基因工程药物发展进程
4 基因工程药物概述
4
1972年美国斯坦福大学的Berg获得了SV40和λDNA重组的 DNA分子 1973年美国斯坦福大学的Cohen 等人,将大肠杆菌R6-5质 粒DNA(含卡那霉素抗性基因)和大肠杆菌pSC101质粒 DNA(含四环素素抗性基因)重组后转化大肠杆菌,产生同 时表现出两种抗性的细菌。 Cohen与Boyer等合作,将非洲爪蟾编码核糖体的基因同 pSC101质粒构成重组DNA分子,并导入大肠杆菌,证实动 物基因进入了细菌细胞,并在细菌细胞中增殖和转录产生相 应的mRNA。
基因工程药物概述
1
名词解释:基因工程
基因工程是通过对核酸分子的插入、拼接和重组而实 现遗传物质的重新组合,再借助病毒、细菌、质粒或 其他载体,将目的基因转移到新的宿主细胞系统,并 使目的基因在新的宿主细胞系统内进行复制和表达的 技术。基因是DNA分子上的一个特定片断,因此基因 工程又称DNA分子水平上的生物工程,其主要研究任 务是有关基因的分离、合成、切割、重组、转移和表 达等。所以基因工程又称基因操作、基因克隆或DNA 重组等。
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市场
欧美成熟市场占了71.4%,拉美及亚非市场虽然目前仅占 5.7%及12.7%,但其增长率分别为12.75和15%,远高于北 美1.9%的增长率。 IMS预测,药品支付者对医保体系的影响力更大,未来市 场增长的来源已经从欧美国家转移到新兴市场;在未来五 年内,新兴市场对利润的贡献将与与传统成熟市场平分秋 色。 制药业巨头已经在新兴市场投入多年,投资范围不仅限于 大家普遍看好的“金砖四国”(巴西,俄罗斯,印度,中 国),还进一步扩展到沙特阿拉伯、越南、智力、委内瑞 拉、马来西亚、泰国、土耳其和墨西哥等国家。
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制药巨头的并购
基因工程药物
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表达蛋白在细胞中的稳定性--防止蛋白降解
①融合蛋白表达系统:封闭了水解酶作用位点,增加稳定性。 ②分泌蛋白表达系统:分泌到细胞周质、培养基中 ③包涵体表达系统:难溶性的沉淀复合物,不易被宿主蛋白
形成原因:聚合物的不相容性,即聚合物分子的空间阻 碍作用,无法形成均一相。
双聚合物:聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)。该系统上相富 含PEG,下相富含Dx;
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5、反胶团萃取: ➢ 反胶团:是表面活性剂分散在连续的有机溶剂中,自发
形成的纳米尺度的一种聚集体。
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8.2.3.2 基因重组蛋白的纯化方法--进一
定反应的有机分子; ②它们的作用力很强,很低的浓度就能引起很强的反应; ③它们都是短命的,在细胞中不能积累,很快就会被破坏。 • 激素都是有特异性的,只对某种或某几种细胞有效,具
有接受相应激素的特异受体。
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8.3.1.1 胰岛素( insulin )
概况:动物胰脏胰岛的β细胞以前胰岛素原形式合成→ 跨膜运输后成胰岛素原→高尔基体内形成成熟胰岛素。
• ③酵母发酵产生前胰岛素原。
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已上市的基因工程胰岛素药物
1、重组人胰岛素:Humulin、Novoli 2、重组人胰岛素类似物:赖脯胰岛素 Humalog,作用快 3、甘精胰岛素:Lantus 4、门冬胰岛素:Novolog:速效
Humulin
Humalog
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曾经的II型糖尿病治疗药物
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种类 产生细胞 α-干扰素 白细胞
IFN-α1b
基因工程药物的综述
基因工程药物的研究及进展摘要:20世纪70年代,随着DNA重组技术的成熟,诞生了基因工程药物,高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命,推动了整个医药产业的发展,医药产业进入了新的历史时期。
本文以基因工程药物的发展为导向,简要的介绍了国内外基因工程药物的发展概况、研究现状、研究方向、发展方向。
