生物制药工艺学教案

第一章生物药物概述定义：利用生物体、生物组织或其成分，综合应用多门学科的原理和方法进行加工、制造而成的一大类药物。

广义的生物药物包括：1、从动植物和微生物中制取的各种天然生物活性物质。

2、人工合成或半合成的天然物质类似物。

生物制药的重点研究方向：应用基因工程、酶工程、发酵工程及细胞工程技术研究开发各类新型药物；应现代生物技术改造传统制药工业。

生物药物的特点与要求—特点：在化学构成上十分接近于体内的正常生理物质，容易为机体吸收利用；在药理上具有更高的生化机制合理性和特异治疗有效性；在医疗上具有药理活性高、针对性强、毒性低、副作用小、疗效可靠；化学与生物学性质不稳定，对各种理化因素敏感，生物活性易受影响。

必须有严格的制造管理要求（GMP）质量管理要求；对制品的有效期、贮存条件、使用方法必须做出明确规定；对有效成分应拟定其生物活性检测方法；对制品的均一性、有效性、安全性和稳定性等都有严格要求。

生物药物制备的不同阶段：第一代：利用生物材料加工制成的含有某些天然活性物质与混合成分的粗制剂。

第二代：根据生物化学和免疫学原理，应用近代生化分离纯化技术从生物体制取的具有针对性治疗作用的特异生化成分。

第三代：应用生物工程技术生产的天然生物活性物质以及通过蛋白质工程原理设计制造的具有比天然物质更高活性的类似物或与天然品结构不同的全新的药理活性成分。

二、现代生物药物分5大类：天然生化药物（氨基酸类药物、多肽蛋白质类药物、酶类药物、核酸类药物、多糖类药物、脂类药物）；微生物药物（抗生素、酶抑制剂、免疫调节剂）；基因工程药物；基因药物；生物制品（详见书本）细胞生长因子与组织制剂：细胞生长因子，是在体内对动物细胞的生长有调节作用，并在靶细胞上具有特异受体的一类物质，为多肽或蛋白质，如神经生长因子、血小板生长因子等。

