基因工程药物概论优秀课件.ppt
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1、基因工程药物概论第1页,本讲稿共43页 生物药物(生物药物(生物药物(生物药物(biopharmaceuticsbiopharmaceutics或或biopharmaceuticalsbiopharmaceuticals)是利用生物体、生物组织或是利用生物体、生物组织或器官等成分,综合运用生物学、生物化学等学科的器官等成分,综合运用生物学、生物化学等学科的原理与方法制得的天然生物活性物质以及人工合成原理与方法制得的天然生物活性物质以及人工合成或半合成的天然物质类似物。或半合成的天然物质类似物。生物药物主要包括生物药物主要包括生化药物(生化药物(biochemical biochemical d
2、rugsdrugs)、生物技术药物()、生物技术药物(bio-technology drugs)bio-technology drugs)bio-technology drugs)bio-technology drugs)和生物制品(和生物制品(和生物制品(和生物制品(biological products)biological products)等。等。第2页,本讲稿共43页 生化药物生化药物是从生物体分离、纯化所得,是从生物体分离、纯化所得,可用于预防、治疗和诊断疾病的生化物质,可用于预防、治疗和诊断疾病的生化物质,其中部分现已通过化学合成或生物技术制备其中部分现已通过化学合成或生物技术制
3、备或重组或重组,如氨基酸、多肽、蛋白质、酶、,如氨基酸、多肽、蛋白质、酶、多糖、脂质、核苷酸类等。多糖、脂质、核苷酸类等。第3页,本讲稿共43页 生物技术是利用生物体或其组成部分发生物技术是利用生物体或其组成部分发展产品的技术体系,用现代生物技术研制的展产品的技术体系,用现代生物技术研制的药物称为药物称为生物技术药物生物技术药物(或生物工程药物)。(或生物工程药物)。第4页,本讲稿共43页 生物制品生物制品是应用普通的或以基因工程、是应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞及各种动物和人技术获得的微生物、细胞及各种动
4、物和人源的组织和体液等生物材料制备,用于人源的组织和体液等生物材料制备,用于人类疾病预防、治疗和诊断的药品。类疾病预防、治疗和诊断的药品。第5页,本讲稿共43页基因工程药物基因工程药物(Genetic engineering drugsGenetic engineering drugsGenetic engineering drugsGenetic engineering drugs):):):):系指先确定对某种疾病具有预防和治疗作用的蛋白系指先确定对某种疾病具有预防和治疗作用的蛋白质,然后将控制该蛋白合成过程的基因分离、纯化或质,然后将控制该蛋白合成过程的基因分离、纯化或进行人工合成,利用
5、重组进行人工合成,利用重组DNADNA技术加以改造,最后将技术加以改造,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中不断繁殖,该基因放入可以大量生产的受体细胞中不断繁殖,并能进行大规模生产具有预防和治疗这种疾病的蛋并能进行大规模生产具有预防和治疗这种疾病的蛋白质,通过这种方法生产的新型药物称为基因工程白质,通过这种方法生产的新型药物称为基因工程药物。药物。第6页,本讲稿共43页基因工程技术可生产的药物和制剂包括基因工程技术可生产的药物和制剂包括:(1 1 1 1)免疫性蛋白,如各种抗原和单克隆抗体;)免疫性蛋白,如各种抗原和单克隆抗体;)免疫性蛋白,如各种抗原和单克隆抗体;)免疫性蛋白,如各种抗原
6、和单克隆抗体;(2 2 2 2)细胞因子,如各种干扰素、白细胞介素、集)细胞因子,如各种干扰素、白细胞介素、集)细胞因子,如各种干扰素、白细胞介素、集)细胞因子,如各种干扰素、白细胞介素、集落刺激生长因子、表皮生长因子、凝血因子;落刺激生长因子、表皮生长因子、凝血因子;落刺激生长因子、表皮生长因子、凝血因子;落刺激生长因子、表皮生长因子、凝血因子;(3 3 3 3)激素,如胰岛素、生长激素、心素纳;)激素,如胰岛素、生长激素、心素纳;)激素,如胰岛素、生长激素、心素纳;)激素,如胰岛素、生长激素、心素纳;(4 4 4 4)酶类,如尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型)酶类,如尿激酶、链激酶、葡激酶、
7、组织型)酶类,如尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型)酶类,如尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型纤维蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。纤维蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。纤维蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。纤维蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。第7页,本讲稿共43页 传统制药存在的问题:传统制药存在的问题:A A、材料来源困难或制造技术问题而无法付诸应用;、材料来源困难或制造技术问题而无法付诸应用;B B、从动物脏器中提取出来,也因造价太高,或因来、从动物脏器中提取出来,也因造价太高,或因来 源困难而供不应求;源困难而供不应求;C C、由于免疫抗原等缘故,使它们在使用上受到限制。、由于免疫抗原等缘故
