生物技术制药.ppt

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第二章生物药物概论,第二章生物药物概论,第一节生物药物的来源、特性、分类与制备第二节人体来源的药物第三节动物来源的药物第四节植物来源的药物第五节海洋生物药物,第一节生物药物的来源、特性、分类与制备,蛋白质、酶、核酸、激素、抗体、细胞因子等与代谢相关的物质都可能成为药物。

一、来源1、生物药物的定义：

生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用物理学、化学、生物化学、生物技术和药学等学科的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。

一、来源,2、生物药物的原料来源生物药物原料以天然的生物材料为主，包括人体、动物、植物、微生物和各种海洋生物等。

随着生物技术的发展，有目的人工制得的生物原料成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、生物药物的特性,1、药理学特性

（1）治疗的针对性强治疗的生理、生化机制合理，疗效可靠。

如细胞色素c为呼吸链的一个重要成员，用它治疗因组织缺氧所引起的一系列疾病，效果显著。

（2）药理活性高生物药物是精制出来的高活性物质，因此具有高效的药理活性（3）毒副作用小，营养价值高（4）生物副作用常有发生,二、生物药物的特性,2、在生产、制备中的特殊性

（1）原料中的有效物质含量低：

杂质种类、含量高，提取、纯化工艺复杂。

（2）稳定性差：

活性部位与空间构象的理化影响因素（3）易腐败：

由于生物药物原料都是营养价值高的物质，因此对活性及无菌操作等要求严格,二、生物药物的特性,（4）注射用药有特殊要求：

生物药物由于易被胃肠道中的酶所分解，所以给药途径主要是注射用药，因此对药品制剂的均一性、安全性、稳定性、有效性等都有严格要求。

同时对其理化性质、检验方法、剂型、剂量、处方、贮存方式等亦有明确的要求。

二、生物药物的特性,3、检验上的特殊性由于生物药物具有特殊的生理功能，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。

三、生物药物的分类,生物药物的分类方法有以下三种：

1、按药物的化学本质和化学特性来分；2、按原料来源来分类；3、按生理功能和临床用途来分类,1、按药物的化学本质和化学特性来分；,生物药物的有效成分多数是比较清楚的，因此有利于比较一类药物的结构和功能的关系、分离制备方法的特点和检测方法的统一等。

主要有：

（1）氨基酸及其衍生物类药物；

（2）多肽和蛋白质类药物；（3）酶和辅酶类药物：

酶类按其功能分为消化酶类、消炎酶类、心脑血管疾病治疗酶类、抗肿瘤酶类、氧化还原酶类等，一部分辅酶亦属于核酸类药物。

（4）核酸及其降解物和衍生物类药物；,（5）糖类药物：

以粘多糖为主；（6）脂类药物：

主要有脂肪和脂肪酸类、磷脂类、胆酸类、固醇类、卟啉类等；（7）细胞生长因子类；（8）生物制品类：

从微生物、原虫、动物或人体材料直接制备或用现代生物技术、化学方法制成作为预防、治疗、诊断特定传染病或其他疾病的制剂，统称为生物制品,2、按原料的来源分类,按原料来源分类，有利于对不同原料进行综合利用、开发研究。

对于生物技术药物来说，不同原料来源的生物药物对生物技术的要求有所不同。

分类如下：

（1）人体组织来源的生物药物：

主要有人血液制品类、人胎盘制品类、人尿制品类；

（2）动物组织来源的生物药物：

动物的脏器、其他小动物制得的药物如蛇毒、蜂毒等。

（3）植物组织来源的生物药物：

中草药、有效成分；（4）微生物来源的药物：

抗生素、酶、氨基酸、维生素等；（5）海洋生物来源的药物；,3、按生理功能和用途分类,生物药物广泛用作医疗用品，在医学、预防医学、保健医学等领域都发挥着重要作用，大致分四类：

（1）治疗药物：

对疑难杂症如肿瘤、爱滋病、免疫性疾病、内分泌障碍等具有特殊的作用；

（2）预防药物：

对传染病的预防；（3）诊断药物：

免疫诊断试剂、单克隆抗体诊断试剂、酶诊断试剂、放射性诊断药物和基因诊断药物等；某些生物活性物质亦是检测疾病的指标，如谷草转氨酶等；（4）其它生物医药用品：

生物药物在其他方面应用也很广泛：

如生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料等。

四、生物药物的制备,生物药物的提取与分离方法因为原材料、药物的种类和性质不同而有很大差异。

这里作简要介绍：

1、生物药物原料的选择、预处理与保存方法；2、生物药物的提取；3、蛋白质类药物的分离纯化方法；4、核酸类药物的分离纯化；5、糖类药物的分离纯化方法,6、脂类药物的分离纯化方法；7、氨基酸类药物的分离纯化方法,1、生物药物原料的选择、预处理与保存方法,

