生物工程导论第八章生物产品ppt课件

第八章生物工程产品 1 第一节生物工程产品 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 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 发酵产品 McAb DNA重组产品 体外免疫试剂等 2 生物是奥妙的 水蛭 俗称蚂蝗 水蛭素 抗凝血苍蝇 抗菌肽 3 1 重组DNA药物 2 基因药物 生物技术药物 3 天然生物药物 生化药物 微生物药物 海洋药物 4 合成半合成生物药物 现代生物药物分四大类 4 生物技术制药 美国已进入临床研究阶段的革新性生物技术药物 种类作用AntiVEGF 抗内皮细胞生长因子 治疗结肠直肠癌和非小细胞肺癌 期临床 Dendriticcellvaccine 树突细胞疫苗 治疗前列腺癌 期临床 Dendriticcellvaccine 树突细胞疫苗 治疗乳腺癌 期临床 ONYX015 肿瘤抑制治疗基因 治疗头颈癌 II期临床 AntiIgEhumanizedmonoclonalantibody治疗哮喘 期临床结束 人源化抗IgE单克隆抗体 PRO542 PRO542抗体 预防HIVPegasya PEG修饰IFN 治疗丙型肝炎 期临床 Recombinathumanparathyroidhormone治疗骨质疏松症 期临床 重组人甲状旁腺激素 Somatokine 免疫系统激发剂 治疗严重烧伤 期临床结束 ConXn 松弛素蛋白 治疗硬皮病 期临床 ABX ILB ABX ILB抗体 治疗牛皮癣 期临床 5 生物技术制药 我国正在研制的创新性基因工程药物肿瘤坏死因子 TNF 神经营养因子激素酶其他基因重组蛋白质 多肽重组毒素及蛇毒成分单克隆抗体及受体重组基因融合蛋白 6 生物技术新制品1 DNA重组药物 DNArecombinantmedicine 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 geneticengineering 是将不同来源的基因 DNA分子 按预先设计的蓝图 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 proteinengineering 是利用基因工程手段 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 7 2 基因药物 genemedicine 1 基因治疗 2 反义核酸药物 8 三 合成或半合成生物药物 9 三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 第三代重组药物时代 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 10 猪胰岛素牛胰岛素赖脯人胰岛素 礼来公司 速效Ins lispro 门冬胰岛素 诺和诺德公司 速效Ins aspart 甘精胰岛素 安万特公司 长效Ins glargine 地特胰岛素 诺和诺德公司 长效Ins 人胰岛素 Insulin B30A8 A10 B30B28 B29B28A21 B31 B32B30去除 B29修饰 11 3DStructureofInsulin 胰岛素二聚体 dimer 胰岛素六聚体 hexamer 12 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 13 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 14 15 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 酵母表达产品2种 E coli表达产品4种 分子量均在3 5KDa 6KDa 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 16 4 RNA干涉 RNAi RNAinterference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 17 siRNA smallinterferingRNA 是一种小RNA分子 