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蛋白质工程的在医药工业的应用 PPT课件

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蛋白质工程ppt课件 (6)

蛋白质工程ppt课件 (6)
10
——蛋白质工程与基因工程的区别 基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生
物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基 因编码的天然存在的蛋白质（第一代）。 蛋白质工程则更进一步根据分子设计的方案，通过 对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编 码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋 白质，而是经过改造的，具有了人类所需要的优 点的蛋白质。（第二代基因工程）。
5
1、蛋白质工程与发酵工程 2、蛋白质工程与基因工程 3、蛋白质工程与细胞工程 4、蛋白质工程与酶工程 5、蛋白质工程与生物信息技术 6、蛋白质工程与结构分析、遗传物质的研究
6
蛋白质工程的应用
医药领域－白细胞－2，β－干扰素，尿激 酶，人胰岛素，病毒疫苗，嵌合抗体和人 源化抗体
生物材料设计－骨形态发生蛋白－2 能源领域 农业领域 工业领域 环境领域
示了大量蛋白质分子的精确立体结构及其与复杂生 物学功能的关系，为设计改造天然蛋白质提供了蓝 图 一项工具
分子遗传学发展了以定点诱变为中心的基因操 作技术，为通过基因修饰改造蛋白质提供了工具。
3
蛋白质工程的诞生的标志
1983年，Ulmer在“Science”上发表以 “Protein Engineering‘’ (蛋白质工程)为题的 专论，一般将此视为蛋白质工程诞生的标志。
功能与结 构分析
基因突变
计算机辅助设 计相关软件
基因工程技术
重组
蛋白质筛 选系统
改造的蛋白质分子
9
四 蛋白质工程的原理
1、蛋白质工程的理论依据－基因指导 蛋白质的合成
2、蛋白质工程的设计原理－在知道需 要改造的蛋白质的结构和功能的基础上， 通过理论的方法，提出蛋白质改造的设 计方案

蛋白质工程的原理和应用高二生物优质课件(人教版2019选择性必修3)

蛋白质工程的原理和应用高二生物优质课件(人教版2019选择性必修3)
问题2: 科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造让细菌能发出黄色荧光？
科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在 此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替 换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。
问题3: 这种对现有蛋白质进行改造的技术与基因工程技术一样吗？
天冬氨酸激酶
+
二氢吡啶二羧酸合成酶
352位的苏氨酸 变成异亮氨酸
调控 赖氨酸合成
提 高
提高5倍
达到一定浓度 抑制
两种酶的活性 提高 限制
赖氨酸含量
104位的天冬酰 胺变成异亮氨酸
提 提高2倍 高
问题5: 蛋白质工程是怎 样进行的呢？
二、蛋白质工程的基本原理
合作探究一：请同学们自主阅读教材P94，小组合作思考讨论完成问题。
C.②③①④ D.④②①③
问题9: 蛋白质工程有哪些运用呢？请举例。
四、蛋白质工程的运用
合作探究二：请同学们自主阅读教材P95，小组合作思考讨论总结蛋白质 工程可以应用于哪些领域，有哪些案例。
应用
实例
医药工业方面
其他工业方面 农业方面
四、蛋白质工程的运用
四、蛋白质工程的运用
（一）医药工业方面： 定点突变 1.实例二：研发速效胰岛素类似物
二、蛋白质工程的基本原理
蛋白质工程基本思路的应用
某多肽链的一段氨基酸序列是：
丙氨酸
色氨酸
赖氨酸
谷氨酸
苯丙 氨酸
问题7: 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？
确定目的基因的碱基序列后，可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法获取。

《蛋白质工程》PPT课件

《蛋白质工程》PPT课件

➢基因重组技术：如定位突变技术，盒式突变， PCR技术
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14
定向进化 Directed evolution
• 定向进化是一种用在蛋白质工程中的方法
• 利用定向进得到在自然界中未发现发现蛋 白质或RNA。
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15
定向进化实验步骤
• 多样化，Diversification: 在此步骤中常用的 技术是易错PCR和DNA改组。突变库
包括数据分析处理算法的研究，蛋白质设计
模拟模型的建立以及计算机程序编写和软件
可用性的研究
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12
Protein design
• Protein design is the design of new protein molecules from scratch, or the deliberate design of a new molecule by making calculated variations on a known structure.
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5
实际应用
• 提高蛋白质的稳定性 • 融合蛋白质 • 蛋白质活性的改变 • 治疗酶的改造 • 嵌合抗体和人缘化抗体
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6
蛋白质工程的研究策略
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7
蛋白质工程的基本途径
• 蛋白质结构分析 • • 结构、功能的设计和预测
• 创造和改造
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8
两个战略
➢合理设计 蛋白质计算机设计。使用计算机的方 法设计蛋白质是最具挑战性的工作。
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24
定向进化的历史
• 1981年，B.G.Hall等定向改变E.coliK12中 ebg酶的底物专一性，开发出对几种糖苷键有 水解能力的酶。

