生物制药技术

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问题:1、标准化方法? 2、如何发现或研制新药?
对于一个新研制的生物药物,从查阅文献开始,到探索实 验、条件考察(记录客观)、总结制定工艺规程、制定分析
鉴定方法,再进行中试放大,全面考察工艺是否成熟,是否
稳定等。
第三章 生物制药基本技术
1、提取法(Extraction)
基 本 制 造 方 法
2、发酵法( Zymotechnics) 3、化学合成(Chemical synthesize) 4、组织培养法(Tissue culture) 5、现代生物技术(Modern Biotechnics):
预处理方法:
1、动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部分; 植物种子去壳除脂;微生物要进行菌体与发酵液分离等 基本操作。便于贮存和运输。 2、冷冻法预处理:有些材料要冷冻保存或低温保存,以便
抑制微生物和酶的作用。
3、有机溶剂除去部分水分:用丙酮或乙醇进行脱水和脱脂, 有利于贮存。
二、原料的粉碎Comminution of Raw Material
其他蛋白质共沉作用也愈强,这是不希望的。选择适当的
蛋白质浓度,可避免共沉的干扰。
(4)温度:一般在室温下进行,浓盐对蛋白质有保护作用。
但对温度敏感的,要在低温下进行。
常在0-4 ℃范围内迅速操作。如尿激酶。
(5)盐析沉淀物的脱盐:盐析的沉淀分离后,经脱盐才能 获得纯品。最常用的脱盐方法是透析,时间一般较长,应常 换透析液,注意防止污辱。 2、有机溶剂沉淀法 利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异 而分离目的蛋白质的方法。蛋白质的沉淀与溶解,与溶剂的
的极性基团(活性基团),具有可扩散的离子,能与溶液中
的离子起交换作用;非极性基团作为树脂的骨架,使树脂不 溶于水并具有网状结构,为离子交换的进行及溶液和树脂的 分离创造了条件。离子交换层析包括吸附、吸收、穿透、扩 散、离子交换、离子亲和力等物理化学过程。
树脂种类和理化性能:
(1)强酸性阳离子交换树脂:功能团为磺酸基,pH一般
C、超声波处理法:多用于微生物材料,处理的效果与 样品浓度、使用频率有 关。用大肠杆菌制备各种酶
时,常用50~100mg/L菌体浓度,在1~10KC频率下
处理10~15min。操作时注意避免溶液中气泡的存在。 D、加压破碎法:加气压或水压,达0.59~34.32MPa (210~350kgf/cm2)的压力时, 可使90%以上细胞被 压碎。多用于微生物酶制剂的工业制备。
第三章 生物制药的基本技术
Chapter 3 Basic Technique For Biopharmacon
第三章 生物制药基本技术 生物制药是把生物体内的具有生物活性的基本物
质,保持原来的结构和功能,又能在含有多种物质的
液相或固相中较高纯度的分离出来。它是一项严格、 细致、复杂的工艺过程,涉及物理、化学、生物学、 工程等方面的知识和操作技术。
3、等电点沉淀法
利用蛋白质在等电点时的溶解度最低,而各种蛋白质又
具有不同的等电点的特性进行分离的工艺过程。 由于各种蛋白质在等电点时,仍有一定的溶解度而沉淀 不完全,多数蛋白质的等电点又都十分接近,所以单独使用 效果不理想,分辨力差,多用于提取后除杂蛋白。实际生产
中常与有机溶剂沉淀法、盐析法联合使用。
介电常数有关。降低溶液的介电常数,使其溶解度变小,同
时,还破坏蛋白质的水化Hale Waihona Puke Baidu而使蛋白质沉淀析出。
几种溶剂的介电常数 溶剂名称 乙醚 丙酮 乙醇 20 ℃时的介电常数 4.33 21.4 24 溶剂名称 甲醇 水 2.5mol/L甘氨酸水溶液 20 ℃时的介电常数 33 80 137
介电常数与静电力的关系: F=Q1Q2/Kr2 式中: K—介电常数。指带相反电荷的微粒之间的静电引力。
下,蛋白质不易发生变化,一般在室温下操作。
缺点:分级分离能力不高。 常用的中性盐:硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠。
盐析时应注意的几个问题: (1)盐饱和度:由于蛋白质的结构和性质不同,盐析
要求的饱和度也不同。要按工艺要求,正确计算饱和度。
