(完整版)现代生物技术在医药领域的应用

河南工业大学

现代生物技术导论--生物技术在医药领域的应用

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生物技术在医药领域的应用

在医药领域，生物技术在预防、诊断和治疗影响人类健康的重大疾病方面发挥了重要作用，并由此形成了高速成长的生物医药产业，这是目前为止生物技术最大的应用领域。生物医药产业最发达的国家是美国。第一家运用现代生物技术的制药公司--美国的Cetus公司，创建于1971年。到目前为止，美国生物制药业已有数百家公司，正在开发数千种药品。随着生物技术新药开发数量的增长，生物技术药品研发费用的增长速

度将比其他药品更快。生物技术药物的销售增长率趋势是2003年到2010年每年增长12-15％，随着更多的生物技术药品进入市场，销售增长率会增加得越来越快。生物技术药品已涉足于200多种疾病，其研究多数是针对癌症治疗，在传染性疾病、神经性疾病、心血管疾病、呼吸系统疾病、爱滋病、自体免疫性疾病、皮肤病等其他疾病方面的研究力量相当。总览生物技术在生物制药领域的发展新趋势，主要有以下几方面：

1、个性化药品

个性化药物是指适合于某一特定病人的药物。新技术的开发将使治

疗方法产生了巨大的进步，使个性化药物的运用成为可能。生物技术使得我们能够区别遗传物质形成过程中的细微差异，了解每个病人在治疗效果、药物敏感性和副反应发生方面的差异。如果知道一个人会对某个药物产生怎样的反应和如何代谢，医生就能在治疗前确定病人用什么药合适。

这些进步对医药产生了很大影响，制药企业可以生产更有效的药物。知道了药物对哪些人疗效好且副反应少，临床实验就可以在疗效好且副反应少的人中进行，医生就可以避免将处方药物开给使用效果不好或有严重副反应的人。这样，对于特殊

人群有好处的药物就有可能被开发出来了，而不是被拒绝，新药开发的成本也就会降低。

病人将受益于使用合适的药物，不用再试用所有的药物或受大量的副反应的影响。医生的处方药物会及时发挥作用，治疗会在更短的时间内见到效果，并且可以节省治疗费用。

同时，个性化药物也给我们带来一个问题--这些药物怎样使用?医生将说"遗传学上讲"还是"一般来说"？不同的医生的做法会相同吗？现在还不清楚怎样使医生将遗传学作为基本治疗方法的一部分。不经过学习和培训，我们也许不能获得个性化

治疗带给我们的所有好处

2、利用微生物发酵制取生物活性物质

生物体内有许多生物活性物质可以作为药物，这其中微生物产物最为重要，现代医疗所用的抗生素、菌体药物、酶制剂、酶抑制剂等都是微生物发酵产物，这些生物活性物质的生产大多采用液体深层培养法。

酶抑制剂，对生物体内酶活性有抑制作用的物质称酶抑制剂，它作为医药产品的潜力是很大的。。筛选的各种酶抑制剂，其中有的作为免疫促进剂，有的在进行动物试验。许多至今尚未攻克的疑难病症，将会通过酶抑制剂药物加以治疗及改善，该种药物将会成为具有广阔市场前景的药品。酶抑制剂研究中主要受各种酶和受体筛选模型的限制，因为靶酶和受体大多来自动物体内，数量有限不利于采用机器人进行大量筛选，应用基因重组技术将一些靶酶的活性中心或受体的配体、亚基等在微生物中大量表达可以解决这一难题。

生物技术发酵还可以生产其它生理活性物质主要有畄体激素、维生素、赤霉素、杀菌剂等。畄体激素是治疗关节炎的良药，特别是可的松对于风湿性关节炎疗效尤好。由脱氧胆酸为原料，以化学合成法合成醋酸可的松，需32步化学反应，用黑根霉将黄体酮一步转化为11一a一轻基黄体酮，收率高达90%，省去了10个化学合成工序。后又陆续发现一些细菌、放线菌、酵母、霉菌菌株对畄体化合物中的一定部位均有转化反应，微生物在街体激素的制造中得到了广泛应用。维生素种类繁多，许多为人体所必需，除鱼肝油外，过去大都采用化学合成法。随着发酵技术的日益发展，部分维生素如维生素B12、维生素B2和维生素C等可采用生物合成法生产。赤霉素对蔬菜有很好的增产效果，用赤霉素涂点棉花花铃能明显减少棉铃脱落，从而达到增产目的，我国已从稻恶菌病株上分离筛选出优良菌株，利用深层培养法生产赤霉素，但生产能力不高，有待提高。