（1）原料选择选择原则主要为：

有效成分含量高、原料来源丰富，易得；原料中杂质含量少；原料成本低等；另外植物原料采收具有季节性、微生物原料要注意微生物生长的对数期、动物原料有的要注意动物的年龄与性别。

（2）原料的预处理与保存：

动物原料采集后要立即处理，去除结缔组织、脂肪组织等，并迅速冷冻贮存。

植物原料确定后，要择时采集并就地去除不用的的部分，有用部分保鲜处理，收集微生物时要及时将菌细胞与培养液分开，进行保鲜处理。

1、生物药物原料的选择、预处理与保存方法,原料的保存方法主要有：

（1）冷冻法，该法适用于所有生物原料。

常用-40速冻。

（2）有机溶剂脱水法。

常用的有机溶剂是丙酮。

该法适用于原料少而价值高、有机溶剂对活性物质没有破坏作用的原料，如脑垂体等。

（3）防腐剂保鲜。

常用乙醇、苯酚等。

该法适用于液体原料，如发酵液、提取液等。

2、生物药物的提取,

（1）生物组织和细胞的破碎常用的破碎方法一是磨切法，使用的设备有组织捣碎机、胶体磨、匀浆器、匀质机、球磨机、乳钵等；二是压力法，有加压和减压两种；三是反复冻融法，该方法设备简便，活性保持好，用时较长；四是超声波振荡破碎法，该法破碎效果较好，对活性有损失；五是自溶法或酶解法，用得较少。

