现代生物技术的发展和生物医药现代生物技术的发展和生物医药华华 子子 春春南京大学医药生物技术国家重点实验室南京大学医药生物技术国家重点实验室 生物技术医药生物技术医药 疾病与基因：疾病与基因： 预测、预测、诊断、预防、治疗、用药诊断、预防、治疗、用药 疾病的诊断：疾病的诊断： 基因基因诊断诊断( (产前诊断产前诊断) )、生物芯片、生物芯片 疾病的预防：疾病的预防： 疫苗、疫苗、DNADNA疫苗疫苗 疾病的治疗：疾病的治疗： 基因工程药物基因工程药物 核酸药物核酸药物 基因治疗基因治疗 器官移植器官移植 生物医学材料生物医学材料 干细胞治疗干细胞治疗基因工程和蛋白质工程基因工程和蛋白质工程药物药物基因工程：将不同生物的基因在体外经人工基因工程：将不同生物的基因在体外经人工剪切组合，然后转入到微生物或细胞内，剪切组合，然后转入到微生物或细胞内，并使转入的基因在细胞内表达，产生所需并使转入的基因在细胞内表达，产生所需要的蛋白质要的蛋白质蛋白质工程：用基因工程方法生产自然界没蛋白质工程：用基因工程方法生产自然界没有的、经过人工理性设计和改造的、性能有的、经过人工理性设计和改造的、性能更加优良的蛋白质。更加优良的蛋白质。基因工程技术和重组基因工程药基因工程技术和重组基因工程药物的诞生物的诞生19721972年年 基因工程技术诞生基因工程技术诞生 基因工程基因工程表达体系：表达体系： 细菌（大肠杆菌）、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、细菌（大肠杆菌）、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、 昆虫、转基因动物（乳腺反应器）、转基因植物昆虫、转基因动物（乳腺反应器）、转基因植物19821982年年 医药生物技术崛起医药生物技术崛起 重组人胰岛素上市重组人胰岛素上市 t-PAt-PA、EPO, etc.EPO, etc. 基因工程药物的现状基因工程药物的现状 至至20032003年，美国已产业化的基因工程药物年，美国已产业化的基因工程药物7777种，种， 销售额销售额300300多亿美元，占药品总销售额的多亿美元，占药品总销售额的10%10%； 预计预计2007-20082007-2008年整体盈利，年整体盈利，20202020年由成长期年由成长期 进入成熟期；进入成熟期； 我国生物技术药物的研究和开发起步较晚，我国生物技术药物的研究和开发起步较晚， 目前已有目前已有1616种基因工程药物和两种疫苗上市，种基因工程药物和两种疫苗上市， 正在进行临床试验的品种近正在进行临床试验的品种近100100种，美国的种，美国的1/61/6。中国医药企业现中国医药企业现状状 中国医药企业中国医药企业40004000家以上，其中约家以上，其中约2/32/3为化学为化学制药厂，制药厂，1/31/3为中药厂；称为生物技术公司的为中药厂；称为生物技术公司的企业有企业有200200多家，真正涉及基因工程技术的不多家，真正涉及基因工程技术的不足足100100家，其中已申报基因工程药物在有关部家，其中已申报基因工程药物在有关部门登记立项的门登记立项的6060余家，目前已具生产能力的基余家，目前已具生产能力的基因工程制药企业因工程制药企业( (试生产或正式生产试生产或正式生产) )约约3030家家 问题：自主创新不足问题：自主创新不足基因工程药物的生基因工程药物的生产产 现有的基因工程表达体系：现有的基因工程表达体系： 细菌细菌( (大肠杆菌大肠杆菌) )； 酵母；酵母； 昆虫细胞昆虫细胞 昆虫生物反应器昆虫生物反应器( (家蚕家蚕) )； 哺乳动物细胞；哺乳动物细胞； 转基因动物转基因动物( (乳腺生物反应器乳腺生物反应器) )； 转基因植物转基因植物大肠杆菌表达体系大肠杆菌表达体系优点：优点：基因组清楚基因组清楚生长周期短生长周期短价格低廉价格低廉: rhinsulin:$400/g, rbGH:$11.6/g: rhinsulin:$400/g, rbGH:$11.6/g通用性好通用性好, ,易于放大生产易于放大生产缺点：缺点：表达产物易形成不溶性的包涵体表达产物易形成不溶性的包涵体, ,无生物活性无生物活性不能进行糖基化修饰等不能进行糖基化修饰等酵母酵母表达系统表达系统 优点：优点： 使用安全；使用历史较长；基因组清楚；使用安全；使用历史较长；基因组清楚； 表达水平高；表达水平高； 能分泌表达蛋白质；能分泌表达蛋白质； 蛋白质一般确折叠；能翻译后修饰蛋白质一般确折叠；能翻译后修饰; ; 生长快；培养基便宜生长快；培养基便宜 。缺点：缺点： 糖基化修饰与哺乳动物不同，可能影响蛋白质的生物活性、糖基化修饰与哺乳动物不同，可能影响蛋白质的生物活性、 安全性等；安全性等； 可能含有免疫物质或抗原。可能含有免疫物质或抗原。 乙肝疫苗、胰岛素、链激酶、人血清蛋白等乙肝疫苗、胰岛素、链激酶、人血清蛋白等昆虫细胞与昆虫表达系统昆虫细胞与昆虫表达系统 优点：优点：能翻译后修饰；蛋白质能正确折叠；能翻译后修饰；蛋白质能正确折叠；表达水平较好；表达水平较好；棒状病毒对人无损害；棒状病毒对人无损害； 缺点：缺点：使用历史较短；使用历史较短；生长慢；生长慢；培养基昂贵；培养基昂贵；含有免疫宿主蛋白；含有免疫宿主蛋白；糖基化形式不同；糖基化形式不同；哺乳类病毒可以感染此类细胞。哺乳类病毒可以感染此类细胞。 昆虫虫体表达系统：昆虫虫体表达系统：表达水平高（表达水平高（2-102-10倍于细胞培养）倍于细胞培养）分离纯化难度大；分离纯化难度大；昆虫（家蚕）饲养要求高，昆虫（家蚕）饲养要求高，GMOGMO的问题等。的问题等。哺乳动物细胞表达哺乳动物细胞表达体系体系 优点：优点： 蛋白质能够正确折叠和翻译后修饰；蛋白质能够正确折叠和翻译后修饰； 有长期的、良好的正规使用纪录；有长期的、良好的正规使用纪录； 对大的、复杂的蛋白质的生产是唯一的选择；对大的、复杂的蛋白质的生产是唯一的选择； 缺点：缺点： 培养基昂贵；培养基昂贵； 生长缓慢；生长缓慢； 含有含有免疫物质或抗原免疫物质或抗原； 需要深入的鉴别；需要深入的鉴别； 精制手续复杂；精制手续复杂； 产品昂贵。产品昂贵。转基因动物生物反转基因动物生物反应器应器 优点：优点：可表达复杂、巨大的蛋白质；可表达复杂、巨大的蛋白质；表达水平高；表达水平高；蛋白质折叠正确，有翻译后修饰；蛋白质折叠正确，有翻译后修饰；易于放大；易于放大；费用低廉：费用低廉： 缺点：缺点：正规使用的经验很少；正规使用的经验很少；是否易于被病毒感染尚为未知数；是否易于被病毒感染尚为未知数；表达水平不稳定；表达水平不稳定；周转期限长；周转期限长；精制方法尚需研究；精制方法尚需研究；生产周期不能确定；生产周期不能确定；有关农场的有关农场的eGMPeGMP生长尚存在问题；生长尚存在问题； 转基因动物转基因动物 能够制作含有人类免疫系统的转能够制作含有人类免疫系统的转基因动物，用于生产移植用器官基因动物，用于生产移植用器官转基因植物生物反转基因植物生物反应器应器 优点：优点： 开发周期较转基因动物短；开发周期较转基因动物短； 种子易于保存；种子易于保存； 易于放大；易于放大； 表达量高；表达量高； 无植物病毒影响人类；无植物病毒影响人类； 生产费用低；生产费用低； 缺点：缺点： 存在新的污染问题；存在新的污染问题； 翻译后修饰与动物不同；翻译后修饰与动物不同； 含有可能出现的免疫物质或抗原。含有可能出现的免疫物质或抗原。 20002000年：年：6 6个产品在个产品在期临床；转基因烟草：人用溶酶体酶；期临床；转基因烟草：人用溶酶体酶； 转基因玉米：转基因玉米：-葡萄苷酸酶；转基因马铃薯：重组霍乱疫苗。葡萄苷酸酶；转基因马铃薯：重组霍乱疫苗。