chap19生物制品袁元.ppt

第十九章生物制品第一节生物制品的基本概念生物制品 biologicalproducts 是指用微生物 包括细菌 噬菌体 立克次体 病毒等 微生物代谢产物 动物毒素 人或动物的血液或组织等经加工制成 作为预防 治疗 诊断特定传染病或其他有关疾病的免疫制剂 一 生物制品的分类生物制品据其所用材料 制法或用途 可分类如下 1 菌苗由有关细菌 螺旋体制成 2 噬菌体由特定宿主菌的噬菌体制成 3 疫苗由有关立克次体 病毒制成 4 抗血清与抗毒素经特定抗原免疫动物后 采来血分离血浆或血清制成 5 类毒素由有关细菌产生的外毒素 6 混合制剂由两种以上菌苗或疫苗或类毒素混合制成 7 血液制品由人或动物的血液分离提取制成 8 诊断用品是用于检测相应抗原 抗体或机体免疫状态的制品 9 其他新研制的不属于以上8类的制品 根据用途又可将生物制品分为预防类 治疗类和诊断类三大类制品 1 预防类1菌苗 bacterialvaccine 2疫苗 vaccine 3类毒素4混合制剂2 治疗类制品1免疫血清及抗毒素 antiseraandantitoxin 2血液制品 bloodproducts 3细胞因子 cytokine 4重组DNA产品 recombinantDNAproducts 3 诊断类制品 1体外诊断制品有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 沙门菌属诊断血清 HBsAg酶联诊断试剂盒等 用于体外免疫诊断 体内诊断制品有变态反应原材料制成的免疫诊断试剂用于皮内接种 以判断个体对病原的易感性或免疫壮态 如卡介菌纯蛋白衍生物 BCG PPD 二 生物制品质量要求世界卫生组织要求各国生产的制品出须有专门检定机构负责成品的质量检定 检定部门要有熟练的高级技术人员 精良的设备条件 以保证检定工作的质量 未经专门检定部门正式发给检定合格证的制品 不准出品使用 安全性检定检定效力检定 毒性试验 防腐剂试验 安全性检定热原质试验 安全试验 有关安全性的特殊试验浓度测定 含菌数或纯化抗原量 活菌率 或病毒滴度测定效力检定动物保护率试验免疫抗体滴度测定稳定性试验 第二节制造生物制品的生物学基础生物制品主要是细菌 病毒等微生物本身或其代谢产物 或用它们免疫动物所得抗血清制成 一 生物制品的微生物学基础1 细菌的代谢产物 1 热原质 代谢合成的多糖 G 细菌细胞壁中的脂多糖 2 毒素 TOXIN 细菌产生的毒素有内毒素和外毒素 内毒素是脂多糖 外毒素是蛋白质 产生外毒素的细菌大多是革兰氏阳性菌 但少数革兰氏阴性菌也能产生外毒素 二 生物制品的免疫学基础推动现代生命科学前进的三架马车分子生物学 MolecularBiology 免疫学 Immunology 细胞生物学 CellBiology 一 基本概念 免疫 系指机体对感染有抵抗能力 而不患疾病或传染病 组织和器官免疫系统细胞活性分子免疫学是研究免疫系统的结构与功能 理解其对机体有益的防卫功能和有害的病理作用及其机制 以发展有效的免疫学措施 实现防病 治病的目的 非特异性免疫 皮肤 粘膜屏障 细胞分泌抑菌 杀菌物质 吞噬细胞 NK细胞 补体作用 特异性免疫 