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医药生物技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 人人 类类 基基 因因 体体 计计 划划Human Genome Project(HGP)Human Genome Project(HGP)约翰约翰 萨尔斯顿萨尔斯顿John E.Sulston John E.Sulston(影片:HGP.mpg)100100兆细胞、兆细胞、3030亿硷基对亿硷基对97%97%功能不明功能不明(?)(?)1.1%1.1%表现序列表现序列(exons)(exons)外显子外显子 24%24%内含子内含子(introns)(introns)75%75%基因序列没有实际作用或功能未知基因序列没有实际作用或功能未知人与人差异人与人差异 0.1%0.5%0.5%）与黑猩猩相同性与黑猩猩相同性 98.8%98.8%基因总数基因总数 2.0-2.52.0-2.5万万重要发现重要发现人类基因数一人类基因数一人类基因数二人类基因数二人类基因数三人类基因数三人类基因图谱的绘制人类基因图谱的绘制遗传图谱遗传图谱(genetic map)(genetic map)：基因连锁图谱：基因连锁图谱发生基因重组概率大小发生基因重组概率大小基因相对位置图谱基因相对位置图谱单位单位centimorgan(cM)centimorgan(cM)基因距离愈远重组概率愈高，近概率低基因距离愈远重组概率愈高，近概率低物理图谱物理图谱(physical map)(physical map)DNADNA上限制酶的位置上限制酶的位置染色体限制片段的顺序染色体限制片段的顺序单位单位Mb(mega base pair)KbMb(mega base pair)KbcDNA cDNA 基因在染色体上的位置基因在染色体上的位置人类染色体图谱一人类染色体图谱一参考资料：http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/genome/guide/human/人类染色体图谱二人类染色体图谱二参考资料：http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/genome/guide/human/5-2 5-2 基因治疗基因治疗1990 NIH 1990 NIH 腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶(ADA,adenosine deaminase)(ADA,adenosine deaminase)基因基因(deoxyinosine(deoxyinosine与与deoxyadenosinedeoxyadenosine没有办法代谢成没有办法代谢成inosineinosine与与adenosineadenosine，而积累的，而积累的adenosineadenosine将会造成将会造成T T细胞失去功细胞失去功能，进而丧失身体细胞免疫的作用能，进而丧失身体细胞免疫的作用)+反转录病毒反转录病毒T T 淋巴球淋巴球送回体内送回体内体外体外In vitro In vitro 活体活体In vivo In vivo 体内生合成体内生合成denovodenovo将一外来将一外来DNADNA送入细胞内，藉以治疗基因缺陷或送入细胞内，藉以治疗基因缺陷或突变所引起的疾病突变所引起的疾病病毒载体病毒载体-危险性、效率高危险性、效率高反转录病毒反转录病毒:RNA DNA:RNA DNA 