生物技术在制药中的运用

生物技术在制药中的运用
1生物技术(biotechnology)(生物工程)的理念
生物技术(biotechnology)，也被人们称作为生物工程，以现代生命
科学为核心基础，结合其他类别的基础科学，并采用极为先进的科学技术
手段，根据计划，对生物体进行改造或者是加工生物原料，进而生产人们
所需要的产品。

生物技术(biotechnology)，利用动植物体以及微生物对
物质原料进行加工，并生产处相关产品，为社会服务。

其主要分成现代生
物技术以及发酵技术两大类别。

生物技术可以说是，现代生物学的发展以
及和相关科学融合的产物，以DNA重组技术为根本，并包括了细胞工程、
生化工程以及微生物工程和生物制品等。

2生物技术在制药中的应用
2.1细胞工程制药
就目前我国的生物技术(biotechnology)来讲，有关于细胞工程还没
有一个统一的定义以及范围，通常认为，细胞工程就是根据分子生物学和
细胞生物学的原理，并采用细胞的培养技术，对细胞进行水平的遗传操作。

细胞工程大致上可以分为细胞质工程以及染色体工程和细胞融合工程这三种。

而归根结底，细胞工程就是利用动物以及植物的细胞培养进而生产药
物的技术。

例如，利用动物细胞培养可身缠人类生理活性因子以及苗和单
克隆抗体等产品;再如利用植物细胞培养可以大量的生产经济价值极高的
植物有效成分，提取药材精华，也可以生产人类活性因子以及苗等重新组
合DNA产品。

值得注意的是植物细胞培养并不会受到客观的地理以及环境的影响，
次级代谢的产物在产量上比较高。

例如，人身皂苷在该组织培养中含量占
干重的27%,而全株只有可怜的1.5%.现在不少药用植物，如三七和人参等
的培养已经有了系统化的研究，并且充分优化了培养条件。

值得庆贺的是
人参细胞培养物的化学成分以及药理活性，相比于种植人参并没有明显的
差异。

关于细胞工程制药技术，在国外一些相关的细胞工程制药已经达到了
商业化的生产水平，例如美国的Phyto公司的紫杉醇的生产商已经达到了75000L的生产规模，而日本植物细胞培养反应器的规模达到了
4000L~20000L的惊人地步。

除却大规模的细胞培养技术，不定根组织与毛状根的培养也特别成功。

例如培养的黄芪毛状根的药效与药用黄芪不分上下，而在丹参毛状根的培
养上，其含有的丹参碱，能在分泌中得到培养。

例如，希腊毛地黄细胞，
在褐藻酸盐的固定化培养中，可以将其中有毒物质的毛地黄苷转化成为地
高辛，在利用紫草细胞培养技术生产出紫草宁等。

而根据野生雪莲的辐射
以及抗炎等作用，贾景明等相关技术人员进行了天然雪莲镇痛以及抗炎和
抗辐射与细胞培养的药理实验，而实验表明，雪莲细胞的培养物完全可以
称为野生雪莲的替代品，其药效与野生雪莲几乎相同，而该实验也取得了
深入开发应用的极高价值。

而细胞培养技术甚至可以进行如犀角等极为昂
贵的药用动物器官的培养，在解决资源的短缺同时，有效的保护了稀有动
物的生存。

2.2发酵工程制药
生物技术中的发酵工程，又称为微生物工程，是指利用现代生物工程
的技术，利用微生物的相关特定功能，生产出对人类有用的产品，或者直
接把微生物应用于工业生产中。

发酵工程制药是利用微生物的代谢过程，所生产药物的生物技术。

例如人们普遍认知的抗生素、氨基酸以及维生素等。

而发酵工程的制药在研究也主要在微生物菌种的筛选和改良上，还有极为重要的产品后处理也就是分离纯化。

在现如今的社会中，DNA的重组技术在微生物菌种改良上起到了举足轻重的作用。

在上世纪七十年代，细胞融合以及基因重组技术的飞速发展的情况下，发酵工程进入了现代化的发酵工程阶段。

不仅仅是酒精类饮料以及醋酸和面包，并且猪脚生产了生长激素以及胰岛素等多种医疗保健药物。

周晓燕等相关研究人员用精良选育的猪芩PU-99菌做生产菌株，在
1t灌中生产，菌丝体重达2.3%,含粗多糖31%;该实验充分的利用了发酵工程，并在当时得到了广大的认可。

