1、第三篇第三篇 重要生物制重要生物制药制造工艺药制造工艺生物工程教研室生物工程教研室刘静霆刘静霆 本门课程由以下三大部分内容组本门课程由以下三大部分内容组成成基础篇：生物制药工艺基础基础篇：生物制药工艺基础1技术篇：技术篇： 生物分离工程技术生物分离工程技术2品种篇：重要生物药物制造工艺品种篇：重要生物药物制造工艺3生物药物的类别生物药物的类别（一）天然生物药物（一）天然生物药物 1.1.微生物药物微生物药物 microbil medicine 2.生化药物（含海洋药物）生化药物（含海洋药物） Biochemical medicine（Marine medicine）（二）生物技术药物（新生物制
2、品）（二）生物技术药物（新生物制品） 1.DNA1.DNA重组药物（重组药物（DNA recombinant medicine）基因工程与蛋白质工程药物基因工程与蛋白质工程药物 2. 2. 基因药物基因药物（三）合成或半合成生物药物（三）合成或半合成生物药物(书书P11页页)生物药物的类别生物药物的类别基因工程基因工程(genetic engineering)(genetic engineering)是将不同来源的基因是将不同来源的基因(DNA(DNA分子分子) )，按预先设计的蓝图，按预先设计的蓝图， 在体外在体外构建杂种构建杂种DNADNA分子，分子， 然后导入活细胞，然后导入活细胞， 以
3、改变生物原有的遗传以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、特性、获得新品种、 生产新产品。生产新产品。蛋白质工程蛋白质工程(protein engineering)(protein engineering)是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。屏蔽效应屏蔽效应ABC延长半衰期延长半衰期降低免疫原性降低免疫原性提高溶解度提高溶解度PEGPEG化技术原理化技术原理第三章第三章 生化药物制造工艺生化药物制造工艺生化药物的定义、分类
4、、特点生化药物的定义、分类、特点定义定义：具体运用生物化学研究方法，具体运用生物化学研究方法，从生物体中经提取、分离、纯化等手从生物体中经提取、分离、纯化等手段获得的天然存在的生化活性物质或段获得的天然存在的生化活性物质或将上述这些物质加以结构改造或人工将上述这些物质加以结构改造或人工合成创造出的自然界没有的新的活性合成创造出的自然界没有的新的活性物质，通称生化药物物质，通称生化药物( (Biochemical medicine)。酶类药物酶类药物辅酶类药物辅酶类药物核苷酸与核酸类药物核苷酸与核酸类药物多肽类药物多肽类药物氨基酸类药物氨基酸类药物蛋白质类药物蛋白质类药物多糖类药物多糖类药物脂类
5、药物脂类药物分分 类类特特 点点1 1药理学特性：药理学特性：1药理活性高、针对性强药理活性高、针对性强毒性低、副作用小毒性低、副作用小2疗效可靠、营养价值高疗效可靠、营养价值高3特特 点点2 2化学特性：化学特性：1含量低、杂质多、工艺复杂、含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技术要求高；收率低、技术要求高；结构复杂，生物活性受空间结结构复杂，生物活性受空间结构严格限制，稳定性差；构严格限制，稳定性差；2易污染、腐败易污染、腐败3特特 点点3 3天然生化药物是新型天然生化药物是新型生物药物的先导物生物药物的先导物 通过合理药物设计，可以得到通过合理药物设计，可以得到疗效更高，作用更专一，更易为
6、疗效更高，作用更专一，更易为机体所接受，副作用与不良反应机体所接受，副作用与不良反应更小的新药更小的新药GLP-1GLP-1的结构改造的结构改造毒蜥毒蜥Exendin-4Exendin-4是自毒蜥唾液中提取的是自毒蜥唾液中提取的一种多肽，研究发现该多肽与人一种多肽，研究发现该多肽与人体内的体内的GLP-1GLP-1在序列上有在序列上有5353的同的同源性，同源性，同GLP-1GLP-1一样具有促进胰岛一样具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌及素分泌、抑制胰高血糖素分泌及保护胰岛保护胰岛细胞等作用。细胞等作用。20052005年年经经FDAFDA批准用于二型糖尿病的治疗。批准用于二型糖尿病的治
7、疗。ExenatideExenatide是是Exendin-4Exendin-4的人工合的人工合成品。成品。Exenatide8080年代至今年代至今70-8070-80年代年代50-7050-70年代年代有机溶剂分级分离、等电沉淀有机溶剂分级分离、等电沉淀-粗提物粗提物离子交换层析、凝胶层析、超滤等离子交换层析、凝胶层析、超滤等技术技术-提高了产品的纯度和收率提高了产品的纯度和收率多种层析技术、超速离心等多种层析技术、超速离心等-高纯度的生化药物高纯度的生化药物植植 物物动动 物物动物脏器血液、分泌物及其它代谢物动物脏器血液、分泌物及其它代谢物微微 生生 物物海海 洋洋 生生 物物麻省麻省T
