生物技术制药-概述

食品学院生物工程系李雪玲第一节生物药物的来源、特性、分类与制备™一.生物药物的来源™二.生物药物的特性™三.生物药物的分类™四.生物药物的制备第一代，利用生物材料制成的含某些天然活性物质与混合成分的粗提物制剂，如脑垂体后叶制剂、肾上腺提取物、眼制剂、混合血清等第二代，根据生物化学和免疫学原理，应用近代生化分离纯化技术从生物体制取的具有针对性治疗的特异性生化成分，如猪胰岛素、尿激酶、肝素钠、人丙种球蛋白，转铁蛋白，狂犬病免疫球蛋白第三代，应用生物工程技术生产的天然生理活性物质，以及通过蛋白质工程原理设计制造的具有比天然物质更高活性的类似物或与天然物质结构不同的全新的药理活性成分，如基因工程白细胞介素(IL)、红细胞生成素(EPO)等生物制药按其发展过程大致划分为三代生物制药按其发展过程大致划分为三代一.生物药物的来源1.生物药物的定义运用生物学、医学、生物化学等研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用物理学、化学、生物化学、生物技术、药学等学科的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。™天然生物材料人体、动物、植物、微生物和各种海洋生物等。™人工生物材料如：免疫法制备的动物原料、基因工程技术制备的微生物或其它细胞原料。2.生物药物的原料来源二.生物药物的特性1.药理学特性⑴治疗的针对性强™治疗的生理、生化机制合理，疗效可靠。如：细胞色素C治疗缺氧性疾病⑵药理活性高™如ATP直接供能，效果确切、显著⑶毒副作用小，营养价值高™生物药物主要有:蛋白质、核酸、糖类、脂类等⑷生理副作用常有发生™如免疫反应、过敏反应等2.在生产、制备中特殊性(1)提取纯化工艺复杂（原料中有效物质含量低）(2)稳定性差(3)易变质腐败(低温、无菌操作)(4)注射用药要求3.检验上的特殊性™理化检验指标™生物活性指标三.生物药物的分类™生物药物的分类方法有三种1.按药物的化学本质和特性分类2.按原料来源分类3.按生理功能和临床用途分类1.按药物的化学本质和化学特性分类(1)氨基酸及其衍生物类药物(2)多肽及蛋白质类药物(3)酶与辅酶类药物(4)核酸及其降解物和衍生物类药物(5)糖类药物(6)脂类药物(7)细胞生长因子类(8)生物制品类2.按原料来源分类(1)人类组织来源的生物药物™疗效好、无副作用，来源有限™人血液制品类、人胎盘制品类、人尿制品类(2)动物组织来源的生物药物™动物脏器，来源丰富、价格低廉、可以批量生产™种属差异，要进行严格的药理毒理实验(3)植物组织来源的生物药物™中草药，酶、蛋白质、核酸等(4)微生物来源的生物药物™抗生素、氨基酸、维生素、酶等(5)海洋生物来源的生物药物™动植物、微生物3.按生理功能和临床用途分类(1)治疗药物：肿瘤、爱滋病、心脑血管疾病等(2)预防药物：传染性强的疾病，菌苗、疫苗、类毒素等(3)诊断药物：免疫诊断、酶诊断、放射性诊断、基因诊断试剂(4)其它生物医药用品：生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料等四.生物药物的制备1.生物药物原料的选择、预处理与保存方法(1)原料选择™有效成分含量高(2)原料的预处理与保存™预处理:动物、植物、微生物原料™保存①冷冻法：－40℃速冻②有机溶剂脱水法③防腐剂保鲜法（液体）2.生物药物的提取⑴生物组织与细胞的破碎™破碎方法:磨切法、压力法、反复冻融法、超声波震荡、自溶法、酶解法⑵提取™选择提取试剂™用量、提取次数、提取时间™注意提取温度、pH、变性剂等3.蛋白质类药物的分离纯化方法⑴沉淀法™原理：使蛋白质胶体颗粒的表面水化膜或表面电荷破坏™常用方法：盐析法、有机溶剂沉淀法、等点电沉淀法、靶物质结合沉淀法(抗原-抗体)等⑵按分子大小分离方法™超滤法、透析法、凝胶层析法、超速离心法等⑶按分子所带电荷进行分离的方法™离子交换层析法、电泳法、等电聚焦法等⑷亲和层析法™酶和底物、抗原和抗体、激素与受体等之间的特异亲和作用⒋核酸类药物的分离纯化方法™提取法和发酵法⑴提取法：先提取核酸与蛋白质复合物，再解离核酸与蛋白质，然后分离RNA与DNA。⑵发酵法主要用于生产单核苷酸⒌糖类的分离纯化方法™多糖和粘多糖的一般分离纯化方法⑴提取方法①非降解法:适用于从含一种粘多糖的动物组织中提取粘多糖。②降解法:适用于从组织中提取结合比较牢固的粘多糖。碱处理法、酶处理法降解。⑵分离方法①乙醇沉淀法②离子交换层析法™粘多糖的聚阴离子能很好地被阴离子交换吸附剂吸附和分离⒍脂类药物的分离纯化方法⑴提取方法™脂类自然状态下以结合形式存在。非极性脂是与其它脂质分子或蛋白质分子的疏水区相结合。™提取脂质药物就是要破坏这种结合键，将脂质溶解出来。溶剂：醇、氯仿等。⑵纯化方法①沉淀法：™丙酮沉淀②吸附层析法：™吸附剂：硅胶、氧化铝等。通过极性和离子力将各种化合物结合到固体吸附剂上。洗脱用极性逐渐增大的洗脱液，非极性先流出，极性后流出。③离子交换层析法：™脂质分子有非解离、两性离子和酸式解离三种状态。在一定的pH条件下选择适当的离子交换剂提纯。⒎氨基酸类药物的分离纯化方法⑴氨基酸的生产方法①蛋白质水解法™酸水解：水解完全，得L-型氨基酸™碱水解：产生消旋作用™酶水解：不够完全②发酵法:需特异菌株③化学合成法④酶促合成法:工艺简单、转化率高、易提纯⑵氨基酸的分离方法①沉淀法：™溶解度差异™特殊试剂沉淀某种氨基酸②吸附法：™氨基酸对吸附剂吸附力的差异进行分离③离子交换法：™常用强酸型阳离子交换树脂第二节人体来源的药物一.