生物技术药物研究进展77页PPT

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❖ 3、生物药物的相对分子质量较大。
❖ 如酶类药物的相对分子质量介于一万到五十万 之间，抗体蛋白的相对分子质量为五万到九十五 万。多糖类药物的相对分子质量小的上千，大的 可上百万。
❖ 4、对酸碱、重金属、热等理化因素的变化较敏 感。
❖ 这类生物药物功能的发挥需要保持其特定的生 理活性结构。
❖ (1) 发酵工程制药 ❖ (2) 基因工程制药 ❖ (3) 细胞工程制药 ❖ (4) 酶工程制药
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发酵工程制药
❖ 发酵工程制药是指利用微生物代谢过程生产药物 的技术。此类药物有抗生素、维生素、氨基酸、 核酸有关物质、有机酸、辅酶、酶抑制剂、激素、 免疫调节物质以及其他生理活性物质。
❖ 主要研究 ❖ 微生物菌种筛选和改良、发酵工艺的研究、产品
第十九章 生物技术药物制剂
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江西农业大学生物科学与工程学院 生物分离分析教研室
第一节 概述
一、基本概念 ❖ 生物技术或生物工程： 应用生物体（包括
微生物、动物细胞、植物细胞）或其组成部分 （细胞器和酶），在最适条件下，生产有价值的 产物的技术。
❖ 生物技术药物:是指采用现代生物技术，借助 某些微生物、植物或动物来生产所需要的药品。
❖ ⑤ 其他酶类：超氧化物歧化酶(SOD)用于治疗类风湿性 关节炎和放射病。PEG-腺苷脱氨酶(用于治疗严重的联合 免疫缺陷症。DNA酶和RNA酶可降低痰液粘度，用于治疗慢 性气管炎。青霉素酶可治疗青霉素过敏。现在正开发RNA 酶用于抗RNA病毒，
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❖ (2) 辅酶类药物 辅酶I(NAD)、辅酶Ⅱ(NADP)、黄素单 核甘酸(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、辅酶Q10、辅 酶A等已广泛用于肝病和冠心病的治疗。

Campath,Erbitux,Herceptin,Humira, Mylotarg,Orthoclone
OKT3, Reptiva,Remicade,ReoPro,Rituxan,Simulect,Synagis, Tysabri,Xolair,Zenpax。体内诊断用抗体6种：CEA-Scan, MyoScint,OncoScint,ProstaScint,Verluma,NeutroSpec。组 织工程产品4种：组织工程皮肤3种Apligraf、Dermagraft、 OrCel；组织工程软骨Carticel。
表3. 全球十大药品市场 (2003.6-2004.6)
图1.全球生物技术药物年销售额增长曲线
图2. 2003年不同类别生物技术药物年销售额
图3. 生物技术药物年销售额及动物和微生物细胞表达产品比例
图4. 生物技术药物的10个主要生产国
二.医药生物技术发展的趋势：
(一).人类基因组及后基因组研究：
在建立西南、东北地区12个少数民族及南、北两个汉族人群 永生细胞库基础上，进行了我国多民族、基因组多样性比较 研究。
此外，有关模式生物基因组研究已完成了基因组序列 分析的有30种以上细菌病原菌及与工业和基础研究有关的 细菌，如1996年4月完成了酵母全序列测定；1997年9月完 成了大肠杆菌序列测定，2000年完成果蝇的全序列研究， 值得指出的是，我国率先完成了痢疾杆菌的全序列测定， 此外，还对我国发现的新菌种腾冲耐热菌完成了基因组全 序列测定，2002年我国还完成了水稻基因组全序列的测定 工作，获国内外好评，在国际性前沿研究中争得一席之地。
生物技术药物研究进展
一. 概况：
以基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程为主体的现 代生物技术近几年来发展极其迅速，是影响国民经济的四大 科学支柱之一(微电子、生物技术、新型材料和航天技术)， 被认为是21世纪科学技术的核心，而以基因工程为主的医药 生物技术则是生物技术领域最为活跃、发展最为迅速的部分， 目前世界各国，特别是美国，日本，欧共体国家均把优先发 展生物技术定为国策，美国参议院宣布2000年1月为“美国国 家生物技术月”，2025年美国生物技术市场将达到2万亿美元， 届时将占国民生产总量(GDP)的20％；日本则认为作为资源 小国，发展生物技术是持续发展石油、电子、航空工业之后， 21世纪可持续发展的最大和有效途径之一。