《蛋白质工程制药》课件

《蛋白质工程制药》课件

基因工程技术
01
利用基因工程技术对目的基因进行克隆、表达和调控，实现蛋
白质的高效表达。
酵母表达系统
02
利用酵母作为宿主细胞，通过基因工程技术将目的基因导入酵
母细胞，实现蛋白质的表达。
哺乳动物细胞表达系统
03
利用哺乳动物细胞作为宿主细胞，通过基因工程技术将目的基
因导入细胞，实现蛋白质的表达。
蛋白质纯化技术
通过生物信息学的方法，可以预测和解析蛋白质的结构和 功能，为蛋白质工程制药提供更深入的理论基础和技术支 持。
05
蛋白质工程制药的挑战与 解决方案
技术挑战及解决方案
技术挑战
蛋白质药物的稳定性、生产效率和纯 度等技术问题，影响了药物的研发和 生产。
解决方案
采用蛋白质工程技术，通过基因改造 和蛋白质表达调控等手段，优化蛋白 质药物的稳定性、生产效率和纯度， 提高药物质量和可及性。
法规挑战及解决方案
法规挑战
蛋白质药物作为一种新型药物，面临着药品注册、生产和质量等方面的法规限制和要求。
解决方案
加强与监管机构的沟通和合作，制定和完善蛋白质药物的法规和技术标准，确保药物研发和生产符合法规要求， 保障患者用药安全有效。
市场挑战及解决方案
市场挑战
蛋白质药物市场面临着激烈的竞争和价格压力，同时患者对新型药物的接受程度也有待提高。
解决方案
加强市场营销和宣传，提高患者对蛋白质药物的认知度和接受度；加强与国内外同行的合作与交流， 共同推动蛋白质药物的发展和应用。同时，通过技术创新和规模效应，降低生产成本，提高市场竞争 力。
THANKS
感谢观看
晶体优化
通过优化结晶条件，提高蛋白质结晶的质量和稳定性。

《蛋白质工程概述》PPT课件

《蛋白质工程概述》PPT课件
采用基因重组技术获取该目的基因，表达新蛋白 产物 分离提纯新蛋白并对功能监测后投入应用
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9
蛋白质改造常用方法
生物技术制药
理性方法
定位突变 区域性定向突变 从头设计
非理性方法 随机广泛突变 分子重排
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10
生物技术制药
（一）定点突变改进蛋白质
基因人工定点突变是通过取代、插入或缺失 基因DNA序列中任一特定的核苷酸序列来 改造蛋白质的方法。
整理ppt
2
基因工程与蛋白质工程的区别：
基因工程通过分离目的基因重组DNA分子，使目的 基因更换宿主得以异体表达，从而创造新类型， 但这只能合成自然界固有的蛋白质。
蛋白质工程则是运用基因工程的DNA重组技术，将 克隆后的基因编码序列加以改造，或者人工合成 新的基因，再将上述基因通过载体引入适宜的宿 主系统内加以表达，从而产生数量几乎不受限制、 有特定性能的“突变型”蛋白质分子，甚至全新 的蛋白质分子。
蛋白基因
新突变质粒
核苷酸片段
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14
PCR诱变
双链DNA变性
94 oC，1 min
退火，引物结合
54 oC，45 s
链延伸
72 oC，2 min
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15
生物技术制药
依赖高保真 DNA高温聚 合酶的PCR 直接点突变
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（二）采用融合蛋白技术改进蛋白 质
概念：是由一条短的原核多肽和真核蛋白 结合在一起所形成的蛋白质，其氨基端是 原核序列，羧基端是真核序列。
原则：将一个蛋白质基因序列的终止密码 子删除，在接上带有密码子的第二个蛋白 质基因，可实现2个基因的融合表达。
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蛋白质工程(最终)ppt课件