插入宿主染色体插入宿主染色体(随随机机)，产生变异或造成不具功能，产生变异或造成不具功能腺病毒腺病毒:同源基因重组、问题同源基因重组、问题-产生发炎反应产生发炎反应腺病毒关联载体：限制腺病毒关联载体：限制-转殖基因有限转殖基因有限疱皮疹毒：缺点疱皮疹毒：缺点-病毒本身太复杂病毒本身太复杂非病毒载体非病毒载体-安全性高、效率差安全性高、效率差物理方式物理方式:基因枪导入法、电穿孔法、直接将基因枪导入法、电穿孔法、直接将DNADNA打入肌肉打入肌肉(DNA(DNA疫苗疫苗)化学方式化学方式:微脂粒导入法微脂粒导入法(表现皆短暂性表现皆短暂性)、磷磷酸钙沉淀法酸钙沉淀法(利用细胞的胞饮作用利用细胞的胞饮作用)基因治疗常用的方法基因治疗常用的方法基因治疗标的细胞的种类基因治疗标的细胞的种类体细胞基因治疗法体细胞基因治疗法仅修正体细胞仅修正体细胞对生殖细胞没有影响对生殖细胞没有影响生殖细胞基因疗法生殖细胞基因疗法除了修正体细胞除了修正体细胞影响生殖细胞可遗传影响生殖细胞可遗传基因治疗的应用范围基因治疗的应用范围癌症治疗癌症治疗 使用免疫调控基因：细胞激素基因送入癌细胞使用免疫调控基因：细胞激素基因送入癌细胞癌症癌症疫苗疫苗疫苗打入动物体疫苗打入动物体诱发宿主的免疫系统辨识癌诱发宿主的免疫系统辨识癌细胞细胞送入自杀基因送入自杀基因-配合药物作用配合药物作用引入抑癌或细胞凋亡基因使用抗血管生成因子：利用引入抑癌或细胞凋亡基因使用抗血管生成因子：利用反义反义(anti-sense)RNA(p53gene.mpg)(anti-sense)RNA(p53gene.mpg)感染性疾病治疗感染性疾病治疗送入感染处抑制病原菌基因表现送入感染处抑制病原菌基因表现遗传疾病治疗遗传疾病治疗技术限制技术限制-单一基因疾病单一基因疾病心脏血管疾病治疗心脏血管疾病治疗利用某些自杀基因消除增生的血管细胞利用某些自杀基因消除增生的血管细胞(影片:tga.mpg)基因治疗所遭遇的困难基因治疗所遭遇的困难基因嵌入细胞的效率不佳，反转录病毒外，基因嵌入细胞的效率不佳，反转录病毒外，其它不尽理想其它不尽理想基因能否表现基因能否表现?基因重组导致癌症的发生基因重组导致癌症的发生癌症形成的原因相当的复杂癌症形成的原因相当的复杂细胞核基因的异常是导致癌症发生的基本原因细胞核基因的异常是导致癌症发生的基本原因 在人体细胞中，所有谓的致癌基因在人体细胞中，所有谓的致癌基因(oncogen)(oncogen)和抑癌基和抑癌基因因(tumor suppressor gene)(tumor suppressor gene)。致癌基因或是抑癌基因。致癌基因或是抑癌基因的缺损或是变异容易导致癌症的发生的缺损或是变异容易导致癌症的发生(影片影片:cancer.mpg)cancer.mpg)癌症发生的相关危险因子癌症发生的相关危险因子遗传遗传家族性大肠息肉症家族性大肠息肉症(Familial polyposis syndrome)(Familial polyposis syndrome)（大肠癌）（大肠癌）母亲或是姊妹有乳癌患者，则罹患乳癌的比率也会大母亲或是姊妹有乳癌患者，则罹患乳癌的比率也会大为提高为提高放射线放射线核爆生还者罹患血癌的比例大为提高核爆生还者罹患血癌的比例大为提高放射线碘容易引起甲状腺癌放射线碘容易引起甲状腺癌 癌症的形成原因癌症的形成原因B B型、型、C C型肝炎病毒带原者较常人易引起肝癌型肝炎病毒带原者较常人易引起肝癌 Epstein-BarrEpstein-Barr病毒易引起病毒易引起BurkittBurkitt氏淋巴瘤氏淋巴瘤(Burkitt(Burkitts lymphoma)s lymphoma)人类乳突病毒人类乳突病毒(Human papilloma virus)(Human papilloma virus)易引起子宫易引起子宫颈癌颈癌HTLV-1HTLV-1人类人类T T 细胞白血球第一型病毒感染者有一小细胞白血球第一型病毒感染者有一小部份会发生部份会发生T T细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤 (细菌感染细菌感染)胃中特殊的幽门杆菌胃中特殊的幽门杆菌(Helicobacter(Helicobacter