生物技术药物研究进展6.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,哪些药物是生物药物？,胰岛素,人生长激素,干扰素,白细胞介素2,粒细胞集落刺激因子,粒细胞巨噬细胞集落刺激因子,红细胞生成素（EPO）,组织纤溶酶原激活剂,生长激素,抗血友病凝血因子,脱氧核糖核酸酶,尿激酶,单克隆抗体如Avastin,常见生物药物,生物药物主要治疗哪些疾病？,造血功能障碍,（造血药物）,EPO（促红细胞生成素），TPO（血小板生长因子,）,循环系疾统病,（溶栓药物）,重组链激酶，尿激酶,恶性肿瘤,（抗肿瘤药物）,Avastin（,阿瓦斯汀）,，Hercepcin(,赫赛汀）,生长因子缺乏,补充生长因子）,NGF（神经生长因子），EGF（表皮生长因子），IGF（胰岛素样生长因子）,感染性疾病,（抗感染药物）,干扰素，白介素,生物药物和化学药物，中药有何不同？,原料不同,化学试剂，药物植物/动物组织，细胞,生产方式不同,化学-合成，中药-炮制，生物药-发酵,作用机理不同,细胞，全身，蛋白/基因,本专题具体内容,第一节 生物技术概述,第二节 生物技术药物,第三节 生物技术药物研究与发展趋势,第四节 生物产业与生物经济,第一节 生物技术概述,一、生物技术定义,二、生物技术的主要内容,三、生物技术优越性,一、生物技术的定义,生物技术,：,生物技术(biotechnology)又称生物工程学，是根据生物学原理,利用生物有机体或其组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。,生物燃料,生物药物,二、生物技术主要内容：四大工程,基因工程,细胞工程,酶工程,发酵工程,基因工程(gene engineering),又称基因操作,重组DNA(recombinant DNA）技术。,将不同来源的基因(DNA分子),在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,获得新品种,生产新产品。,基因操作基本步骤,应用细胞生物学的原理和方法,改变,细胞性状,以及在体外大量培养和繁殖细胞,从而获得细胞产品,的技术方法。,主要内容,包括,融细胞合、原生质融合、染色体转移、细胞或组织培养,等。,根据所用细胞不同细胞工程可分为,微生物细胞工程、植物细胞工程、动物细胞工程等,细胞工程(cell engineering),细胞工程常用方法,显微注射,细胞融合,组织培养,又称酶技术，它是在,体外模拟酶反应条件获得酶反应产品以及利用重组DNA技术定向改造酶,的技术方法。,其主要内容包括,酶的化学修饰、酶的固定化、酶反应器设计等,。,酶工程(enzyme engineering),酶在制药工业的应用:抗生素药物,固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸（6-APA）,1.技术路线,E.Coli 斜面 细胞 固定化细胞,青霉素G 转化液 滤液 6-APA 粗品,培养,固定,转化,过滤,抽提,N,S,O,N,H,O,C,H,3,C,H,3,O,H,CH2,青霉素酰化酶,青霉素酶转化,又称微生物工程,利用生物，特别,是微生物的某种特定功能,通过现代工程技术手段（发酵技术）,生产有用物质,的一种技术体系。,主要内容包括,菌种选育,生产微生物菌体,提取微生物或细胞代谢产物,发酵条件的优化,组合等。,发酵工程(fermentation engineering),发酵工程,摇瓶,发酵罐,一、不可取代性,二、快速、准确,三、低耗、高效,四、副作用小,三、生物技术的优越性,1.在基因工程药品生产中的应用,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受,材料来源限制产量有限,，其,价格往往十分昂贵,。,微生物,生长迅速，容易控制,，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，,不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本,。,四、生物技术与医药卫生,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，,100Kg,胰腺只能提取,4-5g,的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每,2000L,培养液就能产生,100g,胰岛素！使其价格降低了,30%-50%!,从人血中提取干扰素，,300L,血才提取,1mg,！