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1、生物制药,任课教师：吴 婷 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心 2187880；,教材与参考书,夏焕章、熊宗贵主编，2006，生物技术制药，高等教育出版社。郭养浩主编，2005，药物生物技术。高等教育出版社。G.沃尔什著，宋海峰等译，2006，生物制药学，化学工业出版社。,本章内容,基本定义生物技术的发展简史生物技术在制药中的应用生物技术药物的现状与前景,药品（drug/medicine）,A drug may be defined as an agent intended for use in the diagnosis,mitigation,treatment,cure or pre
2、vention of disease.,制药工业历史,第一阶段：19世纪末20世纪初：洋地黄：从毛地黄提取，治疗心脏疾病；奎宁：从植物（金鸡纳属）的树皮/根中得到，治疗疟疾；Pecacuanha:从吐根属的植物树皮/根中得到，治疗痢疾；汞：治疗梅毒；第二阶段：20世纪20-30年代开始：磺胺类药物，胰岛素；青霉素；四环素；皮质类固醇；口服避孕药；抗抑郁药第三阶段：生物技术药物,生物药物,泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断、治疗和预防疾病的医药品。包括生物技术药物、天然生化药物、微生物药物、海洋药物和生物制品。,Recombinant
3、proteinMonoclonal antibodyGene therapy productsAntisense oligonucleotides produced by enzymatic synthesisProteins obtained by direct extraction from native source Peptides,if obtained by direct extraction from native producer sourceAntibiotics obtained by direct extraction from native producer,or by
4、 semi-synthesis Plant based products obtained by direct extraction from a native producer,or by semisynthesis,Cell/tissue based therapeutic agents.,生物来源的传统药物,动物来源的传统药物：,生物来源的传统药物,植物来源的传统药物：,生物来源的传统药物,微生物来源的传统药物：,生物技术药物：,Biopharmaceutical：A protein or nucleic acid based pharmaceutical substance used
5、for therapeutic or in vivo diagnostic purposes,which is produced by means other than direct extraction from a native(non-engineered)biological source.生物技术药物：一般说来，采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物。,Recombinant protein Monoclonal antibody Gene therapy products Antisense oligonucleotides manufactured by di
6、rect chemical synthesis Antisense oligonucleotides produced by enzymatic synthesis,生物技术制药的优势,克服原料获取的难题：；克服产品安全的问题：乙肝疫苗；避免从不合适的材料中提取药物：促卵泡素FSH从绝经妇女的尿液中提取；蛇毒蛋白酶来自马来西亚响尾蛇；,生物技术制药的优势,可对天然结构进行改造,生物技术药物的特性,分子结构复杂：蛋白质、核酸；具有种属特异性：人源、动物源；治疗针对性强、疗效高：几g或几mg；稳定性差：易降解、易污染；基因稳定性：基因变异将导致药物活性变化；免疫原性：重复给药会产生抗体；体内半衰期