8、,使它们在使用上受到限制。基因工程技术的特点:就是能够十分方便有效地生基因工程技术的特点:就是能够十分方便有效地生 产许多以往难以大量获取的生物活性物质,甚至可产许多以往难以大量获取的生物活性物质,甚至可 以创造出自然界中不存在的全新物质。以创造出自然界中不存在的全新物质。为什么要发展基因工程制药?第8页,本讲稿共43页 治疗侏儒症的唯一方法治疗侏儒症的唯一方法,是向人体注射生长激素。,是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前,要获得生长激素,需而生长激素的获得很困难。以前,要获得生长激素,需解剖尸体,从大脑的底部解剖尸体,从大脑的底部摘取垂体摘取垂体,并从中提取生长激,并从中提取生
9、长激素。素。现可利用基因工程方法,将人的现可利用基因工程方法,将人的生长激素基因导入生长激素基因导入大肠杆菌大肠杆菌中,使其生产生长激素。人们从中,使其生产生长激素。人们从 450 L 450 L大肠杆菌大肠杆菌培养液中提取的生长激素,相当于培养液中提取的生长激素,相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素第9页,本讲稿共43页 长期以来,医学工作者在防治乙肝方面做了大量工长期以来,医学工作者在防治乙肝方面做了大量工作,但曾一度陷于困境。乙肝病毒(作,但曾一度陷于困境。乙肝病毒(HBVHBV)主要由两部分)主要由两部分组成,内部为组成,内部为
10、DNADNA,外部有一层外壳蛋白质,称为,外部有一层外壳蛋白质,称为HBSAgHBSAg。把一定量的把一定量的HBSAgHBSAg注射入人体,就使机体产生对注射入人体,就使机体产生对HBVHBV抗衡的抗衡的抗体。机体依靠这种抗体,可以清除入侵机体内的抗体。机体依靠这种抗体,可以清除入侵机体内的HBVHBV。过去,乙肝疫苗的来源,主要是从过去,乙肝疫苗的来源,主要是从HBVHBV携带者的血液中携带者的血液中分离出来的分离出来的HBSAgHBSAg,这种血液是不安全的,可能混有其他病,这种血液是不安全的,可能混有其他病原体原体 其他型的肝炎病毒,特别是艾滋病病毒(其他型的肝炎病毒,特别是艾滋病病毒
11、(HIVHIV)的污的污染。此外,血液来源也是极有限的,使乙肝疫苗的供应犹如染。此外,血液来源也是极有限的,使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪,远不能满足全国的需要。杯水车薪,远不能满足全国的需要。重组乙肝表面抗原第10页,本讲稿共43页通过基因工程将通过基因工程将HBSAgHBSAg的那段的那段DNADNA剪裁下来,装到一个表达载体剪裁下来,装到一个表达载体中,所谓表达载体,是因为它可以把这段中,所谓表达载体,是因为它可以把这段DNADNA的功能发挥出来;的功能发挥出来;再把这种表达载体转移到受体细胞内,如大肠杆菌或酵母菌等;再把这种表达载体转移到受体细胞内,如大肠杆菌或酵母菌等;最后再通过这些大
12、肠杆菌或酵母菌的快速繁殖,生产出大量我最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖,生产出大量我们所需要的们所需要的HBSAgHBSAg(乙肝疫苗)。(乙肝疫苗)。与上述的血源乙肝疫苗相比,基因工程生产的乙肝疫苗,与上述的血源乙肝疫苗相比,基因工程生产的乙肝疫苗,取材方便,利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌,它取材方便,利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌,它们有极强的繁殖能力,并借助于高科技手段,可以大规们有极强的繁殖能力,并借助于高科技手段,可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。在小孩出生后,按计划实施新生儿到六个月龄内先物。
13、在小孩出生后,按计划实施新生儿到六个月龄内先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序,就可获得终身免疫,后注射三次乙肝疫苗的免疫程序,就可获得终身免疫,免受乙型肝炎之害。免受乙型肝炎之害。第11页,本讲稿共43页胶原蛋白是什么?胶原蛋白是什么?胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多的蛋白质,占全身蛋白总量的13,相当于体重的6,胶原蛋白是一类纤维状的蛋白质,它广泛分布于结缔组织中,但以皮肤、肌腱、韧带、巩膜、角膜、软骨、骨及胎盘含量最多。它具有容易成胶的特性。如皮肤干重的70%为胶原重组类人胶原蛋白第12页,本讲稿共43页重组类人胶原蛋白,采用瑞士比欧生物工程公司的发酵灌成套设备,严格按GMP标准生产,年产100
