现代生物技术 用大肠杆菌 如乙肝疫苗 凝血因子等 大大改进使用的安全性 9 2 生物导弹 McAb接抗癌药物 体内McAb只与该肿瘤细胞特异 性结合 抗癌药物专一 靶向到肿瘤细胞 小鼠的免

5、疫球蛋白 McAb免疫球蛋白分子中含有人免疫球蛋白分子片段 三 现代生物技术在医药领域的应用 在疾病诊断与治疗中的应用 1 单克隆抗体与疾病诊断 妊娠试验 FDA批准上市的McAb产品 已有几十种 10 3 基因诊断 核酸分子杂交技术 80年代中期 聚合酶链反应 polymerase chain reaction PCR 体外扩增基因的方法 产前和症状前基因诊断 苯丙酮尿症 珠蛋白合成障碍性 贫血 假肥大型肌营养不良 甲型血友病 乙型血友病 成年型多囊肾 慢性进行性舞蹈病等遗传病 4 基因治疗 因单一结构基因即编码蛋白质的基因缺陷 所引起的遗传病 治疗 导入正常基因 校正缺陷基因引起的DNA代

6、谢 异常及细胞突变 使之恢复正常功能 11 二 未来医药卫生领域中的生物技术展望 1 转基因动物生产的 转基因药物 1978年 把人tPA基因转入小鼠受精卵发育成转基因小鼠 并证明在其乳汁中能得到tPA 美国DNx公司的 制药工厂 转基因猪 环球基因药物公司 转基因奶牛 基因酶公司 转基因山羊 英国药物蛋白公司 转基因绵羊 转基因药物 与基因工程药物相比 产量高 成本低 具有与人体自身产生的蛋白相同的 生物学活性 乳腺细胞能进行一系列的翻译后修饰作 用 包括糖基化作用等 正确地产生人体蛋白 12 2 人型McAb monoclonal antibody 的制备 技术路线 鼠型McAb分子中更换

7、一段人抗体分子中与抗原结 合的链段 用蛋白质工程的方法 从人鼠杂交瘤细胞中直接克隆人抗体基因 并使 之在细菌中得到表达 将人免疫球蛋白重链C区基因转入小鼠受精卵 发 育成转基因小鼠 用特定抗原免疫 得人型化McAb 3 基因治疗 基因打靶 技术 将外源基因定点整合到细胞基因组的某一确定位 点上 因而能对缺陷基因进行原位修复 13 聚合酶链反应及其他不断涌现的分子生物学新技术 将得到广泛应用 在细菌 酵母菌 昆虫细胞 哺乳动物细胞等不同的 细胞内能得到高效表达的载体 将不断地构建成功 大幅提高基因工程的生产效率 生物技术后处理工程和蛋白质工程 将迅速发展 有目的地修饰 改造乃至重新组建 4 生物

8、技术的各个环节 14 第一节 生物药物 biopharmaceutics 一 概念 利用生物体及其成分 综合利用生物学 生物化学 微生物学 生物组织免 疫学 物理化学 药学原理 方法加工制造的 预防 诊断 疾病的制品 治疗 第二章 生物药物与生物技术 药物概述 15 一 按来源和制造方法 1 动物来源 动物脏器 资源丰富 家畜 猪 马 牛 羊 家禽 鸡 鸭 海洋生物 海带 鲨鱼 海蛇 二 分类 16 2 微生物来源 发酵法 优点 1 微生物及其代谢物资源丰富 开发潜力大 2 培养 繁殖快 产量高 成本低 便于大规模工业生产 不受原料 运输 保存 季节和资源供应影响 3 生产的生物药物可综合利用

9、 代谢物和菌丝体 诱变选育良种 加入前体培养法 4 体内酶的转化作用 使复杂 难反应能专一 迅速 17 4 化学合成 氨基酸 多肽 核酸降解物及其衍生物 维 生素 激素 结构改造以高效 长效和高专一性 3 植物来源 植物中的蛋白质 多糖 脂类 核酸等 生物大分子的研究和利用 18 5 现代生物技术产品 基因工程技术生产的 重组活性多肽 活性蛋白质类 基因工程疫苗 McAb 多种细胞生长因子 利用转基因动 植物生产的生物药物 利用蛋白质工程技术改造天然蛋白质 创造自然 界没有的而功能上更优良的蛋白质类生物药物 19 生物技术药物 基因工程药物 Biotech Drugs 以 DNA重组技术 包括

10、基因工程技术 蛋白质工程技术 生产的蛋白质 多肽 酶 激素 疫苗 单克隆抗体和 细胞生长因子类药物 1 细胞因子干扰素类 IFN IFN 和IFN IFN 有 lb 2a 2b等 2 细胞因子白介素类和肿瘤坏死因子类 IL 2和突变型白介素 2 TNF 和TNF受体 二 生物技术药物的主要类型 第二节 生物技术药物 一 概念 20 3 造血系统生长因子类 粒细胞集落刺激因子 G CSF 巨噬细胞集落 刺激因子 M CSF 巨噬细胞粒细胞集落刺激因子 GM CSF 红细胞生成素 EPO 促血小板生 成素 TPO 干细胞生长因子 SCF 等 4 生长因子类 促进细胞生长 组织再生和创伤治疗 胰岛素