利用微生物成长代谢来炮制中药，比一般的物理或化学炮制手段更为优越，能较大幅度的改变中药的药性，并且提高疗效的同时，大大减轻毒副作用，使得中药活性成分结构提供了新的途径。

2.3酶工程制药
酶工程是利用酶、细胞或者细胞器具有特殊催化功能，并使用生物反应相关装置以及通过一定的技术手段生产出的人类所需要的产品。

这是一种酶学理论与化工技术两相结合而形成的新型技术，现如今依旧有数十个国家采用了固定化酶以及固定化细胞，进行药品的生产。

酶工程可以说是现代生物技术组成的重要部分，酶工程制药也是将酶用于药品生产的技术。

固定化酶可以全程合成药物的分子，并且还能用于药物的转化。

而我国就是充分的利用了微生物并使用两步转换法生产出了维生素C。

2.4基因工程制药
基因工程是在基因的水平上，按照人类的需求，有针对性的涉及，并
且按照设计的方案，生产出具有其中一种新的形状的生物产品，并且使得
其可以稳定的遗传给后代。

基因工程的设计与与工程设计有些类似，既显
示出理学的特性，也具有工程学的特点。

工程制药也是通过将DNA重组技术应用到疾病的中，例如蛋白质、酶
以及肽类激素和其他药物的基因转移到宿主体内，使得细胞繁殖，最终获
得相关的药物。

如苯丙氨酸以及丝氨酸和次生代谢的产物所制成的抗生素，通常是一些人体内的活性因子，例如白细胞介素-2和胰岛素以及干扰素等。

而目前我国基因工程的研究方向，主要在基因的鉴定以及克隆和基因
载体构建的产物的表达以及分离纯化等。

人类掌握基因工程技术在时间上
虽说不是很长，但已经获得了很多具有实际应用价值极高的成果，而基因
工程为现代生物技术组成的重要部分，在未来相当长的一段时间里，都会
在制药中发挥出极大的作用。

3结束语
生物技术在制药的应用中，其地位是无法替代的，并且其影响力也不
断的扩大。

而生物技术也将在中西药物的研制以及融合还有生产中的大部
分环节得到广泛的应用;并且可以有效的保护相关的濒危灭绝的草药以及
珍稀动物，在批量生产高品质的药材的同时，还能提高其活性成分。

而有
效的利用现代生物技术可以使得制药行业在药品的质量以及安全性上得到
提高，最终使得制药行业得到更为广阔的发展。

【摘要】生物制药技术是一门新兴交叉应用学科，要求学生应该具备坚实宽厚的理论基础和解决生产实际问题的能力。

文章对生物技术制药课程在教学内容和教学方法上的改进进行了总结;不断更新教学内容，让学生经常接触到学科的前沿知识和融会相关学科内容;充分利用现代化信息技术和教学工具，开展合作研讨性教学活动。

【关键词】生物技术制药;教学实践;教学内容;教学方法
Key words： Biotechnological pharmaceutics;Teaching practice;Teaching content;Teaching method
1优化教学方法
因此，教师在教学中应以启发式教学为主，与学生共同运用前面所学的基础知识，分析药物制剂的设计原理、制备要点，以培养学生的思维能力[3]。

对一些内容还可采用“以问题为先导教学法”，以培养学生的归纳总结能力和表达能力。

即教师根据教学内容及教学大纲的要求精心设计一些问题，采用学生自学一小组讨论一课堂讨论一教师总结的形式，让学生有针对性地去学习有关知识，寻求问题的答案或提出解决问题的方法，由此可激发学生的学习兴趣与探索精神，培养综合应用所学知识及科学思维的能力。