关键词:基因工程,药物,现状,发展1 基因工程药物的发展概况20世纪70年代,随着DNA重组技术的成熟,诞生了基因工程药物,高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命,推动了整个医药产业的发展,医药产业进入了新的历史时期。
基因药物经历了三个阶段:第一阶段是把药用蛋白基因导入到大肠杆菌等细菌中,通过大肠杆菌等表达药用蛋白,但这类药物往往有缺陷,人类的基因在低等生物的细菌中往往不表达或表达的蛋白没有生物活性。
第二阶段是人们用哺乳动物的细胞代替细菌,生产第二代基因工程药物。
但由于哺乳动物细胞培养条件相对苛刻,生产的药物成本居高不下。
第一、二代基因药物的研制和生产已经成熟。
从第一个反义核酸药物Vitrovene于1998年和1999相继在美国和欧洲上市以来,发展迅速。
第三阶段是到了80年代中期,随着基因重组和基因转移技术的不断发展和完善,科学家可以将人们所需要的药用蛋白基因导入NN-~L动物体内,使目的基因在哺乳动物身上表达,从而获得药用蛋白。
携带外源基因并能稳定遗传的这种动物,我们称之为转基因动物。
由于从哺乳动物乳汁中获取的基因药物产量高、易提纯,因此利用乳腺分泌出的乳汁生产药物的转基因动物称为“动物乳腺生物反应器”。
90年代中后期,国际上用转基因牛、羊和猪等家畜生产贵重药用蛋白的成功实例已有几十种,一些由转基因动物乳汁中分离的药物正用于临床试验,但还没有一例药品成功上市。
2 基因工程药物的研究现状2.1国外基因工程药物研究现状随着1971年第一家生物制药公司Cetus公司在美国的成立,1973年重组DNA技术的出现,生物医药即已显示出巨大的应用价值和商业前景。
基因工程制药的基本过程
基因工程制药的基本过程
1.挑选目标基因:首先,需要从目标生物体的染色体中选出需
要改变或增加的基因。
这个基因可能与药物制备过程中的蛋白质结构或生物反应有关。
2.克隆基因:将目标基因从生物体中提取出来,使用PCR技
术扩增并纯化。
然后将其插入到载体DNA中,形成重组DNA。
3.转化细胞:重组DNA必须被转移到生产大量蛋白的细胞中。
这个过程称为转化,它可以通过多个方法实现,如电化或化学转化。
4.筛选、培养转化细胞:转化后的细胞需要筛选和培养,以找
到涌现出目标蛋白的那些转化细胞。
5.表达目标蛋白:在培养细胞中,重组基因被激活并转录成mRNA分子,然后翻译成目标蛋白。
这个过程通常需要添加
诸如摇动培养、温度调节以及细胞培养基的特殊条件。
6.分离目标蛋白:蛋白质表达后,进一步需要通过纯化和分离
方法来获取足够纯净和高质量的目标蛋白。
7.制药:最后,这些蛋白质将被用于药物研发,包括临床试验、药物注册以及与制药公司和医疗保健专业人士合作推广这些药物。
[医疗药品管控]基因工程药物研究进展
(医疗药品管理)基因工程药物研究进展基因工程药物研究进展姓名:邵亚男学号:10201210240班级:土木专升本10②基因工程药物研究进展摘要:近年来,肿瘤、肝炎、艾滋病等疾病严重影响着人类健康,传统化学药物日益显露出其局限性,而利用生物技术制取新药方面取得了惊人的成就。
自1982年FDA批准首个重组人胰岛素后,基因工程药物带来了治疗学的新突破,于临床治疗中日益发挥举足轻重的作用。
据统计1998年全球首次上市的45个新药中,基因工程药物就占16个。
目前基因工程药物的研发主要针对肿瘤、艾滋病、自身免疫疾病及器官移植免疫排斥等。
于这些传统化学药物难以攻克的疾病面前,基因工程药物表现了较好的应用前景。
本文主要概述基因工程药物的研究进展。
壹、基因工程药物的发展历程自1972年DNA重组技术诞生以来,作为现代生物技术核心的基因工程技术得到飞速的发展。
1982年美国Lilly公司首先将重组胰岛素投放市场,标志着世界第壹个基因工程药物的诞生。
美国是现代医药生物技术的发源地,也是率先应用基因工程药物的国家,其基因工程技术研究开发以及产业化居于世界领先地位。
美国已拥有世界上壹半的生物技术公司和壹半的生物技术专利。
1996年美国就已有1300多家专门从事生物技术产品研究开发和生产的公司(其中70%是从事医药产品的开发公司),其销售额达1.01x101美元之多,年增长率为12%。
据1998年美国药学会统计,美国FDA已批准了56种生物技术医药产品上市,其中绝大多数为基因工程药物。
此外,仍有200多种基因工程药物正于进行临床试验,其中至少有1/5的产品将可能于今后10年内上市。
1999年美国基因工程药物的销售额为7.56x1010美元(占生物技术产品总额的75%),年增长率为12.6%。
基因工程药物为美国的壹些公司创造了丰厚的回报,取得了巨大的经济效益和社会效益。
欧洲于发展基因工程药物方面也进展较快,英、法、德、俄等国于开发研制和生产基因工程药物方面成绩斐然,于生命科学技术和产业的某些领域甚至赶上且超过了美国。
基因工程药物
§-4 实 例
糖尿病: 糖尿病是个历史悠久的慢性代谢性疾
病,有文字记载的历史已有上千年。但 对糖尿病病因的了解和治疗上有实质上 的进展还不到一百年。
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胰岛素与糖尿病:
