藥學中的生物技術和方法生物制藥ppt課件

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I Biotechnologyforpharmaceuticalmanufacturing 1 WhatisBiotechnology Theuseofcells suchastissuesormicroorganisms orbiologicalsubstances suchasenzymes toperformspecificindustrialormanufacturingprocesses Applicationsincludetheproductionofcertaindrugs synthetichormones andbulkfoodstuffsaswellasthebioconversionoforganicwaste 2 生物技術藥物 I 生物技術藥物是指利用基因工程和細胞工程技術生產(chǎn)的源自生物體內(nèi)的天然物質(zhì) 用于臨床診斷 治療或疾病預防 相對于傳統(tǒng)合成藥物 生物技術藥物有著突出的療效和社會效益 特別應用于嚴重威脅人類健康的重大疾病的治療 如遺傳性疾病 癌癥 糖尿病等 3 生物技術藥物 II 傳統(tǒng)生物技術制藥 MedicalBiologicalProducts 用生物發(fā)酵方法產(chǎn)生藥物 如抗生素 維生素 氨基酸 藥酒等直接從動物及動物毒素制作的免疫制劑 如疫苗等中藥加工工藝加工成的藥材 俗稱 生藥 和中成藥等 生化制藥 BiologicalDrugs 從生物 多指動物 的組織或分泌物 中提取有效藥用成份 如氨基酸 肽類 核酸類 酶類等現(xiàn)代生物制藥 Biopharmaceuticals 以基因工程技術為基礎的的生物制備技術 主要包括 基因重組多肽 蛋白質(zhì)類基因藥物 如基因疫苗和反義藥物等干細胞制劑 4 魏于全院士 生物治療和生物技術藥物研發(fā)進展 RMB 9000 5 6 2015NatureBiotechnology 十大最賺錢的生物技術藥物 7 8 2015生物技術藥物行業(yè)趨勢 小公司的研發(fā)投入大并成功率高 生物技術新藥全球同步臨床試驗 表觀遺傳學和大數(shù)據(jù)醫(yī)學 五年內(nèi)潛在市場價值超過7 8億美元 臨床組學和個性化醫(yī)療 十年內(nèi)成為日常醫(yī)務活動 基因治療技術的復興 巨大成功潛力 CRISPR Cas9基因編輯技術 腫瘤免疫治療 單抗和基因工程細胞治療 納米靶向治療方法 合成生物學 生物仿制藥 9 我國生物技術藥物 現(xiàn)代生物制藥 是高新技術產(chǎn)業(yè) 知識經(jīng)濟 的支柱產(chǎn)業(yè)之一2010年 國務院就發(fā)布 關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定 要求大力發(fā)展用于重大疾病防治的生物技術藥 新型疫苗和診斷試劑等生物產(chǎn)業(yè)2012年生物制藥實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值1852 7億元 同比增長20 5 10 現(xiàn)狀 深陷囧境 中國生物藥市場總額僅占全球的2 在國內(nèi)整體醫(yī)藥市場的比重近五年來一直停留在 5 生物仿制藥多 自主和尖端產(chǎn)品少原創(chuàng) 6類9支21個規(guī)格 僅占5 5 全部13類25支382個規(guī)格僅在低端 制備工藝相對簡單的疫苗 細胞因子等領域占據(jù)一席之地 而在單克隆抗體類藥物等高端產(chǎn)品甚少 由于各種原因 中國在生物制藥方面的投入很多都 打了水漂 2014年 基因工程與生物技術新聞 GEN 中國以1600億美元的研發(fā)支出位列亞洲第一 11 中國生物醫(yī)藥業(yè)創(chuàng)新不夠是最大弱點 基礎薄弱 各自為戰(zhàn)科研機構與企業(yè)之間的聯(lián)系不夠缺乏研發(fā)人才和熟練技術人員研發(fā)投入急功近利歐美國家經(jīng)驗 需要長期 集中的投入 實驗室設備齊全 人員相對固定 研發(fā)方向相對集中 堅持不懈 才可能有創(chuàng)新突破 成果轉化不足政策制約讓企業(yè)和研發(fā)機構不愿在新藥上冒險 導致一哄而上做生物仿制藥 12 桑國衛(wèi)院士 目前我國醫(yī)藥創(chuàng)新面臨的五大關鍵問題 在科學監(jiān)管方面 臨床準入時間長 過程管理薄弱 新藥注冊綁定生產(chǎn)許可 源頭創(chuàng)新能力和轉化能力不強 研究平臺與先進生產(chǎn)力聯(lián)盟作用有待發(fā)揮 私有資本不愿投入 早期研究支持不足 招標采購周期長 流程不一 創(chuàng)新藥無法及時進入醫(yī)?