针对某一特定抗原物质而起作用 具有特异性 二 免疫应答固有性免疫应答迅速起防卫作用免疫应答适应性免疫应答T B细胞活化 1 固有性免疫应答吞噬 识别多糖 病原体皮肤黏膜NK细胞杀伤释放细胞因子血管扩张炎症巨噬渗出分泌细胞因子启动适应性免疫应答抗原 antigen 是指能刺激机体免疫系统发生免疫应答而产生抗体或致敏淋巴细胞 并能与相应抗体或致敏淋巴细胞在体内 外发生特异性结合的物质 或称完全抗原 抗原有两个特性 1 免疫原性 即能刺激机体产生免疫应答的能力 2 免疫反应性 能与相应的免疫应答产物发生特异性结合 半抗原 hepten 只有免疫反应性而无免疫原性的物质 2 适应性免疫应答T B细胞经其细胞表面表达的抗原识别受体 T B细胞与抗原结合开始活化 B细胞增殖分化浆细胞IgA抗原细胞生长因子IgM分泌抗体IgGIgDIgE细胞毒性T细胞杀T细胞增殖分化记忆细胞 免疫球蛋白 Immunoglobulin Ig 是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 抗体 antibody Ab 是B细胞识别抗原后增殖分化为桨细胞所产生的一种蛋白质 主要存在于血清等体液中 能与相应抗原特异性地结合 具有免疫功能 补体是存在于人和脊椎动物血清与组织液中一组经活化后具有酶活性的蛋白质 一 补体活化的经典途径二 补体活化的MBL途径三 旁路途径 粒细胞 中性 嗜酸性 嗜碱性 单核 巨噬细胞 髓系祖细胞巨核细胞树突状细胞造血干细胞红细胞的母细胞T细胞淋巴系祖细胞B细胞NK细胞部分树突状细胞 免疫细胞 一 吞噬细胞 中性粒细胞 抗原处理及抗原提呈细胞巨噬细胞将病原体吞噬 病原体成分被水解 形成抗原分子 活化B细胞 或与MHC分子结合 经APC提呈给T细胞 使T细胞活化 郎格汉斯细胞 吞噬处理抗原 迁移至淋巴结 分化为树突状细胞 失去吞噬能力而具有很强提呈能力 肺部巨噬细胞吞噬大肠杆菌 中性粒细胞 血小板等 自然杀伤细胞NK细胞一经识别病毒感染细胞后 即可发挥杀伤作用 与T B淋巴细胞不同 人体免疫系统人体内有一个免疫系统 它是人体抵御病原菌侵犯最重要的保卫系统 这个系统由免疫器官 骨髓 胸腺 脾脏 淋巴结 扁桃体 小肠集合淋巴结 阑尾等 免疫细胞 淋巴细胞 单核吞噬细胞 中性粒细胞 嗜碱粒细胞 嗜酸粒细胞 肥大细胞 血小板等 以及免疫分子 补体 免疫球蛋白 细胞因子等 组成 骨髓是主要的造血器官 是各类血细胞的发源地 胚胎期血细胞生成场所最早在卵黄囊 后移至胚肝和胚脾 最后由骨髓替代 成年期造血功能主要发生在胸骨 脊椎 骼骨和肋骨等扁骨的红髓 血细胞的祖先是多能干细胞 继而增殖分化为淋巴系和髓系干细胞 再进一步增殖分化为单能干细胞或前体细胞进入血流 禽类的前体B细胞进入法氏囊成熟 哺乳类包括人类的前体B细胞仍继续留在骨髓内直至成熟 胸腺是T细胞分化和成熟的场所 因而T细胞亦称胸腺依赖性T淋巴细胞 骨髓中的T淋巴系前体细胞 前体T细胞 经血循环进入胸腺后 也称胸腺细胞 它们在胸腺激素影响下 最终分化为成熟T细胞 随后释放入血液循环中 成熟T细胞和B细胞通过血液循环到达淋巴结 脾脏和扁桃体等组织或器官 它们分别定居在固定的部位 成为机体的常驻警卫部队 