,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每,1Kg,的培养液可提取,2040mg,干扰素,人造血液及其生产,2.生物技术在疾病诊断与治疗中的应用,单克隆抗体与疾病诊断,基因诊断,基因治疗,基因诊断与基因治疗,运用基因工程设计制造的,“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷,，不但准确而且迅速,。,基因治疗（gene therapy）是指,采用转基因技术将外源正常基因导入靶细胞,，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。,SCID的基因工程治疗,重症联合免疫缺陷（SCID）,患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。,该病的机理是细胞的一个常染色体上编码,腺苷酸脱氨酶（简称ADA）的基因（ada）发生了突变,只能通过基因工程的方法根治。,SCID患者生存在无菌环境中,基因治疗SCID的过程,第二节 生物技术药物,生物技术药物（生物药物）的定义,：,是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品,。,一、生物技术药物的概念,三大药原：化学药物、生物药物和中药,化学药物,中药,生物药物,现代生物技术药物,基因重组多肽、蛋白制剂（狭义）,：,重组多肽，蛋白；单抗；细胞因子；疫苗等,2.,核酸类药物（狭义）,DNA,疫苗，反义药物，,siRNA,，核酶等,3.,生化药物（广义）,天然生化药物，微生物药物，海洋药物,半合成生化药物（广义）,四氢叶酸，,GSH,，前列腺素，半合成抗生素等生物制品（广义）,疫苗，血液制品,二、生物药物发展的三个阶段,一、传统生物制药发展阶段,利用天然活性物质加工制成的制剂,二、近代生物制药发展阶段,从生物材料中提取活性成分,三、现代生物制药发展阶段,利用现代生物技术改造具有类似天然物质活性或更高活性的生物产品,第一阶段 传统中药及酿造技术,羊肝治疗“雀目”，蟾蜍治疗创伤，鸡内金治疗消化系统疾病,原始酿造技术,第二阶段 现代制药发展阶段,现代制药工业的发展可追溯到20世纪之交，那时只有4种药物：洋地黄（治疗各种心血管疾病），奎宁用于治疗疟疾，吐根属植物提取物（活性成分为生物碱）用于治疗痢疾，水银用于治疗梅毒；,随着生物学和有机化学的发展，逐渐能人工合成某些具有治疗作用的化合物（阿司匹林，磺胺）,阿司匹林,第二阶段 现代制药发展阶段,1929 年弗莱明首先发现青霉素，青霉素大规模生产使现代制药工业进入大规模发酵阶段,第三阶段 生物技术制药大发展阶段,DNA结构的发现,重组DNA技术的发明,功能基因组学的发展,年代,技术,贡献者,53,DNA,双螺旋模型,Watson,和,Crick,58,DNA,半保留复制和中心法则,Crick,61,遗传密码的碱基三联体,Crick,和,Nirenberg,67,破译遗传密码,Khorana,和,Nirenberg,71,首家生物技术制药公司成立,Cetus,公司,72,体外重组,DNA,Jackson,和,Berg,73,重组质粒在大肠杆菌中表达,Boyer,和,Cohen,75,细胞融合，单克隆抗体技术,Kohler,和,Milstein,76,首家基因工程技术制药公司成立,Genentech,公司,78,大肠杆菌中表达出胰岛素,Genentech,公司,80,转基因小鼠,Gordon,等,82,基因工程人胰岛素在美国上市,Eli Lilly,公司,82,转基因超级小鼠,Palmiter,等,83,基因扩增的,PCR,技术,Mullis,85,植物转基因技术,Horsch,等,86,基因工程重组乙肝疫苗上市,Merck,公司,87,转基因鼠乳腺表达药物,tPA,Gordon,等,90,人类基因组计划开始,美国,97,克隆动物绵羊多利，,转凝血因子,IX,基因绵羊波利,Wilmut,等,2000,绘制出人类基因组“工作框架图”,中、美、英、日、法、德等,6,国,2001,完成人类基因组“中国卷”,中国,2003,绘制出人类基因组“序列图”,中、美、英、日、法、德等,6,国,2006,人类表皮细胞转化为干细胞,日本，美国,Boyer&Cohen,重组DNA技术实现了动物基因在细菌中表达,pSC101 质粒,EcoRI,EcoRI,3 10,6,dal,4.2 10,6,dal,3.9 10,6,dal,4.8 10,6,dal,Tc,r,Tc,r,Tc,r,ori,ori,ori,EcoRI,EcoRI,EcoRI,获得转化子,非洲爪蟾rDNA,1973年,淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体,多克隆抗体,单克隆抗体,MCAb,1975年,三、生物药物的特性,1、药理学特性,2、理化特性与生物学特性,3、检验上的特殊性,1、药理学特性,（1）药理活性高,注射用的纯ATP可以直接供给机体能量。