现代生物制药技术课件.ppt
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1、 生生 物物 制制 药药 技技 术术第二章第二章 基因工程制药基因工程制药第三章第三章 细胞工程制药细胞工程制药第四章第四章 酶工程制药酶工程制药第五章第五章 动植物细胞培养技术制药动植物细胞培养技术制药第六章第六章 生物药物的提取纯化技术生物药物的提取纯化技术第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 生物制药的概念和内容生物制药的概念和内容生物制药生物制药是指利用生物体或生物过程是指利用生物体或生物过程生产药物的技术。生产药物的技术。分类:分类: 发酵工程制药发酵工程制药 基因工程制药基因工程制药 细胞工程制药细胞工程制药 酶工程制药酶工程制药第二节第二节 生物药物的性质与
2、分类生物药物的性质与分类1生物药物的性质生物药物的性质 优点优点:毒性低、副作用小、疗效可靠。特异性:毒性低、副作用小、疗效可靠。特异性 特别要提到的是利用重组特别要提到的是利用重组DNA 技术生产技术生产 的药品,即新生物技术药品,或简称生物的药品,即新生物技术药品,或简称生物新药。新药。劣点劣点: 1 成分复杂成分复杂 2 不稳定、易变性、易失活不稳定、易变性、易失活 3 易为微生物污染、破坏易为微生物污染、破坏 4 生产条件的变化对产品质量影响较大生产条件的变化对产品质量影响较大 二二 生物新药的质量保证生物新药的质量保证要点要点:产品的鉴别、纯度、活性、安全性、稳:产品的鉴别、纯度、活
3、性、安全性、稳定性和抑制性。定性和抑制性。鉴定方法鉴定方法电泳方法、免疫学分析方法、受体结合实验、电泳方法、免疫学分析方法、受体结合实验、各种高效液相色谱分析法、肽图分析法、各种高效液相色谱分析法、肽图分析法、Edman N-末端序列分析法、圆二色谱法、核磁末端序列分析法、圆二色谱法、核磁共振法共振法安全性评价安全性评价无病毒、无菌、无热源、无致敏源无病毒、无菌、无热源、无致敏源致突变、致癌和致畸致突变、致癌和致畸 三三 生物药物的分类生物药物的分类1 氨基酸类氨基酸类2 有机酸、醇酮类有机酸、醇酮类3 维生素维生素4 酶及辅酶类酶及辅酶类(1)酶类药物)酶类药物 :助消化酶类;消炎酶类;:助
4、消化酶类;消炎酶类; 心血管疾病治疗酶;心血管疾病治疗酶; 抗肿瘤酶;抗肿瘤酶; 其他酶类:超氧化物歧化酶其他酶类:超氧化物歧化酶 (SOD) PEG-腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶 RNA酶酶(2)辅酶类药物:)辅酶类药物:ATP NAD CoA FAD5 脂类脂类 (1)磷脂类)磷脂类(2)多价不饱和脂肪酸()多价不饱和脂肪酸(PUFA)和前列腺素)和前列腺素(3)胆酸类)胆酸类 (4)固醇类)固醇类 (5)卟啉类)卟啉类6 多肽和蛋白质类多肽和蛋白质类 人体内的生物活性因子,如激素、免疫球蛋白和细人体内的生物活性因子,如激素、免疫球蛋白和细 胞生长因子。胞生长因子。 红细胞生成素(红细胞生成素(E
5、PO) 白细胞介素白细胞介素-2(IL-2) 粒细胞集落刺激因子(粒细胞集落刺激因子(G-CSF) 粒粒/巨噬细胞集落刺激因子(巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF) 肿瘤坏死因子(肿瘤坏死因子(TNF) 表皮生长因子(表皮生长因子(EGF)(用于伤口愈合)(用于伤口愈合)7 核酸类及其衍生物核酸类及其衍生物(1)核酸类)核酸类 (2)多聚核苷酸)多聚核苷酸 (3)核苷、核苷酸及其衍生物)核苷、核苷酸及其衍生物 8 多糖多糖升白:增加白细胞升白:增加白细胞(1)抗生素)抗生素 (2)酶抑制剂)酶抑制剂 (3)免疫调节物质)免疫调节物质 (4)其他生物活性物质)其他生物活性物质第三节第三节 新型生