蛋白质工程(最终)ppt课件
蛋白质改造—不可遗传） （2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要 容易操作，难度要小得多。
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8
某多肽链的一段氨基酸序列是：
……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG
色氨酸：UGG
赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC
问题2：如何对天然蛋白质的结构进行改造？
(你认为直接对蛋白质分子进行操作，还是通 过对基因的操作来实现？能否说出你的理 由？)
精品ppt
7
答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对 天然蛋白质改造，主要原因如下： （1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的， 改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改 造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质 直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白 质分子还是无法遗传的。 （基因改造—可遗传；
回顾：
基因工程的实质：
将一种生物的 基因 转移到另 一种生物体内，后者产生它本不能 产的 蛋白质 ，进而表现 出 新的性状 。
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1
基因工程 的成果
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2
基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产 自然界已存在的蛋白质。
这些蛋白质的结构和功能符合 特定物种生存的需要，却不一定完 全符合人类生产和生活的需要。
是（ Ｄ ）
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构
D．基因结构
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17
2、蛋白质工程的基本流程正确的是（C）
①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A.①→②→③→④ B.④→②→①→③ C. ③→①→④→② D.③→④→①→②

蛋白质工程制药课件

还可以用于研究药物的代谢和排泄过程，优化药物的疗效和安全性。
药物靶点的发现与验证
要点一
总结词
利用蛋白质工程寻找和验证药物靶点，为新药研发提供新 的思路和方法。
要点二
详细描述
蛋白质工程在药物靶点的发现与验证中具有重要作用。通 过蛋白质组学、结构生物学等技术手段，可以寻找与疾病 相关的关键蛋白质，并验证它们作为药物靶点的可行性。 这有助于发现新的药物作用靶点，为新药研发提供新的思 路和方法。同时，蛋白质工程还可以用于验证已知药物靶 点的功能和性质，为药物的优化和改进提供依据。
• 蛋白质工程简介 • 蛋白质的结构与功能 • 蛋白质的合成与表达 • 蛋白质的修饰与改造 • 蛋白质工程在制药领域的应用 • 蛋白质工程的前景与展望
蛋白质工程简介
蛋白质工程的定义
蛋白质工程的定义
01
蛋白质工程是通过修改或设计蛋白质的氨基酸序列，以达到改
善蛋白质的某些功能或创建新功能的目的的一门科学。
蛋白质工程的前景与展 望
蛋白质工程的未来发展方向
1 2 3
蛋白质定向进化 通过基因突变和进化手段，实现蛋白质功能的定 向优化和改进，以满足特定需求。
蛋白质-RNA相互作用研究 深入探究蛋白质与RNA之间的相互作用关系，为 疾病治疗和药物研发提供新思路。
蛋白质跨物种表达 利用基因工程技术，将某种生物的蛋白质基因转 移到另一种生物中进行表达，以实现蛋白质的高 效生产和应用。
发展
随着基因组学和蛋白质组 学的发展，蛋白质工程的 进展迅速，成为生物技术 领域的重要分支。
应用
蛋白质工程在制药、生物 医学、农业和工业等领域 得到广泛应用。
蛋白质工程的应用领域
01
02
03

3-4 蛋白质工程的原理和应用-高二生物课件(人教版2019选择必修3)

利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种__突__变__体___。
(2)改造某些重要的酶: 利用蛋白质工程改造参与_调__控__光__合__作__用__的酶， 以提高植物光合作用的效率。 (3)改造微生物_蛋__白__的__结__构___，使它防治病虫害 的效果增强。
五、蛋白质工程的现状与前景
蛋白质工程是一项难度很大的工程
是 基因工程
白 白为
质
质 天 否 蛋白质工程
思考：某多肽链的一段氨基酸序列是:
……丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸……
讨论1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷 酸序列?请把相应的碱基序列写出来。
先经查出相应氨酸酸密码子:丙氨酸(GCU、GCC、 GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG)、 谷氨酸(GAA、GAG)苯丙氨酸(UUU、UUC)
的脱氧核苷酸序列 ②根据预期的蓝色荧光蛋
白的功能设计其结构 ③合成蓝色荧光蛋白基
因 ④表达出蓝色荧光蛋白
A.①②③④
B.②①③④
C.②③①④
D.④②①③
5.科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将 天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变为异亮氨酸， 将二氢吡啶羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺
变为异亮氨酸。为此，下列操作正确的是( D )
A.直接改造这两种酶的空间结构 B.对指导这两种酶合成的mRNA进行改造 C.利用诱变育种技术促使控制这两种酶合成的 基因突变 D.利用基因工程技术，对控制这两种酶合成的 基因进行改造
6.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图 回答下列问题：
(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是__④__⑤___； 代表中心法则内容的是__①__②____。(填写数字) (2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或 内容：③__折__叠____；④_分__子__设__计_；⑤___合__成___。 (3)蛋白质工程的目的是_对__蛋__白__质__的__结__构__进__行_ __分__子__设__计__，通过_基__因__合__成__或__修__饰____实现。 (4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中 心法则是__相__反____的。