若遇到病原体等抗原物质入侵 就能发生特异性免疫 应答反应 产生免疫物质与之对抗 我们身体某个部位发生创伤炎症时 该部位附近的淋巴结便会肿大 这就是这些部位增加了 警卫部队 并在和病原体作战 在感染过程中 各免疫器官 组织 细胞和分子间互相协作 互相制约 密切配合 共同完成复杂的免疫防御功能 病原体侵入人体后 首先遇到的是天然免疫功能的抵御 一般经7 10天 产生了获得性免疫 然后两者配合 共同杀灭病原体 人体免疫器官 T细胞和 细胞分化 人T淋巴细胞攻击母细胞瘤细胞 淋巴组织骨髓免疫系统中枢淋巴器官胸腺淋巴器官淋巴结外周淋巴器官脾扁桃体 免疫组织与免疫器官一 外周淋巴器官及组织淋巴结淋巴结内T细胞约占75 B细胞占25 二 中枢免疫器官骨髓B淋巴细胞发育成熟的场所 胸腺由胸腺基质细胞和胸腺细胞组成 是T淋巴细胞 尤其是 T细胞发育的场所 三 淋巴细胞再循环淋巴细胞经淋巴循环及血液循环 运行并再分布于全身各处淋巴器官及淋巴组织中 淋巴细胞在各淋巴组织和淋巴器官中的定位有一定特异分布性 取决于淋巴细胞表面黏附分子种类及高内皮细胞小静脉 HEV 表达的相应黏附分子受体 第四节免疫病理与免疫性疾病超敏感反应病反应过高免疫缺陷病免疫功能低下或缺失自身免疫性疾病对自身抗原应答所致免疫耐受是机体对抗原刺激表现为 免疫不应答 的现象 在生活过程中与病原体及其毒性代谢产物等抗原 有时也称免疫原 分子接触后产生的一系列免疫防御功能 这种免疫功能是在出生后才形成 并且只对接触过的病原体有作用 故也称后天获得性免疫或特异性免疫 获得性免疫不能遗传给后代 获得性免疫包括体液免疫和细胞免疫两大类 体液免疫是以特异性抗体起主要作用的免疫应答反应 因抗体存在于人体的血液 淋巴液 组织液 分泌液等体液中 所以叫体液免疫 当人体淋巴细胞中的B细胞受到某些病原体和它们的代谢产物 或者其中之一刺激后 一般在巨噬细胞和辅助性T细胞2 CD4Th2细胞 协同下 细胞进行分化 增殖为浆细胞 随着病原体类型 进入机体途径 免疫应答过程等不同 浆细胞可合成和分泌具有不同理化特性和生物学功能的五类免疫球蛋白抗体 它们被命名为IgG IgM IgA IgE和IgD 抗体的主要功能是调理病原体 增强吞噬细胞的吞噬作用以及中和细菌外毒素或病毒等 液免疫 当人体淋巴细胞中的B细胞受到某些病原体和它们的代谢产物 或者其中之一刺激后 一般在巨噬细胞和辅助性T细胞2 CD4Th2细胞 协同下 细胞进行分化 增殖为浆细胞 随着病原体类型 进入机体途径 免疫应答过程等不同 浆细胞可合成和分泌具有不同理化特性和生物学功能的五类免疫球蛋白抗体 它们被命名为IgG IgM IgA IgE和IgD 抗体的主要功能是调理病原体 增强吞噬细胞的吞噬作用以及中和细菌外毒素或病毒等 细胞免疫是以淋巴细胞中的T细胞为核心的免疫应答反应 当T细胞与某些病原体接触后 一般在巨噬细胞参与下 T细胞进行分化 增殖为免疫T细胞 其中主要是辅助性T细胞I CD4ThI细胞 和细胞毒性T细胞 CTL细胞 CD4ThI细胞能产生多种细胞因子 引发迟发型超敏反应和激活CTL细胞等 将入侵的病原体 尤其是胞内寄居的病原体杀灭 人类的吞噬细胞有大 小两种 小吞噬细胞是外周血中的中性粒细胞 