6、物药物研制的理论和方法新型生物药物研制的理论和方法新的化学实体(新的化学实体(New chemical entity,简称,简称NCE)根据根据NCE来源将生物药物大致分为两类:来源将生物药物大致分为两类:一类是利用重组一类是利用重组DNA技术技术二类是利用微生物、动植物或酶生产的非上述药品,通过二类是利用微生物、动植物或酶生产的非上述药品,通过筛远可获得这类新药的筛远可获得这类新药的NCE的先导物。的先导物。新药研究和开发的主要过程:新药研究和开发的主要过程:1 确定研究计划确定研究计划 2 准备化合物准备化合物 3 药理筛选药理筛选4 化学试验化学试验 5 临床前临床前I期期 6 临床前临
7、床前II期期7 I期临床期临床 8 II期临床期临床 9 III期临床期临床10注册申请上市注册申请上市 11售后监测售后监测提供提供6000-8000个化合物个化合物 9-13年年 耗资约耗资约2.3亿美元亿美元先导化合物的寻找先导化合物的寻找1 筛选模型的确定筛选模型的确定筛选模型的核心是药物作用靶筛选模型的核心是药物作用靶大规模筛选(大规模筛选(High-throughput screening,简称,简称HTS)(1)用动物细胞和组织建立的筛选模型)用动物细胞和组织建立的筛选模型 LC50(2)酶抑制剂的筛选)酶抑制剂的筛选(3)受体拮抗剂的筛选)受体拮抗剂的筛选基因复制、转录因子为对
8、象的治疗基因复制、转录因子为对象的治疗(1)转录因子的多样性)转录因子的多样性 (2)转录因子具有特异性)转录因子具有特异性(3)基因特异性转录因子与人类疾病有关)基因特异性转录因子与人类疾病有关开始考虑以凋亡为靶治疗开始考虑以凋亡为靶治疗2 先导化合物来源先导化合物来源一是从化学库或天然产物中筛选一是从化学库或天然产物中筛选二是与受体结合的结构设计(合理新药设计)二是与受体结合的结构设计(合理新药设计)合理药物设计(合理药物设计(Rational drug design)则是基于)则是基于受体三维立体结构的认识,通过计算机辅助分受体三维立体结构的认识,通过计算机辅助分子设计全程合成新分子。子
9、设计全程合成新分子。现今从生物中筛选新药重点放在微生物现今从生物中筛选新药重点放在微生物人们也开始关注植物、动物人们也开始关注植物、动物人类和动物方面,则关注自身免疫系统人类和动物方面,则关注自身免疫系统新药的研究与开发是一个将化学结构研究与生物活新药的研究与开发是一个将化学结构研究与生物活性研究连接起来的创造性过程。性研究连接起来的创造性过程。第四节第四节 生物药物的发展历史和概况生物药物的发展历史和概况1生物制药的发展历史生物制药的发展历史李时珍李时珍本草纲目本草纲目医生琴纳(医生琴纳(Jenner )发明了用牛痘疫苗治疗天花)发明了用牛痘疫苗治疗天花1860年,巴斯德发现细菌,开创了第一
10、次药学革命年,巴斯德发现细菌,开创了第一次药学革命1928年英国弗莱明发明青霉素至年英国弗莱明发明青霉素至1941年在美国开发成功。年在美国开发成功。从生物体内分离纯化酶制剂的技术日趋成熟,酶类药物得从生物体内分离纯化酶制剂的技术日趋成熟,酶类药物得到广泛应用。到广泛应用。70年代年代Zenk 应用植物细胞培养生产植物药物应用植物细胞培养生产植物药物50年代提出的年代提出的DNA 双螺旋理论及双螺旋理论及70年代发展的重组年代发展的重组DNA技术、单克隆抗体技术使生物制药进入一崭新的时代技术、单克隆抗体技术使生物制药进入一崭新的时代1982年,第一个基因工程药物人胰岛素上市年,第一个基因工程药