胰岛素的发现对改变糖尿病患者的命 运及揭示糖尿病的病因及相关影响因素 意义重大。
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胰岛素的结构
S
S
GLYILEVALGLUGLNCYSCYSTHRSERILECYSSERLEUTYRGLNLEUGLUASNTYRCYSASN
A链
S
S
S
S
B链
PHEVALASNGLNHISLEUCYSGLYSERHISLEUVALGLUALALEUTYRLEUVALCYSGLYGLUARGGLYPHEPHETYRTHRPROLYSTHR
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人胰岛素的一级结构
胰岛素的两个肽链分别为21个氨基酸组 成的A链和30个氨基酸组成的B链,氨基酸排 列有种属差异。
即先合成人胰岛素 的前体,即胰岛素 原,再用酶切除C肽 而制备人胰岛素。
C肽 A链
B链
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合成人胰岛素原的DNA
引入大肠杆菌K-1 2 株,生成与色氨酸合成
酶相连的人胰岛素原
以溴化氰切断、 纯化
在β-巯基乙醇存在下使胰岛素原分子折叠,在正
确的位置 形成二硫键
精制
用胰蛋白酶切断C 肽、用羧肽酶B除去B链C
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以酵母菌为宿主细胞进行合成人胰岛素。
47
48
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③小规模试验的情况下原本是安全的供 体、载体、受体等实验材料,在大规模 生产时完全有可能产生对人和其它生物 及其生存环境的危害。
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④在短期研究和开发利用期间内是安全 的基因工程药物很可能在长期使用后产 生无法预料的危害。 后两种情况一旦 发生,将会是不可逆的。
简述基因工程制药的基本过程
简述基因工程制药的基本过程
基因工程制药是一种利用基因工程技术生产药物的方法。
它通过对细胞或微生物进行基因修饰,使其能够生产出人类需要的药物。
该过程包括以下几个步骤:
一、筛选目标基因
首先需要确定所需药物的基因序列,可以通过文献检索或已知的基因库中找到。
然后需要进行筛选和确认,以确定最适合生产所需药物的基因。
二、克隆目标基因
将筛选出来的目标基因进行克隆,并将其插入到表达载体中。
表达载体是一种能够在宿主细胞内稳定存在和复制的DNA分子,可用于转移外源DNA序列到宿主细胞中。
三、转染宿主细胞
将表达载体带有目标基因插入到适当的宿主细胞中,使其成为表达载体和目标基因共同作用下生产所需药物的工厂。
四、优化表达条件
为了提高药物产量和纯度,需要对培养条件进行优化。
这包括培养温度、培养时间、培养介质等方面。
五、提取纯化药物
当宿主细胞生产出所需药物后,需要对其进行提取和纯化。
这通常包
括离心、过滤、层析等步骤,以获得高纯度的药物。
六、药物质量控制
最后需要对生产出的药物进行质量控制。
这包括对药物的纯度、活性、稳定性等方面进行检测,以确保药物的安全和有效性。
综上所述,基因工程制药是一种利用基因工程技术生产药物的方法。
该过程包括筛选目标基因、克隆目标基因、转染宿主细胞、优化表达
条件、提取纯化药物和药物质量控制等步骤。
通过这些步骤可以生产
出高效安全的生物制剂,为人类健康事业做出了巨大贡献。
2024年基因工程药物和疫苗制造市场发展现状
2024年基因工程药物和疫苗制造市场发展现状引言基因工程药物和疫苗制造市场是医药产业中重要的组成部分之一。
随着科技的不断进步,基因工程技术在药物和疫苗的制造过程中起到越来越重要的作用。
本文将从市场规模、增长动力、关键趋势等方面分析基因工程药物和疫苗制造市场的发展现状。
市场规模基因工程药物和疫苗制造市场在过去几年中呈现持续增长的趋势。
根据相关研究报告,截至2020年,该市场规模达到了X亿美元,并预计在未来几年内将实现X%的年均增长率。
这一市场规模的增长主要受益于基因工程技术的快速发展和医疗需求的增加。
增长动力基因工程药物和疫苗制造市场发展的主要动力源于以下几个方面:1.技术进步:随着基因工程技术的不断进步,药物和疫苗的制造过程越来越高效、精确。
新的基因工程技术的引入提高了药物和疫苗的质量和效果,为市场增长提供了坚实的基础。
2.人口老龄化:随着全球人口老龄化加剧,慢性疾病的患病率不断上升。
基因工程药物和疫苗可以有效治疗和预防一些慢性疾病,满足了老年人群体的医疗需求。
3.突发传染病威胁:近年来,突发传染病的频率和严重性不断增加,给全球公共卫生安全带来了巨大威胁。
基因工程技术在短时间内研发出有效的疫苗,对于控制和预防突发传染病具有重要意义。
4.政府支持:各国政府纷纷出台政策支持基因工程药物和疫苗制造业的发展。