(2)pH 值的选择:蛋白质在pI时的溶解度最小。因此, 进行盐析时的pH,要选择在被分离蛋白质的pI 附近。 (3)蛋白质浓度:在相同条件下,蛋白质浓度越大越 易沉淀,使用盐的饱和度极限也愈低。蛋白质浓度愈高,
Gene engineering, Enzyme engineering,
Cell engineering , protein Engineering, Fermentation engineering
第三章 生物制药基本技术
生化制药的六个阶段 1. 原料的选择和预处理 2. 原料的粉碎 3. 提取:从原料中经溶剂分离有效成分,制成粗品的工 艺过程。 4. 纯化:粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、 透析、超离心 、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺 过程。
(2)反渗透:以高分子透过性薄膜为分离介质,在超过溶液渗
透压力的情况下,使溶液中的溶剂透过薄膜,同时使溶质和不溶
物阻截在膜前。这一过程类似于渗透,但方向相反,即溶剂从高 浓度一侧传递到浓度低的一侧,故称反渗透。 特点:能耗少,体积小,适应大规模生产。 (3)微孔滤膜:由高分子材料制成的薄膜过滤介质,可以过滤
没有限制。 (2)弱酸性阳离子交换树脂:功能团为羧基、酚基。在 酸性溶液中不发生交换,pH愈大交换能力愈强。 (3)强碱性阴离子交换树脂:功能团为三甲基季胺基团。
pH没有限制。
(4)弱酸性阴离子交换树脂:功能团为伯胺基、仲胺基、 叔胺基。 pH愈低交换能力愈大。
影响交换速度的因素:
(1)树脂颗粒的大小:颗粒小,表面积大,能促进内部 和外部扩散。 (2)搅拌和流速:加快搅拌速度或加大液体流速,都能 减少树脂外液膜的厚度,从而使液相扩散速度增加。
动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。
2.物理法 A、反复冻融法:把待破碎的样品冷至-20℃-15℃ ,使 之凝固,然后缓慢的溶解,如此反复操作,大部分动物性 细胞及细胞内的颗粒可以破碎。
B、冷热交替法:将材料投入沸水中,在90℃左右维持数
分钟,立即置于冰浴中,使之迅速冷却,绝大部分细胞
被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白和核酸。
有机沉淀法应注意的问题:
(1)控制工艺过程的温度:整个操作过程应在低温下进
行,而且最好是同一温度。 (2)防止溶剂局部浓度过高:加入有机溶剂时搅拌要均
匀,速度要适当,避免局部浓度过高,引起沉淀物的破坏、
变性或失活。 (3)及时处理沉淀物:沉淀物经过滤或离心后,要立即 用水或缓冲液溶解,降低有机溶剂的浓度。 (4)pH的选择:在待沉淀蛋白质的pI附近。 (5)有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素,尤其是对敏感 酶类。
体处理(液—固萃取)和液体处理(液—液萃取)。
提取条件的选择: 1、溶剂:常用水、稀盐、稀酸、稀碱,有机溶剂如乙醇、 丙酮、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的pH、温度范 围较广(pH3-6, -2-40℃)。适用于动植物和微生物原
料。
2、pH : 与溶解度和稳定性有很大关系,一般选择在 pI 的两侧。
C. 表面活性剂处理法:表面活性剂的分子中,兼有亲脂
性和亲水性基团,能降低水的界面张力,具有乳化、分散、 增溶作用。常用有:SDS、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸 钠。
三、提 取 Extraction 提取:也称抽提、萃取,就是利用一种溶剂对物质的不同溶 解度,从化合物中分离出一种或几种组分的过程。分为固
一般介质不能截留的细菌和微粒。膜的孔径在0.2-10 μ m。
(4)超精密过滤:以聚乙烯醇为主体的中空多孔滤膜,分级性 能在超滤膜与微孔滤膜之间。为0.01~0.2 μ m。用于水的精制、
循环水的净化、除悬浮固体粒子以及糖液、酶液的精制。
5、离子交换层析 采用不溶性高分子化合物作为离子交换剂,分离纯化各 种生化物质。 基本原理:离子交换树脂在水中能溶胀,溶胀后,其分子中
3.