,（2）治疗的针对性强,细胞色素c用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病。,（3）毒副作用小、营养价值高,蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物药物本身就直接取自体内。,（4）生理副作用时有发生,生物体之间的种属差异或同种生物体之间的个体差异都很大，所以用药时会发生免疫反应和过敏反应,生物药物的特性,2,、理化特性与生物学特性,（,1,）原料中的有效物质含量低,激素、酶，生长因子在体内含量极低。,（,2,）结构复杂，稳定性差,生物药物的分子结构中具有特定的活性部位，该部位有严格的空间结构，一旦结构破坏，生物活性也就随着消失。,（,3,）易染菌，易腐败,生物药物由于营养丰富，易染菌、腐败，生产过程中应低温、无菌。,（,4,）制剂有特殊要求,生物药物易被肠道中的酶所分解，所以多采用注射给药，注射剂比口服药要求更严格，对均一性、安全性、稳定性,要求更高。,3,、检验上的特殊性,由于生物药物普遍具有生理功能，主要组分是生物活性物质，因此生物药物不仅要有,理化检验指标，更要有生物活性检验指标,。四、生物技术药物的临床用途,（一）作物治疗药物,（二）用作预防药物,（三）作为诊断药物,艾滋病检测，早孕试纸,（一）作为治疗药物,1.内分泌障碍治疗 8.抗感染,2.维生素药物 9.免疫调节剂,3.中枢神经药物 10.抗病毒药物,4.血液和造血系统药物 11.抗肿瘤药物,5.呼吸系统药物 12.抗辐射药物,6.心血管系统药物 13.计划生育药物,7.消化系统药物 14.生物制品类,生物技术药物作为治疗药物,内分泌障碍治疗药,：,胰岛素（,诺和灵，优泌林,），生长激素，甲状腺素等,;,维生素类药物,：,Vc,，,VD,，,B12,，,B14,等,;,中枢神经系统药物,：神经生长因子（,NGF,L-,多巴，人工牛黄，脑啡肽等,;,血液和造血系统药物,：集落刺激因子（,CSF,）凝血因子,（,拜科奇,），,EPO,，,TPO,等，,血红素，肝素，尿激酶，右旋糖酐；,生物技术药物作为治疗药物,5.呼吸系统药物：,平喘药(,前列腺素,肾上腺素,），祛痰剂（乙酰半胱氨酸），镇咳药（蛇胆）,6.,心血管系统药物：,阿昔单抗（,抗血小板凝集,）tPA（,组织纤维蛋白溶酶原激活剂,）（血管舒缓素），降血脂药（去氧胆酸），冠心病防治药（硫酸软骨素，类肝素，冠心舒）,7.,消化系统药物,：胰蛋白酶，胃蛋白酶，胃膜素，维生素U，鞣酸蛋白,生物技术药物作为治疗药物,8.抗感染药物：,干扰素,（,派罗欣，佩乐能,），,白介素（抗细菌）、真菌抗生素（头孢菌素类，红霉素类，链球菌素）,9.,免疫调节剂：,GM-CSF,，灵芝多糖，香菇多糖，环孢菌素A，他克莫司，西罗莫司,10.,抗病毒药物,：免疫调节（,肌苷，干扰素,）,抑制病毒合成（碘苷），抑制病毒合成酶（阿糖腺苷，阿昔洛韦），,生物技术药物作为治疗药物,11.抗肿瘤药物：,抗直肠癌,单抗Avastin，,抗乳腺癌,曲妥珠单抗Herceptin，,淋巴瘤,利妥昔单抗美罗华,），,天然分子（天冬酰胺酶，香菇多糖），免疫制剂（干扰素，CSF），,肿瘤坏死因子（TNF）,12.,抗辐射药物：,SOD（超氧化物歧化酶），MPG（2-巯基丙酰甘氨酸）13.,计生药物,：促卵泡激素（,FSH,），促黄体生成激素,(,LH,）,等,14.,生物制品类：,白蛋白，免疫球蛋白,（,破伤风，乙肝），抗毒素（白喉），抗血清（抗蛇毒血清）,（二）作为预防药物,疫苗,组分疫苗（subunit vaccine）,流脑，多糖菌苗,死疫（菌）苗（inactivated vaccine）,乙脑，狂犬；霍乱，伤寒,活疫苗（live-attenuated vaccine）,麻疹，脊髓灰质炎,类毒素（toxoid）,破伤风类毒素和白喉类毒素,（三）作为诊断药物,1.免疫诊断试剂,2.,酶诊断试剂,3.,器官功能诊断试剂,4.,放射性核素诊断试剂,5.,诊断用单克隆抗体,（三）作为诊断药物,免疫诊断试剂,诊断抗原,细菌类,：伤寒，结核菌,病毒类,：乙肝，乙脑，麻疹,毒素类,：链球菌溶血素,O,等,诊断血清,细菌类（,痢疾分型血清,）病毒类（,流感,）肿瘤类（,AFP,）抗毒素类（,霍乱,CT,）激素类（,HCG,）血型及人白蛋白 其它类（,转铁蛋白,）,（三）作为诊断药物,2.