21 25核苷酸 由Dicer RNAase 家族中对双链RNA具有特异性的酶 加工而成 siRNA是siRISC RNA inducedsilencingcomplex 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 18 RNAi引发的基因沉默机制 RNAi引发的基因沉默机制 GiselaStorz Science 296 5571 1263 1265 2002 ssRNA 单链RNAdsRNA 双链RNA RdRP 依赖RNA的RNA聚合酶 Dicer RNAase 家族中对双链RNA具有特异性的酶 RISC RNA inducedsilencingcomplexRNA诱导的沉默复合体 19 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 20 四天然生物药物分类 1 氨基酸及其衍生物类药物 天然氨基酸和氨基酸混合物及衍生物 2 多肽和蛋白质类药物 3 酶和辅酶类药物 分为消化酶类 消炎酶类心脑血管疾病治疗酶类 抗肿瘤酶类 氧化还原酶类 4 核酸及其降解物和衍生物类药物 包括核酸 多聚核苷酸 单核苷酸 核苷 碱基等 5 糖类药物 以粘多糖为主 6 脂类药物 主要有脂肪和脂肪酸类 磷脂类 胆酸类 固醇类 卟啉类 7 细胞生长因子类 是人或动物各类细胞分泌的具有多种生物活性的因子 21 人体来源药物的种类和用途1 人血液成分制品 全血制品 血液成分制品 血浆成分制品 体液细胞内成分制品 血液成分制品 系指单用物理方法自全血中分离制备的成分 包括 红细胞 白细胞 血小板和血浆 主要方法为离心和过滤 22 1 红细胞制剂 压积红细胞 少含白细胞的压低红细胞 冰冻贮藏红细胞 2 白细胞浓缩液 给肿瘤病人输注白细胞疗法 白细胞是干扰素IFN interferon 的重要原料 3 血小板制剂 适应症为白血病 淋巴瘤等导致的骨髓抑制症状 血小板的分离和应用在国外已较普遍 国内尚未推广 4 新鲜冰冻血浆 FFP FFP产品规定自采血到血浆冰冻的时间不超过8h 在 30 以下保存 用于先天性或获得性凝血因子缺乏症 23 2 人体液细胞中的活性物质人体液细胞包括红细胞 白细胞 淋巴细胞 血小板 成纤维细胞 细胞内的活性物质具有重要的生理功能 如 血红蛋白 IFN3 人类来源的其他原料的利用 1 人胎盘的利用 人胎盘丙种球蛋白 人胎盘白蛋白 人胎盘RNA酶抑制剂 胎盘激素 HCG HCS 2 人尿的综合利用 人尿制取的药物与人体成分是同源的 不存在异种蛋白抗原性问题 健康男性尿中可制备尿激酶 激肽释放酶 尿抑胃素 蛋白酶抑制剂 睡眠因子 CSF和EGF 妊娠妇女与绝经期妇女的尿液中可制备HCG 24 4 Cytokine 细胞因子 指在体内 Invivo 或体外 invitro 对效应细胞的生长 growth 增殖 Proliferation 分化 differentiation 和凋亡 Apoptosis 起调控 regulation 作用的一类物质 细胞因子由机体的各种细胞合成和分泌 大部分是小分子的多肽 在某些情况下可产生病理作用 参与自身免疫病 肿瘤 移植排斥 休克等疾病的发生和发展 细胞因子的分类 1 IFN interferon 干扰病毒复制 IFNfamily IFN whitebloodcell IFN fibroblastcellIFN activeTcell2 CSF colonystimulatingfactor 刺激造血stemcell形成集落 G CSF M CSF GM CSF multi CSF IL 3 Epo SCF stemcellfactor LIF leukemiainhibitoryfactor 25 3 IL interleukin 介导白细胞间的相互作用 IL 1 IL214 TNF tumornecrosisfactor 直接造成肿瘤细胞死亡和诱导凋亡 TNFfamily TNF TNF Newmembers LT TRAIL TNF relatedapoptosisinducingligand 5 Chemokine 趋化因子 吸引免疫细胞到免疫应答局部 参与免疫调节和病理反应 Subfamily CXC IL 8 IP 10 IFNinducibleprotein 10 