也有些蛋白质只有当pH<2时，才发生变性。
影响蛋白质稳定性的因素
③有机溶剂的影响：
脱水
大多数蛋白质水溶液在加入一定量的有机溶剂后蛋 白质就开始析出沉淀。
影响蛋白质稳定性的因素
④盐的影响： 蛋白质水溶液中加入少量无机盐会增加蛋白质表面
负荷，增强蛋与水的作用从而使蛋白质在水中溶液 度增大，这种现象称为盐溶（salting in)。
1. 氨基酸替换 ---加固或替换一些易降解的氨基酸残基
2.添加稳定剂 ---结合蛋白质疏水部分、增加溶液黏度、
增强蛋白质内核折叠状态
3.蛋白质的干燥 ---冷冻干燥
注射系统
多肽和蛋白类药物的注射剂是最常见剂型
目前临床上应用的蛋白质类药物注射剂： 溶液型注射剂，冻干粉注射剂
非注射给药系统
主要的化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键
➢蛋白质的二级结构：高级结构或空间结构 定义:
蛋白质分子中多肽链之间通过氢键作用 形成的折叠结构单元
主要的化学键： 氢键
蛋白质二级结构的主要形式：
•α-螺旋、β-折叠
α-螺旋（α-helix）
β-折叠（β-pleated sheet）
➢蛋白质的三级结构：
多个二级结构单元在整个三维空间的组合和排布， 包括所有氨基酸侧链间的相互作用及空间位置。
➢蛋白质的四级结构：
多个蛋白亚单位在空间上通过非共价作用形成的组 合结构。
三、多肽和蛋白类药物的稳定性
1. 蛋白质的化学不稳定性
蛋白质内通过共价键连接的氨基酸序列的不稳定性， 也包括氨基酸侧链的共价结构的不稳定性。
三、多肽和蛋白类药物的稳定性
2. 蛋白质的物理不稳定性
蛋白的氨基酸序列结构保持稳定的前提下，蛋白质 的高级结构的不稳定性。

发酵罐 发酵条件控制 ⑤
分离 提纯 ⑥
微生物菌体 代谢产物
产品
发酵工程生产产品流程简图15
四. 细胞工程 细胞工程 (cell engineering)：
即应用细胞生物学和分子生物学 方法，以细胞为基本单位，在体 外条件下进行培养、繁殖，或人 为的使细胞某些生物学特性按人 们的意愿发生改变，从而达到改 良生物品种和创造新的品种，加 速繁育动、植物个体，或获得某 种有用的物质过程。
（1）对人的基因组进行分组，例如可 根据染色体不同分为24组，而每条 染色体又可分为长臂/、短臂/、区、 带和亚带等；
（2）对人的基因组进行标记，即为每 条染色体或更小的区域都找到一些 特定的DNA序列作为标志；
（3）利用已知的标记序列，将已克隆 的基因组DNA进行排序；
（4）克隆并测定人的基因组的全部序 列；
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三、发酵工程
1、概念
发酵工程：是一门利用微生 物的生长和代谢活动来生产 各种有用物质的工程技术。
从自然界分 离的菌种
① 诱变育种 基因工程 细胞工程
生产用菌种
原料
2、内容：
①菌种的选育 ②培养基的配制 ③灭菌 ④扩大培养和接种 ⑤发酵过程 ⑥分离提纯
④ 扩大培养
接种
② 培养基配制 灭菌 ③
严格监控哪些 方面？引起条 件变化的原因？
• 其中，生物制药占最大 比例。
陈章良
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曾有专家预言，芯片技术、医药和生物工程 这三个领域将是21世纪头30-40年发展最快 的领域，是世界经济发展的火车头。 据资料显示，生物医药与IT产业将共同成为 主宰世界各国未来经济力量的两大要素。
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全球生物医药产业发展迅猛
• 生物药品的销售呈现较快的增长。上世纪90 年代以后，全球生物药品销售额以年均30%的 速度增长，这个速度大大高于全医药行业年均 不到10%的增长速度。