政府资金的注入和相关政策的扶持,为市场发展提供了良好的环境。
关键趋势当前,基因工程药物和疫苗制造市场存在着以下几个关键趋势:1.个性化医疗的兴起:个性化医疗是基于个体的基因信息和健康状况,提供个性化的诊断和治疗方案。
基因工程技术的发展促进了个性化医疗的兴起,使得药物和疫苗更加精准和高效。
2.疫苗开发的创新:基因工程技术为疫苗的开发提供了全新的思路。
基因工程疫苗的成功应用,对传统疫苗的改进和创新起到了积极作用。
基因工程技术还能够加快疫苗研发的速度,缩短上市时间。
3.产业竞争的加剧:随着市场的不断扩大,基因工程药物和疫苗制造市场竞争日趋激烈。
基因工程药物研发的基本过程
基因工程药物研发的基本过程基因工程药物的研发分为上游和下游两个阶段:上游阶段:主要是分离目的基因、构建工程菌(细胞)。
目的基因获得后,最主要的就是目的基因的表达。
选择基因表达系统主要考虑的是保证表达的蛋白质的功能,其次是表达的量和分离纯化的难易。
此阶段的工作主要在实验室完成。
下游阶段:从工程菌的大量培养一直到产品的分离纯化和质量控制。
此阶段是将实验室的成果产业化、商品化,主要包括工程菌大规模发酵最佳参数的确立,新型生物反应器的研制,高效分离介质及装置的开发,分离纯化的优化控制,高纯度产品的制备技术,生物传感器等一系列仪器仪表的设计和制造,电子计算机的优化控制等。
血管抑制素(angiostatin ,简称AGN) 是纤溶酶原的一个酶解片段,相当于其1~4 Kringle 区,具有抑制皮细胞增殖、抑制血管生成及抑制多种类型肿瘤生长和转移的生物功能,是一种新型血管生成抑制因子[1 , 2 ] ,对于控制肿瘤、糖尿病视网膜病变、消化道溃疡、关节炎等病理性血管生成具有重要的研究价值和应用前景.PCR产物的T载体克隆(一)重组T质粒的构建一.原理外源DNA与载体分子的连接就是DNA重组,这样重新组合的DNA叫做重组体或重组子。
重组的DNA分子是在DNA连接酶的作用下,有Mg2+、ATP存在的连接缓冲系统中,将分别经酶切的载体分子与外源DNA分子进行连接。
DNA连接酶有两种:T4噬菌体DNA连接酶和大肠杆菌DNA连接酶。
两种DNA连接酶都有将两个带有相同粘性末端的DNA分子连在一起的功能,而且T4噬菌体DNA连接酶还有一种大肠杆菌DNA连接酶没有的特性,即能使两个平末端的双链DNA分子连接起来。
但这种连接的效率比粘性末端的连接率低,一般可通过提高T4噬菌体DNA连接酶浓度或增加DNA浓度来提高平末端的连接效率。
T4噬菌体DNA 连接酶催化DNA 连接反应分为3 步:首先,T4 DNA 连接酶与辅因子ATP形成酶-ATP复合物;然后,酶-ATP 复合物再结合到具有5’磷酸基和3’羟基切口的DNA上,使DNA腺苷化;最后产生一个新的磷酸二酯键,把切口封起来。
《基因工程制药》课件
基因治疗技术
基因治疗技术定义
基因治疗技术是指将目的基因导入到病变细胞中,以纠正 或补偿缺陷的基因,从而达到治疗疾病的目的的技术。
基因治疗技术原理
基因治疗技术基于分子生物学原理,通过将目的基因导入 到病变细胞中,实现对缺陷基因的补偿或纠正,从而改善 疾病症状。
基因治疗技术应用
基因治疗技术在遗传性疾病、肿瘤等疾病的治疗中具有广 泛的应用前景,例如用于治疗囊性纤维化、血友病等遗传 性疾病。
基因修饰技术
基因修饰技术定义
基因修饰技术是指通过特定的方 法对目的基因进行修饰,以改变
其表达水平或功能的技
基因修饰技术原理
基因修饰技术主要基于DNA的化 学修饰和酶学修饰,通过改变目 的基因的序列、启动子、增强子 等调控元件,实现目的基因的高
表达或抑制表达。
基因修饰技术应用
基因修饰技术在制药、生物治疗 、生物合成等领域具有广泛的应 用,例如用于生产重组蛋白药物
。
03
免疫反应
免疫反应是基因工程制药中另一个重要问题,可能导致免疫排斥或免疫
攻击。解决方案包括采用免疫沉默技术、降低免疫原性等。
伦理与法律问题
伦理问题
基因工程制药涉及人类基因改造,可能引发伦理争议,如人 类尊严、基因优劣等。解决方案需要遵循伦理原则,如尊重 人权、保护隐私等。
法律问题
基因工程制药涉及法律法规的制定和执行,可能存在法律空 白或法律冲突。解决方案需要完善相关法律法规,明确监管 职责和法律责任。
基因工程制药的发展历程
1970年代
基因工程的诞生,科学 家开始探索利用基因工
程技术生产药物。
1980年代
基因工程药物开始进入 临床试验阶段,如胰岛
基因工程生产药物的一般程序
基因工程生产药物的一般程序基因工程是一项现代生物技术,通过修改和重组生物体的基因,以实现特定目标的技术。
这项技术在药物生产领域中被广泛应用,可以用于生产各种治疗疾病的药物。
下面将介绍基因工程生产药物的一般程序。
步骤一:目标识别和选择基因在基因工程生产药物的第一步,研究人员需要确定目标药物的特定性质和功能,并确定用于生产该药物的基因。
这可以通过对目标疾病的了解以及相关蛋白质的研究来实现。
研究人员通常会从已知的生物体中挑选出具有所需特征的基因。
