生物技术制药第2版-第一章-绪论课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物技术制药,1,生物技术制药1,课程教学内容,生物技术药物的基本知识,基因工程制药,动物细胞,工程制药,抗体工程制药,疫苗及其制备技术,酶工程制药,发酵工程,制药,微生物转化,蛋白质药物的化学修饰,十,.,新型生物技术制药,2,课程教学内容生物技术药物的基本知识酶工程制药2,第一章 绪论,学习要求：,1. 掌握：生物技术、生物技术药物、生物技术制药的概念,2. 熟悉：生物技术药物的特性、生物技术制药的主要研究内容任务,3. 了解：生物技术药物的分类、生物技术制药的发展历程和趋势,3,第一章 绪论 学习要求：3,内 容,生物技术的概念,生物技术药物,生物技术制药概念及主要研究内容与任务,生物技术制药发展历程和趋势,4,内 容生物技术的概念4,第一章 绪论,生物技术（biotechnology）又称生物工程（bioengineering）：以,现代生命科学,为,基础,，结合,先进的工程技术,手段,和其他,基础学科的科学,原理,，按照预先的设计,改造生物体或加工生物原料,，,发展新产品,或达到某种目的,技术体系,。,一、生物技术的概念（,biotechnology,）,5,第一章 绪论生物技术（biotechnology）又称生物工,生物技术涉及的学科,生物化学、分子生物学、分子遗传学、微生物学、细胞生物学、免疫学、药学、化学工程、计算机技术等。,6,生物技术涉及的学科生物化学、分子生物学、分子遗传学、微生物学,生物技术的技术范畴,蛋白质工程,抗体工程,糖链工程,海洋生物技术,生物转化,7,核心和关键是主导技术,基 础,条 件,获得产物的手段,第二代基因工程,第三代生物技术,衍生工程技术,生物技术的技术范畴蛋白质工程抗体工程糖链工程海洋生物技术生物,8,技术范畴间的关系,基因工程是生物技术的核心和关键，是主导技术；,细胞工程是生物技术的基础；,酶工程是生物技术的条件；,发酵工程是生物技术获得产物的手段；,蛋白质工程又称第二代基因工程；,第三代生物技术,海洋生物技术,衍生出：抗体工程、糖链工程、生物转化技术等,8技术范畴间的关系基因工程是生物技术的核心和关键，是主导技术,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,化学工程海洋生物技术,抗体工程,现代生物技术的基础学科和分支,生物技术内容,基因工程（,genetic engineering,）,也称遗传工程、,DNA,重组,技术、基因操作技术：,现代生物技术的核心和主导；,应用人工方法将生物遗传物质（,DNA,）分离、切割、拼接和重组，导入宿主细胞或个体，,改变其遗传品性,；,使新的遗传信息在宿主（细胞或个体）中大量表达以,获得基因产物,（多肽或蛋白）。,10,生物技术内容也称遗传工程、DNA 重组技术、基因操作技术：1,11,11,基因工程,在制药中的应用,1,）,基因工程药物品种的开发,2,）,基因工程疫苗,3,）基因工程抗体,4,）,基因诊断与基因治疗,5,）应用基因工程技术建立新药的筛选模型,6,）应用基因工程技术改良菌种，产生新微生物药物,7,）基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用,8),应用转基因动、植物生产蛋白质类药物,12,基因工程在制药中的应用1）基因工程药物品种的开发12,利用基因工程细菌等表达人类一些重要基因片断，可产生具有生理活性的肽类和蛋白质类药物。如：应用传统的技术方法提取,1mg,生长激素抑制素,(somatostatin),需要用,10,万只羊的下丘脑。用基因工程方法只需,10L,大肠杆菌培养液，其价格大约为每毫克,0.3,美元。,13,利用基因工程细菌等表达人类一些重要基因片断，可产生具有生理,基因工程乙肝疫苗,14,基因工程乙肝疫苗14,也成细胞操作技术，生物技术的基础；,以细胞为基本单位，,体外进行培养、繁殖,；,改良生物品种,和,创造新品种,：按人们意愿改变细胞某些生物学特性，加速繁育个体（动、植物）、获得有用物质的过程。,生物技术内容,细胞工程（,cell engineering,）,15,也成细胞操作技术，生物技术的基础；生物技术内容15,利用微生物的特殊功能,生产,有用,物质,；是获得终产物的手段,直接将微生物应用于工业生产的一种技术体系；,包括：菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵、微生物功能利用等。