❖ 现存药物研发方式 ❖ 现存药物研发方式的局限性 ❖ 药物基因组的内容 ❖ 如今国内外的研讨现状
❖ 一、现存药物研发方式 ❖ 新药研发过程包括临床前研讨和临床研
讨两大部分。
❖ 临床前研讨： ❖ ---根底研讨 ❖ ---可行性分析 ❖ ---工程研讨
根底研讨---新药发现的过程：以下途 径；靶点〔化学实体〕。
❖ 产生这种景象的缘由是由于我们运用的药物 从某种意义上说是一种统计学意义上的可以 治疗疾病的药物，这是由于药物的开发和认 证是从统计数据来证明某种药物对某种疾病 具有一定的疗效。而医生也是从临床阅历来 判别个体的用药及剂量。
❖ 因此，当一个医生对一个患者或一组患者运 用某种药物时，在剂量选择上总是介于“不 太高〞和“不太低〞之间。这样就会产生疗 效缺乏或毒性。如以下图显示：
----Ⅱ期临床实验
经过Ⅰ期临床研讨,在安康人身上得到了为到达 合理的血药浓度所需求的药品的剂量的信息, 即药代动力学数据.但是,通常在安康的人体上 是不能够证明药品的治疗作用的.
❖ 在临床研讨的第二阶段即Ⅱ期临床实验,将给药于 少数病人志愿者,然后重新评价药物的药代动力学 和排泄情况.这是由于药物在患病形状的人体内的 作用方式经常是不同的,对那些影响肠、胃、肝、 和肾的药物尤其如此。
❖ 参差不齐的药物临床效果把药学家引向深层次问题 焦点----人体遗传要素。随着分子生物学、分子遗传 学与分子药理学等学科的开展，人们逐渐认识到不 同个体对同一药物反响的不同大多数源于个体基因 的差别，主要是由于药物代谢酶、药物转运蛋白、 药物作用靶点〔如受体〕等药物相关基因的多态性 和表达程度的不同呵斥。由此产生了药物基因组信 息学这门新兴学科。
然而，很少有一种药物对一切的患者都是有 效和平安的。

性。
质量控制包括对原材料、生 产过程和最终产品的检测和 监控，以确保产品质量的一
致性和稳定性。
质量控制的关键在于建立完善 的质量控制体系，并严格执行 相关标准和规范，以保证产品
的安全性和有效性。
03 生物技术药物制剂的应用
肿瘤治疗
1.A 肿瘤是生物技术药物制剂的重要应用领域之一 ，包括单克隆抗体、细胞因子、反义寡核苷酸 等多种制剂在肿瘤治疗中发挥重要作用。
免疫疗法
免疫疗法已成为肿瘤治疗的重要手 段，未来将会有更多免疫调节剂和 检查点抑制剂等新药问世。
制剂创新
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纳米药物制剂
纳米药物制剂具有提高药 物疗效、降低副作用等优 点，是制剂创新的重要方 向。
靶向制剂
通过特定技术使药物在特 定部位富集，提高药物疗 效，降低全身毒性。
智能制剂
智能制剂可根据疾病状态 或生理变化释放药物，实 现药物的精准投递。
耐药性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题
长期使用生物技术药物制剂可能导致病原体产生耐药性，降低药物 的有效性。
剂量控制
生物技术药物制剂的剂量控制要求非常严格，过高的剂量可能导致 不良反应，而过低的剂量则可能影响疗效。
生产成本问题
高成本
生物技术药物制剂的生产成本通常较高，导致药品价格昂贵。
生产效率
生物技术药物制剂的生产效率相对较低，增加了生产成本。
02
生物技术药物制剂的制备过程涉 及基因工程技术、细胞工程技术 、酶工程技术等多个领域。
生物技术药物制剂的特点
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高效性
生物技术药物制剂通常具有更高的疗效和更低的副作用 ，能够更有效地治疗疾病。
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特异性
生物技术药物制剂通常具有更强的靶向性和特异性，能 够更准确地针对病变组织或细胞。