3．利用动物、植物细胞和组织培养来提供药物

动物细胞或组织培养是直接从有机体得到的组织或将其分散成细胞后进行的培养。通过动物细胞培养，已可获得病毒疫茵、干扰素、激素、单克隆抗体、免疫制剂及特殊的酶和物

质，随着基因重组技术和单克隆抗体技术的进展，动物细胞和组织培养展现出越来越可观的工业化前景。近年来用300 L和1000L的培养罐分别用于生产单克隆抗体和灰色脊髓炎疫苗。把植物细胞或组织从植物体内分离出来，并在比较简单的培养基中进行培养获得色素、香料、药品等已有半个世纪的历史，植物细胞与栽培植物相比，具有不受气候影响、稳定供应、在控制条件下生产、可采用连续方法生产等优点，但由于目的产物产率很低、植物细胞生长缓慢等问题，利用植物细胞和组织培生产药物工作进展较慢。

4．运用固定化技术制备药物及中间体

固定化技术主要指酶、完整细胞的固定化，即将原来游离的水溶性酶或细胞，设法限制或固定于某一局部的空间或固体载体上。采用固定化技术后，酶既不会流失，也不会污染产品质量。固定化细胞可以使酶在细胞内环境中发挥作用，酶活力损失少，而且免除了破碎细胞提取胞内酶的手续。固定化酶在经过滤或离心后可以长期重复使用，而且它的稳定性也得到提高，在实际应用中，固定化酶可以装在反应器中，使整个生产连续化进行，有利于生产的自动化控制，提高生产率。

5．利用基因工程改进药物生产工艺

基因工程技术在药物生产过程中主要用子改良工业生产菌种、提高菌种生产能力和性能、提高有效组分含量、简化工艺提高收率、有利于提取精制等后处理工序，并可大大减少环境污染等。

应用基因重组技术把带有头抱菌素C生物合成途径中编码关键酶基因的杂合质粒转化至头孢菌素C的工业生产菌种中，获得的高产工程菌在中试规模中头孢菌素C生产能力比原菌株提高了15%，在抗生素发酵过程中供氧往往是限制因素，且消耗大量能源，将血红蛋白基因克隆进头孢菌素C产生菌顶头孢霉菌后，使该菌种在发酵中的氧耗明显降低，且有效增加了头孢菌素C的产量。随着对各种工业生产的微生物药物生物合成途径的深人了解以及基因重组技术的不断发展，应用基因工程技术定向构建高产菌株，改进药物生产工艺的实例将越来越多。

6．基因药物和基因治疗

6.1基因药物

基因药物是1990年在《科学》杂志上提出的“以基因为原料生产的药物”，主要包括基因( Gene )、质粒( plasmid )、反义DNA或RNA（ Antisense molecules ）、模拟分子(decay

DNA/RVA),短小DNA或RNA ( Aptamers )和核酶(Ribozyme)等。这些药物是从分子水平上搞清了致病基因及发病机制后，在体外重建基因，转入体内，达到定向改变或恢复基因生物学功能，实现基因治疗的目的。

6.2基因治疗( Gene therapy )

基因治疗：是将外源基因重建后导人体内细胞，使正常基因置换病源基因或有缺失的基因，从而恢复基因的生物学功能，达到治疗的目的。进行基因治疗需要有理想的载体，现在常用的有病毒性载体和非病毒性载体，非病素性载体有脂质体、质粒、金属微粒等;病毒性载体有反转录病毒、腺病毒、腺相关病毒、单纯疱疹病毒，每一种载体都有自己的特点，逆转录病毒是目前研究的最深人、应用最广泛，转基因效率最高的病毒性载体，它可以介导基因整合于宿主基因组而产生较长时间表达，但它不能感染静止细胞:病毒载体的缺点是可能产生插入突变的危险，会激活癌基因或灭活抑癌基因及其它功能基因。目前运用还不广泛。

6.3细胞因子类生物药物

细胞因子是淋巴细胞来源的淋巴因子和巨噬细胞及单核细胞来源的单核因子在免疫系统中具有各种生物学活性的一类因子的总称。细胞因子种类繁多，功能纷杂各异。以前细胞因子的来源是采用细胞培养法，细胞在刺激物作用下产生细胞因子，再从培养物中提取纯化，这种方法产量低、质量差，限制了对细胞因子的研究和应用，目前采用生物技术方法，对各种细胞因子的cDNA进行克隆，弄清其氨基酸序列，然后用基因重组技术构建生产用工程菌或细胞株，通过微生物培养或细胞培养方法可以生产细胞因子类药物。过去难以获得的生长激素、促红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子和白细胞介素等产品已陆续在市场上销售，已用于贫血或嗜中性白细胞减少症患者以及癌症患者的治疗。新的细胞因子的不断出现，21世纪其在临床上作为一类药剂出现已是不可怀疑的事实。

生物技术在药物研究和开发、生产中的应用，为人类战胜疾病、增强体质做出了巨大贡献。在预防、诊断和治疗影响人类健康的重大疾病方面发挥了重要作用，并由此形成了高速成长的生物医药产业，这是目前为止生物技术最大的应用领域。