11、物人胰岛素上市另一重大认识就是认识到生物多样性对生物制药的决定性另一重大认识就是认识到生物多样性对生物制药的决定性在基因工程和细胞工程技术方面的研究水平与国外水在基因工程和细胞工程技术方面的研究水平与国外水平相比差距已不大,国内已建立了平相比差距已不大,国内已建立了40多个临床药理试多个临床药理试验基地。验基地。 二二 生物制药的发展概况生物制药的发展概况1 基因工程基因工程 所依托的基础理论为所依托的基础理论为Watson-Crick的的DNA 模板学说模板学说、Monod和和Jacob的操纵子学说。的操纵子学说。(1)基因工程药物品种的开发)基因工程药物品种的开发(2)应用基因工程技术建立
12、新药的筛选模型)应用基因工程技术建立新药的筛选模型(3)应用基因工程技术改良菌种)应用基因工程技术改良菌种(4)基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用)基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用(5)利用转基因动、植物生产蛋白质类药物)利用转基因动、植物生产蛋白质类药物(6)基因工程抗体在医药工业中的应用)基因工程抗体在医药工业中的应用 抗体工程抗体工程2细胞工程细胞工程 奠定了细胞培养和细胞融合技术的理论基础奠定了细胞培养和细胞融合技术的理论基础(1)单克隆抗体技术)单克隆抗体技术 生物导弹生物导弹(2)通过植物细胞培养生产次生代谢产物)通过植物细胞培养生产次生代谢产物(3)动物细胞培养)动物细
13、胞培养 三三 微生物工程微生物工程微生物工程也称发酵工程微生物工程也称发酵工程所采用的新技术主要应用于所采用的新技术主要应用于3个方面:个方面: 工艺改进、新药研制和菌种改造。工艺改进、新药研制和菌种改造。微生物药物:微生物药物: 即在微生物生命活动过程中产生的具有生理活性(或即在微生物生命活动过程中产生的具有生理活性(或称药理活性)的次级代谢产物及其衍生物。称药理活性)的次级代谢产物及其衍生物。 有酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、抗氧化剂。有酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、抗氧化剂。 四四 酶工程酶工程 酶工程是酶学与化工技术二者结合的产物酶工程是酶学与化工技术二者结合的产物 第五节第五
14、节 生物制药的发展趋势生物制药的发展趋势 一一 生物制药中的新技术生物制药中的新技术1 大规模筛选的采用与创新大规模筛选的采用与创新 大规模筛选是大规模测试化合物的方法,采用机大规模筛选是大规模测试化合物的方法,采用机器人自动寻找特殊生物靶,如某个细胞表面受体或器人自动寻找特殊生物靶,如某个细胞表面受体或一个代谢有关酶的抑制剂(拮抗剂)或激动剂(兴一个代谢有关酶的抑制剂(拮抗剂)或激动剂(兴奋剂)的技术。奋剂)的技术。2 高效分离纯化系统的采用高效分离纯化系统的采用(1)固相化金属亲和层析)固相化金属亲和层析 (2)超扩散层析)超扩散层析(3)灌注层析)灌注层析 BioCADworkstati
15、on(4)其他快速分离纯化系统)其他快速分离纯化系统AKTA explorer快速化工工艺开拓系统快速化工工艺开拓系统Streamline扩张柱床吸附技术扩张柱床吸附技术快速蛋白液相色谱(快速蛋白液相色谱(FPLC )The biological system 高分辨生物分子纯化而设计的层高分辨生物分子纯化而设计的层析系统析系统 二二 Human genome project,简称,简称 HGP约约10万个万个gene30亿对碱基亿对碱基 三三 基因治疗基因治疗基因治疗基因治疗从基因角度可以理解为将外来的基因从基因角度可以理解为将外来的基因导入细胞,用正常的基因置换病源基因或补充缺导入细胞,用
