基因制药00-绪论课件

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1、生物技术制药,生物科学与技术学院 姜芳燕 ,Biotechnological Pharamaceutics,内容提要,生物技术制药（Biotechnological Phamaceutics）是不断引进现代生物化学、分子生物学、细胞生物学、微生物学和制剂学及现代基因工程等多学科先进技术而形成与发展起来的实用制药技术。主要内容包括现代生物制药技术的基础理论和基本技术。对不同来源的药物资源或原料（包括动物、植物、微生物和海洋生物），从化学结构或组分、性质、操作技术、技术路线、工艺过程等进行论述。,目的和要求,通过本课程的学习使学生进一步了解和掌握现代生物技术制药的基本知识，掌握常规生物制药的基本路

2、线和工艺过程。使学生把学习的生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因工程、蛋白质工程等现代生物技术和基本理论与动、植物资源的利用相结合，使理论学习与实践应用相结合。使学生能够在生物资源利用和药物研制与开发方面有一个较全面的知识背景和技术技能。 本课程要求学生尽可能的利用一切途径学习和了解生物技术制药的基本知识，了解生物药用资源的知识背景，把生物资源的科学利用与药物研制紧密结合，培养学生的发明创造能力。,本课程知识结构及相互之间的关联,基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程 抗体工程,-核心 -基础 -条件 -手段 -实例,动物细胞工程 植物细胞工程,生物技术制药就是通过以上工程方法的高科技新兴产业

3、,教学内容,第一章 绪 论 第二章 基因工程制药 第三章 动物细胞制药 第四章 抗体制药 第五章 植物细胞制药 第六章 酶工程制药 第七章 发酵工程制药,教 材,生物技术制药（第2版）. 夏焕章 熊宗贵 主编. 高等教育出版社. 2006.4,参考书,第一章 绪 论,第一节 生物技术的发展史 第二节 生物技术药物 第三节 生物技术制药,第一节 生物技术的发展史,一 概 述 二 生物技术发展简史,一 概 述,生物技术：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程等。 生物技术制药：采用现代生物技术，借助某些微生物、植物、动物生产医药品。,19世纪： 细胞是生命的基本单位

4、细胞学说： 细胞是动植物结构和功能的基本单位，一切生命现象都是以细胞为基础表达的,生物技术的重要性,有助于解决全球的重大难题：资源（能源）、人口、粮食、生态环境、健康与疾病和战争与灾害； 促进传统产业的技术改造和新产业的形成，对人类社会生活产生深远的革命性影响； 生物技术这一新生事物正迅速走向老百姓日常生活各个方面，将对人类的发展做出贡献。,生物技术学科的地位,世界新技术革命的主角之一，生物技术与信息技术，新材料，新能源一起已成为新产业革命四大支柱之一 阳光技术，朝阳产业，黄金工程，倍受世界各国重视 21世纪是生物生命世纪，生物技术将成为21世纪高技术革命的核心内容,二 生物技术发展简史,1、

5、传统生物技术阶段 公元前6000年古代巴比伦人酿造啤酒 公元前4000年埃及人发酵面包 我国殷朝制酱 周朝制醋 特点：自然发酵、全凭经验,2、近代生物技术阶段 1680年，荷兰微生物学家安东.列文虎克发明显微镜发现了微生物 1865年，法国科学家巴斯德证明了发酵原理 1928年，英国 Fleming发现青霉素,3、现代生物技术 1953年，Watson 和Crick提出DNA双螺旋结构 1973年，建立DNA重组技术 1975年，建立单克隆抗体技术 1978年，大肠杆菌表达出胰岛素 1988年，PCR方法 1997年，英国克隆多利羊 2003年，人类基因组测序完成,近半个世纪生物技术发展的10

6、大里程碑,1953年 Watson 与 Crick 发现了 DNA 的双螺旋结构 1956年 Kornberg 发现了 DNA 聚合酶 1966年 破译了氨基酸三联密码子 1970年 发现了核酸限制性内切酶 1975年 研制出了第一个单克隆抗体,1982年 FDA 批准了第一个基因工程药物-重组人胰岛素 1983年 Mullis 发明了聚合酶链式反应（PCR）技术 1990年 人类基因组（Human Genome Project）计划启动 1997年 克隆羊多利诞生 2003年 人类基因组测序完成,近半个世纪生物技术发展的10大里程碑,4、现代生物技术定义,（1）现代生物技术定义： 以现代生命