步骤二:基因克隆在确定了目标基因后,研究人员需要使用基因克隆技术将该基因转移到表达宿主中。
这通常涉及将目标基因插入到载体DNA中,然后将该载体DNA导入到合适的宿主生物中。
步骤三:宿主转化一旦完成了基因克隆,接下来就需要将载体DNA导入目标宿主生物中。
这通常涉及使用细胞转化技术将载体DNA引入到宿主细胞中。
这个过程可以通过多种方法实现,例如化学转化、电穿孔或使用载体DNA媒介的病毒转导。
步骤四:基因表达和蛋白质产生一旦目标基因被成功转移并整合到宿主细胞的基因组中,宿主细胞就可以开始表达该基因,并产生所需的蛋白质。
这个过程通常涉及将宿主细胞培养在适当的培养基中,并提供所需的生长因子和营养物质,以使细胞能够正常生长和表达目标基因。
步骤五:蛋白质提纯和制备一旦目标蛋白质通过基因表达成功产生,接下来就需要对其进行纯化和制备。
这通常涉及将宿主细胞培养物进行离心和筛选,以分离出目标蛋白质。
此后,可采用各种纯化方法(例如层析、电泳、过滤等)对蛋白质进行纯化和浓缩。
步骤六:药物制剂开发和生产纯化和浓缩的蛋白质将被用作药物制剂的原料。
这包括确定药物的最佳剂型(例如注射剂、片剂、胶囊等),并进行药物的配方开发。
同时,需要制定适当的生产工艺,并确保药物质量和生产效率的稳定性。
步骤七:临床试验及监管审批一旦药物制剂的开发和生产完成,就需要进行临床试验以评估药物的安全性和有效性。
临床试验通常分为三个阶段,并需要严格遵循监管机构的规定和要求。
基因工程药物
细胞培养技术
细胞株的选择
选择适合表达目的蛋白的细胞株,如大肠杆菌、酵母、哺乳动物 细胞等。
细胞培养条件的优化
调整培养基成分、温度、pH值等参数,优化细胞生长和蛋白表 达条件。
细胞扩增与蛋白表达
在优化后的培养条件下,扩增细胞并诱导目的蛋白的表达。
干细胞治疗
利用基因工程手段对干细胞进行改造和优化,提高其治疗效果和安全性,常用 于治疗遗传性疾病、组织损伤和退行性疾病等。
05
基因工程药物在临床应用中的优势 与挑战
个性化治疗方案设计
01
02
03
精准医疗
基因工程药物可以根据患 者的基因信息,设计个性 化的治疗方案,实现精准 医疗。
预测药物反应
通过分析患者的基因变异 ,可以预测其对特定药物 的反应,从而避免不必要 的用药和副作用。
06
基因工程药物市场前景预测与行业 发展趋势分析
市场规模增长趋势预测
随着基因测序技术的不断发展和成本降低, 基因工程药物市场规模将持续增长,预计未 来几年将保持高速增长态势。
新兴市场如亚洲、非洲等地区的医疗需求增 长,将带动全球基因工程药物市场的进一步 扩张。
随着个性化医疗和精准医疗的兴起,基因工 程药物将更广泛应用于罕见病、肿瘤等领域 ,进一步推动市场规模扩大。
政策法规与行业标准
政策法规
各国政府对基因工程药物的研发、生产、销售和使用都有严 格的法规监管,包括药品审批、生产质量管理规范(GMP) 认证、临床试验管理等方面。
行业标准
国际药品监管机构如FDA、EMA等制定了一系列基因工程药 物研发和审批的技术标准和指南,为药物的研发提供了规范 和指导。此外,行业组织也制定了相关标准,如生物类似药 的评价标准等。
基因工程发展
梅塞尔森(M. Meselson, 1930-)和斯塔 尔(F.W.Stahl,(M.1929——)用实验证明 了DNA的半保留复制。随后不久,克里 克提出中心法则。
1958年
1961年
尼伦伯格(M. W. Nirenberg,1927-2010) 和马太(J. H. Matthaei,1929一)破译了第 一个编码氨基酸的密码子。截至1966 年,64个密码子均被成功破译。
基因工程是指按照人们的愿望,通过转基因等 技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人 们需要的新的生物类型和生物产品。从技术上层 面上看,由于基因工程是在DNA分子水平上进行 设计和施工的。因此又叫做重组DNA技术将。
1944年
艾弗里(O. Avery, 1877-1955)等人通过肺 炎链球菌的转化实验,不仅证明了遗传物 质是DNA,还证明了DNA可以在同种生物 的不同个体之间转移。
2013
基因工程
操作环境:生物体外 对象:基因 水平:DNA分子水平
原理:基因重组
优点:克服远缘杂交不亲和障碍 定向的改造生物的形状
科学家发现,在细菌拟核DNA之外的质 粒有自我复制能力,并可以在细菌细胞 间转移。
1967年
1970年
科学家在细菌中发现了第一个限制性 内切核酸酶(简称限制酶)。
多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶 被相继发现。这些发现为DNA的切割、 连接以及功能基因的获得创造了条件。
20世纪70年代初,
1972年
第一个基因工程药物——重组人胰岛 素被批准上市。基因工程药物成为世 界各国研究和投资开发的热点。
1982年
1983年
科学家采用农杆菌转化法培育出世界 上第一例转基因烟草。此后,基因工程 进入了迅速发展的阶段。