组织制剂，指将动植物组织经过加工处理、制成符合药品标准并具有一定疗效的制剂。

这类制剂未经纯化，有效成分不完全清楚。

如缩宫素制剂、骨肽注射液、脑活素等。

2、抗生素：详见第三章3、生物制品：详见11章预防用制品（1）疫苗：由病毒、立克次氏体或螺旋体制成的，如乙肝疫苗。

（2）菌苗：由细菌制成的，如卡介苗。

（3）类毒素：由细菌外毒素经甲醛脱毒而保留其抗原性的，如白喉类毒素。

治疗用制品（1）特异性治疗用制品，如狂犬病免疫球蛋白。

（2）非特异性治疗用制品，如白蛋白。

诊断用制品，主要指免疫诊断用品，如结核菌素及多种诊断用单克隆抗体。

4、基因工程药物：细胞因子干扰素类，如α-干扰素、β-干扰素、γ-干扰素。

细胞因子白介素类（白介素-2 ）和肿瘤坏死因子（TNF- α和TNF- α受体）。

造血系统生长因子类，促进造血系统，增加红细胞、白细胞和血小板。

如粒细胞集落促进因子（G-CSF）、促红细胞生成素（EPO）等。

生长因子类，用于促进细胞生长、组织再生和创伤治疗。

如胰岛素样生长因子（IGF）、表皮生长因子（EGF）等。

重组多肽和蛋白质类激素，如重组人胰岛素（rhInsulin）、绒毛膜粗性腺激素（HCG）等。

心血管病治疗剂和酶制剂，用于心血管病和抗肿瘤治疗。

如尿激酶、SOD等。

重组疫苗和单抗制品，如乙肝基因疫苗、流感疫苗、肿瘤疫苗等。

5、基因药物：详见12章以基因物质（DNA 和RNA及其衍生物）作为治疗的物质基础，包括基因治疗用的重组目的DNA片段、重组疫苗、反义药物、和核酶。

反应药物是指以人工合成的10-几十个反义寡核苷酸序列和模板DNA或mRNA互补形成稳定的双链结构，抑制靶基因的转录和翻译，从而起到抗肿瘤和病毒的作用。

如ISIS公司开发的HCMV(ISIS 2922)可用于治疗艾滋病患者的视网膜炎是第一个获得FDA批准的进入市场的反义药物。

生物药物的用途：作为治疗药物、作为预防药物、作为诊断药物、用作其他生物医药用品人类基因组的研究：在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”生物新技术1、资源的综合利用与扩大开发：脏器综合利用、血液综合利用、人尿综合利用、扩大开发新资源，如海洋生物、昆虫、毒蛇和低等生物的开发利用2、大力发展现代生物技术医药产品：生物技术药物进入蛋白质工程药物时代；治疗性抗体发展迅猛；哺乳动物细胞表达产物迅速增加；RNA干涉（RNAi）：RNA interference、基因治疗剂3、从天然存在的生理活性物质寻找新药4、应用化学方法和蛋白工程技术创制新结构药物：化学合成法生产简单天然活性物质，或经结构改造使其形成新化合物；修饰或改造编码目的蛋白的DNA序列，结合基因克隆技术获取人工蛋白质类药物。

5、中西结合创制新型生物药物生物制药工艺学的性质与任务：性质：是一门从事各种生物药物的研究、生产和制剂的综合性应用技术科学。

包括生化制药工艺、微生物制药工艺、生物技术制药工艺、生物制品制造与相关的生物医药产品的生产工艺。

任务：1、生物药物的来源及其原料药物生产的主要途径和工艺过程；2、生物药物的一般提取、分离、纯化、制造原理和生产方法；3、各类生物药物的结构、性质、用途及其工艺和质量控制。

第二章生物制药工艺技术基础生物材料的来源：动物脏器，血液、分泌物和其他代谢物，海洋生物，植物，微生物，开发生物新资源1.动、植物、微生物的组织、器官、细胞与代谢产物是生产生物药物的生物资源；2. 动植物细胞培养与微生物发酵技术是获得生物制药原料的重要途径；3. 基因工程技术、细胞工程技术和酶工程技术是开发生物制药资源的新途径;主要来源是猪、牛、羊和家禽、鱼类等的脏器，包括胰脏、脑、胃粘膜、肝脏、脾脏、小肠、脑垂体和心脏等。

血液、分泌物和其他代谢物：•以血液为原料可生产多种药物，如凝血酶、血红蛋白、SOD、干扰素等。

•其他，如尿液、胆汁、蛇毒、蜂毒也是重要的生物材料。

海洋生物：海藻、腔肠动物、节肢动物、软体动物（包括螺、蚌类和乌贼等，已从其中提取出一些具有抗病毒、抗肿瘤、抗菌、降血脂、止血、平喘作用的多糖、多肽、毒素等）、鱼类（鱼肝油）植物：1.生物碱，是生物体中一类含氮有机化合物的总称，它们有类似碱的性质，能和酸结合成盐。

如麻黄碱、吗啡。

2.强心甙，是一类对心肌有兴奋作用，具有强心生理活性的成分，它们的分子中都有一个C17位被不饱和内酯环所取代的甾体母核。

如洋地黄毒甙。

3.黄酮，系两个芳环通过三碳链相互连结而成的一系列化合物，大多数具有颜色，在植物体内大部分与糖结合成甙。

银杏中含银杏素、异银杏素、白果素等都是黄酮类，它们具有解痉、降压、扩张冠状血管等药理作用。

4.皂甙，是一类比较复杂的化合物，它们的水溶液振摇时能产生大量持久的蜂窝状泡沫，与肥皂相似，故名皂甙。

它们有减低液体表面张力的作用，可以乳化油脂，用做去垢剂。

人参中含皂甙总量约4%。

5.挥发油，是具香味和挥发性、可随水蒸气蒸馏的易流动的油状液体。

它们多数具有多方面的药理作用，如解表、发汗、驱风、镇痛、杀虫、抗菌。

薄荷、茴香、樟木、桂皮都含有挥发油。

6.树脂，常与挥发油、树胶、有机酸等混合存在，与挥发油共存的称油树脂，与树胶共存的称胶树脂，与芳香族有酸共存的称香树脂。

药用的如松香、乳香、没药、安息香等7.鞣质，又称丹宁，鞣酸，是存在于植物中的一类分子较大的复杂多元酚类化合物，可与蛋白质结合成不溶于水的沉淀，故能与生兽皮结合而形成致密、柔顺、不易腐败又难以透水的皮革，所以称为鞣质。