MGSA CC MIP1 macrophageinflammatoryprotein MCP 1 macrophagechemotacicprotein RANTES regulateduponactivation normalTexpressedandsecreted C lymphotactin CX3C fractalkine neurotactin 26 6 TGF transforminggrowthfactor TGF 1 2 3 Inhibin BMP bonemorphogeneticprotein 2 15 7 Growthfactor IGF 1 EGF PDGF FGF VEGF 5 人体激素 humanHormone 由内分泌腺或特异细胞产生 含量极少 经血液到靶组织 作为信号分子引发生理效应 种类 多肽蛋白类 类固醇和氨基酸类 约130多种 hGH humangrowthfactor Insulin hFSH humanfollicalstimulatinghormone 27 主要从以下脏器中制取生化药物 28 一 动物来源药物的种类与用途1 动物多肽与蛋白质类药物 1 多肽激素 垂体多肽激素如 ACTH MSH LPH OT AVP下丘脑激素如 TRH GRIF LHRH甲壮腺激素 PTH CT 29 胰岛激素 胰高血糖素 胰解痉多肽胃肠道激素 胃泌素 CCK PZ 肠泌素 肠血管活性肽 VIP 抑胃肽 GIP P物质 胸腺激素 胸腺素 胸腺肽 胸腺血清因子多肽类细胞因子 脑氨肽 蛇毒 胎盘提取物 脾提取物 肝水解物 心脏激素 转移因子 抗癌肽等 此类药物多为混合物 2 动物蛋白类药物蛋白质激素 GH PRL TSH LH FSH HCG HMG SGH PMSG 30 血浆蛋白质 动物血与人血所含蛋白质相似 但有种族差异 不能用于人体 粘蛋白 胃膜素 硫酸糖肽 血型物质A和B 胶原蛋白 明胶 阿胶 氧化聚合明胶 其他 硫酸鱼精蛋白 胰蛋白酶抑制剂 31 2 动物酶和辅酶类药物 1 促消化酶类 有单酶和复合酶 以口服为主 2 消炎酶类 溶菌酶 菠萝蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 3 治疗心血管疾病的相关酶类 纤维酶 尿激酶 蚓激酶 链激酶等 4 抗肿瘤的酶 L 门冬酰胺酶 谷氨酰胺酶 蛋氨酸酶 组氨酸酶 5 与氧化还原电子传递有关的治疗酶 细胞色素c SOD 32 二 动物生物药物资源1 脑 可获得脑磷脂 卵磷脂 大脑组织液 凝血致活酶 脑酶解液 催眠多肽 吗啡样因子 脑蛋白水解液等 2 心 细胞色素C 心脏激素 辅酶Q10 辅酶A 辅酶1 3 肺 抑多肽 纤维酶原激活剂 肝素 肺表面活性剂 核苷酸等 4 肝 RNA 过氧化氢酶 SOD 肝抑素 肝解毒素 肝细胞生长因子 造血因子 抑肽酶 抗脂血作用因子等 5 脾 RNA DNA 脾转移因子等 6 胃肠及粘膜 胃蛋白酶 胃膜素蛋白酶 凝乳酶 肝素 胃肠道激素等 33 7 脑下垂体 常叫 脑仁 可提取ACTH 催乳素 促甲状腺素 生长激素 促性激素 缩宫素 加压素等 8 胰 俗称 胰子 是动物体的 酶库 有胰岛素 胰高血糖素 胰酶 糜蛋白酶 胰蛋白酶 胰脂酶等 9 血液 多种氨基酸 纤溶酶 SOD 凝血酶 血红蛋白 血球素等 10 胆汁 去氧胆酸 胆酸 鹅去氧胆酸 熊去氧胆酸 胆红素等 11 其他 肾 睾丸 胎盘 骨 皮 角等 12 小动物的分泌物 蜂毒 蛇毒 蝎毒 蟾毒 蜘蛛毒 34 毒蜥 Exendin 4是自毒蜥唾液中提取的一种多肽 研究发现该多肽与人体内的GLP 1在序列上有53 的同源性 同GLP 1一样具有促进胰岛素分泌 抑制胰高血糖素分泌及保护胰岛 细胞等作用 2005年经FDA批准用于二型糖尿病的治疗 Exenatide是Exendin 4的人工合成品 Exenatide 35 麻省Transmolecular公司的科学家将放射性I 131附着于自蝎子毒液中提取的一种多肽制成药物 研究发现该药物具有靶向性 对晚期神经胶质瘤有较好疗效 患者只需要从外部注射这种化合物 而无需再进行化疗或放射治疗 该药物目前仍处于临床研究阶段 蝎毒肽 36 僧袍芋螺 齐考诺肽 ziconotide 最初由僧袍芋螺中提取 现已人工合成 是一种神经细胞钙通道阻断剂 作为一种非阿片类镇痛药物 