如胃癌，肺癌等恶性肿瘤严重危害人类健康，开发预防恶性肿瘤的苗和药物是目前生物技术制药研究的一个热点。

在授课过程中，积极引导学生运用生物技术制药的基础理论知识对恶性肿瘤等疾病进行药物和相关诊断试剂的开发思路进行分析。

这种启发式的教学方式加深了学生对PCR、免酶技术、免荧光技术的理解，培养了学生进行科学思维的能力。

教学活动是由教与学两方面构成，只有将教师的讲授和学生的思维活动有机结合起来，学生才会对所学的知识记忆深刻;学生只有对所学内容表现出强烈的好奇心和求知欲，才会自觉地去思考。

小组合作研讨性教学是近年来广受重视的教学方式，具有学生参与度高、启发性强、趣味性浓、易于学生理解和掌握、利于学生综合素质提高
等优点，我们在教学实践中开展了合作研讨性活动，收到良好的效果。

如
在讲授完动物细胞工程制药后，我们提出了“无血清培养基的研究进展”
的研讨论题，学生分为小组分别准备，组织方案，每个小组分配一名代表
表达自己的答案和思路。

讨论时各个小组的代表各抒己见，相互评价，相
互启发，气氛热烈，促进了研讨的深化，最后根据学生的研讨对论题进行
总结和提炼，引导学生形成概括性的理解。

在讨论过程中，要求学生对自
己研讨问题的思考做成Power Point演示文稿，使自己的表达更清楚、更
有条理。

另外，通过在讲台上讲述，锻炼了学生的口头表达能力，提高了
他们的综合素质。

2重视现代化信息技术在生物技术制药中的应用
运用集、文、声于一体的现代信息多媒体教学模式来指导生物技术制
药教学，充分发挥现代信息技术的特点，扩充新的教学内容，使其直观化、形象化，有助于学生对制药知识的掌握，增强学习效果。

通过给学生观看
部分教学的多媒体录像，加深学生对单调抽象的理论知识的理解，提高了
学习效率。

同时，在观看录像过程中穿插对学生进行提问，让学生带着问
题想，带着问题学，有针对性地进行学习，引导学生主动思考。

一系列的
教学实践加深了学生对基本理论知识的理解。

并且使抽象的理论变得更形
象化。

培养了学生的观察力、分析和解决实践问题的能力。

充分利用现代
化信息技术和教学工具提高教学效率，随着以计算机为核心的信息技术的
快速发展，信息技术、计算机技术和教学的紧密结合将成为推动当前教学
的强大动力[4，5]。

充分利用各种信息资源库，访问各种电子化的课程资
源库，获得与教学直接相关的素材和资料;使用各种多媒体百科全书光盘(如“科学大百科”、“药学大辞典”等)，获得文声并茂的教学资料;通
过网络检索书馆的相关资源。

或者直接访问数字书馆中的内容，获得学科的最新信息，从而更深刻地把握教学内涵，融会理论知识，了解该学科发展动态。

例如，我们备课通过查阅国外的电子版教材，了各种色谱原理的Flash动画，使抽象的理论变得更直观易懂，在讲授外源基因通过质粒载体在大肠杆菌中复制表达时，通过给学生看形象的动画，加深学生对知识的理解。

现代生物技术发展迅速，现代信息技术在这门课程的教学当中显得格外重要，在授课时，采用集、文、声于一体的多媒体教学模式，充分发挥多媒体的特长，扩充新的教学内容，使其直观化、形象化，有助于学生对生物技术制药知识的掌握，增强学习效果。

3课堂教学与实验教学相结合
实验教学是生物技术制药教学中举足轻重的.环节。

枯燥乏味的理论只有在实验课中才变得生动而具体[6]。

应该说，理论教学和实验教学是生物技术制药中不可分割的两个方面，它们相互配合，相辅相成，占有同等重要的地位。

要引导学生重视实验，提高实验教学质量应从以下两个方面入手：
3.1增加科研设计性实验力度首先,根据实际情况,教师设计题目,给出实验要求;其次,学生根据要求及所学的基础知识,查阅相关文献,设计实验方案:包括实验所需材料、试剂及规格,仪器及型号,详细的制备工艺流程,产品的质量检查方法及标准,并于实验开始前一周交至教师处;然后,教师仔细审阅学生的设计,如有重大错误则令其修正,其余将根据学生的需要准备相关材料及设备,并调试至正常,以便学生使用;至实验日当天,学生须在教师的监督下,在规定时间内完成自己的设计,在允许的时间内,可以重做,所得到的数据及成品须由教师签名认可并保留。

