1、生 物 制 药 工 艺 学,主讲教师：高向东 教 授 孔 毅 副教授何书英 副教授郑 珩 副教授 劳兴珍 讲 师中国药科大学 生命科学与技术学院 2010.8,考试和考查本课程的考核分为考试和平时考核两部分：考试成绩占70%+课堂考核30%=100%计划学时数84学时（理论）+126学时（实验）,教学内容与课时安排,第一章 生物药物概论 Introduction of Biopharmaceutics,1药物 Medicine(remedy)用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功能、促进机体康复保健的物质，有4大类：预防药、治疗药、诊断药和康复保健药。2药品 Drug直接用于临床的药物产品，
2、是特殊商品。药品应规定有适应症、用法与用量和疗程，说明毒副反应。还要有使用有效期，过期药品不准使用。,3中国的三大药源：,生物药,化学药,中 药,生物药物 Biopharmaceutics,是以生物体、生物组织或其成份为原料（包括组织、细胞、细胞器、细胞成分、代谢、排泄物）综合应用生物学、物理化学与现代药学的原理与方法加工制成的药物。,(书：P1页),中国药科大学,3.生物药物资源,生物是奥妙的,水蛭（俗称蚂蝗）,水蛭素：抗凝血,苍蝇,抗菌肽,现代生物药物分四大类：,（1）重组DNA药物（又称基因工程药物） （2）基因药物：以遗传物质DNA、RNA为物质基础制造的药物一般把采用DNA重组技术或
3、单克隆抗体技术或其他生物技术制造的蛋白质、抗体或核酸类药物统称为生物技术药物(biotech drug)，在我国又统称为生物制品。 （3）天然生物药物 （4）合成或半合成生物药物,现 代 生 物 药 物,1.重组DNA药物,2.基因药物,3.天然生物药物,4.合成半合成生物药物,生物技术药物,人生长素 人胰岛素 干 扰 素 表皮生长因 子抗癌药物 “今又生” (重组人p53腺病毒注射液 ,深圳赛百诺基因技术公司) 肝 素 尿 激 酶 香菇多糖 维 生 素 氨 基 酸 抗 生 素 氨 基 酸 半 合 抗,第一节 生物药物的研究范围,一、生物药物的发展简史 1. 传统生物制药（Traditiona
4、l biopharma- ceutics）技术阶段是指从生物材料粗加工制成粗制剂阶段。,上古时期,4世纪,7世纪,2. 近代生物制药发展阶段 （Recent Biopharmaceutics）,（1）脏器制药与微生物制药时期 （2）生化制药工业时代,20世纪20年代：胰岛素、甲状腺素、EAA、EFA、Vit C,20世纪40年代：青霉素,20世纪50年代：皮质激素、垂体激素,20世纪60年代：酶制剂、维生素,60年代后，进入第二个发展时代:生化制药工业时代。生物分离工程技术与设备广泛应用。生化产品达600多种。,3. 现代生物制药阶段 （Modern Biopharmaceutics） 特点是
5、以基因工程为主导，包括细胞工程、发酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。,1982.10重组Ins上市，迄今已有166多种生物技术药物投放市场，369种进入三期临床，760多种进入I-II期，2600多种处于临床前研究。,二、生物制药工艺学的内容 生物制药工艺学 Biopharmaceutical process,1生化制药与微生物制药工艺； 2生物技术药物与生物制品制造工艺； 3相关生物医药产品生产工艺。课程含三大部分内容：（1）基础篇：生物制药工艺技术基础；（2）技术篇：生物分离工程技术；（3）品种篇：重要生物药物制造工艺。,课程任务：通过学习本门课程应掌握：（1）各类生物药物制造的工艺技术
6、基础理论、原理、工艺过程和制剂技术及其质量控制。（2）各类生物药物的来源、结构、性质与临床用途。,生物制药工艺学参考书,1. 吴梧桐：中国药科大学生物制药工艺学第二版实用生物制药学现代生化药学,2熊宗贵：沈阳药科大学，微生物药物研究 生物技术制药，高等教育出版社，1999; 3褚志义 ：上海医科大学，教授，生物合成药物 生物合成药物学，化学工业出版社，2000.,4马清钧：军事医学科学院生物工程研究所生物技术药物，中国医药科技出版社,“人重组白细胞介素-2 ”,1994 年6月获得国家一类新药证书和试生产文号.曾获得全国科技大会重大成果奖及国家科技进步一等奖，并多次获得军队科技进步二等奖和三等
7、奖。,5陈代杰：上海医药工业研究院研究员 微生物药物学，华东理工大学出版社6王军志：中国药品生物制品检定所副所长 生物技术药物研究开发和质量控制，科学出版社，2002年,杂志1 中国抗生素杂志2 药物生物技术3 生物工程学报4 中国生化药物杂志5 中国医药工业杂志,本课程网站： http:/202.119.189.236:8087/ec3.0/C33/Index.htm学校主页-精品课程-国家精品课程公共信箱http:/帐户：shengwuzhiyao,第二节 生物药物的性质与类别,一、生物药物的特性 （Characterization of Biopharmaceutics）（一）药理学(p
8、harmacology)特性：1、活性强: 体内存在的天然活性物质。2、治疗针对性强,基于生理生化机制。3、毒副作用一般较少，营养价值高。4、可能具免疫原性或产生过敏反应。,(二)、理化特性：1. 含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技术要求高；2. 组成结构复杂，具严格空间结构，才有生物活性。对多种物理、化学、生物学因素不稳定。3. 活性高，有效剂量小，对制品的有效性，安全性要严格要求（包括标准品的制订）。,二、生物药物的类别,（一）天然生物药物1微生物药物 ( microbial medicine) （1）抗生素 （2）酶抑制剂 （3）免疫抑制剂(书P11页),2生化药物（含海洋药物）（1）