生化及化学法:
A. 自溶法:将新鲜的生物材料存放在一定的pH和
适当温度下,利用组织细胞中自身的酶系将细胞破
坏,使细胞内含物释放出来的方法。自溶的温度,
动物材料在0-4℃ ,微生物在室温下。自溶时,需
加少量的防腐剂,甲苯、氯仿,以防止外界细菌的
污染。 *
由于自溶时间较长,不易控制,故制造具有活性的核酸和蛋白质
时比较少用。
B. 溶菌酶处理法:溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。
多用于微生物,对蜗牛酶、纤维酶及植物细胞也适用。如
用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造DNA时,采用pH8.0的 0.1mol/L Tris-0.01mol/L EDTA 制成 2 亿/ml的细胞悬液, 然后加 入100μg~1mg的溶菌酶,在37 °C保温10min, 细菌胞壁即被破坏。
四、分离纯化Separation and Purification 1、盐析法 利用不同的蛋白质在高浓度盐溶液中,溶解度不同程度 的降低来进行分离纯化。在低盐浓度下,溶解度随着盐浓 度升高而增加,称盐溶作用;当盐浓度不断升高时,不同
蛋白质的溶解度又以不同程度下降并先后析出沉淀,称盐
析作用。 优点:设备和条件要求低,安全应用范围广泛。在高盐情况
(3)离子浓度:交换速度随离子浓度的上升而增加,达
到一定浓度后交换速度不在升高。
(4)离子的水化半径:水化半径小的易被吸附。
(5)树脂酸碱性的强弱和溶液的pH:
(6)交联度大小:交联度愈小,树脂愈易膨胀,交换速度
愈快。但交联度小的树脂选择性较差。 (7)有机溶剂的影响:当有有机溶剂存在时,会降低树
F—相距为r的2个带电量分别为Q1、Q2点电荷相互作用的静电引力。
经验:如30-40%乙醇沉淀的物质,改用丙酮时,其体积分数可减少10%左右。即可用
20—30%的丙酮; 而70-80%乙醇沉淀的物质,可用50—60%的丙酮即可。
注:水有较高的介电常数,具有很好的溶剂性能,是一种广谱溶剂。有机溶剂 法比盐析法分辨力强,沉淀也好过滤,易干燥,但对有些生物活性物质能引起 失活和变性。应用时还要注意挥发和火灾等。
原料的粉碎:在提取前先将大块的原料粉碎或绞碎成适度的 粒度,或将细胞破碎,使胞内活性物质充分释放到溶液中,
有利于提取或吸附。
动物脏器组织:常用绞肉机机械法粉碎; 植物肉质组织:常用磨碎法; 微生物:常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等 处理方法。
1.机械法:组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、 绞肉机、击碎机、刨片机。
5. 浓缩、干燥及保存 6. 制剂:原料药(精制品)经精细加工制成片剂、针 剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。
一. Raw Material Selecting and Pretreatment 原料选择和预处理
原料选择的基本准则:
1、在大量的信息资料和实践经验的基础上,选择目标原料。 2、选择有效成分含量高的新鲜材料; 3、来源丰富易得; 4、制造工艺简单易行; 5、成本比较低; 6、原料的采集不破坏生态环境, 选择对环境友好的原材料资 源,防止生物入侵。
3、温度:一般在5
℃ 以下,但对温度耐受力较大的药物,可
适当的提高温度,使杂蛋白变性分离,有利于提取和纯化。 如胃蛋白酶、酵母醇脱氢酶及多肽激素类,选择37-50 取,效果较好。 影响提取的因素:


1、被提取物质溶解度的大小:一般极性对极性;非极性
对非极性;酸对碱;碱对酸;高温;远离等电点。 2、扩散作用的影响:扩散方程式 G=DF*Δ C/Δ X*t 3、分配作用的影响:分配定律 (C1/C2)恒温、恒压=K
脂对有机离子的选择性,而容易吸附无机离子。
6、凝胶层析 指化合物随流动相流经装有凝胶的固定相的层析柱时, 因其各种物质分子大小不同而被分离的技术。又称凝胶过滤、 凝胶渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析。 优点:设备简单,操作方便,分离效果好,回收率高,分 离条件缓和,不使活性物质失活变性,凝胶可重复使用,无 需再生处理。
4、膜分离法
膜分离技术包括超滤、反渗透析、电渗析、微孔过滤、
气体渗析和超精密过滤。 (1)超滤:根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来 进行筛分。在液压的驱动下,能通过超滤膜的分离粒子的 范围,一般在0.001—0.01μ m。即利用一种特制的膜对溶
液中的各种溶质分子进行选择性过滤。
优点:成本低、操作方便、条件温和、能较好地保持药物 活性、回收率高。适用于酶和蛋白质药物的分离、浓缩、 脱盐、提纯、除菌、除病毒和热原。
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