生物工程制药学

**章 绪论 **节 生物工程制药概述 一、生物制药定义 生物制药是指利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理、方法与技术进行加工、制造，用于疾病预防、诊断、治疗和康复保健制品的过程。随着生物技术的发展，有目的、人工制得生物原料已成为当前生物制药原料的主要来源。目前生物制药已成为医药产业发展的主要方向，符合发展低碳经济及产业结构调整的社会需要。 二、生物制药发展简史 1.世界生物制药工业发展简史 1975年，Kohler和Milstein将小鼠骨髓瘤细胞和绵羊红细胞免疫的小鼠脾B淋巴细胞进行融合，形成的杂交细胞既可产生抗体，又可无限增殖，从而创立了单克隆抗体杂交瘤技术。这一技术上的突破不仅为医学与生物学基础研究开创了新纪元，也为临床疾病的诊、防、治提供了新的工具，揭开了抗体工程的序幕。 1977年，Hirose和Itakura等在Science杂志上发表他们对哺乳动物生长抑素（somatostatin，含14个氨基酸残基的多肽）的研究结果。他们用化学方法合成哺乳动物生长抑素基因，利用基因工程方法与β-半乳糖苷酶基因融合，并重组到pBR322上，在大肠杆菌中表达成功。这也是人类**次用基因工程方法生产出有药用价值的产品，标志着基因工程药物开始走向实用阶段，揭开了生物工程制药的新篇章。 1978年重组人胰岛素在美国研究成功，1982年美国和英国批准使用DNA重组人胰岛素，美国Elililly公司取得生产基因工程胰岛素的证书（商品名为Humulin）；1979年又宣告人生长激素用基因工程法研制成功。1980年初人干扰素基因也在大肠杆菌中表达成功；1982年欧洲首次批准应用抗球虫病的DNA重组动物疫苗；1986年人a-干扰素在美国投入市场，其后重组γ-干扰素也在欧洲获准上市；1987年，乙肝疫苗和组织纤溶酶原激活剂（tPA）在美国上市；1989年，β-干扰素在日本投放市场，随后，在美国、日本和欧洲各国各种基因工程药物被广泛研究，特别是人生长激素、EPO、a-干扰素、IL2、M-CSF、G-CSF、GM-CSF等。从1995～1999年，美国食品与药品安全管理局（简称FDA）已批准了近30种生物技术药物。这些药物广泛应用于临床，使众多患者受益。2003～2008年全球上市新活性物质和新化学实体为174个，平均每年29个，其中属于生物制药领域的新药有34个，主要为疫苗、抗肿瘤药物、抗体药物等。 目前，世界上已有生物技术制药公司2000多家，多数诞生于美国，其余在欧洲、日本，还有少数分布在其他国家。我国从事生物技术的公司大约有200多家，基因工程药物和疫苗销售额1996年为2.2亿元，1998年增至7.2亿元，2000年达到22.8亿元，其中干扰素所占比例*高，其次为乙肝疫苗、白细胞介素-2。生物工程制药史上主要大事记如下。 1977年**次在细菌中表达人类基因，并于次年在大肠杆菌中成功表达基因重组人胰岛素。 1982年美国FDA批准了**个基因重组生物制品——胰岛素（Humulin）上市，揭开了生物制药的序幕。 1984年嵌合抗体技术创立。 1986年人源化抗体技术创立；**个治疗性单克隆抗体药物（OrthocloneOKT3）由美国FDA批准上市，用于防止肾移植排斥；**个基因重组疫苗（乙肝疫苗，Recombivax2HB）在美国上市；**个抗肿瘤生物技术药物a2A干扰素（IntronA）在美国上市。 1987年**个用动物细胞（CHO）表达的基因工程产品重组tPA经美国FDA批准上市，主要用于治疗血栓性疾病。 1989年美国FDA批准重组人红细胞生成素（rhEPO）上市，1991年其成为临床上治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血和治疗肿瘤化疗后贫血*畅销的新药。 