16、正常的基因置换病源基因或补充缺失的基因,从而达到治疗的效果。失的基因,从而达到治疗的效果。基因治疗的疾病有三类:基因治疗的疾病有三类: 致死性遗传性疾病致死性遗传性疾病 用过去的治疗法很难根治的癌症用过去的治疗法很难根治的癌症 爱滋病等后天性疾病爱滋病等后天性疾病RNA 病毒可望用病毒可望用RNA 酶消灭酶消灭图图1-4为用核酸酶(为用核酸酶(RNA 酶)酶)解决的问题:提供更多可供利用的基因解决的问题:提供更多可供利用的基因设计定向整合的载体:反转录病毒和腺病毒设计定向整合的载体:反转录病毒和腺病毒人类将逐渐具备在原子水平解决问题和在基因人类将逐渐具备在原子水平解决问题和在基因水平上治疗疾病
17、的能力。水平上治疗疾病的能力。 四四 糖链工程糖链工程糖科学(糖科学(Glycoscience)和糖链工程)和糖链工程 即糖生物学即糖生物学蛋白或糖脂类蛋白或糖脂类 对生态信息的传递起着重要的作用对生态信息的传递起着重要的作用糖类药物糖类药物 五五 细胞因子类药物细胞因子类药物 细胞因子细胞因子是淋巴细胞来源的淋巴因子或巨噬细胞、单是淋巴细胞来源的淋巴因子或巨噬细胞、单核细胞来源的单核因子、免疫系统中具有各种生物活核细胞来源的单核因子、免疫系统中具有各种生物活性的一类因子的总称。性的一类因子的总称。对细胞因子的受体结构以及细胞因子糖链部分的结构对细胞因子的受体结构以及细胞因子糖链部分的结构和功
18、能也做了大量研究。和功能也做了大量研究。第二章第二章 基因工程制药基因工程制药 第一节第一节 基因工程制药概述基因工程制药概述 基因工程(基因工程(Gene engineering),又称,又称重组重组DNA 技术。技术。它能使带有支配各种各样遗传信息基因的它能使带有支配各种各样遗传信息基因的DNA 片段越过不片段越过不同生物间特异的细胞壁而组入到完全不同的生物体内,定同生物间特异的细胞壁而组入到完全不同的生物体内,定向的控制、修饰和改变生物体的遗传和变异。向的控制、修饰和改变生物体的遗传和变异。1人胰岛素(人胰岛素(Insulin)具有多种生物功能,维持血糖恒定,增加糖原、脂肪、某具有多种生
19、物功能,维持血糖恒定,增加糖原、脂肪、某些氨基酸和蛋白质的合成。些氨基酸和蛋白质的合成。生产方式:一是分别在大肠杆菌中合成生产方式:一是分别在大肠杆菌中合成A 链和链和B 链,再在链,再在体外用化学方法连接两条肽链组成胰岛素。体外用化学方法连接两条肽链组成胰岛素。 另一种是用分泌型载体表达胰岛素原。另一种是用分泌型载体表达胰岛素原。2 人生长激素人生长激素人生长激素是人的垂体腺前叶嗜酸细胞分泌的一种非糖人生长激素是人的垂体腺前叶嗜酸细胞分泌的一种非糖基化多肽激素。基化多肽激素。刺激身体生长刺激身体生长hGH 对一些细胞的增殖和分化以及对一些细胞的增殖和分化以及DNA 合成有直接效应。合成有直接
20、效应。3干扰素(干扰素(Interferon,IFN )同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质,其活性的发同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质,其活性的发挥又受细胞基因组的调节和控制,涉及挥又受细胞基因组的调节和控制,涉及RNA 和蛋白质的和蛋白质的合成。合成。 本身不能直接灭活病毒,而是细胞在干扰素作用后产生本身不能直接灭活病毒,而是细胞在干扰素作用后产生出多种抗病毒蛋白,从而阻断病毒的繁殖。出多种抗病毒蛋白,从而阻断病毒的繁殖。分为分为a b tb t三型三型基本特性包括种属特异性、作用广谱性和选择基本特性包括种属特异性、作用广谱性和选择性、相对无害性和特殊稳定性。性、相对无害性和特殊稳定性