,生物技术内容,发酵工程（,fermentation engineering,）,16,利用微生物的特殊功能生产有用物质；是获得终产物的手段生物技术,利用,酶或细胞所具有的,特殊催化功能,，,或,对酶进行,修饰改造,，并借助,生物反应器,和,工艺过程,来,生产,所需,产品,的一项技术。,包括：酶的开发与生产、酶的分离与纯化、酶的固定化、反应器的研制及酶的应用等。,生物技术内容,酶工程（,enzyme engineering,）,2015-08-28,17,利用酶或细胞所具有的特殊催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助,18,第二代基因工程,通过改变基因制造新型蛋白质；,基因工程区别：以生产天然（已存在）蛋白为主。,利用基因工程技术改变核酸序列（密码子），从而创造新蛋白。,生物技术内容,蛋白质工程（,protein engineering,）,18第二代基因工程生物技术内容,19,综合基因工程、细胞工程、蛋白质工程及单抗技术衍生而来；,应用细胞生物学、分子生物学技术改变抗体遗传特性和生物学特性，,获得,具有,特定生物学特性和功能,的,新抗体,建立,能过,稳定获得高质量和产量抗体,的,技术,。,生物技术内容,抗体工程（,antibody engineering,）,19综合基因工程、细胞工程、蛋白质工程及单抗技术衍生而来；生,20,综合基因工程、酶工程、蛋白质工程等及质谱技术，衍生而来,内容包括：糖链制备、结构分析、糖链与蛋白的连接方式、糖链对蛋白质功能与活性的影响、蛋白糖基化技术等。,生物技术内容,糖链工程（,glycotechnology,）,20综合基因工程、酶工程、蛋白质工程等及质谱技术，衍生而来生,21,运用,海洋生物学,与,工程学,的原理和方法，,利用,海洋生物或生物代谢过程,，,生产,有用,物质,或,定向改良,海洋生物,遗传特性,的技术,第三代生物技术,生物技术内容,海洋生物技术（,marine biotechnology,）,21运用海洋生物学与工程学的原理和方法，利用海洋生物或生物代,22,也称生物催化（,biocatalysis,），衍生技术,利用,生物体系酶制剂,作为,催化剂,对,外源性底物,实现,化学转化,的过程；,生物体系包括：细菌、真菌、植物组织、动物组织或动物组培养体系；微生物是生物转化最常用的有机体；,生物技术内容,生物转化（,biotransformation,）,22也称生物催化（biocatalysis），衍生技术生物技,23,生物技术药物,（一）生物技术药物的,概念,（二）生物技术药物的,分类,（三）生物技术药物的,特性,23生物技术药物（一）生物技术药物的概念,24,生物技术药物的概念,生物药物（制品）（,biological drug,，,biologics,）：,运用生物相关学科的原理和方法，从生物体、生物组织、细胞、体液等制造的一类用于预防、治疗和诊断疾病的制品；,主要指蛋白质、核酸、糖类、脂类等。,生物技术药物（,biotechnological drug,）：,采用,DNA,重组技术,或其他生物技术生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要指重组蛋白或核酸类。,包括：细胞因子类、融合蛋白类、单克隆抗体类、反义核酸、,microRNA.,24生物技术药物的概念生物药物（制品）（biological,25,生物技术药物的分类,治疗,药物：,EPO, IL-2,GCSF, rhES, Avastin,，,Herceptin,，,etc,预防,药物：疫苗,诊断,药物：免疫诊断、,DNA,芯片,按用途分类,25生物技术药物的分类治疗药物：EPO, IL-2,GCSF,26,生物技术药物的分类,2.,按作用类型分类,细胞因子类：,EPO, IL-2, IF-a,b, GCSF, rhES, TNFa, etc,激素类：,GH, Insulin,酶类：尿激酶、葡激酶、凝血酶等,单抗类：曲妥珠、利妥昔、阿达木、贝伐单抗,反义核酸类：,fomivirsen,，福米韦生,RNA,干扰（,RNAi,）,:,临床研究,基因治疗类：,P53,今又生,疫苗类：狂犬、乙肝疫苗,26生物技术药物的分类2. 