9、氨基酸类药物 （2）多肽类药物 （3）蛋白质类药物 （4）酶类药物 （5）辅酶类药物 （6）核苷酸与核酸类药物 （7）多糖类药物 （8）脂类药物 （ 书P13页）,（二）生物技术药物（新生物制品）1. DNA重组药物（DNA recombinant medicine）基因工程与蛋白质工程药物（1）细胞因子干扰素(IFN)类药物 （2）细胞因子白介素类和肿瘤坏死因子 （3）造血功能药物 （4）生长因子类药物 （5）重组蛋白和多肽类激素 （6）心血管病治疗剂与酶制剂 （7）重组疫苗与治疗性抗体,基 因 工 程(genetic engineering) 是将不同来源的基因(DNA分子)，按预先设计的
10、蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、 生产新产品。蛋白质工程 (protein engineering) 利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。,2. 基因药物（gene medicine）(1)基因治疗 (P10页)(2)反义核酸药物 (P10页),（三）合成或半合成生物药物,青霉素母核 （6-氨基青霉烷酸，6-APA),+R基团,第三节 生物医药产业,生物医药产业的概念可以分为广义和狭义两种广义的生物医药产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
11、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。,生物医药行业特征,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）涉及到目的基因的获得、纯化、测序；基因的克隆、导入；工程菌的培养及筛选；下游技术涉及到目标蛋白的纯化及工艺放大，产品质量的检测及保证。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世纪生物药物的研究将进入成熟的研发阶段，使医药学实践产生巨大的变革，从而极大地
12、提高人们的健康水平。,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10亿美元左右，并随新药开发难度的增加而增加，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了40%。显然，雄厚的资金是生物药品开发成功的必要保障。,3. 长周期生物药品从开始研制到最终转化为产品要经过很多环节：试验室研究阶段、中试生产阶段、临床试验阶段（I、II、III期）、规模化生产阶段、市场商业化阶段以及监督每个环节的严格复杂的药证审批程序，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8-10年
13、，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、毒理等临床前实验、制剂处方及稳定性实验、生物利用度测试直到用于人体的临床实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。任何一个环节失败将前功尽弃。另外，市场竞争的风险也日益加剧。,5. 高收益生物药物的利润回报率很高。一种新生物药品一般上市后2-3年即可收回所有投资，尤其是拥有新产品、专利产品的企业，一旦开发成功便会形成技术垄断优势，利润回报能高达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1
14、997年的销售额已分别超过和接近20亿美元。,第四节 生物药物的发展与展望,1生物技术药物研究进入蛋白质工程药物时代第一代重组药物：一级结构与功能和天然活性蛋白质完全一样；第二代重组药物：对天然产物表达物进行简单修饰，如PEG化或糖基化； 第三代重组药物：蛋白质工程药物，在DNA水平上，合理设计、改造、创制新型治疗蛋白。目的是提高活性；减少或消除毒副作用；提高体内外稳定性；产生新的功能特性。,人胰岛素（Insulin）,3D Structure of Insulin,胰岛素二聚体（dimer）,胰岛素六聚体（hexamer ）,胰岛素样生长因子-1(IGF-1)的自我聚合能力远低于胰岛素，而其
15、B28和B29位氨基酸位置与胰岛素相反，第28位为赖氨酸而第29位为脯氨酸。,2. 治疗性抗体发展迅猛FDA已批准17种治疗性抗体，在抗肿瘤、治疗风湿性关节炎，防止感染、抗血小板凝集等方面疗效突出。在369种进入临床试验的生物技术药物中有75种是抗体类产品，预计2008年会有17种上市。如抗TNF嵌合抗体，TNF-R-Fc融合蛋白。,抗体人源化分为（1）嵌合抗体：用人源抗体恒定区替换鼠源抗体恒定区，保留抗体可变区。 （2）人源化抗体:可变区中仅CDR（互补决定区）为鼠源，其FR(框架区)及恒定区均来自人源。,3. 哺乳动物细胞表达产物所占比重快速增加2000年已批准创新生物技术药物：酵母表达产
16、品2种，E.coli表达产品4种，分子量均在3.5KDa6K Da ，表示它表达多肽有优势，而通过动物细胞表达系统22种（包括抗体、酶、凝血因子）如：TNKase(组织纤溶酶原激活剂,t-pA突变体）；EPO（促红细胞生成素),4、RNA干涉（ RNA interference,RNAi）是指在生物体细胞内，dsRNA(双链RNA)引起同源mRNA的特异性降解，因而抑制相应基因表达的过程。一种转录后水平的基因沉默生物体内普遍存在抵御外在感染的重要保护机制,siRNA (small interfering RNA) ：是一种小RNA分子(21-25核苷酸) ，由Dicer (RNAase 家族中
17、对双链RNA具有特异性的酶)加工而成。siRNA是siRISC (RNA-induced silencing complex,由核酸内切酶、核酸外切酶、解旋酶等构成，作用是对靶mRNA进行识别和切割)的主要成员，激发与之互补的目标mRNA的沉默。,RNAi引发的基因沉默机制,5、基因治疗剂：DNA疫苗与基因药物发展迅速，将功能基因与表达载体重组，导入人体细胞，使其在体内表达活性蛋白，产生免疫或治疗作用。已研究成功乳腺癌DNA疫苗（可能对病毒性肿瘤均可获得成功），还有黑色瘤基因治疗也取得突破（使病人晚期肿瘤消失），将病人的T-cell分离出来，用肿瘤抗原受体基因改造T-cell，再注入人体，可以对黑色素瘤产生有效清除作用。,