7、短：降解快；受体效应：组织分布特异性；多效性和网络性效应：作用于多种组织，；检验的特殊性：稳定性变化大于化药,生物技术制药：,采用现在生物技术(基因工程，细胞工程，酶工程及发酵工程等技术)人为地创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医药品。高技术、高投入、长周期、高风险（成功率5%-10%，时间8-10年，投资1-3亿元）、高收益,生物工程药物的利润回报率高 Genemoney肥胖基因：1994年11月，美国Amgen公司出资2000万美元向Rockefeller大学购买了一条肥胖基因的独占型开发许可权。此外，Amgen还付给Rockefeller大学不少于3000万美元的阶段性
8、付费以及后期产品的销售提成。中枢神经系统疾病相关基因：1996年7月，美国Millennium公司与WyethAyerst公司签订中枢神经系统疾病相关基因合作协议，WyethAyerst公司在七年内向Millennium支付尚未包括阶段性付费和产品提成专利使用费和研发费用约9000万美元。,FKBP神经免疫因子配体：1997年，Amgen公司将FKBP神经免疫因子配体转让给Guilford公司，交易额高达3.92亿美元。抑制端粒酶基因的相关基因：1997年3月，美国Geron公司与Pharmacia Upjohn签订协议，合作开发抑制端粒酶基因的新一代抗癌药物，Pharmacia Upjohn
9、向Geron支付5800万美元，包括1000万美元的股权投资，研究基金和阶段性付费，Ggeron公司还将获得后期产品销售收入的提成和部分美国市场合作销售权。基因药靶的价值：1998年9月，Millennium公司与Bayer公司签订了五年的基因药物合作协议，Bayer公司将向Millennium支付总计4.65亿美元（包括14的股权投资）费用，委托Millennium公司开发225种基因药靶，平均每个基因药靶价值为207万美元。,Human Genomics Science Inc,HGS：成功申请了一个在HIV感染中起关键作用的基因的专利，该基因编码一个称作CCR5的细胞表面受体蛋白，该蛋白
10、是HIV病毒侵入人体细胞所必需结合的位点。HGS预计：以CCR5为药靶开发的新药，包括艾滋病治疗类药物以及抗溃疡和抗过敏类药物，每年的销售额能达到400亿美元。,一种新生物药品一般上市后23年即可收回所有投资，尤其是拥有新产品、专利产品的企业，一旦开发成功便会形成技术垄断优势，利润回报能高达10倍以上。美国 Amgen公司1989年推出的促红细胞生成素（EPO）和1991年推出的粒细胞集落刺激因子（G-CSF）在1997年的销售额已分别超过和接近20亿美元。可以说，生物药品一旦开发成功投放市场，将获暴利。,比尔盖茨预言：下一个首富可能是从事生物技术的投资者,药物开发流程,生物技术的发展简史,传
11、统生物技术阶段：酿酒、酿醋,近代生物技术阶段：青霉素的发现,现代生物技术：生物技术发展的10大里程碑,1953 年 Watson 与 Crick 发现了 DNA 的双螺旋结构1956 年 Kornberg 发现了 DNA 聚合酶1966 年破译了氨基酸三联密码子1970 年发现了核酸限制性内切酶1975 年研制出了第一个单克隆抗体,现代生物技术：生物技术发展的10大里程碑,1982 年 FDA 批准了第一个基因工程药物-重组人胰岛素1983 年 Mullis 发明了聚合酶链式反应(PCR)技术1990 年人类基因组(Human Genome Project)计划启动1997 年克隆羊多利诞生
12、2000 年人类基因组序列草图完成,世界上第一个生物技术公司,1976年4月7日 Herb Boyer 和 Bob Swanson 创建了 Genentech 公司，标志着生物技术产业的诞生。,分子生物学,微生物学,生物化学,遗传学,细胞生物学,化学工程,现代生物技术,农业生物技术,医药生物技术,生物技术疫苗,生物技术诊断,家畜生物技术,海洋生物技术,现代生物技术的基础学科和分支,生物技术在制药中的应用,基因工程制药细胞工程制药酶工程制药发酵工程制药,基因工程制药,基因工程药物基因工程疫苗基因工程抗体基因诊断与基因治疗应用基因工程技术建立新药筛选模型应用基因工程技术改良菌种基因工程技术在改进药