按作用类型分类细胞因子类：EPO,27,生物技术药物的分类,多肽类药物：多肽激素,蛋白质类药物：,核酸类药物：,聚乙二醇类：,ADC,类药物：,3,：按生化特性分类,27生物技术药物的分类多肽类药物：多肽激素3：按生化特性分类,(,三,),、生物技术药物的特性,相对分子量大,分子结构复杂,稳定性差,理化特性,Chemical drug,MW:1501500kDa,Protein drug,MW:1535kDa,Antibody drug MW:150kDa,(三)、生物技术药物的特性相对分子量大理化特性Chemica,29,(,三,),、生物技术药物的特性,药理特性,活性与作用机制明确,针对性强,毒性低,体内半衰期短,具有种属特异性,具有,免疫原性,29(三)、生物技术药物的特性药理特性活性与作用机制明确,药物分子在原料中的含量低,；,原料中存在可降解目标产物的杂质,；,制备工艺条件温和,；,分离纯化困难，易污染,；,质量标准内容的特殊性；,制造项的特殊性；,检定项目的特殊规定；,(,三,),、生物技术药物的特性,生产制备,特性,质量控制,特性,药物分子在原料中的含量低；(三)、生物技术药物的特性生产制备,生物技术药物开发程序,31,生物技术药物开发程序31,生物反应器,32,大肠杆菌及酵母小试发酵系统,产业化哺乳动物细胞反应器,哺乳动物细胞培养及发酵系统,生物反应器32大肠杆菌及酵母小试发酵系统产业化哺乳动物细胞反,分离纯化系统,33,分离纯化系统33,制剂的无菌,分装与冻干,34,制剂的无菌分装与冻干34,质量分析,35,质量分析35,36,检查项目,方法,标准,肽图,2010,版,中华人民共和国药典,（第三部）附录, E,结果应与理化对照品图形一致,纯度分析,SEC-HPLC,，分子排阻色谱法,应不低于,95.0%,reduced-SDS-PAGE,，,2010,版,中华人民共和国药典,（第三部）附录, C,应不低于,95.0%,分子量,SDS-PAGE,，,2010,版,中华人民共和国药典,（第三部）附录, C,轻链分子量应在,20.0 kDa -25.0 kDa,范围内，重链分子量应在,50.0kDa -58.0kDa,范围内,异质性分析,WCX-HPLC,，离子交换色谱,碱性峰比例应为,6.0%18.0%,；酸性峰比例应为,16.0%30.0%,等电点，,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, D,主条带为,8.10.4,，分布区间在,7.29.5,之间，应与对照品一致,CHO,宿主蛋白残留,ELISA,应不高于总蛋白质的,0.020%,Protein A,残留,ELISA,应不高于总蛋白质的,0.010,%/10ppm,外源性,DNA,残留,荧光染色法，,2010,版,中华人民共和国药典,（第三部）附录, B,应不高于,10 ng/,剂量,磷酸三丁酯残留,气相色谱法，,2010,版,中华人民共和国药典,（第三部）附录, J,应不高于总蛋白质的,0.010%,聚山梨酯,-80,残留,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, H,应不高于总蛋白质的,0.50%,结合活性,ELISA,比活性应不低于,2.010,6,U/mg,蛋白浓度,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, B,第二法,应不低于,20.00 mg/ml,细菌内毒素,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, E,应低于,0.16 EU/mg,蛋白质,36检查项目方法标准肽图2010版中华人民共和国药典（第,37,检查项目,方法,标准,平均偶联率,疏水色谱分析,应在,3.50-4.50,之间。,药物分布比例,疏水色谱分析,D0,应不大于,6.0%,，,D1,应不大于,2.0%,，,D2,应为,22.0%-32.0%,，,D3,应不大于,2.0%,，,D4,应为,40.0% -50.0%,，,D6,应为,13.0%-23.0%,，,D8,应为,2.0%-10.0%,。,纯度分析,分子排阻色谱法,应不低于,95.0%,。,DMSO,残留,中国药典,2010,版第三部附录, C,应不高于总蛋白质的,0.20%,。,游离小分子药物残留,反相高效液相色谱法,MMAE,残留量应不高于总蛋白质的,0.10%,，,MC-Val-Cit-PAB-MMAE,残留量应不高于总蛋白质的,0.10%,。,生物学活性,细胞活性,比活性应不低于,0.510,6,U/mg,结合活性,比活性应不低于,2.010,6,U/mg,蛋白浓度,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, B,第二法,应不低于,10.0mg/ml,pH,值,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, A,应在,5.86.8,之间。