生物制药发酵工艺第一篇
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• • • • • • • （1）有稳定的工艺：收率，质量可靠 （2）操作条件基本确立 （3）已建立中间品和成品分析方法 （4）生物材料已鉴定 （5）物料平衡、三废处理已基本解决 （6）中试规模、产品产量，规模已确定 （7）安全生产已有方案
4．中试放大要解决的问题
• • • • （1）原辅材料规格 （2）设备选型与材质选用 （3）反应条件 （4）原辅料中间品、产品质控标准与检定 方法 • （5）下游工艺优化与稳定制造规程的制定
②：原生质体融合 ③：基因工程技术
3．菌种保存
（1）保存目的：防止退化 （2）菌种退化检查方法 （3）菌种退化防止方法 ①防止基因突变：如低温保藏 ②采用双重缺陷型 ③制作平行的菌种斜面，少传代 ④分离单菌落，自然筛选 ⑤选择培养条件
（4）菌种保藏方法
①斜面低温保存
②液体石蜡封藏法 ③甘油冷冻法
1982.10重组Ins上市，迄今已有166多种生物 技术药物投放市场，369种进入三期临床，760 多种进入I-II期，2600多种处于临床前 研究。
二、《 生物制药工艺学 》的内容
1．生化制药与微生物制药工艺 2 生物技术药物与生物制品制造工艺 3 相关生物医药产品生产工艺 课程含三大部分内容： 课程含三大部分内容： （ 1）基础篇：生物制药工艺技术基础 （ 2）技术篇：生物分离工程技术 （ 3）品种篇：重要生物药物制造工艺
• 3．中国的三大药源
中国药典2005年版分一部、二部和三部。 药典一部收载药材及饮片、植物油脂和提取 物、成方制剂和单味制剂等； 药典二部收载化学药品、抗生素、生化药品、 放射性药品以及药用辅料等； 药典三部收载生物制品，首次将《中国生物 制品规程》并入药典。
• 生物药物——是利用生物体、生物组织或 其成分，综合应用生物学、生物化学、微 生物学、免疫学、物理化学和药学的原理 与方法进行加工、制造而成的一大类预防、 诊断、治疗制品。
④冷冻干燥法
⑤液氮保藏法
二、微生物的培养
1、微生物生长的营养要素 碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、 水 2、微生物的培养基 培养基种类（分类标准不同）
灭菌方法
1.加热灭菌
2.辐射灭菌 3.介质过滤除菌 4.化学灭菌法
三、发酵工程
• 1.发酵过程中菌的生长周期
• 2影响发酵的参数
第三节 生物技术药物制造技术基础
• (二)、理化特性： 1. 含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技 术要求高 2. 组成结构复杂，具严格空间结构，生物学 因素不稳定 3. 生物材料易染菌和腐败 4.生物药物制剂的特殊要求
第三节 生物药物的发展与展望
• 1．生物技术药物研究进入蛋白质工程药物时 代 第一代重组药物：一级结构与功能和天然活性蛋 白质完全一样； 第二代重组药物：对天然产物表达物进行 简单 修饰，如PEG化或糖基化； 第三代重组药物时代：蛋白质工程药物， 在DNA 水平上，合理设计、改造、创制新型治疗蛋白。 目的是提高活性；减少或消除毒 副作用；提 高体内外稳定性；产生新的功能作用
第一篇生物制药工艺基础
1：生物药物概述 2：生物制药工艺技术基础
第一章 生物药物概论
• 1．药物 Medicine(remedy) 用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功 能、促进机体康复保健的物质，有4大类：预 防药、治疗药、诊断药和康复保健药。 • 2．药品 Drug 直接用于临床的药物产品，是特殊商品。 药品应规定有适应症、用法与用量和疗程，说 明毒副反应。还要有使用有效期，过期药品不 准 使用。
• 2. 治疗性抗体发展迅猛 FDA已批准17种治疗性抗体，在抗肿瘤、治 疗风湿性关节炎，防止感染、抗血小板凝 集等方面疗效突出。在369种进入临床试验 的生物技术药物中有75种是抗体类产品， 预计2013年会有26种上市。