pylori)pylori)和淋巴瘤和淋巴瘤(MALToma)(MALToma)化学或药物刺激化学或药物刺激黄麴毒素易引起肝癌黄麴毒素易引起肝癌 石绵易引起肺癌和间皮瘤石绵易引起肺癌和间皮瘤(mesothelioma)(mesothelioma)芳香族化合物和膀胱癌的关系也曾被报告过芳香族化合物和膀胱癌的关系也曾被报告过病毒感染病毒感染长期动情激素长期动情激素(estrogen)(estrogen)的刺激是子宫内膜的刺激是子宫内膜癌和乳癌的危险因子之一癌和乳癌的危险因子之一 所以初经早、停经晚、和未生育小孩的妇女，所以初经早、停经晚、和未生育小孩的妇女，其动情激素的刺激较久，发生子宫内膜癌和其动情激素的刺激较久，发生子宫内膜癌和乳癌的机会较高乳癌的机会较高饮食因素饮食因素多食用青菜水果纤维素等已被证实有效降低多食用青菜水果纤维素等已被证实有效降低癌症的发生率癌症的发生率 饮食中过多脂肪容易肥胖，而肥胖容易导致饮食中过多脂肪容易肥胖，而肥胖容易导致脂溶性致癌毒性物质囤积在身体中有较高的脂溶性致癌毒性物质囤积在身体中有较高的致癌机会致癌机会 过多的腌制食物，其致癌物质，如亚硝胺类过多的腌制食物，其致癌物质，如亚硝胺类等，也会增加，因而提高致癌的机会等，也会增加，因而提高致癌的机会 激素刺激激素刺激不良的行为，如抽烟、喝酒等，会增加肺癌不良的行为，如抽烟、喝酒等，会增加肺癌和食道癌的发生机会和食道癌的发生机会 多重性伴侣及危险性性行为等，会增加感染多重性伴侣及危险性性行为等，会增加感染人类乳突病毒的机会，因而增加子宫颈癌的人类乳突病毒的机会，因而增加子宫颈癌的发生率发生率 行为因素行为因素9696年国内十大死因年国内十大死因恶性肿瘤占恶性肿瘤占28.9%28.9%心脏疾病占心脏疾病占9.3%9.3%脑血管疾病占脑血管疾病占9.2%9.2%糖尿病占糖尿病占7.3%7.3%事故伤害占事故伤害占5.1%5.1%肺炎占肺炎占4.2%4.2%慢性肝病及肝硬化占慢性肝病及肝硬化占3.7%3.7%肾炎、肾徵候群及肾性病变占肾炎、肾徵候群及肾性病变占3.7%3.7%自杀占自杀占2.8%2.8%上血压性疾病占上血压性疾病占1.4%1.4%男性前十大恶性肿瘤种类男性前十大恶性肿瘤种类肝肝癌癌、肺肺癌癌、结结肠肠直直肠肠癌癌、口口腔腔癌癌、胃胃癌癌、食食道道癌癌、摄摄护护腺腺癌癌、胰胰脏脏癌癌、非非何何杰杰金金淋淋巴巴癌癌、鼻咽癌鼻咽癌 女性前十大恶性肿瘤种类女性前十大恶性肿瘤种类肺肺癌癌、肝肝癌癌、结结肠肠直直肠肠癌癌、女女性性乳乳癌癌、胃胃癌癌、子子宫宫颈颈癌癌、胰胰脏脏癌癌、非非何何杰杰金金淋淋巴巴癌癌、胆胆囊囊癌癌、卵巢癌卵巢癌 基础免疫观念一基础免疫观念一细胞免疫与体液免疫细胞免疫与体液免疫细胞免疫细胞免疫:胸腺细胞主导胸腺细胞主导杀手细胞杀手细胞:直接辨识病原直接辨识病原辅助者细胞辅助者细胞:帮助帮助B B细胞产生抗体细胞产生抗体体液免疫体液免疫:B:B细胞主导细胞主导(产生抗体的细胞产生抗体的细胞)抗体可辨识抗原抗体可辨识抗原主动免疫与被动免疫主动免疫与被动免疫主动免疫主动免疫:接触抗原后自行产生免疫反应，产接触抗原后自行产生免疫反应，产生记忆反应生记忆反应被动免疫被动免疫:注射抗体所诱发注射抗体所诱发 非专一性免疫反应（先非专一性免疫反应（先天免疫）天免疫）反应介质反应介质补体补体发炎介质发炎介质杀菌物质杀菌物质反应细胞反应细胞颗粒球（嗜中、酸、硷颗粒球（嗜中、酸、硷性球）性球）巨噬细胞巨噬细胞自然杀手细胞自然杀手细胞肥大细胞肥大细胞专一性免疫反应（后天免专一性免疫反应（后天免疫）疫）反应介质反应介质免疫球蛋白（抗体）免疫球蛋白（抗体）细胞激素细胞激素细胞毒杀因子细胞毒杀因子反应细胞反应细胞抗原呈现细胞抗原呈现细胞辅助型辅助型T T细胞细胞毒杀型毒杀型T T细胞细胞B