,渗透压,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, H,应在,300-400mOsmol/kg,之间。,pI,等点聚焦电泳,IEF,主条带应为,8.40.4,，分布区间应在,6.0,9.0,之间，应与对照品一致,细菌内毒素,中华人民共和国药典,2010,年版三部 附录, E,应小于,0.16EU/mg,蛋白质。,37检查项目方法标准平均偶联率疏水色谱分析应在3.50-4.,(,一,),、生物技术制药的概念,利用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等,生物技术,，来,研究、开发和生产,用于预防、治疗和诊断疾病的,药物,。,三,生物技术制药的概念,和主要研究内容与任务,生物技术药物（,biotechnological drug,）,：采用,DNA,重组技术或其他生物技术生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物，主要指重组蛋白或核酸类。,生物药物,：凡用作诊断、预防和治疗的来源于生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一成分，甚至整个生物体的,医药品,。,(一)、生物技术制药的概念三 生物技术制药的概念和主要研究内,(,二,),、生物技术制药的研究内容,生物制药,技术,的,研究、开发与应用,；,利用生物技术,研究、开发和生产,药物,。,研究、改进和完善基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等生物技术，并与其他学科的先进技术相融合。,抗体工程、糖链工程、生物传感器及大规模生物反应器等。,应用基因工程技术大量生产痕量或难以获得药物；,应用蛋白质工程设计新药物；,应用酶工程改变药用酶性质（,PEG,修饰）；,改造传统制药工艺（酶催化）；,(二)、生物技术制药的研究内容利用生物技术研究、开发和生产药,制药学,40,制药学40,41,41,Pharmaceutical Value Chain,42,Pharmaceutical Value Chain42,From Lead Compound to Market,43,From Lead Compound to Market43,44,2014年全球,最畅销药品前,10,名,NO.,Drug,Company,Sale(billion $),Indication,Target,Approve,1,Humira (adalimumab),AbbVie & Eisai,12.543,RA,TNF,2002,2,Sovaldi,(sofosbuvir),Gilead,10.283,丙肝,HCV,2013,3,Remicade,(infliximab),J&J,9.240,RA,TNF,1998,4,Rituxan,(Rituximab),Roche/Genen-tech,8.678,Non-Hopkins Lymphoma,CD20,1997,5,Enbrel,(Etanercept),Amgen,8.538,RA,TNF,1998,6,Lantus,(insulin largine),Sanofi,7.279,I/II,型糖尿病,/,2000,7,Avastin,(Bevacizumab),Roche/Genen-tech,6.957,结肠癌，,NSCLC,VEGF,2004,8,Herceptin,(Trastuzumab),Roche/Genen-tech,6.793,乳腺癌，胃癌,HER2,1998,9,Seretide,GSK,6.431,COPD,/,2000,10,Crestor,AZ,5.869,高胆固醇,/,2003,442014年全球最畅销药品前10名NO.DrugCompa,1.,研究对象,药物生产过程共性规律及其应用，包括：,制备原理、工艺路线、,质量控制,重要性：,“安全、有效、可控”的保证,药物产业化的桥梁与瓶颈,贯穿整个药物研发过程,45,1. 研究对象药物生产过程共性规律及其应用，包括：45,2.,主要内容,（,1,）实验室（小试）工艺,（,2,）中试放大工艺,（,3,）制定生产工艺规程,(,制造与检定规程,),46,2. 主要内容（1）实验室（小试）工艺46,生物技术制药的学习方法,全面了解教材,基本原理、技术路线的理解掌握,学会思考、分析归纳,阅读相关文献、专业书籍,生物技术制药的学习方法,传统生物技术,作坊式生物技术,近代生物技术,发酵工程、生化工程,现代生物技术,基因工程,21,世纪的生物技术,系统生物学,48,四 生物技术制药的发展历程和趋势,传统生物技术作坊式生物技术48四 生物技术制药的发展历程,1.,传统生物技术阶段（作坊式）,49,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,酒精发酵（,1857,年）,工业微生物新世纪（至,1930,年代）,特点,:,自然发酵、全凭经验。