生化药物制造工艺-郭伟云

重要生物药物制造工艺E-mail：[e-mail]：3831677发酵工程教研室郭伟云第三篇1本门课程由以下三大部分内容组成基础篇：生物制药工艺基础1技术篇：生物分离工程技术2品种篇：重要生物药物制造工艺32生物药物的类别（一）天然生物药物1.微生物药物microbialmedicine2.天然生化药物Biochemicalmedicine3.海洋生物药物marinemedicine（二）生物技术药物（新生物制品）1.DNA重组药物（DNArecombinantmedicine）——基因工程与蛋白质工程药物2.基因药物（三）合成或半合成生物药物31.迅速被体内酶降解2.肾小球过滤清除3.抗原－抗体反应4.溶解度差导致沉淀蛋白质药物在使用中出现的问题TC实际浓度理想浓度体外聚乙二醇修饰（PEG化）(1)增大药物分子量，避免被肾小球过滤(2)阻碍蛋白酶的降解作用(3)屏蔽药物的免疫位点(4)增加药物在体液中的溶解度(5)与药物间的化学键在体内随时间水解，缓慢释放药物+蛋白或多肽偶联物聚乙二醇CH3(-O-CH-CH)n-OH修饰粒细胞集落刺激因子（rhG-CSF）延长半衰期修饰人肿瘤坏死因子消除副作用修饰白介素I受体拮抗剂（rhIL-1Ra）延长半衰期修饰牛胰核糖核酸酶（RNase）提高抗肿瘤活性修饰超氧化物歧化酶（SOD）提高半衰期修饰天冬酰氨酶（Aspartase）克服免疫原性提高半衰期修饰人干扰素（IFN）提高半衰期修饰血红蛋白（Hb）血液代用品修饰胰岛素提高半衰期我国在PEG修饰蛋白质方面的一些工作生化药物制造工艺第十三章7生化药物的定义、分类、特点定义：具体运用生物化学研究方法，从生物体中经提取、分离、纯化等手段获得的天然存在的生化活性物质或将上述这些物质加以结构改造或人工合成创造出的自然界没有的新的活性物质，通称生化药物（Biochemicalmedicine）。8重点酶类药物辅酶类药物核苷酸与核酸类药物多肽类药物氨基酸类药物蛋白质类药物多糖类药物脂类药物分类9维生素类药物生化药物的特性1．药理学特性：1药理活性高，针对性强毒副作用少，营养价值高2生理副作用常有发生免疫原反应，过敏反应310生化药物的特性2．理化特性：1有效物质含量低，杂质多，工艺复杂，收率低，技术要求高结构复杂，生物活性受空间结构严格限制，稳定性差2生物材料易染菌，腐败311生化药物的特性3．天然生物药物是新型药物的先导物通过合理的药物设计，可以创造出疗效更高，作用更专一，更易为机体接受，副作用与不良反应更小的新药。12有机溶剂分级分离、等电点沉淀等--------粗提物。离子交换层析、凝胶层析、超滤等技术--------提高了产品的纯度和收率多种层析技术、超速离心等--------高纯度的生化药物生化药物发展概况13生化药物的资源植物动物动物脏器血液、分泌物及其它代谢物微生物海洋生物14脑脑磷脂、卵磷脂、胆固醇、神经节苷酯等心细胞色素C、辅酶Q10、CoA、CoI、VD3等肺抑肽酶、纤溶酶原激活剂、肺表面活性剂肝RNA、iRNA、SOD、肝抑素、抑肽酶等脾DNA、RNA、脾转移因子、脾铁蛋白等胃肠及黏膜胃蛋白酶、胃膜素、内在因子、凝乳酶、肝素、硫酸糖糖苷肽（Sulglycotide）、舒血管肽等，另外还有一类胃肠肠道激素脑下垂体促皮质素（ACTH）、催乳素、促甲状腺素、生长激素、促性激素、中叶素、神经垂体素、缩宫素、加压素等胰“酶库”。Ins、胰高血糖素、胰酶、糜蛋白酶、胰蛋白酶、胰脱氧核糖核酶、胰脂酶、胶原酶、弹性蛋白酶、胆碱酯酶、血管舒缓素血液、胆汁、肾、胸腺、肾上腺、松果体、扁桃体、甲状腺、睾丸、羊精囊、骨、气管软骨、眼球、鸡冠等均为生化制药原料。此外小动物的分泌物（如蜂皇浆、蜂毒、蛇毒等）主要从以下脏器中制取生化药物15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β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。