B淋巴球淋巴球基础免疫观念二基础免疫观念二免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统一免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统一免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统二免疫细胞起源：淋巴系统与造血系统二（影片:immuno.mpg）（曾哲明,2006)(影片:immuno1.mpg)严重急性呼吸道症候群严重急性呼吸道症候群(SARS)(SARS)Severe Acute Respiratory SyndromeSevere Acute Respiratory Syndrome冠状病毒冠状病毒 CORONAVIRUSES CORONAVIRUSES最适生长温度最适生长温度 33-35 33-35次易引发普通感冒的病毒次易引发普通感冒的病毒仅有两株分离的人类病毒株仅有两株分离的人类病毒株 核酸：正股核酸：正股RNARNA、套膜、套膜、80-160 nm 80-160 nm演化分析归类为第四类冠状病毒演化分析归类为第四类冠状病毒基因体基因体+RNA-27,000-31,000 nt+RNA-27,000-31,000 nt重症患者肺部严重纤维化、呼吸衰竭重症患者肺部严重纤维化、呼吸衰竭 反转录聚合酶连锁反应（反转录聚合酶连锁反应（RT-PCRRT-PCR）将将RNARNA反转录成反转录成DNADNA，再继续将，再继续将DNADNA数量放大数量放大分离病毒分离病毒RT-PCR RT-PCR 定序比对定序比对即时即时PCRPCR检测技术检测技术(Real-Time PCR)(Real-Time PCR)传统传统PCRPCR需要时间较久、解析度差、低正确性、需要时间较久、解析度差、低正确性、低敏感度、无自动化、结果无法量化低敏感度、无自动化、结果无法量化利用萤光讯号，即时监测反应利用萤光讯号，即时监测反应免疫萤光抗体法免疫萤光抗体法(indirect fluorescent(indirect fluorescent antibody test,IFA)antibody test,IFA)测病人血清中有无病毒抗体测病人血清中有无病毒抗体冠状病毒检验方法冠状病毒检验方法需要时间较久需要时间较久琼胶解析度差（需差琼胶解析度差（需差1010倍）倍）低正确性低正确性低敏感度低敏感度无自动化无自动化只鉴别大小只鉴别大小结果无法量化结果无法量化仅呈现仅呈现PCRPCR最后的结果最后的结果Real-Time PCRReal-Time PCR可改善上述的缺点可改善上述的缺点传统传统 PCR PCRReal-time PCRReal-time PCR微生物或其表面抗原制作成对抗此病原的物质微生物或其表面抗原制作成对抗此病原的物质具专一性具专一性可使免疫系统产生反应与记忆可使免疫系统产生反应与记忆为主动免疫为主动免疫人类免疫缺乏病毒（人类免疫缺乏病毒（HIVHIV）会引以爱滋病）会引以爱滋病到目前无法制造出有效的疫苗到目前无法制造出有效的疫苗 WHY?WHY?突变速率太快突变速率太快多种躲避人体免疫系统侦测的策略多种躲避人体免疫系统侦测的策略疫苗疫苗(影片:hiv.mpg)单株抗体单株抗体抗体通常只与抗原上的一小段胺基酸结合抗体通常只与抗原上的一小段胺基酸结合此小段胺基酸称为抗原决定位此小段胺基酸称为抗原决定位(antigenic(antigenic determinant)determinant)大分子量抗原大分子量抗原-多抗原决定位多抗原决定位(多价抗原多价抗原)单一抗体单一抗体 VS VS 抗原之抗原决定位抗原之抗原决定位-提高免疫提高免疫效率效率一种一种B B细胞一种抗体，细胞一种抗体，挑出所要之挑出所要之B B细胞细胞 大大量培养均质抗体称为单株抗体量培养均质抗体称为单株抗体(monoclonal(monoclonal antibody)antibody)细胞融合技术细胞融合技术将不同的生物细胞染色体将不同的生物细胞染色体+细胞质融合细胞质融合 杂交细胞杂交细胞 (融合瘤细胞融合瘤细胞hybridoma)hybridoma)单株抗体单株抗体+药物药物 癌细胞为抗原癌细胞为抗原单株抗体的制作流程单株抗体的制作流程参考资料：http:/www.thyroid- (取代骨髓移植取代骨髓移植)胚胎胚胎 =人人脐带血干细胞分化能力差脐带血干细胞分化能力差卫生署胚胎干细胞研究伦理规范卫生署胚胎干细胞研究伦理规范胚胎干细胞的来源限制胚胎干细胞的来源限制自然流产的胚胎组织自然流产的胚胎组织符合优生保健规定之人工流产的胚胎组织符合优生保健规定之人工流产的胚胎组织人工生殖后得销毁之胚胎人工生殖后得销毁之胚胎(未满未满1414天天)不得提供精卵（通过人工授精制造胚胎供研究不得提供精卵（通过人工授精制造胚胎供研究用）用）细胞核转殖术制造之胚胎再审议细胞核转殖术制造之胚胎再审议无偿提供无偿提供 ，不得以复制人为研究目的，不得以复制人为研究目的人体试验研究人体试验研究-治疗疾病与改善病情治疗疾病与改善病情胚胎干细胞胚胎干细胞 VS VS 伦理问题伦理问题复制的相关进展复制的相关进展复制技术复制技术体细胞的细胞核经由体细胞核转殖到卵母细胞而产生的囊体细胞的细胞核经由体细胞核转殖到卵母细胞而产生的囊胚胚可发育出活的个体可发育出活的个体可培养成胚胎干细胞可培养成胚胎干细胞暗示了卵母细胞的细胞质可能含有一些因子可以将转殖后暗示了卵母细胞的细胞质可能含有一些因子可以将转殖后的体细胞核重新引导，导致到具有多能性的状态的体细胞核重新引导，导致到具有多能性的状态20062006年日本京都大学山中伸（年日本京都大学山中伸（Shinya Yamanaka)Shinya Yamanaka)教授将教授将四种基因四种基因Oct4Oct4、Sox2Sox2、c-Mycc-Myc、Klf4Klf4转殖到老鼠已经分化转殖到老鼠已经分化的纤维母细胞的纤维母细胞已分化的纤维组织母细胞重新设置变回干细胞已分化的纤维组织母细胞重新设置变回干细胞组织工程组织工程将特殊细胞培植在骨架上，重建特定的组织或将特殊细胞培植在骨架上，重建特定的组织或器官。最早产品人工皮肤器官。最早产品人工皮肤主要市场：整形外科、伤口疗护、心血管疾病主要市场：整形外科、伤口疗护、心血管疾病优点优点:用少量组织体外增殖用少量组织体外增殖量身订做器官原貌量身订做器官原貌易克服排斥问题易克服排斥问题现况与未来现况与未来软骨、血管、皮肤、神经组织软骨、血管、皮肤、神经组织.人造手人造手结合基因工程和干细胞技术结合基因工程和干细胞技术(影片:tissue.mpg)组织工程的要素组织工程的要素细胞细胞自体细胞、同种细胞、异种细胞、干细胞、基自体细胞、同种细胞、异种细胞、干细胞、基因改造细胞因改造细胞人工细胞外间质人工细胞外间质可分解天然或合成高分子材料可分解天然或合成高分子材料多孔性结构多孔性结构胶原蛋白、藻胶酸、几丁质胶原蛋白、藻胶酸、几丁质合成聚合物合成聚合物-聚乳酸聚乳酸生长信息生长信息需有传达细胞贴附、增生、迁徙、分化的各种需有传达细胞贴附、增生、迁徙、分化的各种信息因子信息因子(影片:material.mpg)已上市之重要组织工程产品一已上市之重要组织工程产品一产品名适应症上市情形伤口疗护应用Regeanex糖尿病足溃疡美国1997Apligraf皮肤取代物美国1998Puraply伤口敷料美国2001OrCel皮肤取代物美国2001EpiCel烧烫伤北美、欧洲EpiDex皮肤取代物德国、澳大利亚、瑞士MelanoSeed皮肤色素取代物德国已上市之重要组织工程产品二已上市之重要组织工程产品二产品名适应症上市情形整形外科应用Carticel软骨修复美国1997INFUSE脊椎修复美国2002Healos硬骨修复欧洲2000CMI软骨修复欧洲2000OP-1骨折及骨缺陷欧洲、澳大利亚2001Chondrotransplant自体软骨修复德国、澳大利亚、瑞士心血管应用Synergraft心脏瓣膜修复欧洲人造皮肤一人造皮肤一人造皮肤二人造皮肤二 参考资料：http:/ Plainsboro,NJ