大吞噬细胞是血中的单核细胞和多种器官 组织中的巨噬细胞 两者构成单核吞噬细胞系统 当病原体穿透皮肤或粘膜到达体内组织后 吞噬细胞首先从毛细血管中逸出 聚集到病原体所在部位 多数情况下 病原体被吞噬杀灭 若未被杀死 则经淋巴管到附近淋巴结 在淋巴结内的吞噬细胞进一步把它们消灭 淋巴结的这种过滤作用在人体免疫防御能力上占有重要地位 一般只有毒力强 数量多的病原体才有可能不被完全阻挡而侵入血流及其它脏器 但是在血液 肝 脾或骨髓等处的吞噬细胞会对病原体继续进行吞噬杀灭 以病原菌为例 吞噬 杀菌过程分为三个阶段 即吞噬细胞和病菌接触 吞入病菌 杀死和破坏病原菌 吞噬细胞内含有溶酶体 其中的溶菌酶 髓过氧化物酶 乳铁蛋白 防御素 活性氧物质 活性氮物质等能杀死病菌 而蛋白酶 多糖酶 核酸酶 脂酶等则可将菌体降解 最后不能消化的菌体残渣 将被排到吞噬细胞外 细菌被吞噬在吞噬细胞内形成吞噬体 溶酶体与吞噬体融合成吞噬溶酶体 溶酶体中多种杀菌物质和水解酶将细菌杀死并消化 菌体残渣被排出细胞外 病菌被吞噬细胞吞噬后 其结果根据病菌类型 毒力和人体免疫力不同而不同 化脓性球菌被吞噬后 一般经5 10分钟死亡 30 60分钟被破坏 这是完全吞 噬 而结核分枝杆菌 布鲁氏菌 伤寒沙门氏菌 军团菌等 则是已经适应在宿主细胞内寄居的胞内菌 在无特异性免疫力的人体中 它们虽然也可以被吞噬细胞吞入 但不被杀死 这是不完全吞噬 不完全吞噬可使这些病菌在吞噬细胞内得到保护 免受机体体液中特异性抗体 非特异性抗菌物质或抗菌药物的有害作用 有的病菌尚能在吞噬细胞内生长繁殖 反使吞噬细胞死亡 有的可随游走的吞噬细胞经淋巴液或血流扩散到人体其它部位 造成广泛病变 此外 吞噬细胞在吞噬过程中 溶酶体释放出的多种水解酶也能破坏邻近的正常组织细胞 造成对人体不利的免疫病理性损伤 一 人工免疫人为地给机体输入抗原以调动机体的免疫系统 或直接输入免疫血清 使获得某种特殊抵抗力 用以预防或治疗某些疾病者 称为人工免疫 有两种人为方式 可使机体获得有效的免疫力 即自动免疫和被动免疫 1 人工自动免疫是给机体输人抗原物质 使免疫系统因抗原刺激而发生类似感染时所发生的免疫过程 从而产生特异性免疫力 用于人工自动免疫的抗原性制剂 大部分用病原微生物直接制成称为疫苗 亦可取微生物毒素去毒而制成 称为类毒素 2 人工被动免疫输入免疫血清 含特异性抗体 使机体获得一定免疫力 以达到防治某些疾病目的者 称为人工被动免疫 输入特异性抗体后 可立即发挥免疫作用 但由于免疫力的产生不经自身免疫系统 因此维持时间常较短暂 三 生物制品的生物化学基础 一 生物制品的蛋白质生化研制纯化疫菌苗及人工合成的多价菌苗 获得原虫的有效成分制造原虫疫苗等均为生物制品的发展趋势 二 其他技术 1 杂交瘤技术 单克隆抗体 抗体改造 2 基因工程技术 制疫苗 产抗体 细胞融合后 可产生多种融合细胞 如脾一脾 脾一瘤 瘤一瘤的融合细胞 而且还有许多未融合的骨髓瘤细胞 可再将融合后的细胞立即移人选择性培养基中进行培养 常用的选择培养基为HAT培养基 它是用次黄嘌呤 H 氨基蝶呤 A 和胸腺嘧啶 T 配制的 脾一瘤融合的杂交瘤细胞可利用HGPRT酶 用次黄嘌岭 H 和胸腺嘧啶 T 合成DNA 