酶诊断试剂,通常为一种或几种酶及其辅酶组成的多酶反应系统,常用的有氧化酶，脱氢酶，激酶和水解酶,普遍应用于血清胆固醇，三酰甘油，葡萄糖，血氨，ATP，尿素等的检测,（三）作为诊断药物,3.器官功能诊断试剂,利用药物对器官的刺激作用检查器官功能,磷酸组胺（胃部），促甲状腺释放激素（甲状腺），甘露醇（肠道）等,4.放射性核素诊断试剂,利用放射性核素药物的器官聚集性检查器官形态,如131碘化血清蛋白检查心脏及大脑血液循环,氰钴素（维生素B12）诊断贫血,（三）作为诊断药物,5.诊断用单克隆抗体,专一性强，只针对一个抗原决定簇,可以避免多克隆抗体出现的交叉反应,用于激素测定，病毒检测，以及肿瘤分型（白血病）,第三节、生物技术药物研究与发展趋势,（一）生物技术药物发展进入蛋白质工程新时期,（二）治疗性抗体发展迅猛,（三）反义RNA药物及基因治疗,（四）小干扰RNA治疗药物,（五）基因重组疫苗,（六）细胞治疗及组织工程,（七）功能基因组学的发展,（八）动植物细胞表达复杂蛋白质,（九)生物芯片的应用,（十）生物技术药物新剂型,（一）生物药物进入蛋白质工程新时期,21世纪50%-70%的新药来自基因工程的研究,种类,商品名,IFN-1b,赛诺金，干扰灵,IFN-2a,Referon A，福康泰，来福隆，迪恩安，因特粉，贝尔芬,IFN-2b,Intron A，Rebetron，Alfatronol，Virtron，安达芬，隆化诺，,保守IFN-,Infergen,IFN-,Betaferon，Betaseron，Avonex，Redif,IFN-1b,Actimmune,IL-2,Proleukin，辛格尔，德路生，悦康仙，英路因，安特鲁克,IL-11,Neumega,EPO,Epogen，Procrit，Neorecormon，宁红欣，依普定，益比奥,GM-CSF,Leukine，里亚尔,G-CSF,Neupogen，吉粒芬,PDGF,Regranex,TNF-,Beromun,（二）治疗性抗体发展迅猛,专一性强、疗效好、毒副作用小,1986年FDA批准了第一个治疗性鼠源单抗OK-T3用于防止肾移植的超急性排斥,Genentech 公司的Avastin，Herceptin,目前研究重点：抗体人源化技术减少免疫排斥，包括嵌合抗体和人源化抗体,（三、四）反义及干扰RNA药物方兴未艾,基因突变导致疾病,抑制错误基因表达治疗疾病,反义药物就是和错误基因互补的核酸片段,乙肝结构图,（,五）基因重组疫苗的研制不断突破,疫苗在许多疾病的预防、治疗中起着其他药物无法代替的作用，特别对于缺乏有效治疗手段或无法治愈的疾病,正在进行爱滋病及20多种基因型癌症疫苗的研制，用于防治癌症、爱滋病、百日咳、乙肝等疾病。,（六）细胞治疗发展迅猛,1.异体移植,2.自体回输,（七）,目的：寻找合适的药物靶点,（八）动植物细胞表达复杂蛋白质日趋成熟,分子量大，结构复杂糖蛋白只有使用哺乳动物细胞表达系统才能生产；,动物细胞大规模培养技术已成为生物技术药物生产最关键和最具挑战性的技术,A1,A2,C2,C1,A3,N-,C-,1,1648,1649,Me,2+,741,B,B-region,80 kD 轻链,90-210 kD 区,90 kD portion,重链,B,2332,T,T,T,T,Thrombin Cleavage sites,329,380,711,2019,2173,PL Binding site,APC Binding site,vWF Binding site,Tyr-SO4,-,最复杂蛋白质药物之一-人凝血因子八结构,0,100,200,300,400,500,Intensity,正常细胞系,1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,1,63,65,67,69,71,73,787,89,91,93,95,97,Genes,0,100,200,300,400,500,Intensity,肿瘤细胞系,1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35,37,39,41,43,45,47,49,51,565,67,69,Genes,DNA,RNA,Proteins,Nucleus,Cell membrane,DNA,RNA,Proteins,Nucleus,Cell