• 3. 哺乳动物细胞表达产物所占比重快速增 加 2012年已批准创新生物技术药物：酵母表 达产品2种E.coli表达产品4种，表示它表达 多肽有优势，而通过动物细胞表达系统22 种（包括抗体、酶、凝血因子）
（一）几种常用提取方法 1．酸、碱、盐水溶液提取方法 2．表面活性剂提取方法与反胶束提取方法 3．有机溶剂提取 4. 双水相萃取法 5．超临界萃取法
（二）提取方法与优化
（二）提取方法与优化 1.溶剂选择 2.选择添加剂 ①保护剂； ②酶抑制 3.提取条件 ①温度 ②pH ； ③盐； ④表面活性剂
三．浓缩与干燥
中试放大
目的与规模 1．目的： （1）建立稳定工艺、大批量制备足量合格 产品，供应临床前与临床研究； （2）研究工艺参数制定工艺规程和检定规 程，为正式生产提供工艺参数，保证能 在以后生产中应用
• 2．规模：
中试是由小试转入工业化生产的过渡性研 究，是取得成功产业化的关键。
3、中试放大时应具备的条件
四植物细胞大规模培养的生物反应 器的特点
1.摇瓶
2.搅拌型生物反应器 3.鼓泡塔和气升式生物反应器 4.转鼓式生物反应器
固定化酶
• （1）固定化稳定性提高 • （2）可重复使用、提高使用效率、降低成 本 • （3）提高强度，便于连续、自动、规模化 生产 • （4）便于产物的分离、纯化
制备方法
（1）吸附法：分为物理吸附法和离子交换吸 附法 （2）包埋法：将酶或细胞定位于凝胶高聚物 网络中，如卡拉胶，海藻胶，聚丙烯酰胺 （3）共价键结合法：酶分子与载体分子，通 过化学偶联使酶与载体共价结合。 （4）交联法：用双功能试剂将酶与载体交联 固定化
第二节 微生物制药工艺技术基础
一、菌种的选育与保藏 1．自然选育 依据自发突变原理，通过不断分离筛选， 除去衰变菌落，选择高产菌，达到强化、 复壮、稳定生产目的。 方法：（1）平板划线法 （2）稀释平板法
2．诱变育种
（1）出发菌株的选择
（2）诱变处理 （3）筛选
3、现代菌种选育技术
①：杂交育种
二．中试放大方法与总结内容
• • • • • • • • • • • 1、放大方法 （1）经验放大（2）相似放大（3）数学模型放大 2、总结内容： （1）确定工艺路线，优化工艺条件，制定制造规程。 （2）制定岗位操作、投产 （3）进行材料衡算 （4）安全生产与处理 （5）原辅料及产品质控方法与标准测定。 （6）产品规格标准制定 （7）消耗定额，成本核算，工时，生产周期计算。 。 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com • 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区
3. 现代生物制药阶段 现代生物制药阶段 （ （Modern Modern Biopharmaceutics Biopharmaceutics） ） 特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、 发 特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、 发酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。 酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。
课程任务
通过学习本门课程应掌握：
1 各类生物药物制造的工艺技术基础理论、原 理、工艺过程和制剂技术质量控制
2各类生物药物的来源、结构、性质与临床用 途。
第二节 生物药物的性质与类别
生物药物的特性 （一）药理学 (pharmacology)特性： 1 、活性强: 体内存在的天然活性物质 2、治疗针对性强 、基于生理生化机制。 3、毒副作用一般较少，营养价值高 4、可能具免疫原性或产生过敏反应
一、重组DNA 技术原理 1．基因工程操作过程： （1）获得目的基因； （2）构建DNA重组体； （3）将重组体导入宿主细胞； （4）工程菌的克隆与鉴定； （5）目的基因扩增与蛋白表达
三：动物细胞工程制药技术基础
1.动物细胞的获得