7、科学为基础，把生物体系与工程学技术有机结合在一起，按照预先的设计，定向地在不同水平上改造生物遗传性状或加工生物原料，产生对人类有用的新产品（或达到某种目的）之综合性科学技术。,（2）要 点, 对象是具遗传特性有生命物质：包括病毒、细菌、植物、动物、直到人类 生物体系多个不同水平研究：从大分子（DNA、RNA、蛋白质）、亚细胞、细胞、组织、器官到整个机体 应用工程学原理: 经人类思维，设计方案、定向修饰、加工制作过程、经过体外环节 有目的产品：目的产品有三新特征（新遗传功能、新遗传性状、新物种）。要有合乎人类所需的工业、农业、医疗和食品产品 高新技术起重要作用,（3） 生物技术与诸学科关系,医学

8、生物技术 药学生物技术 动物生物技术 农业生物技术 海洋生物技术 微生物生物技术,（4） 生物技术的内容,上游工程: 是生物技术的实验室研究阶段，应用基础研究，产生三新产品的源泉。 下游工程: 是生物技术的扩大生产，加工应用阶段，使三新产品能达到三化: 商品化、工程化、企业化，是效益阶段。,现代生物技术的基础学科和分支,分子生物学 医药生物技术 微生物学 生物技术疫苗 生物化学 现代生物技术 生物技术诊断 遗传学 农业生物技术 细胞生物学 家畜生物技术 化学 海洋生物技术,一 生物技术药物的分类 二 生物技术药物的特性,第二节 生物技术药物,从神农尝百草到药物分子设计,1. 药 物 是人类为了

9、生存与疾病做斗争的一种武器，是人类文明史的一个重要组成部分。药物的发现时从尝试各种食物时遇到毒性反应而加以利用或寻找解毒之物而开始的。 2. 药物的发展简史 本草学（古代）-实验药物学（19世纪）-分子药物学（近20年） 古代药物学的随机性和偶然性，人体直接观察-有机化学的发展，进行成分分析，动物病理模型-分子生物学和分子药理学，针对靶分子的分子药物设计。,3. 传统药物学 （1）生态学 天然药的来源、形态、组织特征和化学成分，以便鉴定 （2）药物化学 化学药物的制备原理、方法，结构与药理作用。,生物药物和生物技术药物,1. 生物药物 指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某

10、一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗的医药品。 2. 生化药物 运用生物化学研究方法，将生物体中起重要生理生化作用的各种基本物质经过提取、分离、纯化等手段制造出的药物；或者将上述这些已知药物加以结构改造或人工合成创造出的自然界没有的新药物。主要有氨基酸、多肽蛋白类、核酸类、多糖、脂、细胞生长调节因子等。,3. 生物技术药物 采用DNA重组技术或其它生物技术研制的蛋白质或核酸类药物。 4. 生物药品 指以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织作为起始原料，采用生物学工艺或分离纯化技术制备，并以生物学技术和分析技术控制中间产物和成品质量制成的生物活性制剂。包括：疫（菌）苗、毒素、类毒素、免疫血清、

11、血液制品、免疫球蛋白、抗原、变态反应原、细胞因子、激素、酶及辅酶、McAb、DNA重组产品以及体外免疫试剂等。,一 生物技术药物的分类,应用重组DNA技术制造的基因重组制剂 基因药物 天然生物药物 合成与部分合成的生物药物,二 生物技术药物的特性,分子结构复杂 具有种属特异性 针对性强，疗效高 稳定性差 基因稳定性 免疫原性 体内的半衰期短 受体效应 多效性和网络性效应 检验的特异性,一 生物技术制药的特征 二 生物技术在制药中的应用 三 生物技术制药的现状和前景,第三节 生物技术制药,生物医药产业,生物技术医药产业是产业化、商品化的高新技术产业之一，可以分为广义和狭义两种。 广义的生物医药产