人体来源药物的特点与研究意义⒈特点⑴安全性好（对人体无排外性）⑵效价高，疗效可靠⑶稳定性好⒉研究意义⑴资源有限性：受法律和伦理的制约，仅血液、尿液、胎盘等几种原料品种。⑵研究的重要意义：医学:疗效优于传统治疗；药学:研究清楚这些药物的结构和功能，可帮助利用生物技术来制备新药二、人体来源药物的种类与用途⒈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等™血液成分制品：红细胞、白细胞、血小板、血浆⑴红细胞制剂⑵白细胞浓缩液⑶血小板制剂⑷新鲜冰冻血浆⒉血浆的综合利用项目含量血浆占人体体重的量8％血浆占全血的量50％血浆中水分占血浆的量92％血浆中蛋白质占血浆的量6％～7％白蛋白＋IgG占血浆总蛋白的量65％表2-1：血浆的组成：⑴转输蛋白类：在血液循环中对机体的营养物质、代谢产物、激素、药物等进行转输的血浆蛋白。™白蛋白、类脂蛋白、转铁蛋白等。⑵免疫球蛋白：构成机体防御感染的体液免疫系统™IgG、IgA、IgM、IgD、IgE⑶凝血系统蛋白™与凝血有关的蛋白质酶和因子等™与溶纤有关的酶⑷补体系统蛋白：在吞噬、调理、趋化和细胞溶解等起重要作用，是机体防御体系之一。⑸蛋白酶抑制物类™人体液细胞包括：红细胞、白细胞、淋巴细胞、血小板、成纤维细胞等。™细胞内的活性物质有：血红蛋白、SOD、IFN、IL-2等。⒊人体液细胞中的活性物质⒋人类来源其它原料的利用™胎盘：胎盘丙种球蛋白、胎盘白蛋白等™尿液:尿激酶、蛋白酶抑制剂、绒毛膜促性激素⒌细胞因子⑴特点和生理作用™在体内或体外对效应细胞的生长、增殖和分化起调控作用的一类物质™化学本质：蛋白质或多肽及其他结构物质™生长因子在八细胞上有特异受体，这类因子包括细胞生长因子、细胞生长抑制因子™生理作用：促进受损细胞的恢复，但对正常细胞无副作用⑵种类：100种以上，如EPO、CSF、IL-1、IL-2等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。分类：™IFN(interferon):干扰病毒复制。IFNfamily:IFN-α---whitebloodcell;IFN-β—fibroblastcel；IFN-γ---activeTcell™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)™IL(interleukin):介导白细胞间的相互作用。IL-1---IL21™TNF(tumornecrosisfactor):直接造成肿瘤细胞死亡和诱导凋亡。TNFfamily:TNF-α;TNF-βNewmembers:LTβ,TRAIL(TNF-relatedapoptosisinducingligand)™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—MIP1α,β(macrophageinflammatoryprotein),MCP-1(macrophagechemotacicprotein),RANTES(regulateduponactivation,normalTexpressedandsecreted);C--lymphotactin;CX3C---fractalkine(neurotactin™TGF-β(transforminggrowthfactorβ):TGF-β1,2,3;Inhibin;BMP(bonemorphogeneticprotein)2-15;™Growthfactor:IGF-1,EGF,PDGF,FGF,VEGF;⒍人体激素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).三、人体来源药物的制备实例⑴结构与性质™分子量为54.7Kd，由33.1Kd和18.6Kd两条链通过二硫键连接，属丝氨酸蛋白酶。™底物：血纤溶酶原，作用其Arg-Val键，使纤溶酶原转为纤溶酶。尿激酶的制备⑵工艺路线四、人体来源药物的研究前景⒈可进一步开发新产品⑴血液的利用™血浆蛋白Ⅰ(纤维蛋白原)、Ⅱ(免疫球蛋白)、Ⅴ(白蛋白)™Ⅲ及Ⅳ含大量血浆蛋白成分，目前基本未加以利用⑵其它原料的利用™胎盘、尿液等⒉用现代生物技术生产人类活性物质™基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、发酵工程在生物制药中发挥重要作用。™t-PA、干扰素、白细胞介素、EPO研制成功。第三节动物来源的药物⒈原料来源丰富™牛、猪、羊等的器官、组织、腺体、血液、毛发等™各种小动物⒉要重视安全性一、动物来源的药物的特点™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。二、动物生物药物资源™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。⒈动物多肽与蛋白质类药物⑴动物多肽药物①多肽激素②多肽类细胞因子:如胎盘提取物、转移因子、抗癌肽等⑵动物蛋白质类药物①蛋白质激素④粘蛋白②血浆蛋白质⑤胶原蛋白③蛋白质