生物技术药物的特性
高特异性和高活性
生物技术药物通常具有高特异性 和高活性，能够针对特定的疾病 靶点发挥作用，提高治疗效果。
定制化与个性化
生物技术药物可以定制化和个性化， 根据患者的具体情况进行生产和应 用，提高治疗的针对性和有效性。
长效性和稳定性
一些生物技术药物具有长效性和稳 定性，可以在体内维持较长时间的 治疗效果，减少给药频率和剂量。
。
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生物技术药物的研究
靶点的发现与验证
靶点筛选
通过基因组学、蛋白质组学等技术手 段，筛选出具有潜在治疗作用的靶点 。
靶点验证
对筛选出的靶点进行功能验证，确定 其与疾病发病机制的相关性。
药物设计与筛选
药物设计
基于靶点的结构和功能信息，进行药物分子设计。
药物筛选
通过体外或体内实验，对设计出的药物分子进行活性筛选，找出具有潜在治疗 作用的候选药物。
生物技术药物的应用领域
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肿瘤治疗
生物技术药物在肿瘤治疗中应 用广泛，如单克隆抗体、细胞
因子和基因治疗等。
免疫调节
生物技术药物可用于调节免疫 系统，治疗自身免疫性疾病和
感染性疾病。
神经性疾病
生物技术药物可用于治疗神经 性疾病，如帕金森病、阿尔茨
海默病等。
代谢性疾病
生物技术药物可用于治疗代谢 性疾病，如糖尿病、肥胖症等
法规与政策挑战
监管政策
各国对生物技术药物的监管政策不同，企业需要 了解并适应不同国家和地区的法规要求。
知识产权保护
生物技术药物的研发涉及大量知识产权保护问题， 需要建立完善的知识产权保护体系。
伦理审查
生物技术药物的研发涉及伦理问题，需要进行严 格的伦理审查和评估。

药物设计与筛选方法
利用计算机辅助药物设计和虚拟筛选 等技术，对小分子药物进行设计和筛 选，寻找潜在的治疗靶点和候选药物。
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药物生物信息学面临的挑 战与未来发展方向
数据整合与分析的挑战
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数据质量
不同来源的数据可能存在 差异，如基因组、蛋白质 组、代谢组等，需要统一 标准进行整合。
数据处理速度
模型应用
如何将多尺度模型应用于实际药物研发过程中，提高药物设计和筛 选的效率和准确性，是一个亟待解决的问题。
新药发现的挑战与未来发展方向
靶点发现
随着基因组学、蛋白质组学等研究的深入，如何发现新的药物靶 点成为关键。
药物筛选
如何利用生物信息学方法快速、准确地筛选出具有潜在活性的药 物分子是重点方向。
研究蛋白质修饰对药物作用的影 响，为新药研发提供新的思路和 方法。
药物代谢组学研究进展
代谢产物的检测与分析
通过代谢组学技术检测和分析药物作用下的代谢产 物变化，揭示药物的代谢过程和调控机制。
代谢途径与药物作用关系研究
分析代谢途径对药物作用的影响，为药物的优化设 计和个体化用药提供依据。
代谢组学在药物发现中的应用
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基因组学在药物发现中的应用
利用基因组学技术发现新的药物靶点，加速新药 研发进程。
药物蛋白质组学研究进展
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蛋白质表达谱分析
通过蛋白质组学技术分析药物作 用下的蛋白质表达谱变化，揭示 药物的调控机制。
02
蛋白质相互作用研 究
分析药物作用下的蛋白质相互作 用网络变化，深入了解药物的调 控机制。
03
蛋白质修饰与药物 作用关系研究
利用代谢组学技术发现新的药物靶点，加速新药研 发进程。