12、业是指将现代生物技术与各种形式的新药研究、开发、生产相结合，以及与各种疾病的诊断、防治和治疗相结合的产业。 狭义的定义，是指以基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程为基础的产业。,大规模生产生物活性物质,野生细胞,分离工程,酶,野生细胞,工程细胞,分离工程,基因工程 蛋白质工程 代谢工程,细胞工程 发酵工程,生物活性物质,酶工程,一、生物技术制药的特征,1. 高技术 这主要表现在其高知识层次的人才和高新的技术手段。生物制药是一个知识密集、技术含量高、多学科高度综合、互相渗透的新兴产业。以基因工程药物为例，上游技术（即工程菌的构建）涉及到目的基因的合成、纯化、测序；基因克隆、导入；工程菌的培养与筛

13、选；下游技术涉及到目的蛋白的纯化及工艺放大，产品质量的检测机保证。生物医药的应用扩大了疑难病症的研究领域，使原先威胁人类生命健康的重大疾病得以有效控制。21世纪生物药物的研制将进入成熟的研发阶段，使医药学实践产生了巨大的变革，从而极大地提高了人们的健康水平。,2. 高投入 生物制药是一个投入相当大的产业，主要用于新产品的研究开发及医药厂房的建造和设备仪器的配置方面。目前国外研究开发一个新的生物医药的平均费用在13亿美元左右，并随新药开发难度的增加而增加（目前有的还高达6亿美元）。一些大型生物制药公司的研究开发费用占销售额的比率超过40%。显然，雄厚的资金是生物药品开发成功的必要保障。,3. 周

14、期长 生物药品从开始研制到最终转化为产品要经过很多环节；实验室研究阶段、中试生产阶段、临床试验阶段（、期）、规模化生产阶段、市场商品化阶段以及监督每个环节的严格复杂的药政审批程序，而且产品培养和市场开发较难，所以开发一种新药周期较长，一般需要810年，甚至10年以上的时间。,4. 高风险 生物医药产品的开发孕育着较大的不确定风险。新药的投资从生物筛选、药理、毒理等临床前试验、制剂处方集稳定性试验、生物利用度测试，以及用于人体的临床试验以及注册上市和售后监督一系列步骤，可谓是耗资巨大的系统工程。任何一个环节失败都将前功尽弃，并且某事药物具有“两重性”，可能会在使用过程中出现不良反应需要重新评价。

15、一般来讲，一个生物工程药品的成功率仅有510% 。时间却需要810年，投资13亿美元。另外，市场竞争的风险也日益加剧，“抢注新药证书和抢占市场占有率”是开发技术转化为产品时的关键，也是不同开发商激烈竞争的目标，若被别人抢先拿到药证或抢占市场，就会前功尽弃。,5. 高收益 生物工程药物的利润回报率很高。一种新生药物品一般上市后23年即可回收所有投资，尤其是拥有新产品、专利产品的企业，一旦开发成功便形成技术垄断优势，利润回报能高度10倍以上。美国Amgen公司1989年推出的促红细胞生成素（EPO）和1991年推出的粒细胞集落刺激因子（G-CSF）在1997年的销售额已分别超过和接近20亿美元。可

16、以说，生物药品一旦开发成功投放市场，将获暴利。,二 、生物技术在制药中的应用,（1）基因工程制药 （2）细胞工程制药 （3）酶工程制药 （4）发酵工程制药,基因工程制药,基因工程制药是指利用重组DNA技术生产蛋白质或多肽类药物。这些药物常是一些人体内的活性因子，如干扰素、胰岛素白细胞介素2和EPO等。 主要研究相应基因的鉴定、克隆、基因载体的构建与导入、目的产物的表达及分离纯化等问题。现在正兴起的基因治疗是这一技术的一个新领域。 1989年，我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物重组干扰素lb，标志着我国生产的基因工程药物实现了零突破。重组干扰素lb是世界上第一个采用中国人基因克隆和表达的基因工程药物，也是我国自主研制成功的拥有自主知识产权的基因工程一类新药。,细胞工程制药,细胞工程制药是指利