8、ransmolecular公司的公司的科学家将放射性科学家将放射性I131附着附着于自蝎子毒液中提取的一种于自蝎子毒液中提取的一种多肽制成药物，研究发现该多肽制成药物，研究发现该药物具有靶向性，对晚期神药物具有靶向性，对晚期神经胶质瘤有较好疗效，患者经胶质瘤有较好疗效，患者只需要从外部注射这种化合只需要从外部注射这种化合物，而无需再进行化疗或放物，而无需再进行化疗或放射治疗。该药物目前仍处于射治疗。该药物目前仍处于临床研究阶段。临床研究阶段。蝎蝎 毒毒 肽肽微微 生生 物物1利用微生物作为工具利用微生物作为工具微生物的代谢物微生物的代谢物 2微生物菌体微生物菌体海海 洋洋 生生 物物1海藻类：
9、海藻类：已知的海藻有已知的海藻有1 1万多种万多种海洋动物类：海洋动物类：腔肠动物类、节肢腔肠动物类、节肢 动物类、软体动物类、鱼类、爬动物类、软体动物类、鱼类、爬行动行动 物类、海洋哺乳动物类物类、海洋哺乳动物类2海洋微生物：海洋微生物：3僧袍芋螺僧袍芋螺齐考诺肽（齐考诺肽（ziconotideziconotide）最初由僧袍芋螺中提取，最初由僧袍芋螺中提取，现已人工合成，是一种现已人工合成，是一种神经细胞钙通道阻断剂。神经细胞钙通道阻断剂。作为一种非阿片类镇痛作为一种非阿片类镇痛药物，用于治疗严重的药物，用于治疗严重的慢性神经性疼痛，其鞘慢性神经性疼痛，其鞘内注射剂经内注射剂经FDAFDA
10、批准于批准于20052005年上市。年上市。 齐考诺肽（齐考诺肽（ziconotideziconotide）Didemnin BDidemnin B是一种由是一种由7 7个氨基酸和个氨基酸和2 2个羧个羧酸组成的带有分枝的环缩肽酸组成的带有分枝的环缩肽, ,既能抑制既能抑制蛋白质的合成蛋白质的合成, ,也能抑制也能抑制DNADNA、RNARNA的合的合成成, ,对黑色素瘤对黑色素瘤B16B16细胞周期作用的研究细胞周期作用的研究表明表明, ,它可杀伤各期细胞它可杀伤各期细胞, ,尤以尤以G1G1至至S S期期细胞敏感细胞敏感 ，它可快速完全介导，它可快速完全介导HL-60HL-60细细胞凋亡。
11、目前胞凋亡。目前Didemin BDidemin B已能够人工全已能够人工全合成合成, ,该药完成了临床该药完成了临床期实验期实验, ,最有希最有希望开发成治疗癌症的新药。此外第二代望开发成治疗癌症的新药。此外第二代didemnins-didemnins-脱氢脱氢didemnins B(aplidine)didemnins B(aplidine)现也已进入临床实验。现也已进入临床实验。 海鞘来源的抗癌肽海鞘来源的抗癌肽 Didemnin BDidemnin B海兔体内存在着多种结构独海兔体内存在着多种结构独特、生理功能各异的次生代特、生理功能各异的次生代谢产物谢产物, ,如萜类、毒素、甾体、如
12、萜类、毒素、甾体、大环内酯及肽类等大环内酯及肽类等, ,其中肽类其中肽类化合物尤为引人注目。其中化合物尤为引人注目。其中 Dolastatin15和和Dolastatin10已已经完成全合成经完成全合成, ,并正在美国进并正在美国进行行期和期和期临床试验期临床试验, ,主要主要用于小细胞肺癌、卵巢癌、用于小细胞肺癌、卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌等实体黑色素瘤和前列腺癌等实体瘤的治疗。瘤的治疗。 海兔来源的抗癌作用肽海兔来源的抗癌作用肽&1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物&2 2 多肽与蛋白质类药物多肽与蛋白质类药物&3 3 核酸类药物核酸类药物&4 4 酶类药物酶类药物&5 5 糖类药物糖类药物&
13、6 6 脂类药物脂类药物1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物一、氨基酸类的分类一、氨基酸类的分类二、氨基酸类的应用二、氨基酸类的应用三、氨基酸类药物的生产方法三、氨基酸类药物的生产方法四、氨基酸输液四、氨基酸输液一、氨基酸类的分类一、氨基酸类的分类1蛋白质氨基酸：蛋白质氨基酸：编码氨基酸编码氨基酸非蛋白氨基酸：非蛋白氨基酸：D D型氨基酸、型氨基酸、-氨基酸、氨基酸、-氨基酸等氨基酸等2衍生氨基酸：衍生氨基酸：谷氨酰胺、硫酸甘谷氨酰胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等氨酸、磷葡精氨酸等 1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物二、氨基酸类的应用二、氨基酸类的应用1 1、氨基酸的营养价值及与疾病治疗关系、氨基酸的营
14、养价值及与疾病治疗关系2 2、治疗消化道疾病、治疗消化道疾病3 3、治疗肝病、治疗肝病4 4、治疗脑及神经系统疾病、治疗脑及神经系统疾病5 5、治疗肿瘤、治疗肿瘤6 6、其他应用、其他应用三、氨基酸的三、氨基酸的生产方法生产方法蛋白水解法：蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸胱氨酸、半胱氨酸 化学合成法：化学合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸等苯丙氨酸、丝氨酸等发酵法：发酵法：苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、赖氨酸、亮组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、赖氨酸、亮氨酸等氨酸等酶法：酶法：丙氨酸、天冬氨