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。
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分为a b t三型
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。
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。
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 一类重要的免疫调节剂。
双重旋转对称排列 回文结构 即正读与反读都相同
（3）各种限制酶的切割类型是各式各样的，切后形成各种 粘性末端或平整末端
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错位切断DNA ---Cohesive ends Flush ends 识别序列不同的限制酶，切割后有可能产生相同的粘性末端。
同切口限制酶或同裂酶
在连接酶的作用下，可以得到嵌合DNA ，称为异源二聚体。 来源不同的限制酶，其识别序列可以相同，但其切点位置可不 同或相同。
约10万个gene 30亿对碱基
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三 基因治疗
基因治疗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 失的基因，从而达到治疗的效果。
基因治疗的疾病有三类：
致死性遗传性疾病
用过去的治疗法很难根治的癌症
爱滋病等后天性疾病
RNA 病毒可望用RNA 酶消灭 图1-4为用核酸酶（RNA 酶）
8 组织型纤溶酶原激活剂
tPA是一种丝氨酸蛋白酶，能激活纤溶酶原生成纤熔酶，纤溶
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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
9 心钠素
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

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❖ (3) 胆酸类 去氧胆酸可治疗胆囊炎，猪去氧胆酸治疗 高血脂，鹅去氧胆酸可作胆石溶解药。
❖ (4) 固醇类 胆固醇、麦角固醇和β-谷固醇。胆固醇是 人工牛黄的主要原料，β-谷固醇有降低血胆固醇的作用。
❖ (5) 卟啉类 主要有血红素、胆红素，原卟啉用于治疗 肝炎，还用作肿瘤的诊断和治疗。
第十九章 生物技术药物制剂
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第一节 概述
一、基本概念 ❖ 生物技术或生物工程： 应用生物体（包括
微生物、动物细胞、植物细胞）或其组成部分 （细胞器和酶），在最适条件下，生产有价值的 产物的技术。
❖ 生物技术药物:是指采用现代生物技术，借助 某些微生物、植物或动物来生产所需要的药品。
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❖ 3、生物药物的相对分子质量较大。
❖ 如酶类药物的相对分子质量介于一万到五十万 之间，抗体蛋白的相对分子质量为五万到九十五 万。多糖类药物的相对分子质量小的上千，大的 可上百万。
❖ 4、对酸碱、重金属、热等理化因素的变化较敏 感。
❖ 这类生物药物功能的发挥需要保持其特定的生 理活性结构。
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第二节 生物药物的性质与分类
❖ 生物药物的性质 ❖1、 生物药物使用安全，毒性小。 ❖2、 生物药物的有效成分在生物材料中浓度很低，
杂质的含量相对较高。 ❖ 如胰腺中脱氧核糖核酸酶的含量为0.004%，胰
岛素的含量为0.002％。生长激素抑制素在十万只 羊的下丘脑中才含有l mg。
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（1996年）
表1 世界生物技术专利分布
地区或 国家
生物技 术专利
/%

吉尔伯特在DNA测序领 域，因其卓越的工作获得 1980年诺贝尔化学奖。
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不能忘记的人
Paul Berg
伯格（美国生物化学家） 通过把两个不同来源的DNA连 结在一起并发挥其应有的生 物学功能，证明了完全可以 在体外对基因进行操作。他 作为“重组DNA技术之父”于 1980年获诺贝尔化学奖。
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（二）我国生物制药产业发展现状
1. 1986年启动“863”高技术研究计划，确立生物技 术制药产业为优先发展和扶持重点。近15年来，我 国有617家从事生物技术的公司，其中有81家从事生 物技术药物的生产；至1998年已有14个基因工程药 物，3个基因工程疫苗和数十个基因重组诊断试剂投 放市场；另有26种基因工程药物处于临床试验；
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抗生素（antibiotics） 是瓦克斯曼于1941年 首次提出并使用的， 指的是在其代谢过程 中能产生杀灭或抑制 其它种生物（真菌、 放线菌或细菌等微生 物）作用的化学物质。
自青霉素以后，抗生素的研究与生产迅速发展。 至今为止，人们发现和发明的抗生素已有几千种，常 用的不到百种。每种抗生素都有一定的抗菌范围，每 种抗生素都不是万能的。
2. 1997年中国生物技术药品市场规模超过30亿元，专 家预测，2005年将达到300亿元；
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3.基因工程制药产业发展迅猛，基因工程药物与疫苗的 销售额1996年2.2亿元，2000年则高达22.8亿元，平 均每年增长79.42%。
4.1999年我国生物制药行业的盈利约为12亿元，2000 年全国生物制药业的盈利达到25亿元。预计在今后几 年，生物制药业将会保持20－30%的年增长速度，到 2005年利润将达40－48亿元。