蛋白质工程的在医药工业的应用(浅色)


抗 体 用 于 疾 病 的 诊 断
图片来源于《99mTc labeled HAb18 McAb Fab fragment for radio immunoimaging in nude mice bearing human hepatocellular carcinoma 》 World J Gastroenterol
通过对抗体分子结构和功能关系的研究， 有计划地对抗体蛋白质序列进行改造， 改善抗体某些功能的技术。
2、抗体用途 疾病的诊断
疾病的治疗 其他方面的应用来自Dynamic imaging of 99mTc-IT-Fab in nude mice bearing human hepatoma model (posterianterior position).


三）融合蛋白
将两种或两种以上的功能蛋白质的基因 重组，产生新的融合蛋白质，可发挥超 越其单分子的生物学活性。
融 合 蛋 白 重 组 质 粒 的 构 建
摘自《Purification and application of bacterial－ly expressed Chimeric protein E1E2 of hepatitis C virus》. Protein Expression and Purification
上市的重组融合蛋白药物 Ontak：IL-2融合的白喉毒蛋白，靶向治疗皮肤 T细胞淋巴瘤 Enbrel：TNF可溶性受体融合IgG片段，治疗类 风湿性关节炎
二、医用蛋白质设计
DOCK程序发现先导化合物 DOCK程序是最老和最广泛使用的基于 蛋白质结构去寻找与其相匹配的抑制剂 的方法
美国科学家最近开发出一种计算机建模 方法，它能够通过预测抗体的结构变 化来提升药物的效力。相关研究论文 2009年9月23日在线发表于《Nature》 上。
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体
药
物
销 售
单位：亿美元
摘自《2009-2012年中国单克隆抗体药物市场调查与投资咨询研究报告》
“重磅”抗体药物 药物名称 功 效 制药公司
抗 立普妥 （Lipitor) 体 波立维 药 （Plavix) 物
利妥昔单抗
(Rituxan/MabThera)
降胆固醇
抗凝血 早期淋巴瘤 哮 喘
辉 瑞
赛诺菲-安万特 基因技术 葛兰素史克
Fab 单域抗体 最小识别单位
Fv
ScFv
7.双特异抗体和多价抗体
Ａ抗原抗体的轻链可变区基因(VLA)与 抗Ｂ抗原抗体的重链可变区(VHB)通过 短肽连接子连接;同样地,将VHA与VLB 连接。表达后,VLA VHB与VHA VLB交 叉连结,形成双特异性抗体。
双特异性抗体
(bispecific antibody, BSAb) 能同时识别二种抗原的抗
第七章 蛋白质工程在 医药工业中的应用
第一节
医用蛋白质工程进展 和医用蛋白质设计
一、医用蛋白质工程