1994年**个基因重组嵌合抗体ReoPro上市。 1997年**个肿瘤治疗的治疗性抗体Rituxan上市，**个组织工程产品——组织工程软骨Carticel上市。 1998年**个（也是目前唯一一个）反义寡核苷酸药物（Vitravene）上市，用于AIDS患者由巨细胞病毒引起的视网膜炎的治疗；Neupogen成为生物技术药物中的**个重磅炸弹（年销售额超过10亿美元）；首次分离培养了人胚胎干细胞。 2000年人类基因组草图绘就。 2001年靶向药物获准上市。 2004年中国批准了**个基因治疗药物——重组人p53腺病毒注射液。 2005年，美国FDA药品安全部门正式成立。 2006年首个非注射给药的胰岛素剂型胰岛素吸入剂（Exubera）获得FDA批准，同年中国SFDA批准肿瘤病毒基因药物重组人5型腺病毒注射液（商品名为安柯维）上市。 2007年首个获得FDA批准的新的抗反转录药物是辉瑞公司的CCR5受体阻滞剂（Selzentry）。 2009年由中国北京科兴生物制品有限公司生产的甲型H1N1流感病毒裂解疫苗获批投入使用，这是全球首个获得生产批号的甲型H1N1流感疫苗。 2010年辉瑞公司推出肺炎球菌13价联合疫苗（Prevnar13），可预防13种婴幼儿肺炎链球菌疾病。 2.我国生物制药发展史 我国的生物制药在新中国成立前基本处于萌芽状态，主要有上海的杨氏药厂和广州的明兴药厂，产品主要有口服水解蛋白、维他赐保命（男用、女用）、肝注射液、狗肝注射液、垂体后叶注射液及胃蛋白酶制剂等，由于特殊历史原因，无法正常生产。杨氏药厂在1958年更名为上海生化制药厂，成为新中国**家专业制药厂。到1988年我国生化药物的工业总产值达4.99亿元，约比1978年的1.22亿元翻了两番。20世纪90年代以后，生物技术药物的崛起、多种所有制生物制药企业兴起，标志着生物制药行业进入一个蓬勃发展的时代。 目前我国有生物制药企业300余家，涉及基因工程技术的不到100家，已取得生产基因工程药物试生产和正式生产文号的约50家。 据历史资料，1980年我国生化制药工业产值只占全国医药工业产值的2.3%，到2000年，增加到3.6%，发展速度似乎并不快，自2002年开始增速，平均年增速达到7.8%。 我国已批准上市的生物技术药物有IFN-a1b、IFN-a2a、IFN-a2b、IFN-γ、IL-2、IL-2-125Ser、G-CSF、GM-CSF、SK、EPO、EGF、EGF衍生物、b-EGF、胰岛素、GH、TPO、TNF衍生物、抗IL-8单抗乳膏剂、胸苷激酶基因工程细胞制剂、乙肝疫苗、痢疾疫苗等。其中，IFN-a1b和痢疾疫苗是我国自行研制的品种，其余均为仿制品种。2010版《中华人民共和国药典》共收载与生化药直接有关的品种有76种（多肽、蛋白类14种，氨基酸及其衍生物29种，核苷酸及其衍生物11种，多糖类6种，脂类2种，酶及辅酶类14种），其中新增10种，标准有189个，其中新增31个；重组药物有33个标准收入2010版《中华人民共和国药典》，其中新增11个：重组人a2b-干扰素栓、重组人a2b-干扰素滴眼液、重组人a2b-干扰素凝胶、重组人a2b-干扰素软膏、重组人a2b-干扰素喷雾剂、重组人表皮生长因子凝胶、注射用重组人白细胞介素-2、注射用重组人a2b-干扰素、重组牛碱性成纤维细胞因子凝胶、重组人白细胞介素-2注射液和重组人a2b-干扰素乳膏。 生物医药产业是生物技术产业发展*快的领域；生物医药作为新兴产业已经在发达国家基本形成；跨国公司纷纷投资生物医药，随着生物技术药物在临床治疗上的重要地位和销售额高速增长，正在形成化学药、生物药、中药三足鼎立的格局。 