最后,学生提交完整的
实验报告,教师根据学生从设计到实施到完成报告整个过程的表现,给予评
价[7]。

3.2增加实验经费，改善实验条件目前各院校普遍存在教学经费短缺、实验条件简陋的现象。

解决这一问题，一方面需要适当增加对实验经费的
投入，添置必要的实验设备;另一方面对暂时无法开设的实验可通过多媒
体教学、演示性实验教学、参观学习等方法来弥补，如可开设专题讲座及
上网查阅资料，让学生了解当今国内外使用的较先进的生产设备及方法，
国内外在制剂上的差距等信息，为以后的科研指明方向;还可组织学生到
西南合成、重庆莱美、重庆前沿生物技术制药公司、重庆富进生物技术制
药公司等制药公司实地观看生物技术制药等的生产全过程，加深其了解药
品生产质量管理规范(GMP)要求等，提高学生感性认识，缩短实验室教学
与生产实践之间的距离，提高学生适应制剂生产的能力。

总之，根据我国
现有国情，在节约的前提下尽可能让学生多动手，多参加实践，使学生的
创造力及视野进一步提高。

近年，社会制药工程人才的需求已发生一些变化，要求学生首先要有较强的动手能力，能完成相关的工作，其次要有综
合运用的能力，学会分析问题，能将理论与实际有机地结合，还要有创新
的能力[8，9]。

开展教学后，学生的主动性和能动性得到极大发挥，学生
可从实验课中学到更为实用的知识，弥补理论教学的不足，提高了其动手
能力和综合运用能力，有利于学生毕业后在最短的时间内适应工作。

摘要：生物技术制药是以基因工程为基础的现代生物工程，即利用基
因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程
技术、分子生物学技术等来研究和开发生产出传统制药技术难以获得的生
物药品。

生物制药业是目前生物技术发展最活跃，进展最快的产业之一，21世纪是生物制药行业飞速发展的时代。

关键字：生物技术制药；研究进展；现代生物技术；新技术
1生物技术制药现状
现代生物技术是以基因为源头，基因工程和基因组工程为主导技术，与其他高技术相互交叉、渗透的高新技术。

生物技术制药可以分为二类：一类是生化药物，主要是运用生物化学方法从生物体中分离。

纯化得到的一些生物活性物质，如维生素、酶、核酸、激素等；另一类是生物医药，主要是以微生物、生物组织、人或动物的血液等原料采用物理方法和生物化学工艺制得的生物活性制剂、血液制品、抗血清、抗毒素等。

1.1非基因工程生化物
此类药物有脑蛋白水解物注射液、玻璃酸钠、分子肝素钙、分子肝素钠、促肝细胞生长素、蚓激酶、甘糖酯等共97种。

1.2先导化合物
以天然产物为先导化合物，通过组合化学技术合成大量结构相关的物质，建立有序变化的化合物库，供药物筛选和药效关系研究用。

1.3生化制药中先进分离分析技术的运用
多种层析（如亲和层析、高效液相层析）、超速离心等技术的运用，可成功地制得高纯度的生化药物。

如尿激酶、胰岛素、重组人胰岛素、激肽释放酶、辅酶A、肝素钠等都是通过这种技术使药效得到较大的提高。

1.4应用生物技术、化学合成、结构后修饰研究开发新药
应用上述技术系统综合研制开发的新药，主要有以下各类药物：1）多糖类，如玻璃酸钠、香菇多糖、低分子肝素等；2）酶及酶抑制剂类，如门冬酚胺酶、葡激酶、人胰蛋白酶抑制剂、胶原酶、降纤酶等；3）多
肽类，如人降钙素、鲑鱼降钙素等；4）细胞因子类，如白介素-6、肿瘤
坏死因子、神经生长因子、血小板生成素等；5）结构后修饰类，如修饰
门冬酚胺酶、修饰超氧化物歧化酶等。