15、酸、色氨酸等丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等水解法水解法制备制备 L-L-胱氨酸（胱氨酸（L-CystineL-Cystine，L-CysL-Cys）（1 1）L-L-胱氨酸的结构与性质胱氨酸的结构与性质1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物（2 2）工艺路线）工艺路线 1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物（3 3）检验：）检验：六角形或六角柱形白色结晶六角形或六角柱形白色结晶（4 4）作用与用途：）作用与用途：用于治疗辐射损伤、用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣（5 5）注意事项）注意事项 控制水解程度是提高收率的关键之一。控制水解程度是提高收率的关键之一。 被活性碳
16、吸附的胱氨酸要进行回收；被活性碳吸附的胱氨酸要进行回收；中和过程中的体积要掌握适当。中和过程中的体积要掌握适当。1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物3、发酵法、发酵法（1）发酵的原理）发酵的原理1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物（2 2）发酵法的基本过程：）发酵法的基本过程： 培养基配制与灭菌处理培养基配制与灭菌处理 菌种诱变与选育菌种诱变与选育 菌种培养、灭菌及接种发酵菌种培养、灭菌及接种发酵 产品提取产品提取 分离纯化分离纯化（3 3）发酵法发酵法制备制备L-L-赖氨酸（赖氨酸（L-LysineL-Lysine，L-L-LysLys） L- L-赖氨酸的结构和性质赖氨酸的结构和性质1 1 氨基酸
17、类药物氨基酸类药物 工艺路线工艺路线1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物检验：检验：白色或类白色结晶粉末白色或类白色结晶粉末作用与用途：作用与用途：为必需氨基酸为必需氨基酸工艺讨论工艺讨论u影响产酸率的因素影响产酸率的因素u新新732732树脂的处理树脂的处理u树脂的再生树脂的再生u采用电渗析法纯化浓缩采用电渗析法纯化浓缩lyslys，可明显提，可明显提高回收率高回收率微生物，植物细胞，微生物，植物细胞，动物细胞动物细胞化学合成，生物合成，化学合成，生物合成，天然存在天然存在底底 物物( () )生物反应器生物反应器含含L-AAL-AA反应液反应液酶转化法生产酶转化法生产L-AAL-AA流程流程结
18、 构分子量等电点性 质溶解性L-AspL-Ala L-Asp和和L-Ala的结构与性质的结构与性质HOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C133.1089.092.772.776.0酸性氨酸性氨基酸基酸中性氨中性氨基酸基酸溶于水和溶于水和盐酸，不盐酸，不溶于乙醇溶于乙醇和乙醚和乙醚在水中有一在水中有一定溶解性，定溶解性，不溶于丙酮不溶于丙酮及乙醚及乙醚HOOCCHCOOHCHHOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C+CO2天冬氨天冬氨酸酶酸酶L-AspL-Asp脱羧酶脱羧酶酶转化反应酶转化反应工艺路线工艺路线固定化固定化 L-AspL-Asp脱羧酶脱羧酶转化液转
19、化液B B延胡索酸延胡索酸+ NH3固定化固定化 天冬天冬氨酸酶氨酸酶转化液转化液A AL-Asp粗粗品品L-AspL-Asp精精品品L-AlaL-Ala粗粗品品L-AlaL-Ala精精品品泵泵储储罐罐反应产物离心离心机机母母液液回回收收固定化固定化酶柱子酶柱子晶体 L-AspL-Asp延胡索延胡索酸氨盐酸氨盐工工 艺艺 路路 线线检验：检验： L-AspL-Asp应为白色菱形叶片状结晶应为白色菱形叶片状结晶 L-AlaL-Ala应为菱形晶体应为菱形晶体 作用与用途：作用与用途： L-AspL-Asp用于治疗慢性肝炎、肝用于治疗慢性肝炎、肝硬化及高血氨症。硬化及高血氨症。 同时同时L-AspL-Asp和和L-AlaL-Ala都是复合氨都是复合氨基酸输液的原料基酸输液的原料1 1 氨基酸类药物氨基酸类药物氨基酸输液的组方原理与配方模式氨基酸输液的组方原理与配方模式氨基酸营养输液氨基酸营养输液代血浆用输液代血浆用输液止血用氨基酸输液止血用氨基酸输液婴幼儿用氨基酸输液婴幼儿用氨基酸输液治疗用氨基酸输液治疗用氨基酸输液复方氨基酸输液配制工艺复方氨基酸输液配制工艺 ：先溶解稳定及先溶解稳定及难溶的氨基酸难溶的氨基酸再溶解易溶再溶解易溶的氨基酸的氨基酸加稳定剂加稳定剂灌封灌封过滤过滤脱色脱色调调pH成品成品灭菌灭菌Thank YouThank You！