14、公斤医用级类人胶原蛋白纯品,100吨化妆品级胶原蛋白水溶液(1%),产品可供医药和医疗器械诸如可注射产品、创伤等药物以及化妆美容产品、保健食品大量之需。工艺流程:工艺流程:第13页,本讲稿共43页基因工程技术的应用特点基因工程技术的应用特点:A A、为癌种、病毒性疾病、心血管疾病和内分泌、为癌种、病毒性疾病、心血管疾病和内分泌疾病的预防、治疗和诊断提供新型疫苗、新型药物疾病的预防、治疗和诊断提供新型疫苗、新型药物和新型诊断试剂。和新型诊断试剂。B B、基因工程技术的最大好处在于它能从、基因工程技术的最大好处在于它能从极端复极端复杂的机体细胞内杂的机体细胞内取出所需要的基因,将其在体外进取出所需
15、要的基因,将其在体外进行剪切拼接、重新组合,然后转入适当的细胞进行行剪切拼接、重新组合,然后转入适当的细胞进行表达,从而生产出比原来多数百、数千倍的相应的表达,从而生产出比原来多数百、数千倍的相应的蛋白质。蛋白质。第15页,本讲稿共43页基因工程技术生产药品的优点:基因工程技术生产药品的优点:a.a.可大量生产过去难以获得的生理活性多肽和蛋白质,为可大量生产过去难以获得的生理活性多肽和蛋白质,为 临床使用提供有效的保障;临床使用提供有效的保障;b.b.可以提供足够数量的生理活性物质,以便对其生理生化可以提供足够数量的生理活性物质,以便对其生理生化 和结构进行深入的研究,从而扩大这些物质的应用范
16、围;和结构进行深入的研究,从而扩大这些物质的应用范围;c.c.利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的内源性生理活性利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的内源性生理活性 物质;物质;d.d.内源性生理活性物质在作为药物使用时存在的不足之处,内源性生理活性物质在作为药物使用时存在的不足之处,可以通过基因工程和蛋白质工程进行改造;可以通过基因工程和蛋白质工程进行改造;e.e.利用基因工程技术可获得新型化合物,扩大药物筛选来利用基因工程技术可获得新型化合物,扩大药物筛选来 源。源。第16页,本讲稿共43页噬菌体遗传学噬菌体遗传学限制酶的发现限制酶的发现质粒载体质粒载体细菌抗药性遗传学细菌抗药性遗传学噬菌体
17、载体噬菌体载体DNA合成与修复合成与修复细菌基因细菌基因调节研究调节研究外源外源DNA插入载体插入载体动物病毒学动物病毒学细菌表达载体细菌表达载体构建基因文库构建基因文库哺乳动物表哺乳动物表达载体达载体大规模的蛋白合成大规模的蛋白合成克隆特定克隆特定的基因的基因制备探制备探针针反转录病毒反转录病毒和反转录酶和反转录酶mRNA结构与结构与代谢的研究代谢的研究 寡核苷酸合成寡核苷酸合成蛋白序列分析蛋白序列分析小鼠胚胎学小鼠胚胎学插入生殖细胞插入生殖细胞定点突变改定点突变改变基因结构变基因结构功能分析功能分析序列分析序列分析 DNA序序列分析列分析RNA序序列分析列分析基因工程的诞生与及其相关学科的
18、关系第17页,本讲稿共43页基因工程药物生产的基本过程基因工程药物制造的一般流程:(1)获得目的基因;(2)组建重组质粒;(3)构建基因工程菌;(4)培养工程菌;(5)产物分离纯化;(6)除菌过滤;(7)半成品检定;(8)包装第18页,本讲稿共43页1、上游阶段:首先获得目的基因,然后用限制性内切酶和连接酶将其插入适当的载体质粒或噬菌体中并转大肠杆菌或其它宿主菌(细胞),以便大量复制目的基因。选择基因表达系统主要考虑的是保证表达功能,其次要考虑的是表达量的多少和分离纯化的难易。其中的(1)、(2)、(3)步骤属于上游阶段,在实验室完成。2、下游阶段:将实验室成果产业化、商品化,它主要包括工程菌
19、大规模发酵最佳参数大的确立,新型生物反应器的研制,高效分离介质及装置的开发,分离纯化的优化控制,高纯度纯品的制备技术,生物传感器等一系列仪器仪表的设计和制造,电子计算机的优化控制等。上述(4)、(5)、(6)、(7)、(8)等属于下游阶段。第19页,本讲稿共43页意义:自意义:自2020世界世界7070年代基因工程诞生以来,最先应用基因年代基因工程诞生以来,最先应用基因工程技术且目前最为活跃的研究领域便是医药科学。基因工程技术且目前最为活跃的研究领域便是医药科学。基因工程技术的迅猛发展使人们已能够十分方便有效地生产许工程技术的迅猛发展使人们已能够十分方便有效地生产许多以往难以大量获得的生物活性
20、物质,甚至可以创造出自多以往难以大量获得的生物活性物质,甚至可以创造出自然界中不存在的全新物质。然界中不存在的全新物质。19821982年第一个基因重组产品年第一个基因重组产品人胰岛素在美国问世,人胰岛素在美国问世,吸引和激励了大批科学家利用基因工程技术研制新药吸引和激励了大批科学家利用基因工程技术研制新药品,迄今累计已有近品,迄今累计已有近3030种基因工程药物投入市场,产种基因工程药物投入市场,产生了巨大的社会效益和经济效益。生了巨大的社会效益和经济效益。第20页,本讲稿共43页 1989 1989年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物重组人干
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