简述基因工程制药的基本流程
简述基因工程制药的基本流程基因工程制药是利用基因工程技术来开发和生产药物的过程。
它涉及到多个步骤和方法,以下是基本流程的简要概述:1. 目标基因的选择:首先确定需要表达的目标基因,该基因可能是人类或其他生物体产生的具有治疗作用的蛋白质或多肽。
2. 基因克隆:利用DNA重组技术将目标基因从其自然来源中分离出来,并将其插入到适当的表达载体中,以便将基因导入到宿主细胞中。
3. 基因导入和表达:将经过修饰的表达载体导入到宿主细胞中,这可以通过多种方法实现,如转染、电穿孔或基因枪等。
一旦基因在宿主细胞中被导入,它将开始表达并产生目标蛋白质。
4. 培养和扩增:在适当的培养条件下,培养宿主细胞以扩增转基因细胞群。
这通常需要使用培养基和特定的生长因子来促进细胞生长和表达目标蛋白质。
5. 蛋白质纯化和分离:通过选择合适的纯化方法,如离子交换层析、凝胶过滤、亲和层析等,将目标蛋白质从细胞中纯化出来。
这可以帮助去除杂质并提高目标蛋白质的纯度和活性。
6. 质量控制:对纯化后的蛋白质进行质量控制检测,包括对其纯度、结构和活性的分析。
这确保生产的药物符合安全和有效的标准。
7. 药物制剂:将纯化后的目标蛋白质制备成具有良好稳定性和生物可用性的药物制剂。
这可能涉及到药物配方、缓冲剂的选择、冻干或液体制剂的制备等。
8. 临床试验和批量生产:经过严格的临床试验验证其安全性和有效性后,药物可以进行批量生产。
这包括大规模的生产、包装、贮存、分发和监管,以确保药物的质量和安全。
通过这些基本流程,基因工程制药能够生产出大量具有疗效的蛋白质药物,用于治疗多种疾病,并为人类健康做出贡献。
基因工程生产药物的一般程序
基因工程生产药物的一般程序
基因工程生产药物的一般程序包括以下步骤:
1. 目标选择:确定需要生产的药物或蛋白质的目标,并了解其功能、结构、作用机制等。
2. 基因克隆:从天然源中获取目标基因序列,并进行PCR扩增或化学合成。
3. 基因表达载体构建:将目标基因插入到适当的表达载体中,以便在宿主细胞中进行表达。
4. 转染或转化宿主细胞:将构建好的表达载体导入到宿主细胞中,常用的宿主细胞包括细菌、酵母、动物细胞等。
5. 培养大规模生产:将转染或转化后的宿主细胞进行培养,以促进目标基因的表达和产物的积累。
6. 蛋白质提取:通过细胞破裂等方法,将产生的目标蛋白质从宿主细胞中提取出来。
7. 纯化和精制:通过离心、层析、电泳等技术,将目标蛋白质从其他杂质中分离纯化,并进行进一步的精制。
8. 鉴定和分析:对获得的目标蛋白质进行质量检测和功能性鉴定,确保其符合规格要求。
9. 生物制药:将纯化的目标蛋白质进行配方、灭菌、包装等处理,制备成最终的生物药物产品。
10. 质量控制:对生产的生物药物产品进行质量控制,包括活性测定、稳定性检验、溶解度测试等。
需要注意的是,每个药物的生产流程都有其特殊性,可能会有不同的步骤和技术应用。
此外,临床试验和监管审批等步骤也是药物生产的重要环节,但不属于基因工程程序的范畴。
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基因工程药物发展进程药剂3班张楠 07106330学习了药学分子生物学后,我对基因工程药物产生了浓厚的兴趣,通过生物化学和分子生物学的学习以及课下翻阅相关资料,让我对基因工程药物有了新的认识:1 基因工程药物基因工程药物是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质,然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来,经过一系列基因操作,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去,这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞,在受体细胞不断繁殖过程中,大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质,即基因疫苗或药物。
在医学和兽医学中应用正逐步推广。
以乙型病毒性肝炎(以下简称乙肝)疫苗为例,像其他蛋白质一样,乙肝表面抗原(HBSAg)的产生也受DNA调控。
利用基因剪切技术,用一种"基因剪刀"将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来,装到一个表达载体中,所谓表达载体,是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来;再把这种表达载体转移到受体细胞内,如大肠杆菌或酵母菌等;最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖,生产出大量我们所需要的HBSAg(乙肝疫苗)。
目前有很多基因工程对人类的贡献典例。
长期以来,医学工作者在防治乙肝方面做了大量工作,但曾一度陷于困境。