13、物生产工艺中的应用利用转基因动植物生产蛋白质类药物,基因工程药物,1977年Itakura K和Boyer H利用当时刚趋成熟的基因工程技术，在大肠杆菌中产生了下丘脑激素14肽生长激素释放抑制激素。该激素可治疗儿童发育时期因生长激素分泌过多而导致的肢端肥大症。从1L工程发酵液中可得到50mg的基因表达产物，相当于50万头羊下丘脑提取的该激素量，由此可以了解到基因工程产业化的意义。,1978年胰岛素原在大肠杆菌中表达成功。1979年人生长激素基因在大肠杆菌中直接表达。1980年人白细胞干扰素基因获得克隆和表达。1981年抗口蹄疫的基因工程抗原研制成功。1982年乙肝抗原在酵母菌中表达成功。同年转
14、基因植物和转基因动物也分别获得成功。,基因工程疫苗,乙肝疫苗、戊肝疫苗、HP疫苗,基因工程抗体：抗体人源化,基因诊断与基因治疗,基因诊断：基因探针杂交技术；与PCR相关的基因诊断技术；基因治疗：治疗重症联合免疫缺陷病，腺苷脱氨酶（ADA）缺陷，从患儿外周血分离单个核细胞，以逆转录病毒载体转染，使ADA基因稳定整合，扩增T细胞后回输。治疗后患儿T细胞数上升，细胞和体液免疫功能及临床症状明显改善，随访5年仍可在两名患儿体内T细胞中测得转入的载体序列，其他免疫指标检测也证实其长期作用。,反义（反义寡核苷酸antisense oligodeoxynucleotides）技术基因治疗是利用反义核酸细胞作
15、用，导入细胞内抑制或封闭基因表达的技术。反义核酸是指与异常表达或过度表达的目的基因或目的基因mRNA互补，并以碱基配对的方式与目的基因序列结合的核酸，它可以在复制、转录核酸剪接加工，mRNA转运及翻译水平上抑制目的基因的表达，达到治疗的目的。,应用基因工程技术建立新药筛选模型,老年痴呆动物模型：APP转基因小鼠，该模型是以根据分子遗传学和胚胎学理论和技术，利用显微注射的方法将APP基因或基因片段整合入小鼠的基因组中，使得小鼠脑部表达人APP基因，通过APP蛋白在大脑中累积，产生老年斑，从而造成小鼠老年性痴呆转基因模型。该模型为研究APP代谢、AD的发生和发展及药物干预对发病进程的影响提供了模型
16、，同时现在该模型已能够复制出类似AD病人脑内的部分病理变化，同时有学习记忆功能的障碍。,应用基因工程技术改良菌种,1985 年，英国首次报道应用基因重组技术获得新杂合抗生素mederrhodin A和双氢榴紫红素。此后应用基因工程技术改造产生新的杂合抗生素，为微生物药物提供了一个新的来源。,基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用,用带关键酶基因的质粒转化菌种，增加菌种中的关键酶基因拷贝和转录水平抑制菌种中多余成分的表达，可提高相应产量同时使提取、精制、半合成等后处理工序变得更方便将血红蛋白基因克隆进菌种后提高对缺氧环境的耐受力，减少供氧这一限制因素的影响和节约能量,利用转基因动植物生产蛋白质类
17、药物,用于生产治疗肺气肿药物的转基因羊：母羊的乳汁中可以分泌抗胰蛋白酶,通过家畜乳腺分泌大量安全、高效、廉价的人体药用蛋白，一直是转基因动物研究的热点。从1987年Gordon等人在转基因小鼠乳汁中得到人组织型纤维蛋白溶酶原激活因子（tPA），到现在已有数十种人体蛋白在家畜乳腺中表达，这些蛋白可以用于治疗人类相关疾病。目前，至少已有3种转基因技术生产的重组蛋白用于临床试验，如从转基因山羊获得的抗凝血酶III，从转基因绵羊得到的1-抗胰蛋白酶，还有来自转基因兔的-葡萄糖苷酶。,细胞工程制药,单克隆抗体技术：将骨髓瘤细胞与B细胞融合，生产单抗；动物细胞培养：植物细胞培养：培养紫草素,当前正在研制的
18、1000多种新药分布,生物技术制药现状和前景,如表所示：1995-2009年，全球生物技术制药研究不断发展。1998-2007年，生物技术药品市场逐年攀升，且呈现不断上升的趋势。,如图所示：在全球生物技术药品市场中，北美、欧洲、日本三大药品市场的份额高达95%。中国市场虽小的，但发展迅猛。,近年来，全球生物技术药品品种主要分布于美国和欧洲，该图为近年来两地的药品品种的获批现状。,（a）总销售额和增长速度的趋势。（b）季度销售生物药品增长（2005年第二季度至2010年）。,如图所示：美国生物技术药品（2005-2009年）和生物技术市场的增长趋势。,如图所示:美国2009年，重组疫苗，血液因子和抗凝血剂的销售在10亿美元。,（a）重组疫苗，由一个品牌占主导地位。（b）血液因素,占主导地位的有两大品牌。（c）重组抗凝血剂市场，这是由两大品牌主导。,如表所示：2005-2009年，中国生物制药行业收入也呈逐年上升趋势。,生物技术制药的展望,综上所述：生物技术制药的有着广阔的发展前景,全球生物技术制药研究不断发展，促进了生物技术药品市场的扩展和行业的发展。美国做为全球最大的生物技术制药市场国，近年来，其生物技术药品和生物技术市场，都呈现增长趋势。中国虽然市场小，但发展速度迅猛。,