Exenatide16麻省Transmolecular公司的科学家将放射性I131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。蝎毒肽17生物药物的资源植物动物动物脏器血液、分泌物及其它代谢物微生物海洋生物18微生物1利用微生物作为工具微生物的代谢物2微生物菌体319生物药物的资源植物动物动物脏器血液、分泌物及其它代谢物微生物海洋生物20海洋生物1海藻类：已知的海藻有1万多种海洋动物类：腔肠动物类、节肢动物类、软体动物类、鱼类、爬行动物类、海洋哺乳动物类2海洋微生物：321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）22DidemninB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。海鞘来源的抗癌肽DidemninB23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24海洋生物1海藻类：已知的海藻有1万多种海洋动物类：腔肠动物类、节肢动物类、软体动物类、鱼类、爬行动物类、海洋哺乳动物类2海洋微生物：325第一节氨基酸类药物26本节内容氨基酸的种类氨基酸类药物的制造方法27氨基酸输液氨基酸的分类1蛋白质氨基酸：编码氨基酸非蛋白氨基酸：D型氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等2衍生氨基酸：5-羟色胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等3必需氨基酸和非必需氨基酸：亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。42829八种必需氨基酸：携一两本黄色书来携--缬氨酸一--异亮氨酸两--亮氨酸本--苯丙氨酸黄--甲硫氨酸（硫为黄色）色--色氨酸书--苏氨酸来--赖氨酸氨基酸记忆口诀30六伴穷光蛋：硫、半、光、蛋→半胱、光、蛋（甲硫）氨酸→含硫氨基酸酸谷天出门：酸、谷、天→谷氨酸、天门冬氨酸→酸性氨基酸死猪肝色脸：丝、组、甘、色氨酸→一碳单位来源的氨基酸只携一两钱：支、缬、异亮、亮→缬、异亮、亮氨酸→支链氨基酸一本落色书：异、苯、酪、色、苏→异亮、苯丙、酪、色、苏氨酸→生糖兼生酮拣来精读之：碱、赖、精、组→赖氨酸、精氨酸、组氨酸→碱性氨基酸芳香老本色：芳香、酪、苯、色→酪、苯丙、色氨酸→芳香族氨基酸不抢甘肃来：脯、羟、甘、苏、赖→脯、羟脯、甘、苏、赖氨酸→不参与转氨基的氨基酸所有氨基酸：六伴穷光蛋，酸谷天出门，死猪肝色脸，只携一两钱。一本落色书，拣来精读之。芳香老本色，不抢甘肃来。蛋白质水解法：胱氨酸、半胱氨酸化学合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸等发酵法：苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、赖氨酸、亮氨酸等酶法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等氨基酸类药物的制造方法重点31基本原理：以毛发等蛋白质为原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种药用氨基酸的方法称为水解法。*主要过程：水解、分离和结晶精制。32蛋白质水解法品种：L-胱氨酸、L－精氨酸、L－亮氨酸、L-异亮氨酸、L-组氨酸、L-脯氨酸及L-丝氨酸等。酸水解法：水解迅速而彻底，无消旋作用；色氨酸破坏，天冬酰胺、谷胺酰胺脱酰胺基，且产生大量废液污染环境。碱水解法：水解迅速而彻底，色氨酸不被破坏；含羟基或巯基的氨基酸全被破坏，且产生消旋，工业上多不采用。