医用抗体工程 抗体酶工程
融合蛋白工程
一）医用抗体工程
抗 体 中 和 病 毒
抗 体 凝 集 细 菌
抗体对其抗原有极强专一性
抗 原 抗 体 反 应
1、抗体工程概念
抗体工程
（antibody engineering)
人-鼠嵌合抗体构建
Pr 鼠VH 人 CH
启动子
Pr 鼠VL 人 CL
免疫球蛋白 基因载体的构建
H链嵌合载体
L 链嵌合载体
共转染细胞
抗体分泌细胞
鼠VH
鼠VL
人CL 人CH
人抗体恒定区可根据需要选择，不同的恒 定区会带给嵌合抗体不同功能。 人一鼠嵌合抗体与鼠单抗相比，免疫原性 大大降低，利于在人体内应用。 目前已制备出上百种抗各种抗原(包括肿瘤 相关抗原)的嵌合抗体。
抗 体 用 于 疾 病 的 诊 断
肿瘤分子抗体（绿色荧光蛋白标记） 用于检测肿瘤的生长和转移
抗 乙型肝炎诊断试剂盒 乙型流感诊断试剂盒 体 用 于 疾 病 的 诊 断
抗 体 药 物 适 应 症
摘自《2009-2012年中国单克隆抗体药物市场调查与投资咨询研究报告》
抗
2000-2010年全球克隆抗体药物销售额统计及预测
抗 体 用 于 疾 病 的 诊 断
图片来源于《99mTc labeled HAb18 McAb Fab fragment for radio immunoimaging in nude mice bearing human hepatocellular carcinoma 》 World J Gastroenterol
上市的重组融合蛋白药物 Ontak：IL-2融合的白喉毒蛋白，靶向治疗皮肤 T细胞淋巴瘤
Enbrel：TNF可溶性受体融合IgG片段，治疗类 风湿性关节炎
二、医用蛋白质设计
DOCK程序发现先导化合物 DOCK程序是最老和最广泛使用的基于 蛋白质结构去寻找与其相匹配的抑制剂 的方法
美国科学家最近开发出一种计算机建模 方法，它能够通过预测抗体的结构变 化来提升药物的效力。相关研究论文 2009年9月23日在线发表于《Nature》 上。
抗体酶的应用：

手性药物合成 药物设计
临床治疗


三）融合蛋白
将两种或两种以上的功能蛋白质的基因 重组，产生新的融合蛋白质，可发挥超 越其单分子的生物学活性。
融 合 蛋 白 重 组 质 粒 的 构 建
摘自《Purification and application of bacterial－ly expressed Chimeric protein E1E2 of hepatitis C virus》. Protein Expression and Purification
鼠单克隆V区人源化（CDR移植）
经过CDR移植，抗体的免疫原性极低，而其抗原结合能力保持不变，结合半抗 原及全抗原(如细胞表面受体、病毒等)的改形抗体都已有报道，到现在已有 数百种人源化抗体。（美国正式上市的11种治疗性单抗中多数是改型抗体）
6、小分子抗体
小分子抗体包括Fab、Fv或ScFv、单域抗体 及最小识别单位等几种。
舒悦泰
(dvair/Seretide)
抗 体 药 物 专 利
世界抗体药物专利
世界抗体药物专利 情况
中日美三国抗体药物专利情况
图摘自《以专利信息分析生物医药重点领域发展态势及产业基本状况》 （上海浦东知识产权中心 2009 ）
3、抗体分类

单克隆抗体 多克隆抗体 基因工程抗体

嵌合抗体 人源化抗体 小分子抗体
利用计算机建模对 抗结肠癌药物爱必 妥（Erbitux）进行了 改造，并使抗体与 标靶的亲和力增加 到原始蛋白分子的 10倍。
5、 人源化抗体
尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多，但有 时它仍可能引发较强的免疫反应。为了进一 步降低抗体的鼠源成分，把鼠抗体的CDR序 列移植到人抗体的可变区内，所得到的抗体 称CDR移植抗体或改型抗体，也就是人源化 抗体。
人 源 化 抗 体
CDR序列
CDR序列
鼠单克隆抗体
人抗体
人源化抗体（改型抗体）
通过对抗体分子结构和功能关系的研究， 有计划地对抗体蛋白质序列进行改造， 改善抗体某些功能的技术。
2、抗体用途 疾病的诊断 疾病的治疗 其他方面的应用
Dynamic imaging of 99mTc-IT-Fab in nude mice bearing human hepatoma model (posterianterior position).

基因工程抗体
（ engineering antibody）
利用基因重组技术对编码抗体的基因按 照不同需求进行加工改造和重新装配，引 入适当的受体细胞，由其表达生产出预期 的抗体分子，又称重组抗体。
4、人 ——鼠嵌合抗体的构建
人一鼠嵌合抗体是将鼠源单抗的可变区与人 抗体的恒定区融合而得到的抗体。
体。一种为对应肿瘤相关
抗原。另一种为对应效应 成分。
双特异性抗体即能结合靶肿瘤细胞又能结合高细胞 毒性的效应细胞,将效应细激活效应细胞,实现对肿瘤细胞的杀伤和裂解。
二）抗体酶工程
抗体酶既具有抗体的高度选择性又具 有酶的高效催化特性。