11、样生长因子 ICF 表皮生长因子 ECF 血小板衍生生长因子 PDGF 转化生长因子 TGF 与TGF 神经生长因子 NGF 及各种神经 营养因子 5 重组蛋白质与多肽类激素 人重组胰岛素 Humulin 人生长激素 rhGH 促卵泡激素 FSH 促黄体生成素 LH 绒毛 膜促性腺激素 HCG 等 21 6 心血管病治疗剂与酶制剂 心血管疾病和抗肿瘤治疗 因子 水蛭素 组织纤溶酶原激活剂 tPA 尿激 酶 链激酶 葡激酶 门冬酰胺酶 超氧化物歧化酶 SOD 葡萄糖脑苷酶及DNase等 7 重组疫苗与单抗制品 重组乙肝表面抗原疫苗 酵母 乙肝基因疫苗 重组乙肝表面抗原疫苗 CHO细胞 艾滋病疫苗

12、和肿 瘤疫苗等 己开发的McAb有72种 多用于治疗难治性疾病如 预防移植物急性排斥 免疫性疾病和肿瘤等 22 8 基因药物 应用于基因治疗目的的DNA片段重组药物 基因治疗 将外源基因导入机体以达到治疗疾病目的 遗传性疾病 肿瘤 艾滋病 囊性纤维变性 糖 尿病和心血管病等 我国已批准上市品 IFN 1b 自研 IFN 2a IFN 2b IFN IL 2 IL 2 125Ser G CSF GM CSF SK EPO EGF ECF衍生物 b ECF 胰 岛素 GH TPO TNF衍生物 抗IL 8单抗乳膏剂 胸苷激酶基因工程细胞制剂 乙肝疫苗 痢疾疫苗等 23 细胞 生物有机体形态结构和生

13、命活动的基本单 位 第三章 细胞工程技术概念 细胞工程 以细胞作为研究对象 运用细胞生物学 分子生物学等学科的原理与方法 按照人们的意志设 计改造细胞的某些遗传性状 培育出新的生物改良品 种或通过细胞培养获得自然界中难以获得的珍贵产品 的新兴生物技术 细胞培养 细胞融合 细胞重组和遗传物质转移等 24 第一节 细胞培养技术 细胞培养 生物体内某一块组织 用酶消化法分散成单 个细胞 接种至特定的培养容器中并给予必要的生长条 件 使其在体外生长繁殖的技术 细胞生长所需的培养条件 1 足够的营养 糖 氨基酸 维生素 无机盐等 2 生长环境 合适的温度 pH值 无菌条件 25 动物细胞的培养 先在无菌

14、条件下用消化酶将组织 分散成单个细胞 用培养基制成细胞悬液 使其在体 外合适的条件下生长繁殖的技术 一 动物细胞培养 细胞培养的对象 单个的细胞 组织培养的对象 组织块 0 5 1mm 器官培养的对象 器官的一部分或整个器官 26 动物细胞分类 动物细胞培养特征 贴壁依赖性细胞 贴壁 大多数动物细胞 非贴壁依赖性细胞 悬浮 血液淋巴细胞 肿瘤细胞 杂交瘤细胞 转化细胞系 兼性贴壁细胞 附壁或悬浮 27 1 原代培养 or初次培养 primary culture 胚胎或出生后几天幼龄动物的脏器获取组织 剪成小块 长宽1mm 厚约0 5mm 胰酶消化分散 稀释成2 105 7 105 ml 分装到

15、培养瓶 板 于37 CO2培养箱内培养 原代培养的细胞特点 离体时间短 一般具二倍体遗传 性状 能较好地反映在体内的生长状况 适合用作药物测试和细胞分化的研究工具 二 动物细胞培养技术 28 2 传代培养 或继代培养 subculture 将细胞悬液转接分装到 两个瓶中培养 传代培养 分裂次数 正常细胞有限 一般人正常细胞可传代50 60次 有限细胞系 finite cell line 传代过程中可无限制生长繁殖的细胞系 连续细胞 系 continuous cell line 或已确立的细胞系 肿瘤细胞 29 三 动物细胞培养的营养条件 1 培养基 1 天然培养基 成分复杂 来源有限 血清 水

16、解乳蛋白 胶原 胚胎浸液等 主含蛋白质 氨基酸 葡萄糖 激素 其他对维 持细胞生长繁殖和保持细胞生物学活性不可缺少的未 知因子 促进细胞贴壁 中和有毒物质以保护细胞 动物血清 缺点 来源困难 成分不确定 使得细胞生长过程不 易检测控制 30 水解乳蛋白 乳白蛋白的水解产物 胶原 动物真皮 豚鼠 牛 或大鼠尾腱来源的组织提取 物 胚胎浸液 鸡胚和牛胚 31 特点 一定化学组成 主要组分 氨基酸 维生素 糖 无机盐 其他一些辅助因子 2 合成培养基 根据天然培养基的成分 人工设计模拟合成 RPMI 1640 DMEM TC199 Eagle s MEM等 只能维持细胞的生存 基础培养基 须补充部分天然培养基 血清 一般为10 20 32 维持细胞生长所需的激素和生长因子 胰岛素 生长激素 表皮生长因子 成纤维细胞生长因子 细胞贴壁或铺展所需的细胞因子 纤维粘连素 铺展因子 胎球蛋白等 血清在培养液中的主要作用 提供 识别维生素 脂类 激素和金属的结合蛋白 调节被 结合物的活力 白蛋白 与维生素 脂类 激素结合 将它们载入细胞 转铁蛋白 结合并传递铁离子 结合蛋白与有毒金属或热原结合则可解除