茶叶、柿子中含有丰富的鞣质。

鞣质可用于解毒、抗菌、治疗烧伤（使创面收敛、干燥、结痂）。

另外，尚含有氨基酸、蛋白质、酶、激素、糖类、脂类、维生素等生化成分。

微生物：细菌、放线菌、真菌、酵母菌生物资源的选择与保存：1. 选择原则：有效成分含量高、原料新鲜、无污染；来源丰富，易得；价格低廉、杂质含量少，分离纯化。

2.保存方法：冷冻法；有机溶剂脱水法；防腐剂保鲜法。

生物活性物质的存在特点：复杂性：不同生物含有不同种类的活性物质。

•同种生物，由于细胞的类型、年龄、分化程度的不同都会改变活性物质的组成。

如：胸腺激素只能从幼龄动物中提取；HCG只能从孕妇尿中提取。

特点：• 1.生物活性物质在生物体材料中含量较低、杂质含量很高。

• 2.生物材料中的生化组成数量大，种类多，目的物与杂质的理化性质接近，分离纯化困难。

生物材料的提取：提取分固-液提取（浸渍和浸煮）和液-液提取（萃取）。

培养液：平衡盐溶液：维持渗透压，控制酸碱平衡；天然培养基：血浆、血清、鸡胚浸出液；合成培养液；人工无血清培养基提取方法的选择：原则：针对生物材料和目的物的性质选择合适的溶剂系统与提取条件。

活性物质的保护措施：1. 采用缓冲系统 2. 添加保护剂 3. 抑制水解酶的作用 4. 其他避免紫外光、强烈搅拌、过酸、过碱或高温提取方法：1、用酸、碱、盐水溶液提取2、用表面活性剂提取3、有机溶液提取(固-液提取、液-液萃取) 4、双水相萃取5、超临界萃取表面活性剂提取：表面活性剂分子兼有亲水与疏水基团，在分布于水-油界面时有分散、乳化和增溶作用。

表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、中性与非离子型。

离子型表面活性剂作用强，但易引起蛋白质等生物大分子的变性；非离子型表面活性剂变性作用小，适合于用水、盐系统无法提取的蛋白质或酶的提取。

阴离子表面活性剂SDS可以破坏核酸与蛋白质的离子键合，对核酸酶又有一定抑制作用，因此常用于核酸的提取。

有机溶液提取原则：相似相溶原理常用的有机溶剂：极性溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、丁醇；非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯。

影响因素：1、目的物在两相的分配比（分配系数K ）；2、有机溶剂的用量；3、K 增大，提取效率增大；4、K 值较小时，可以适当增加有机溶剂的用量， 采用多次提取。

溶剂的选择：（1）具有较高选择性，即K 值较大。

（2）萃取后，溶质与溶剂容易分离与回收。

（3）两种溶剂的密度相差较大，以减少乳化作用。

（4）溶剂需无毒，不易燃烧，价廉。

萃取操作包括3个步骤：混合—分离—提取及回收。

单级萃取流程 多级逆流萃取流程多级错流萃取流程：由几个萃取器串联所组成，料液经第一级萃取后，分离成两个相；萃余相依次流入下一个萃取器，再加入新鲜的萃取剂继续萃取；萃取相则分别由各级排出，将它们混合在一起，再进入回收器回收溶剂，回收得到的溶剂仍可用作萃取剂使用。

超临界流体的特性：超临界流体具有与液体同样的凝集力，溶解力。

超临界流体的密度比气体大得多，与液体较为接近，因此超临界流体萃取具有很高的萃取速度。

随着温度和压力的连续变化，超临界流体对物质的萃取具有选择性。

萃取后易分离，其扩散系数接近于气体，是通常液体的近百倍。

超临界流体的粘度大大低于液体的粘度，有利于物质的扩散，节能效果明显。

分为萃取阶段和分离阶段。

生物活性物质的浓缩：浓缩是从低浓度的溶液除去水或溶剂，使之变为高浓度的溶液的过程。