使杂交瘤细胞得以生长 筛选出产生抗体的阳性克隆 第三节生物制品的一般制备方法一 疫苗制造方法 一 毒种的选择和减毒 1 毒种必须持有特定的抗原性 能使机体诱发特定的免疫力 2 毒种应有典型的形态和感染特定组织的特性 并在传代过程中 能长期保持其生物学特性 3 毒种易在特定的组织中大量繁殖 4 不产生神经毒素或能引起机体损害的其它毒素 5 无原致病力的现象 6 不被其他病毒所污染 二 病毒的繁殖所有动物病毒 只能在活细胞中繁殖 若需大量繁殖 首先要寻找能受感染的活细胞 在通常的情况下 病毒可用下列几种方法繁殖 1 动物培养这种方法是将病毒接种动物的鼻腔 腹腔 脑腔或皮下 使之在相应的细胞内繁殖 接种动物的种类 年龄和接种途径依病毒的种类而异 2 鸡胚培养这种方法是将病毒接种到7 14日龄鸡胚的尿囊腔 卵黄囊或绒毛尿囊膜等处 接种的部位亦因病毒种类的不同各异 3 组织培养从20世纪50年代开始 组织培养已广泛用于病毒培养 目前 差不多所有人类和动物的组织都能在试管中培养 4 细胞培养用于疫苗生产的主要有原代细胞培养和传代细胞培养两种方法 原代细胞培养系将动物组织进行一次培养而不再传代 常用的细胞有猴肾细胞 地鼠肾细胞和鸡胚细胞等 传代细胞培养系用长期传代的细胞株 常用的有人胚肺二倍体细胞 非洲绿猴肺细胞等 三 疫苗的灭活不同的疫苗 其灭活的方法不同 有的用甲醛溶液 有的则用酚溶液 灭活温度和时间 需视病毒的生物学性质和热稳定性质而定 其原则是要以足够高的温度和足够长的时间破坏疫苗的毒力 而以尽可能的最低温度和最短时间来尽量减少疫苗免疫力的损失 四 疫苗的纯化疫苗纯化的目的 是去除存在的动物组织 降低疫苗接种后可能引起的不良反应 用细胞培养所获得的疫苗 动物组织量少一下般不需特殊的纯化 但在细胞培养的过程中 得用换液的方法除去培养基中的牛血清 用动物组织所制成的疫苗 要淘汰 五 冻干二 菌苗类制品和类毒素的制造方法菌苗类制品和类毒素的制备 均由细菌培养开始 但前者系用菌体作为进一步加工的对象 而后者则对细菌所分泌的外毒素进行加工 一般工艺流程 第四节生物制品的质量检定一 理化性质检定生物制品中的某些有效成分和不利因素 需要通过物理化学和生物化学的方法才能检查出来 这是保证制品安全和有效的一个重要方面 物理性状的检查 1 外观 2 真空度及溶解速度 3 装量 二 蛋白质含量测定目前常用的有以下4种 凯氏定氮法 双缩脲法 酚试剂法 Lowry氏法 紫外吸收法 三 纯度检查及鉴别试验血液制品 抗毒素和类毒素等制品 需要进行纯度检查或做鉴别试验 为此 常用区带电泳 免疫电泳 凝胶层析 超速离心等技术进行分析 四 分子量或分子大小测定 五 防腐剂含量测定生物制品在制造过程中 为了脱毒 灭活或防止杂菌污染 常加入苯酚 甲醛 氯仿 硫柳汞等试剂作为防腐剂或灭活剂 二 安全试验预防或治疗用生物制品 在生产过程中须进行安全性方面的系统检查 排除可能存在的不安全因素 以保证制品用于人体时不致引起严重反应或意外问题 一般要求抓好以下几个方面 一是菌毒种或主要原材料的检查 二是半成品 包括原液 的检查 三是成品检查 一 外源性污染的检查 1 野毒检查 2 热原质试验 3 乙型肝炎表面抗原 HBsAg 检查 二 杀菌 