；蛘袠瞬少從夸?知識產(chǎn)權保護機制不完善 2015 7 蘇州 專業(yè)信息引領中國藥企創(chuàng)新與國際化 第二屆湯森路透中國制藥行業(yè)大會 13 桑國衛(wèi)院士 2015 2030生物技術領域展望 十二個前沿重大技術 科技部 十三五 新藥專項生物藥重點發(fā)展領域 新型抗體 Antibody DrugConjugates 新型疫苗 免疫治療 基因治療 非編碼基因及精細基因組干細胞與器官再生腦科學與神經(jīng)科學細胞衰老與調(diào)控蛋白影像技術合成生物學細胞治療與基因治療抗體工程與新型抗體生物大數(shù)據(jù)復方中藥代謝組學與中藥現(xiàn)代化表觀遺傳學以及轉化醫(yī)學與健康 14 Key 1ofBiotechnology biotransformation Theuseofenzymes employedeitherasisolatedenzymes crudeproteinextractsorwholecells forthetransformationofnon naturalorganiccompoundsThetrendofapplyingnaturalcatalyststotransformnon naturalorganiccompoundswasenhancedbytherecommendationoftheFDA guidelines 1992 withrespecttotheuseofchiralbioactiveagentsinenantiopureform 15 生物技術藥物的過程 原料和前體 生物反應器 分離純化 產(chǎn)品保存 基因工程菌株 生物酶 原始菌株 動植物組織 基因工程細胞株 16 17 PreparationofL homocysteine homocysteine Adenosine SAHhydrolase Adenosyl L homocysteineAdenosineS homocysteine L homocysteine Inosine SAHhydrolaseAdenosinedeaminase Adenosyl L homocysteine HPLC Inosine L homocysteine HPLC 18 Enzymeforbiotransformation Therearemanyenzymeswhichareverystrictlyboundtotheirnaturalsubstrate s Theyplayanimportantroleinmetabolismandtheyaregenerallynotapplicableforbiotransformations Ontheotherhand animpressivenumberofbiocatalystshavebeenshowntopossessawidesubstratetolerancebykeepingtheirexquisitecatalyticpropertieswithrespecttochemoregionand mostimportant enantio selectivity 19 Key 2 GeneTech RecombinantDNAtechnologyIn1973 thefirstgenetransferintoEscherichiacoli Byusingmolecularbiologicalmethods specificgeneistransferredinmicrobes animalandplantcellsinorderto ImprovementofyieldandproductivityProductionofnovelcompoundsExtensionofsubstraterangeDevelopmentofnovelbiosyntheticroutesthatmayreplacechemicalsynthesisroutesImprovementofcellularproperties 20 Metabolicengineering Theimprovementofcellularactivitiesbymanipulating EnzymaticactivityTransportpropertiesRegulatoryfunctions 21 SyntheticBiology 合成生物學是生物學領域的工程 將以生物學為基礎或者由生物學激發(fā)的復雜系統(tǒng)綜合化 展示出自然界中不存在的功能 能夠以理性化和系統(tǒng)化的方式進行 生物系統(tǒng) 的設計 合成生物學家們已經(jīng)將這項技術用在生物燃料 疫苗和抗體 植物 