2Hale Waihona Puke Baidu动物细胞培养的条件 3.动物细胞大规模培养方法 4.动物细胞大规模培养的操作方式
现代生物药物分四大类
• 基因重组多肽、蛋白类治疗剂 • 基因药物：以遗传物质 DNA、 RNA为物 为 物质基础制造的药物 • 天然生物药物 • 合成或半合成生物药物
第一节 生物药物的研究范围
一、生物药物的发展简史 1. 传统生物制药技术阶段（Traditional biopharmaceutics） 指从生物材料粗加工制成粗制剂阶段。 （1）公元4世纪葛洪《肘后良方》—海藻治 瘿病 （2）公元631～682，孙思邈羊肝治“雀目” （3）神农，用蟾酥治疗创伤
• 2. 近代生物制药发展阶段（Recent Biopharmaceutics） （1）脏器制药与微生物制药时期 20世纪20年代：胰岛素、甲状腺素、EAA、 EFA、VitC 20世纪40年代：青霉素 20世纪50年代：皮质激素、垂体激素 20世纪60年代：酶制剂、维生素
• （2）生化制药工业时代 60年代后，生物分离工程技术与设备广泛 应用。生化产品达600多种。
第二章 生物制药工艺技术基础
第一节 生物药物提取、分离、纯化技术基础 一、生物材料的选择 1．生物活性物质存在部位：胞内、胞外、胞浆、 质膜、器膜、周质 2．生物材料的采集与质控 （ 1）品种鉴定 （ 2）防止污染与感 （ 3）选择富集目的物材料 （ 4）冷冻保存
二、生物活性物质物质常用的提取 方法与优化
2. 分离纯化原理
(1)根据分子形状与分子大小 (2)根据电荷差异 (3)根据分子极性与溶解度大小 (4) 根据吸附特性 根据吸附特性 (5) 根据生物配基特性
3. 选择原则
1 粗品分离：大处理量 相对低分辨率 盐析，分级沉淀，萃取，超滤 2 精制：高分辨率 多种色谱层析法 ,亲和层析，HPLC ，FPLC ， 电泳或等电聚焦
1.浓缩方法： ①盐析； ②有机溶剂沉淀； ③高分子脱水 ④超滤； ⑤真空浓缩或薄膜浓缩；
大型液膜蒸发器
旋转蒸发仪
2.干燥
①低温真空干燥；
②喷雾干燥； ③冷冻干燥
四、分离纯化
1.生化制药工艺中分离纯化特点 (1) 生物材料组成复杂 (2) 目的物含量低 (3) 易变性、失活 (4) 分离方法有很大经验成分 (5) 步骤多，逐级分离 (6) 产品验证与化学上纯度概念不完全相同
4．中试放大要解决的问题
• • • • （1）原辅材料规格 （2）设备选型与材质选用 （3）反应条件 （4）原辅料中间品、产品质控标准与检定 方法 • （5）下游工艺优化与稳定制造规程的制定
②：原生质体融合 ③：基因工程技术
3．菌种保存
（1）保存目的：防止退化 （2）菌种退化检查方法 （3）菌种退化防止方法 ①防止基因突变：如低温保藏 ②采用双重缺陷型 ③制作平行的菌种斜面，少传代 ④分离单菌落，自然筛选 ⑤选择培养条件
（4）菌种保藏方法
①斜面低温保存
②液体石蜡封藏法 ③甘油冷冻法
1982.10重组Ins上市，迄今已有166多种生物 技术药物投放市场，369种进入三期临床，760 多种进入I-II期，2600多种处于临床前 研究。
二、《 生物制药工艺学 》的内容
1．生化制药与微生物制药工艺 2 生物技术药物与生物制品制造工艺 3 相关生物医药产品生产工艺 课程含三大部分内容： 课程含三大部分内容： （ 1）基础篇：生物制药工艺技术基础 （ 2）技术篇：生物分离工程技术 （ 3）品种篇：重要生物药物制造工艺
• 3．中国的三大药源
中国药典2005年版分一部、二部和三部。 药典一部收载药材及饮片、植物油脂和提取 物、成方制剂和单味制剂等； 药典二部收载化学药品、抗生素、生化药品、 放射性药品以及药用辅料等； 药典三部收载生物制品，首次将《中国生物 制品规程》并入药典。
• 生物药物——是利用生物体、生物组织或 其成分，综合应用生物学、生物化学、微 生物学、免疫学、物理化学和药学的原理 与方法进行加工、制造而成的一大类预防、 诊断、治疗制品。
④冷冻干燥法
⑤液氮保藏法
二、微生物的培养
1、微生物生长的营养要素 碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、 水 2、微生物的培养基 培养基种类（分类标准不同）