灭活和脱毒情况的检查 1 无菌试验 2 活毒检查 3 解毒试验 三 残余毒力和毒性物质的检查 1 残余毒力试验 2 无毒性试验 一般安全试验 3 毒性试验 4 防腐剂试验 四 过敏性物质的检查 1 过敏性试验 变态反应试验 2 牛血含量的测定 3 血型物质的检测三 效力试验生物制品的效力 从实验室检定来讲 一是指制品中有效成分的含量水平 二是指制品在机体中建立自动免疫或被动免疫后所引起的抗感染作用的能力 对于诊断用品 其效力则表现在诊断试验的特异性和敏感性 一 免疫力试验将制品对动物进行自动 或被动 免疫后 用活菌 活毒或毒素攻击 从而判定制品的保护力水平 二 活菌数和活病毒滴度测定 三 类毒素和抗毒素的单位测定 四 血清学试验 五 其它有关效力的检定和评价 1 鉴别试验 2 稳定性试验 3 人体效果观察 四 生物制品检定标准用一已知效力的制品作为对照 由对照结果来校正检定试验结果 这种用作对照的制品 就是生物标准 也就是通常所说的标准品或参考品 生物制品的标准品或参考品 必须由世界卫生组织或国家检定机构审定分发 如果是由世界卫生组织审定发出的 就称为国际标准 如果是由国家检定机构批准发出的 则称为国家标准 标准品的分级 1 国际生物标准 2 国际参考制品 3 国际生物参考试剂 第五节重要生物制品一 疫苗 一 乙型肝炎疫苗1 血源疫苗取无症获带毒者的HBsAg阳性血浆经硫酸铁浓缩沉淀透析去硫酸铵用溴化钾及蔗搪作等密度匀速率区带离心1 2000福尔马林60 10小时 或1 4000福尔马林36 灭活72小时 以氢氧化铝作佐剂聚乙二醇浓缩羟基磷灰石吸附等密度超速离心2 人工合成多肽疫苗3 基因工程疫苗 二 菌苗 一 卡介苗分离的一株牛型结核杆菌 每2 3星期传代一次 前后共传了231代 经约13年时间 终于获得一株毒力稳定的减毒株 卡介苗制造大多采用表面培养 少数采用深层培养 1 表面培养 采用改良的苏通培养基 培养温度37 39 培养时向10 12天 生产的卡介苗活力高 用6 8天更幼龄的培养有利于制备冻干制品 采用对数生长期的幼龄培养菌代替平衡期培养菌生产 可使活菌率由10 左右提高至30 50 菌膜收集后压平 移入盛有不锈钢珠瓶内 加入适量稀释液 低温下研磨 研磨好的原液稀释成各种浓度的菌苗 2 深层培养 三 类毒素 一 白喉类毒素白喉类毒素是一种用于预防白喉病的自动免疫制剂 是由产毒力高的白喉棒状杆菌培养 滤液经福尔马林脱毒后精制 或精制后脱毒 而成 通常是制成吸附制剂或与其他预防制剂配成混合制剂使用 1 菌种及培养基国际上产毒最著名的菌种为第8号菌株 PW8 我国目前采用PW8Weissenee亚株 3 脱毒白喉类毒素经脱毒即成为无毒 但仍保持高度抗原性的类毒素 影响脱毒的主要因素有 温度温度越高脱毒越快 且脱毒越完善 但超过40 对抗原性有很大破坏 一般多采用37 39 pHpH越高脱毒越快 但碱性过强对抗原性有很大破坏 故PH在7 0 7 5较为适宜 甲醛浓度甲醛浓度越高脱毒越快 但甲醛浓度过高时脱毒后残余甲酸量过高 对抗原性有损害 并会引起注射时的强烈刺痛 含氮量毒素含氮量越高脱毒时所需甲醛量越大 按毒素氨基氮含量加适量甲醛脱毒 既能脱毒完善 又避免过多的残余甲醛量损坏抗原性