乙肝病毒(HBV)主要由两部分组成,内部为DNA,外部有一层外壳蛋白质,称为HBSAg。
把一定量的HBSAg注射入人体,就使机体产生对HBV抗衡的抗体。
机体依靠这种抗体,可以清除入侵机体内的HBV。
过去,乙肝疫苗的来源,主要是从HBV 携带者的血液中分离出来的HBSAg,这种血液是不安全的,可能混有其他病原体[其他型的肝炎病毒,特别是艾滋病病毒(HIV)]的污染。
此外,血液来源也是极有限的,使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪,远不能满足全国的需要。
基因工程疫苗解决了这一难题。
与上述的血源乙肝疫苗相比,基因工程生产的乙肝疫苗,取材方便,利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌,它们有极强的繁殖能力,并借助于高科技手段,可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。
在小孩出生后,按计划实施新生儿到六个月龄内先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序,就可获得终身免疫,免受乙型肝炎之害。
正是基于1996年我国已有能力生产大量的基因工程乙肝疫苗,我国才有信心遏制这一威胁人类健康最严重、流行最广泛的病种。
这是基因工程药物对人类的贡献典例之一。
基因工程药物另一个重要应用就是干扰素的生产。
当人或动物受到某种病毒感染时,体内会产生一种物质,它会阻止或干扰人体再次受到病毒感染,故人们把此种物质称为干扰素(Interfero,简称IFN),是1957年英国科学家多萨克斯(Lossaacs)和林德曼(Lindenmann)在研究流感病毒干扰现象时发现的。
干扰素具有广谱抗病毒的效能,是一种治疗乙肝的有效药物,国际上批准治疗丙型病毒性肝炎的药物只有它。
但是,通常情况下人体内干扰素基因处于"睡眠"状态,因而血中一般测不到干扰素。
只有在发生病毒感染或受到干扰素诱导物的诱导时,人体内的干扰素基因才会"苏醒",开始产生干扰素,但其数量微乎其微。
即使经过诱导,从人血中提取1mg干扰素,需要人血8000ml,其成本高得惊人。
据计算:要获取1磅(453g)纯干扰素,其成本高达200亿美元。
使大多数病人没有使用干扰素的能力。
1980年后,干扰素与乙肝疫苗一样,采用基因工程进行生产,其基本原理及操作流程与乙肝疫苗十分类似。
现在要获取1磅(453g)纯干扰素,其成本不到1亿美元。
基因工程生产出来的大量干扰素,是基因工程药物对人类的又一重大贡献。
随着基因工程技术的进展,基因工程药物正在不断增加,创造了可以长期获取更大利润的商机。
2 基因工程药物的发展历程自1972年DNA重组技术诞生以来,作为现代生物技术核心的基因工程技术得到飞速的发展。
1982年美国Lilly公司首先将重组胰岛素投放市场,标志着世界第一个基因工程药物的诞生。
美国是现代医药生物技术的发源地,也是率先应用基因工程药物的国家,其基因工程技术研究开发以及产业化居于世界领先地位。
美国已拥有世界上一半的生物技术公司和一半的生物技术专利。
1996年美国就已有1300多家专门从事生物技术产品研究开发和生产的公司(其中70%是从事医药产品的开发公司),其销售额达1.01x101美元之多,年增长率为12%。
据1998年美国药学会统计,美国FDA已批准了56种生物技术医药产品上市,其中绝大多数为基因工程药物。
此外,还有200多种基因工程药物正在进行临床试验,其中至少有1/5的产品将可能在今后10年内上市。
1999年美国基因工程药物的销售额为7.56x1010美元(占生物技术产品总额的75%),年增长率为12.6%[4]。
基因工程药物为美国的一些公司创造了丰厚的回报,取得了巨大的经济效益和社会效益。
欧洲在发展基因工程药物方面也进展较快,英、法、德、俄等国在开发研制和生产基因工程药物方面成绩斐然,在生命科学技术与产业的某些领域甚至赶上并超过了美国。
我国基因工程药物的研究和开发起步较晚,直至20世纪70年代初才开始将DNA重组技术应用到医学上,但在国家产业政策的大力支持下,这一领域发展迅速,逐步缩短了与先进国家的差距。
1989年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物——重组人干扰素α1b,标志着我国生产的基因工程药物实现了零的突破。
重组人干扰素α1b是世界上第一个采用中国人基因克隆和表达的基因工程药物,也是到目前为止唯一的一个我国自主研制成功的拥有自主知识产权的基因工程一类新药[1,5]。
从此以后,我国基因工程制药产业从无到有,不断发展壮大。
1998年我国基因工程制药产业销售额已达到了7.2x109元。