21、。抗细胞内侵害微生物活性;抗细胞分裂活性;抗细胞内侵害微生物活性;抗细胞分裂活性;调节免疫功能活性。调节免疫功能活性。用于治疗恶性肿瘤和病毒性疾病用于治疗恶性肿瘤和病毒性疾病4 白细胞介素白细胞介素白细胞介素是由白细胞或其他体细胞产生的又白细胞介素是由白细胞或其他体细胞产生的又在白细胞间起调节作用和介导作用的因子,是在白细胞间起调节作用和介导作用的因子,是一类重要的免疫调节剂。一类重要的免疫调节剂。激活并刺激激活并刺激T、B淋巴细胞的增殖和分化淋巴细胞的增殖和分化 刺激巨噬细胞和粒细胞的活性刺激巨噬细胞和粒细胞的活性 各种细胞的丝裂原各种细胞的丝裂原 治疗恶性肿瘤和病毒性疾病治疗恶性肿瘤和病毒
22、性疾病5 集落刺激因子集落刺激因子是一类能参与造血调节过程的糖蛋白分子,是一类能参与造血调节过程的糖蛋白分子,又称造血刺激因子或造血生长因子。又称造血刺激因子或造血生长因子。分类:分类:粒细胞集落刺激因子粒细胞集落刺激因子 巨噬细胞集落刺激因子巨噬细胞集落刺激因子 粒细胞粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子巨噬细胞集落刺激因子 多能集落刺激因子多能集落刺激因子功能:功能:刺激造血细胞增殖、维系细胞存活、分化刺激造血细胞增殖、维系细胞存活、分化 定型、刺激终末细胞的功能活性定型、刺激终末细胞的功能活性临床多用作癌化疗的辅助药物临床多用作癌化疗的辅助药物6 促红细胞生成素促红细胞生成素肾脏分泌的重要激素肾
23、脏分泌的重要激素与多种贫血尤其与终末期肾脏疾病贫血密切相关与多种贫血尤其与终末期肾脏疾病贫血密切相关能促进红细胞系列的增殖、分化及成熟能促进红细胞系列的增殖、分化及成熟治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血和治疗肿瘤化疗后贫血治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血和治疗肿瘤化疗后贫血7 肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子除具有抗肿瘤外,还有抗炎活性,促凝血活性,促进细胞因除具有抗肿瘤外,还有抗炎活性,促凝血活性,促进细胞因子分泌,免疫调节作用,抗病毒、细菌和真菌作用,热原质子分泌,免疫调节作用,抗病毒、细菌和真菌作用,热原质以及参与骨质重吸收以及参与骨质重吸收淋巴细胞毒素淋巴细胞毒素8 组织型纤溶酶原激活剂组织型纤溶酶原激
24、活剂tPA是一种丝氨酸蛋白酶,能激活纤溶酶原生成纤熔酶,纤溶是一种丝氨酸蛋白酶,能激活纤溶酶原生成纤熔酶,纤溶 酶水解血凝块中的纤维蛋白网,导致血栓溶解。酶水解血凝块中的纤维蛋白网,导致血栓溶解。主要用于治疗血栓性疾病主要用于治疗血栓性疾病9 心钠素心钠素较强的利钠、利尿、扩张血管和降低血压较强的利钠、利尿、扩张血管和降低血压治疗充血性心脏衰竭、高血压、肾功能衰竭、水肿、气喘治疗充血性心脏衰竭、高血压、肾功能衰竭、水肿、气喘10 重组乙肝疫苗重组乙肝疫苗美、法和德国都已研制出人工合成的前美、法和德国都已研制出人工合成的前S多肽疫苗,具有很多肽疫苗,具有很强的免疫原性强的免疫原性由化学合成的由化
25、学合成的H BsAg多肽与破伤风类毒素偶联形成复合蛋多肽与破伤风类毒素偶联形成复合蛋白分子制成的疫苗白分子制成的疫苗第二节第二节 基因工程制药中常用的基因工程制药中常用的 工具酶和克隆载体工具酶和克隆载体 一一 常用工具酶常用工具酶1 限制酶限制酶它们对碱基作用的专一性上及对磷酸二酯键的断裂方式它们对碱基作用的专一性上及对磷酸二酯键的断裂方式上具有一些独特的性质上具有一些独特的性质种类:种类:I型酶型酶 II型酶:简单的单功能酶,作用时无需辅助因子或只需型酶:简单的单功能酶,作用时无需辅助因子或只需Mg2+ ,能识别双链,能识别双链DNA 上特异的核苷酸序列,底物作上特异的核苷酸序列,底物作用
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