灭菌方法
1.加热灭菌
2.辐射灭菌 3.介质过滤除菌 4.化学灭菌法
三、发酵工程
• 1.发酵过程中菌的生长周期
• 2影响发酵的参数
第三节 生物技术药物制造技术基础
• (二)、理化特性： 1. 含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技 术要求高 2. 组成结构复杂，具严格空间结构，生物学 因素不稳定 3. 生物材料易染菌和腐败 4.生物药物制剂的特殊要求
第三节 生物药物的发展与展望
• 1．生物技术药物研究进入蛋白质工程药物时 代 第一代重组药物：一级结构与功能和天然活性蛋 白质完全一样； 第二代重组药物：对天然产物表达物进行 简单 修饰，如PEG化或糖基化； 第三代重组药物时代：蛋白质工程药物， 在DNA 水平上，合理设计、改造、创制新型治疗蛋白。 目的是提高活性；减少或消除毒 副作用；提 高体内外稳定性；产生新的功能作用
第一篇生物制药工艺基础
1：生物药物概述 2：生物制药工艺技术基础
第一章 生物药物概论
• 1．药物 Medicine(remedy) 用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功 能、促进机体康复保健的物质，有4大类：预 防药、治疗药、诊断药和康复保健药。 • 2．药品 Drug 直接用于临床的药物产品，是特殊商品。 药品应规定有适应症、用法与用量和疗程，说 明毒副反应。还要有使用有效期，过期药品不 准 使用。
• 2. 治疗性抗体发展迅猛 FDA已批准17种治疗性抗体，在抗肿瘤、治 疗风湿性关节炎，防止感染、抗血小板凝 集等方面疗效突出。在369种进入临床试验 的生物技术药物中有75种是抗体类产品， 预计2013年会有26种上市。
• 3. 哺乳动物细胞表达产物所占比重快速增 加 2012年已批准创新生物技术药物：酵母表 达产品2种E.coli表达产品4种，表示它表达 多肽有优势，而通过动物细胞表达系统22 种（包括抗体、酶、凝血因子）
（一）几种常用提取方法 1．酸、碱、盐水溶液提取方法 2．表面活性剂提取方法与反胶束提取方法 3．有机溶剂提取 4. 双水相萃取法 5．超临界萃取法
（二）提取方法与优化
（二）提取方法与优化 1.溶剂选择 2.选择添加剂 ①保护剂； ②酶抑制 3.提取条件 ①温度 ②pH ； ③盐； ④表面活性剂
三．浓缩与干燥
中试放大
目的与规模 1．目的： （1）建立稳定工艺、大批量制备足量合格 产品，供应临床前与临床研究； （2）研究工艺参数制定工艺规程和检定规 程，为正式生产提供工艺参数，保证能 在以后生产中应用
• 2．规模：
中试是由小试转入工业化生产的过渡性研 究，是取得成功产业化的关键。
3、中试放大时应具备的条件
四植物细胞大规模培养的生物反应 器的特点
1.摇瓶
2.搅拌型生物反应器 3.鼓泡塔和气升式生物反应器 4.转鼓式生物反应器
固定化酶
• （1）固定化稳定性提高 • （2）可重复使用、提高使用效率、降低成 本 • （3）提高强度，便于连续、自动、规模化 生产 • （4）便于产物的分离、纯化
制备方法
（1）吸附法：分为物理吸附法和离子交换吸 附法 （2）包埋法：将酶或细胞定位于凝胶高聚物 网络中，如卡拉胶，海藻胶，聚丙烯酰胺 （3）共价键结合法：酶分子与载体分子，通 过化学偶联使酶与载体共价结合。 （4）交联法：用双功能试剂将酶与载体交联 固定化
第二节 微生物制药工艺技术基础
一、菌种的选育与保藏 1．自然选育 依据自发突变原理，通过不断分离筛选， 除去衰变菌落，选择高产菌，达到强化、 复壮、稳定生产目的。 方法：（1）平板划线法 （2）稀释平板法
2．诱变育种
（1）出发菌株的选择
（2）诱变处理 （3）筛选
3、现代菌种选育技术
①：杂交育种
二．中试放大方法与总结内容