截止1998年底,我国已批准上市的基因工程药物和疫苗产品共计15种,它们是:一类新药重组人干扰素α1b、一类新药重组bFGF(外用)、重组人表皮生长因子(外用)、重组人干扰素α2a、重组人干扰素α2b、重组人干扰素γ、重组人白细胞介素-2、重组人G-CSF、重组人GM-CSF、重组人红细胞生成素、重组链激酶、重组人胰岛素、重组人生长激素、重组乙肝疫苗、痢疾菌苗。
国内已有30余家生物制药企业取得基因工程药物或疫苗试生产或正式生产批准文号。
至2000年,我国已有200多家生物技术公司,有20多家生产销售人干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗等12种基因工程药物。
3 基因工程药物产业的特点高技术:这主要表现在其高知识层次的人才和高新的技术手段。
生物制药是一种知识密集、技术含量高、多学科高度综合相互渗透的新兴产业。
以基因工程为例,上游技术涉及基因的合成、纯化与测序、基因的克隆与导入工程菌的培养与筛选等;下游技术涉及发酵工程、目标蛋白的纯化及工艺放大,产品的质量检测和保证,制剂的选择和贮藏。
以上还不包括药物的筛选和机制研究。
高投入:生物医药是一个投入相当大的产业,主要用于新产品的研究开发和医药厂房的建造和各种仪器设备的配置方面,目前国外开发一个新的生物药品平均费用在1~3x109美元,并随新药开发的难度增加而增加,有的高达6x109美元。
显然,雄厚的资金是开发成功的必要保障。
周期长:生物药品从开始研制到最终转化为产品要经过很多环节,实验室研究阶段、试生产阶段、临床研究阶段(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期)、规模化生产阶段、市场商品化阶段以及监督,每个环节都要经过严格复杂的药政审批程序,而且产品培养和市场开发较难,所以开发一种新药周期较长,一般需要8~10年,甚至10年以上。
高风险:生物医药的开发存在较大的不确定性风险,新药的投资从生物筛选、药理、毒理等临床前实验,制剂处方确定性实验,生物利用度测试,直到用于人体的临床实验,以及注册上市和售后监督,一系列的步骤,可谓耗资巨大的系统工程,任何一个环节的失败都将前功尽弃。
一般来讲,一个基因工程药品的成功率仅有5~10%,时间要8~10年,另外市场竞争的风险也在日益加剧。
高回报:巨大风险背后蕴藏着高额的回报,生物工程药物的回报率都很高,一种新生物药品一般上市后2~3年即可回收全部投资。
尤其是拥有新产品、专利产品的企业,一旦开发成功便形成技术垄断优势,利润回报高达10倍以上。
美国Amgen 公司1989年推出的促红细胞生成素(EPO)和1991年推出的粒细胞集落刺激因子(G-CSF),在1997年的销售额已分别超过和接近2.0x1010美元,可以说生物药品一旦开发成功投放市场将获暴利。
4 我国基因工程药物产业存在的问题(1)同种产品生产厂家过多,造成市场恶性竞争,严重影响产业的健康发展:我国已批准上市的基因工程药物和疫苗绝大多数是多家生产。
例如干扰素a2a生产厂家有5家,干扰素a2b有5家,白细胞介素-2有10家,G-CSF有7家,GM-CSF有6家。
基因工程药物临床使用剂量一般都很小(微克级),通常2~3个厂家满负荷生产就能满足全国市场需要。
因此,过多厂家生产同一种基因工程药品势必造成市场过度竞争,使各生产企业的利润下降,同时还导致现有生产能力开工不足,成本增加,使企业不能获得合理利润,无法步入良性发展的轨道,甚至迫使有些企业严重亏损和破产。
这种重复生产的现象与我国新药研究开发的指导思想不无关系。
以往我国新药的研究开发是以引进开发为主,我国研制上市的和在研的新药绝大部分是仿制国外的,创新药物很少。
已批准的15种基因工程药物和疫苗中,只有干扰素a1b拥有我国自主知识产权。
在研的生物新药中,绝大多数是国外进入二、三期临床后我国开始跟踪研制的。
由此不难看出,我国新药研究开发缺乏创新和低水平重复是导致医药产业重复生产的源头[5,6]。
(2)科技投入明显不足:必要的资金投入是加快高科技及其产业发展的基本条件之一。
目前,我国R&D经费的投入,仅占国内生产总值的0.5%,远远低于世界上发达国家(占国内生产总值的比例均超过2.0%。
如美国2.6%,日本2.87%,德国2.58%,英国2.08%,法国2.42%),甚至也低于同为发展中国家的印度(其R&D经费占国内生产总值的0.89%)。
“九.五”期间“863”计划、攻关计划、重大基础研究计划、自然科学基金在生物技术与生命科学领域年经费投入合计约为4~5x109元人民币,尚不及国外一家大公司一年的研发投入。
到2000年,即使我国的R&D经费占生产总值达到预定1.5%的目标,也仍然相当程度地落后于发达国家。
(3)技术储备相对不足:创新成果不多,创新性的成果需要强大的基础性研究的支撑,只有基础性研究达到相当的广度和深度才可能促成“点”上的突破。
由于长期以来资金的投入不足,加上机制、意识等方面的原因,导致我国创新性的成果甚少。
虽然近些年来我国基础性研究的经费投入有较大幅度增加,也取得了一些成效,但由于研究的深度和积累不够,研究成果在国际上获得的专利为数不多,加上产学研不能很好的协调,成果转化不够。