酶水解法：反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不被破坏，无消旋作用；水解不彻底，产物中除氨基酸外，尚含有多肽。工业上主要用于生产水解蛋白及蛋白胨。蛋白质水解法重点33发酵的基本原理借助微生物在有氧或无氧条件下进行生命活动制备微生物菌体或其代谢产物的过程。发酵法34菌种诱变与选育种子制备发酵培养产物分离纯化发酵的基本过程35培养基配制与灭菌•缺点产物浓度低，设备投资大，生产周期长，成本高。*绝大部分氨基酸可通过发酵法生产，有些由于得率低，未实现工业化生产。36基本原理：又称酶工程技术，是在特定酶的作用下使某些有机物转化成相应氨基酸的技术。*主要过程前体合成菌体培养转化反应产品纯化与精制酶转化法37微生物植物细胞动物细胞化学合成，生物合成，天然存在底物（AA前体）生物反应器含L-AA反应液L-AA酶转化法生产L-AA流程38结构分子量等电点性质溶解性L-AspL-AlaL-Asp和L-Ala的结构与性质HOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C133.1089.092.776.0酸性氨基酸中性氨基酸溶于水和盐酸，不溶于乙醇和乙醚在水中有一定溶解性，不溶于丙酮及乙醚39HOOCCHCOOHCHHOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C+CO2天冬氨酸酶L-Asp脱羧酶酶转化反应工艺路线固定化L-Asp脱羧酶转化液B延胡索酸+NH3固定化天冬氨酸酶转化液AL-Asp粗品L-Asp精品L-Ala粗品L-Ala精品40泵储罐反应产物离心机母液回收固定化酶柱子a晶体L-AspL-Asp延胡索酸氨盐工艺路线41*优点工艺简单，产物浓度高，转化率及生产效率较高，副产物少，固定化酶或细胞可进行连续操作，节省能源和劳务，并可反复使用。*缺点固定化细胞或固定化酶代价高。42以酸、醛、酯及某些氨基酸为原料，经氨解、水解、缩和、取代及氢化还原等化学反应合成α-氨基酸的方法称为化学合成法。化学合成法43*特点理论上所有氨基酸均可由化学合成法制造，但只有当采用其他方法生产很不经济时才采用化学合成法生产。442005版中国药典收载的氨基酸原料药氨基酸输液45氨基酸输液多种结晶L-氨基酸依特定比例混合制成的静脉内输注液称为氨基酸输液。当由于疾病等原因，不能经口摄取的时候，把纯度高的氨基酸混合液作为最合适的氮源，从静脉注入身体是比较合理的营养补给方法。氨基酸输液的组方原理与配方模式氨基酸输液的组方原理和原则：一种优良的氨基酸输液注入人体后，各种氨基酸能得到最有效地利用，其组成平衡，使临床症状得到改善，体重增加而无代谢并发症，血浆游离的氨基酸谱无显著变化，这就是氨基酸输液组方所要依据的原理和原则。配方模式：有人乳、全蛋白、FAO（联合国粮食组织）、FAO-WHO（世界卫生组织）以及血浆游离氨基酸模式。46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：氨基酸营养输液是一种给人体补充蛋白质营养的静脉注射液，其氨基酸组成的配比依其模式不同而不同，如FAO模式、FAO/WHO参考模式、人乳和鸡蛋蛋白模式、土豆-鸡蛋模式等。代血浆用输液此类氨基酸输液以及补充维持患者血容量为目的，通常采用11种氨基酸组成，输液中加入右旋醣酐等作为血容量补充剂。止血用氨基酸输液这种氨基酸输液由普通氨基酸输液与止血剂如氨基己酸组成，它一方面补充因失血引起的蛋白质损失，同时阻止继续出血。婴幼儿用氨基酸输液根据婴幼儿旺盛生长期体内保留氮及能量极少，婴幼儿肾功能尚未发育完全，肝脏等组织对营养素处理能力较差这一特点，配方选用高含量的支链氨基酸（Leu、Ile、Val）和精氨酸，而将谷氨酸和甘氨酸适当减少，并配合适量葡萄糖、维生素和电解质等。治疗用氨基酸输液如用于肝病的氨基酸输液，是根据肝硬化病人图谱表现为支链氨基酸含量偏低，而芳香族氨基酸偏高，血清中支/芳比下降特点而设