,1. 传统生物技术阶段（作坊式）49公元前6000年古代巴比,青霉素发酵生产,1940,年，,Florey,及,Chain,等提取青霉素,1941,年，美英合作开发得到青霉素,微生物发酵：大规模发酵,抗生素工业：链霉素、金霉素、红霉素,氨基酸发酵工业,酶制剂工业,交叉学科,生化工程,2.,近代生物技术阶段（,1940,1977,）,50,青霉素发酵生产2. 近代生物技术阶段（19401977）,1,）产品类型多,初级代谢产物：氨基酸、有机酸、多糖,次级代谢产物：抗生素,生物转化与酶反应,2,）生产技术要求高：无菌、需氧发酵,3,）生产规模大：,5002000,立方米,4,）技术发展速度快：高密度发酵技术与产品效价,近代生物技术的特点,51,1）产品类型多近代生物技术的特点51,生物时代,(1970s-1980s),：重组,DNA,、,DNA,和蛋白质的合成及微量测序技术,;,人胰岛素、单克隆抗体等,技术平台时代,(1980s-1990s),：高通量筛选、组合化学、胚胎干细胞技术,基因组时代,(1990s-2006),：基因组、高通量测序、基因芯片、蛋白质组学、功能基因组学等,后基因组时代,(2006-),：功能蛋白改造、基因治疗剂与,RNA,治疗剂的开发、干细胞治疗等,3.,现代生物技术阶段,生物时代(1970s-1980s)：重组DNA、DNA和蛋白,Recombinant DNA Technology,（,1974,）,Monoclonal Antibody Technology,（,1975,）,DNA Sequencing Technology,（,1976,）,第一个基因工程药物胰岛素上市（,1982,）,Polymerase Chain Reaction,（,PCR,）（,1988,）,第一个,Gene Therapy,方案获批,（,1990,）,Clone,克隆羊,Dolly,（,1997,）,Biochip Project,启动（,1998,）,Human Genome Project,完成（,2003,）,3.,现代生物技术阶段,53,Recombinant DNA Technology（197,4. 21,世纪的生物技术,系统生物学,研究生物系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生，以系统论和实验、计算方法整合研究为特征的生物学。,实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。,54,4. 21世纪的生物技术系统生物学研究生物系统组成成分的,我国医药生物技术存在的问题与对策,1,、存在的问题,技术相对落后、创新能力不足、投入不足、基础设施不足、计划不协调、法律法规不健全等；,2,、对策,实施人才、专利、标准“三大战略”,我国医药生物技术存在的问题与对策,相关期刊,Nature Biotechology,生物工程学报、药学学报、中国生物工程杂志,中国生物制品杂志、生物化学与生物物理学报,药物生物技术、中国医药工业杂志,生物技术世界、生物技术产业,生物技术产业发展报告（全球、美国、中国）,56,相关期刊Nature Biotechology56,相关网站,www.phrma.org,www.bio.org,www.fda.gov,各大生物技术公司网站（前,10,名）,57,相关网站www.phrma.org 57,www.phrma.org,Pharmaceutical Research and Manufacturers of America,58,www.phrma.orgPharmaceutical,www.bio.org,59,www.bio.org59,60,60,www.fda.gov,美国食品药品管理局,61,www.fda.gov美国食品药品管理局 61,http:/www.fda.gov/Drugs,62,http:/www.fda.gov/Drugs62,63,63www.cde.org.c,思考题,64,什么是生物技术？生物技术包含的内容及定义。,生物技术药物的概念与分类,生物技术药物在理化性质、药理学作用、生产制备和质量控制方面的特性。,生物技术制药的概念和主要研究内容与任务。,思考题64什么是生物技术？生物技术包含的内容及定义。,