用于治疗严重的慢性神经性疼痛 其鞘内注射剂经FDA批准于2005年上市 齐考诺肽 ziconotide 37 DidemninB是一种由7个氨基酸和2个羧酸组成的带有分枝的环缩肽 既能抑制蛋白质的合成 也能抑制DNA RNA的合成 对黑色素瘤B16细胞周期作用的研究表明 它可杀伤各期细胞 尤以G1至S期细胞敏感 它可快速完全介导HL 60细胞凋亡 目前DideminB已能够人工全合成 该药完成了临床 期实验 最有希望开发成治疗癌症的新药 此外第二代didemnins 脱氢didemninsB aplidine 现也已进入临床实验 海鞘来源的抗癌肽DidemninB 38 海兔体内存在着多种结构独特 生理功能各异的次生代谢产物 如萜类 毒素 甾体 大环内酯及肽类等 其中肽类化合物尤为引人注目 其中Dolastatin15和Dolastatin10已经完成全合成 并正在美国进行 期和 期临床试验 主要用于小细胞肺癌 卵巢癌 黑色素瘤和前列腺癌等实体瘤的治疗 海兔来源的抗癌作用肽 39 40 不同类型的AA输液 根据在临床上的用途不同可以分为以下几类 41 42 六 一些生物制品和制剂 1 疫苗 Vaccine 一切通过注射或黏膜途径接种 可以诱导机体产生针对特定致病原的特异性抗体或细胞免疫 从而使机体获得保护或消灭该致病原的生物制品统称为疫苗 包括蛋白质 多糖 核酸活载体 感染因子等 43 减毒活疫苗灭活疫苗牛痘苗乙型脑膜炎疫苗流感活疫苗流感疫苗麻疹活疫苗Q热疫苗腮腺炎活疫苗脊髓灰质炎疫苗水痘活疫苗乙型肝炎疫苗风疹活疫苗斑疹伤寒疫苗脊椎灰质炎疫苗 亚单位疫苗基因工程疫苗流感亚单位疫苗乙肝疫苗黄热病疫苗狂犬疫苗 44 2 抗毒素及免疫血清 AntitoxinandAntisera 由特定抗原免疫动物所得由血浆或血清制成 称抗毒素或免疫血清 如破伤风抗毒素 抗狂犬病血清等 用于治疗或被动免疫预防 45 3 血液制品 BloodProducts 由健康人的血浆或特异免疫人血浆分离 提纯或由重组 技术制成的血浆蛋白组分或血细胞组分制品 如人血白蛋白 人免疫球蛋白 人凝血因子 天然或重组的 红细胞浓缩物等 用于诊断 治疗或被动免疫预防 46 4 细胞因子 Cytokines 及重组 产品 RecombinantDNAProducts 由健康人血细胞增殖 分离 提纯或重组 技术制成的多肽类或蛋白质类制剂 如干扰素 白细胞介素 集落刺激因子 红细胞生成素 等 用于治疗 47 5 诊断制品 DiagnosticReagents 1 体外诊断制品 由特定抗原 抗体或有关生物物质制成的免疫诊断试剂或诊断试剂盒 如伤寒 副伤寒 变形杆菌诊断菌液 沙门氏菌属诊断血清 酶联免疫诊断试剂盒等 用于体外免疫诊断 48 2 体内诊断制品 由变态反应原或有关抗原材料制成的免疫诊断试剂 用于皮内接种等 如卡介菌纯蛋白衍生物 布氏菌纯蛋白衍生物 锡克实验毒素 单克隆抗体等 用于体内免疫诊断 49 重要发酵产品 年代产品1880 1920乳酸 面包酵母 乙醇 甘油 丙酮 丁醇淀粉酶 转化酶 1920 1940柠檬酸 葡萄糖酸 蛋白酶 核黄素 山梨糖1940 1950青霉素 短杆菌肽 链霉素 金霉素 新霉素 两性霉素 衣康酸 纤维素酶 果胶酶 淀粉酶 50 重要发酵产品 1950 1960谷氨酸 赖氨酸 土霉素 四环素 新生霉素 红霉素 制霉菌素 卡那霉素 环丝霉素 庆黄霉素 曲酸 柠檬素 葡萄糖酸 过氧化氢酶 甾体氧化产物 赤霉素 葡聚糖 单细胞蛋白 水杨酸1960 1970葡萄糖异构酶 糖化酶 氨基酰化酶 脂肪酶 乳糖酶 头孢霉素 庆大霉素 林可霉素 利福霉素 万古霉素 核糖霉素 杀稻瘟菌素S 多氧霉素 泰勒霉素 缬氨酸 甾体生物转化物 5 核苷酸 生物杀虫剂 黄原胶1970 1980博莱霉素 阿霉素 杀念珠菌素 交杀霉素 西梭霉素 有效霉素 天门冬氨酸 苏氨酸 凝乳酶 右旋糖苷酶 维生素C 木糖醇 苹果酸 长链二元酸 普鲁兰多糖 井岗霉素1980年以后阿维霉素 苯丙氨酸 环氧乙 丙 烷 丙烯酰胺 聚羟基丁酸酯 PHB 等 51 工业化成功利用生物转化生产的有机化合物 52 工业化成功利用生物转化生产的有机化合物 53 一些利用脂肪酶制备药物关键中间体的实例 54 55 生物转化中常用的一些脱氢酶 56 利用生物转化技术制备手性药物 关键中间体 的一些实例 57