• • • • • • • • • • • 1、放大方法 （1）经验放大（2）相似放大（3）数学模型放大 2、总结内容： （1）确定工艺路线，优化工艺条件，制定制造规程。 （2）制定岗位操作、投产 （3）进行材料衡算 （4）安全生产与处理 （5）原辅料及产品质控方法与标准测定。 （6）产品规格标准制定 （7）消耗定额，成本核算，工时，生产周期计算。 。 生物秀-专心做生物 www.bbioo.com • 生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区
3. 现代生物制药阶段 现代生物制药阶段 （ （Modern Modern Biopharmaceutics Biopharmaceutics） ） 特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、 发 特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、 发酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。 酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。
课程任务
通过学习本门课程应掌握：
1 各类生物药物制造的工艺技术基础理论、原 理、工艺过程和制剂技术质量控制
2各类生物药物的来源、结构、性质与临床用 途。
第二节 生物药物的性质与类别
生物药物的特性 （一）药理学 (pharmacology)特性： 1 、活性强: 体内存在的天然活性物质 2、治疗针对性强 、基于生理生化机制。 3、毒副作用一般较少，营养价值高 4、可能具免疫原性或产生过敏反应
一、重组DNA 技术原理 1．基因工程操作过程： （1）获得目的基因； （2）构建DNA重组体； （3）将重组体导入宿主细胞； （4）工程菌的克隆与鉴定； （5）目的基因扩增与蛋白表达
三：动物细胞工程制药技术基础
1.动物细胞的获得
2Hale Waihona Puke Baidu动物细胞培养的条件 3.动物细胞大规模培养方法 4.动物细胞大规模培养的操作方式
现代生物药物分四大类
• 基因重组多肽、蛋白类治疗剂 • 基因药物：以遗传物质 DNA、 RNA为物 为 物质基础制造的药物 • 天然生物药物 • 合成或半合成生物药物
第一节 生物药物的研究范围
一、生物药物的发展简史 1. 传统生物制药技术阶段（Traditional biopharmaceutics） 指从生物材料粗加工制成粗制剂阶段。 （1）公元4世纪葛洪《肘后良方》—海藻治 瘿病 （2）公元631～682，孙思邈羊肝治“雀目” （3）神农，用蟾酥治疗创伤
• 2. 近代生物制药发展阶段（Recent Biopharmaceutics） （1）脏器制药与微生物制药时期 20世纪20年代：胰岛素、甲状腺素、EAA、 EFA、VitC 20世纪40年代：青霉素 20世纪50年代：皮质激素、垂体激素 20世纪60年代：酶制剂、维生素
• （2）生化制药工业时代 60年代后，生物分离工程技术与设备广泛 应用。生化产品达600多种。
第二章 生物制药工艺技术基础
第一节 生物药物提取、分离、纯化技术基础 一、生物材料的选择 1．生物活性物质存在部位：胞内、胞外、胞浆、 质膜、器膜、周质 2．生物材料的采集与质控 （ 1）品种鉴定 （ 2）防止污染与感 （ 3）选择富集目的物材料 （ 4）冷冻保存
二、生物活性物质物质常用的提取 方法与优化
2. 分离纯化原理
(1)根据分子形状与分子大小 (2)根据电荷差异 (3)根据分子极性与溶解度大小 (4) 根据吸附特性 根据吸附特性 (5) 根据生物配基特性
3. 选择原则
1 粗品分离：大处理量 相对低分辨率 盐析，分级沉淀，萃取，超滤 2 精制：高分辨率 多种色谱层析法 ,亲和层析，HPLC ，FPLC ， 电泳或等电聚焦
1.浓缩方法： ①盐析； ②有机溶剂沉淀； ③高分子脱水 ④超滤； ⑤真空浓缩或薄膜浓缩；
大型液膜蒸发器
旋转蒸发仪
2.干燥
①低温真空干燥；
②喷雾干燥； ③冷冻干燥
四、分离纯化
1.生化制药工艺中分离纯化特点 (1) 生物材料组成复杂 (2) 目的物含量低 (3) 易变性、失活 (4) 分离方法有很大经验成分 (5) 步骤多，逐级分离 (6) 产品验证与化学上纯度概念不完全相同