三、生物工程制药的性质与任务 1.性质 生物工程制药是指利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学等相关学科的原理、方法及技术进行加工、制造用于疾病预防、诊断、治疗和康复保健制品的一门学科。生物工程制药是药学及其相关专业的重要专业基础课程，同时又是一门理论性、实践性极强的学科，具有广泛应用，且发展迅速，是高等医药院校和生物类及其相关专业必开的一门重要基础课或专业基础课，是现代高新生物技术的理论与技术基础，也是生物制药工程研究的热点和重点，所以本书重点讲述生物工程制药在生物制药工程领域的应用和发展。 2.任务 我国经济社会发展的需要，特别是国际金融危机、制药相关企业转型升级的需要、满足战略性新兴产业发展对人才的需求，赋予了生物制药学新的任务：为培养具有一定人文社会科学和自然科学基本理论知识，**的专业基础理论和实践能力，有较强的生物制药理论基础与实践技能，具有创新意识，能在生物医药、生物制品及相关领域从事生产、质控、研发工作，并具有一定营销、管理等知识的高级复合型专门人才，做出积极的贡献。 第二节 生物药物的来源、特点与分类 一、生物药物的来源 以天然的生物材料为主，包括人体、动物、植物、微生物等。随着生物技术的发展，有目的人工制得的生物原料为当前生物制药原料的重要来源，如用免疫法制得的动物原料、用基因工程技术制得的微生物或其他细胞原料等。 二、生物药物的特点 1.生物药物的特点 （1）药理学特点 生物药物往往是生物体体内原先就已经存在的生物活性物质，这些物质也是生命活动中重要的、不可缺少的物质，具有较高的药理活性；在临床使用时具有较强的针对性和特异性，治疗的生理、生化机制清晰合理，疗效可靠，因此副作用小，特别是有些物质直接或间接来源于人体，在使用中不易产生过敏性事件。 （2）理化特点 由于生物药物来源的特殊性，它们在生物体内的天然含量往往较低，甚至极低，增加了制备工艺的复杂性；生物药物多为大分子药物，组成结构较复杂，稳定性较差，对环境的变化较敏感，易受影响，其生物学活性常常由于环境条件的变化而丧失，故其分离纯化需要在特定环境条件下进行，增加工艺成本；其存放条件和保质期也因其理化特点而受影响，由于生物药物的原料及产品常为高营养物质，易受微生物或相应生物酶的影响，使得生物药对原料的选择、存放、工艺过程、储存和运输以及使用等多个环节对低温和无菌操作有严格要求。为保证制品的质量，对制造管理必须有严格的管理要求，即优质的产品规范（good manufacturing practice），简称GMP质量管理要求。 2.生物技术药物的特点 （1）结构确证不完全 生物技术药物的活性不仅与其一级结构有关，更主要取决于其空间结构。但由于其一般分子质量较大，空间结构复杂，因此现有的分析方法和手段并不能完全确认其化学结构。 （2）种属特异性 生物技术药物的作用靶点主要是受体或抗原表位。由于不同种属的动物的同类受体在结构或功能上可能存在差异，会导致生物技术药物可能在某种生物体内具有生物活性，而在另一种生物体内没有活性。另外，不同种属的动物对同一生物技术药物也可能表现出不同的反应，甚至，同一药物对同一生物体不同生理状态也表现出不同的生物学活性。这些都是生物技术药物需要采用相关动物来进行安全性评价的主要原因。 （3）多功能性 在同一生物体内，生物技术药物的受体可能广泛分布，从而产生广泛的药理活性和毒性作用，这也是生物技术药物临床前安全性评价关注的重点内容之一。 （4）免疫原性 许多生物技术药物为异源大分子，对试验动物而言常常具有免疫原性，会使受试动物产生免疫反应。 三、生物药物的分类 生物药物通常根据其化学特性、来源和制造方法，以及生理功能和临床用途，三个方面综合考虑进行分类。现代的生物药物可分为以下4类。 1.