2、生物药物的提取,

（2）提取生物组织与细胞破碎后要立即进行提取。

提取时，首先要根据活性物质的性质，选择提取试剂。

提取试剂主要有：

水、缓冲溶液、盐溶液、乙醇、其他有机溶剂（如氯仿、丙酮等）。

其次是考虑提取溶剂的用量及提取次数、提取时间。

三是注意提取的温度、pH、变性剂等因素。

3、蛋白质类药物的分离纯化方法,所说的蛋白质类药物包括蛋白质、多肽和酶类等药物。

分离纯化方法主要有：

（1）沉淀法蛋白质、酶的初步纯化往往用沉淀法。

其原理是使蛋白质胶体颗粒破碎，从而沉淀蛋白质。

常用的有盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、与靶物质结合沉淀法（如抗原抗体）等。

（2）按分子大小分离的方法有超滤法和透析法（即膜分离法）、凝胶层析法、超速离心法等。

其中膜分离法可用于生物大分子的浓缩、分级和脱盐。

3、蛋白质类药物的分离纯化方法,（3）按分子所带电荷进行分离的方法氨基酸、多肽、蛋白质、酶均为两性电解质。

根据它们的等电点不同，调节pH值进行交换、电泳、等电聚焦法等。

（4）亲和层析法大部分生物活性物质都有其作用的靶物质，如酶与底物（或抑制剂）、抗原与抗体、激素与受体等。

书中提到的疏水相互作用层析方法以及很多其它书中未提到的方法也可以进行蛋白质分离和纯化。

4、核酸类药物的分离纯化方法,核酸类药物生产方法主要有提取法和发酵法。

提取法生产DNA和RNA的主要技术是，先提取核酸和蛋白质复合物，再解离核酸与蛋白质，然后分离RNA与DNA。

发酵法主要用于生产单核苷酸。

5、糖类药物的分离纯化方法,

（1）提取方法非降解法适用于从含一种粘多糖的动物组织中提取粘多糖，提取采用的溶剂是水或盐溶液。

降解法适用于从组织中提取结合比较牢固的粘多糖。

如从软骨中分离提取硫酸软骨素，就是用碱处理进行降解。

又如用酶处理法可提取与蛋白质结合的多糖,5、糖类药物的分离纯化方法,

（2）分离方法常用的分离方法是沉淀法和离子交换层析法。

乙醇沉淀法是从提取液中沉淀多糖最简易方法，也适用于分级分离。

45倍体积的乙醇可以使任何结缔组织中的粘多糖完全沉淀。

用季铵化合物也可沉淀粘多糖。

粘多糖的聚阴离子能与某些阳离子表面活性剂结合成不溶于水的盐，如CTAB等离子交换层析法。

粘多糖的聚阴离子能够很快地被阴离子交换剂吸附和分离，如DowexI-X2离子交换树脂、DEAE-离子交换纤维素等。

洗脱可用NaCl溶液进行梯度洗脱。

6、脂类药物的分离纯化方法,

（1）提取方法：

脂类自然状态下是以结合形式存在的。

非极性脂是与其他脂质分子或蛋白分子的疏水区相结合的。

提取脂质药物就是要选择适当的溶剂来破坏这种结合键，将脂质溶解出来。

常用的溶剂有组合溶剂，醇是其中的主要成分，此外还有氯仿、甲醇、水等。

6、脂类药物的分离纯化方法,

（2）纯化方法：

沉淀法：

由于不同脂质在丙酮中溶解度不同，故常用它进行沉淀；吸附层析法：

常用吸附剂有硅胶、氧化铝等。

它是通过极性和离子力等把各种化合物结合到固体吸附剂上。

洗脱一般用极性逐渐增大的洗脱液来进行，非极性的先流出；离子交换层析法：

脂质分子的存在有非解离、两性离子和酸式解离三种状态，根据它们在一定pH条件下解离情况，选择适当的离子交换剂可将它们提纯，如TEAE-纤维素对分离脂肪酸和胆汁酸等特别有效。

7、氨基酸类药物的分离纯化方法,

（1）氨基酸的生产方法蛋白质水解法：

酸水解、碱水解和酶水解三种。

用盐酸水解为常用方法，其优点是水解迅速完全，产物全部是L-型氨基酸，缺点是色氨酸全部被破坏，丝氨酸等部分被破坏；碱水解较容易产生消旋作用，较少应用。

酶水解法水解不够完全。

发酵法：

发酵法主要是选育特异产生某种氨基酸的菌株，经过发酵后，从培养液中提纯氨基酸。

（1）氨基酸的生产方法,化学合成与酶促合成法：

化学合成法一般得到的是DL-型氨基酸，尚需要对异构体拆分；酶促合成法也是酶工程在医药工业上应用的一个内容，优点是技术工艺简单，转化率高，副产物少，容易提纯等。

（2）氨基酸的分离方法,常用的氨基酸分离提纯方法有沉淀法、吸附法和离子交换法。

沉淀法；根据形成沉淀的原理不同分为两种：

一种是依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异进行分离。

另一是用特殊试剂沉淀某种氨基酸，如用邻二甲苯-4-磺酸与亮氨酸形成不溶性盐沉淀，再用氨水分解，使亮氨酸游离出来。

吸附法；这是利用吸附剂根据氨基酸吸附力的差异进行氨基酸分离的方法。

苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的分离就是利用活性碳对其吸附的原理,

（2）氨基酸的分离方法,离子交换法：

氨基酸是两性电解质，在一定pH条件下，不同氨基酸带电性质及解离状态是不同的，因此在离子交换剂上被吸附的强度不同。

常用的离子交换剂为强酸型阳离子交换树脂，洗脱主要用pH梯度洗脱。

第二节人体来源的药物,一、人体来源药物的特点与研究意义二、人体来源药物的种类与用途三、人体来源药物的制备实例四、人体药物的研究前景,一、人体来源药物的特点与研究意义,1、人体来源的生物药物特点

（1）安全性好：

需要保证来源于健康人

（2）效价高，疗效可靠；因为纯度高（3）稳定性好：

可以加工成冻干试剂，10以下可保存2年以上，利于运输、贮存和使用2、研究意义

（1）资源的有限性：

人体来源是有限的

（2）意义：

从药学角度研究清楚人体来源的结构和功能，对于使用现代生物技术生产药物具有重大意义，如胰岛素的生产。

二、人体来源药物的种类与用途,1、人血液制品：

全血制品、血液成分制品、血浆成分制品和体液细胞内成分制品等。

血液成分制品包括红细胞、白细胞、血小板和血浆。

这类成分主要通过离心、过滤技术获得。

（1）红细胞制剂：

凡在需要提高血液携氧能力和补充血红蛋白，而又不需要补充维持血容量的场合，均可输用“压积红细胞”等红细胞制剂。

压积红细胞、少含白细胞的压积红细胞、冰冻贮藏红细胞。

1、人血液制品,

（2）白细胞浓缩液：

输注白细胞疗法，一般在肿瘤病人经细胞药物治疗后，处于骨髓细胞抑制期间遭受感染且各种抗菌素治疗无效情况下采用，疗效显著。

白细胞（粒细胞）成分需用单采粒细胞技术自供血者血循环中采集。

用过滤法或离心法得到的细胞存活率均较低。

改进的连续离心法可将粒细胞得率提高一倍。

注意输注HLA组织抗原相溶的白细胞，离体白细胞的保存问题，白细胞是IFN的重要原料（一般是将抗凝后的全血离心，然后取出白细胞层）。

1、人血