在人乳腺癌的小鼠模型中，组合HDI/TRAIL-R 疗法的效果。 该项研究是与墨尔本大学、德国国立肿瘤疾 病研究中心以及日本顺天大学免疫学部的 研究人员合作完成的。
Vorinostat诱导内源凋亡通路
通过与小鼠单克隆抗体MD5-1（选择性活 化DR5死亡受体）的组合
产生了协同反应 可以在体外和体内快速诱导乳腺癌细胞 的凋亡。
药效和毒性属于分子设计的内在参数，还可以通过改 善化学结构来进行调整
溶解性就是另一回事了，解决化合物溶解性问题的首选方案一般 是让化合物形成盐离子，但这很少能真正起作用。
溶解性太低为给药带来了诸多难题
--如导致口服药的生物药效太低 服用周期内生物药效波动太大
配药麻烦且不容易配成 可能还必须添加强效的助溶剂，这些助溶剂会有不 良的副作用。
不容忽视。
开发基于纳米微粒的给药系统并且成功上市 是这十年中制药界最重要的进步
二十世纪七八十年代
人们对胶囊技术抱有 浓厚的兴趣
凭借脂质体聚合物结构不会引起生物排斥的特点 ，纳米微粒最终脱颖而出
----研究者们逐渐习惯在药物开发早期就开始考虑它们的给药方式 ，这种做法的好处也逐渐显现，特别是对于配药困难的分子，其中 包括完整性极差或者水溶性极低的分子。
实验药ABT-737是一种有前景的组合 HDI疗法的候选药物
前幸存蛋白（pro-survival protein） Bcl-2家族的靶向抑制剂 一些Bcl-2蛋白阻止线粒体膜变得可渗透，导 致胞质内的半胱天冬酶活化，通过切割一 系列胞质蛋白质诱导凋亡。
（二）组合疗法
默克公司新获授权的 HDI Vorinostat
肿瘤学药物的研究人员正在研发利用细胞死 亡途径，如程序性细胞凋亡的方式来杀死 肿瘤细胞的新途径，

人类 p75 TNF 受体 IgG1抗体
Concentration (µg/mL)
1000 100 10 1
Infliximab 3 mg q8w Adalimumab 40 mg EOW Etanercept 25 mg twice weekly
0.1
0
4
8
12
16
20
24
Weeks
q8w, every 8 weeks; EOW, every other week Simulations are based on Zhou H, et al. Int J Clin Pharmacol Ther. 2004;42:267–276 for etanercept; St Clair EW, et al. Arth Rheum. 2002;46:1451–1459 for infliximab; and data on file at Abbott for adalimumab
rilonacept, eta toclizumab belimumab, TACI-Ig, ofatumumab, ocrelizumab, etc ICOS inhibitors, etc
全面认识生物制剂
一大类药物, 发展迅猛, 已广泛用于临床 其间作用机制、疗效和副作用差异巨大, 即使在TNF抑
UCSF-SICCA
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Choy EHS, Panayi GS. N Engl J Med. 2001;344:907-916.
生物制剂的作用及疗效
这些生物制剂的治疗作用好象是“定点爆破”或“生物导 弹”，“炸死”肿瘤坏死因子、阻止它们传递疾病“火种”， 使疾病扩散蔓延的作用，因而患者体内的病情活动就更易得到控制。