1.5应用生物技术改造传统制药工艺
微生物发酵是制药工业生产微生物药品的重要手段。

微生物转化是利
用微生物产生的特异酶完成特定的生化反应，使有机物转变成工业产品。

由于生物药品具有疗效好、副作用小、且可大规模生产、利润极高、无环
境污染等优点，受到各国府重视，行业前景十分广阔。

1.6目前生物制药
主要集中方向：
1.6.1肿瘤在全世界肿瘤死亡率居首位，肿瘤是多机制的复杂疾病，
目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段。

如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素CTCL肿瘤，应用基因法肿瘤(如应用
γ-干扰素基因骨髓瘤)。

1.6.2神经退化性疾病老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤
的生物技术药物，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。

神经生长因
子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均
已进入Ⅲ期临床。

1.6.3自身免性疾病许多炎症由自身免缺陷引起，如哮喘、风湿性关
节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。

一些制药公司正在积极攻克这类疾病。

如Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免球蛋白E用于哮喘，已进
入Ⅱ期临床。

1.6.4冠心病美国有100万人死于冠心病，今后10年，防治冠心病
的药物将是制药工业的重要增长点。

Centocor′sReopro公司应用单克隆
抗体冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病药物的延生。

2生物制药研究新进展
2.1计算机辅助药物设计技术发展
计算机辅助药物设计利用了计算机快速、全方位的逻辑推理功能、形显示控制功能，并将量子化学、分子力学、药物化学、生物化学和信息科学结合起来，研究受体生物分子与药物结合部位的结构与性质、药物与受体复合物的构型和立体化学特征、药物与受体结合的模式和选择性、特异性、、药物分子的活性基团和药效构象关系等，从药物机理出发，改进现有生物活性物质的结构，快速发现并优化先导化合物，使其尽早进入临床前研究，减少传统的新药研究的盲目性，缩短。

2.2组合化学与高通量筛选技术发展
组合化学是近20年发展起来的一种合成大量化合物的新方法，它是建立在高效平行的合成之上，在同一个反应器内使用相同条件同时制备出多种化合物，建立各类化合物库的策略。

组合化学通常采用操作、分离简便的固相化学合成。

液相化学合成技术也在快速发展和完善中。

2.3药物手性合成技术发展
手性是自然界的本质属性。

在生物体手性环境，如酶、受体、离子通道、蛋白质、载体中，分子之间手性匹配是分子识别的基础，受体与配体的专一作用，酶与底物的高度、区域、位点和立体催化专一性，抗原与抗体的免识别都与手
性有关，同时药物的生物应答常受到手性影响，包括药物在体内的吸收、转运、分配、位点活性的作用以及代谢和消除。

2.4药物生物技术发展
生物技术药物是指利用DNA重组技术或单克隆抗体技术或其它生物技术研制的蛋白质、抗体或核酸类药物，它是目前生物技术研究最为活跃的领域，给生命科学的研究和生物制药工业带来了性变化。

3未来生物技术的展望
研究和发展方向：我国生物制药产业的研发方向要结合传统医药的优势，发展重点应针对神经系统、肿瘤、心血管系统、艾滋病及免缺陷等重大疾病的多肽、蛋白质和核酸。

乙肝基因苗与单克隆抗体的研究开发、血液替代品的研究与开发、生物技术在医药领域的应用，如基因、生物人基因芯片、干细胞等。

目前，我国已经制定了明确的生物制药产业发展规划和产业技术策，府从上到下对生物技术研究开发的支持策扶持；国内各大企业（包括民营企业）对生物技术的关注和资金投入；我国金融界积极参与生物技术产业的发展，尤其是许多有实力的公司都参与了生物技术的开发；而我国生物技术产业领域目前已经汇集了一批自己培养和从国外归来的具有高学历、高素质的科学家和企业家，这四方面的因素对于我国生物技术产业的快速发展起到了很重要的作用。

由于生物医药产业投资回报周期为5年至8年，而我国进人生物工程领域的时间尚短，回报的周期尚未到来。

预计到二十一世纪的前几年将是我国生物制药产业的收获季节。