membrane,（九）基因芯片应用于药物靶点筛选,（十）生物技术药物新剂型步入临床,（口服剂型，透皮吸收剂型，PEG化）,PEG化优点：,1）延长药物半寿期 2）减少给药次数,3）增强药物活性 4）降低药物毒性,5）可提高疗效 6）减少药物的过敏反应,第四节 生物制药产业与生物经济,（一）生物制药产业的现状与问题,（二）国际生物制药巨头简介,（一）生物产业的现状与问题,全球生物技术药品快速增长,生物技术药物2006年销售突破,400亿,美元，2009年,生物技术药物,产品销售额,接近1000,亿美元,生物技术药物年增长率,15%-33%,，高于全医药行业的增长速度（10%）,生物药物高增长率归功于不断出现的,新技术，大量投资，以及政府扶持,国外生物制药行业状况,国内生物制药行业状况,*碘131I美妥昔单抗注射液”利卡汀,利卡汀*,2007,目前问题：主要销售品种仍较单一,干扰素,目前问题：美欧垄断生物药物生产,（二）全球主要的生物技术制药公司,全球生物技术公司的领头羊-安进公司(Amgen),基因技术公司(Genentech),诺和诺德公司(Novo Nordisk),Amgen（安进）,1980年创建公司，总部在美国加州洛杉矶。利用细胞学,和分子生物学的技术，研究开发高效、低副作用的治疗药物；,1989年6月重组人红细胞生成素（EPO）；1991年2月重组粒细胞集落刺激因子（CSF）；,2000年财富500强排名第455位，全球医药50强中排在21位；,目前涉足领域有：人类基因组；肿瘤生物学；神经科学,Amgen,产品列表,药物名称,有效成分,合作公司,适应疾病,Aranesp,促红细胞生成素,新的红血球生成刺激蛋白,无,各种贫血,Kineret,重组白介素-1受体拮抗剂,无,类风湿性关节炎,Epogen,促红细胞生成素,无,血液系统疾病,Infergen,干扰素-1,无,免疫系统,感染性疾病,肝脏及胆囊,Neupogen,粒细胞集落刺激因子,无,血液系统疾病,Amgen,药 物 名 称,有效成分,开发公司,合作公司,适应疾病,临床阶段,Abarelix-Depot-F,黄体荷尔蒙释放激素(LHRH),Praecis Pharmaceuticals,AmgenSanofi-Synthelabo SA-France,女性健康,2/3,Stemgen,Ancestim,干细胞因子,与Neupogen一起给药,Amgen,无,乳腺癌,NDA/BLA,癌症,移植排斥,Stemgen,Ancestim,Amgen,无,贫血,1/2,淋巴瘤,多发性骨髓瘤,Abarelix-Depot-M,(PPI-149)促黄体素释放激素（LHRH）拮抗剂,Praecis Pharmaceuticals,Sanofi-Synthelabo SA-FranceAmgen,癌症大类,NDA/BLA,研发产品列表,Amgen,药 物 名 称,有效成分,合作公司,适应疾病,临床阶段,CalCimimetiCS,口服小分子化合物，与钙受体结合，减少甲状旁腺激素的分泌,NPSPharmaceuticals,原发性和继发性甲状旁腺功能亢进症,2/3,Kera(KGF),重组上皮组织生长因子,-,治疗癌症放化疗患者重度和长期口腔粘膜炎,II期,sTNF-RI,重组可溶性肿瘤坏死因子受体-1,-,治疗中度到重度的类风湿性关节炎；,2,BDNF,一种脑源性的神经营养因子,肌萎缩侧索硬化,2,Leptin,脂肪贮存组织与下丘脑之间的信号传导蛋白,-,治疗肥胖症和2型糖尿病,2,NeuroimmunophilinS,口服有效的小分子神经营养剂,帕金森综合征,2,Osteoprotegerin(OPC),一种可抑制骨丢失的蛋白质,-,预防骨质疏松和抑制肿瘤扩散到骨组织引起的骨再吸收,1,研发产品列表,基因技术公司(Genentech),1976年成立，总部在美国加州南旧金山市，现被罗氏收购，2000年在全球医药50强中排在37位；,2007年销售额达117亿美金，利润28亿美元；公司的目标是利用人类遗传信息，研究开发、生产和销售目前难以治疗的重要疾病的治疗药物；,研究领域主要集中在肿瘤、心血管系统疾病和内分泌疾病，其中14种生物技术药物获得批准，公司自己生产并销售其中的9种产品。,Novo Nordisk（诺和诺德）,前身：诺和(Novo)公司和诺德(Nordisk)，1989年合并成为诺和诺德公司；总部设在丹麦首都哥本哈根，1993年进入中国,主要业务范围是研究和生产生物药物和工业用酶制剂,四个治疗领域：糖尿病；凝血障碍领域；人生长激素；激素替代疗法,2000年公司在全球的药品销售额为24.79亿美元，在全球医药50强中排在27位。,谢谢,