工業(yè)酶和生物基化學品等領域的開發(fā) Implications Improvingtheunderstandingofexistingbiologicalsystemsthroughreverseengineering Couldresultinthethirdindustrialrevolutionoverthenext50years 22 Cont Syntheticbiologyinarationalway ReducebiologicalsystemstotheircomponentpartsBuildnovelsystemsorrebuildexistingonesCreatingnewfunctionsfromnewcombinationsofcomponentpartsSyntheticbiologycanprovidenewprocessesforproducingchemicalsanddrugsTheuseofayeastcellsystemtransformedwithanewenzymepathwaytoproduceArtemisininprecursor 23 警告 科學家要有文化和倫理 克服醫(yī)生的 上帝情結 抑制化學家生產(chǎn) 新物質(zhì) 的沖動 我們手握巨大能力 24 營造學社 的建筑科學觀 本社命名之初 本擬為 中國建筑學社 顧以 建筑 本身 雖為吾人所欲研究者最為重要之一端 然若專限于建筑本身 則其于全部文化之關系 仍不能彰顯 夫所以為研求營造學者 豈徒為材木之輪奐 足以炫耀耳目而已哉 吾民族之文化進展 其一部分寄之于建筑 朱啟玲 梁思成和林徽因 25 旗幟鮮明的反對轉基因農(nóng)業(yè) 黃金大米飯配綠菜花 咖喱牛肉牛腩飯 抗癌食品 鮭魚籽蒸米飯 養(yǎng)顏護膚 胡蘿卜素含量 26 溫嶺殺醫(yī)慘案和 空鼻癥 27 Key 3 IndustrialBioreactors Inlaboratory Smallreactors spinnerorshakeflasksIndustrialbioreactorsLargesizeExacerbatedturbulenceintensityandlocalshearforcesCausesstresstothemicro organismsandcells HigherheterogeneityofthecultivationmediumNormallyuseimmobilizedbiocatalysts 28 Methodsofcellimmobilization Matrix support cell gel immobilizedgel cross linkingreagent 29 Methodsofenzymeimmobilization microbox microbox enzyme 30 Methodsofenzymeimmobilization covalentlinking Matrix bead enzyme 31 32 33 手性氨基酸的酶合成舉例 34 35 36 微波殺青和植物藥材的前處理 利用微波快速加熱的特性 使原料在短時間 3 5分鐘 內(nèi)升溫滅活細胞內(nèi)的酶系統(tǒng) 并在細胞表面產(chǎn)生微孔 節(jié)能和自動化程度高 微波殺青的茶葉色澤青翠 形狀完好 茶香清新 37 Key 4 Lyophilization冷凍干燥技術 Moreorlessconsideredalaboratorycuriosityuntiltheendofthe1930sSirErnstBorisChain NobelLaureate appliedfreeze dryingforthefirsttimeforthepreservationofpenicillinAroutinetechnologyforthepreparationof VaccinesBloodplasmaandplasmafractionsOtherthermo labileproducts 38 Lyophilizersetup Samplechamber Samples Shelf Condenser Vacuumpump 39 40 41 42 本節(jié)思考題什么是生物技術和生物技術藥物生物技術的核心和關鍵技術是什么 什么是酶的底物兼容性 生物制備對酶特性的要求有那些 什么是基因工程 什么是代謝工程改造 什么是合成生物學 在制藥 醫(yī)學和有機合成方面的應用和影響是什么 詳細說明青蒿素的現(xiàn)代生物合成方法工業(yè)生物反應器和實驗室生物反應器的異同有哪些 什么是冷凍干燥 為什么冷凍干燥技術是生物技術產(chǎn)品制備的基本關鍵技術 冷凍干燥的原理和技術要點是什么 什么是固定化酶 細胞 有那些方法 酶 細胞固定化的優(yōu)缺點是什么 43