微生物发酵制药的原理与设备2生物药物概述1第3章 生物制药工程酶工程制药的原理及设备4动植物细胞制药的原理与设备3生物制药技术的新进展与展望53.1 生物药物概述12生物制药的定义生物制药的定义生物制药设备生物制药设备 所谓生物制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用微生物学、化学、生物技术、免疫学、药学等学科的原理和方法加工、制造出的一类用于预防、治疗和诊断的生物药品。生物药物的原料以天然的生物材料为主，包括微生物、人体、动物、植物、海洋生物等。所以说，生物药物（或称生物技术药物）是集生物学、医药学的先进技术为一体，以化学、药学基因等高技术为依托，以分子遗传学、分子生物学等基础学科的突破为后盾所形成的产业。在此章中我们主要介绍微生物发酵制药、动植物细胞制药和酶工程制药。3.1.1 生物制药的定义 按工程的定义，它是将自然科学的原理应用于生产的某一具体方面并研究该生产领域中有共性技术规律的科学。生物制药设备是为生物反应过程服务，生物反应过程常把生物反应器作为过程的中心，而分别把反应前与反应后的工序称为上游和下游加工。本书将分别围绕反应器上游和下游来阐明生物制药设备的内容。 在上游加工中最重要的是提供制备高产优质和足够的生物催化剂（由常规选育或经现代生物技术方法获得的菌株、细胞系或从中提取的酶，必要时可进行固定化）。3.1.2 生物制药设备3.2 微生物发酵制药的原理与设备12微生物发酵制药概述微生物发酵制药概述微生物发酵制药的原理微生物发酵制药的原理34微生物发酵制药的相关设备微生物发酵制药的相关设备微生物发酵制药的应用实例微生物发酵制药的应用实例 微生物发酵制药技术即微生物药物的研究与生产技术，包括微生物新药的研究与微生物药物的生产技术研究等两个主要方面，涉及微生物药物产生菌的分离、有效菌株的筛选、产生菌的保藏、发酵工程、分离纯化工程、化合物结构鉴定、药理与药效研究和产业化放大技术等众多技术。微生物新药开发阶段流程示意见图3-1。3.2.1 微生物发酵制药概述3.2.1 微生物发酵制药概述3.2.2.1 3.2.2.1 制药工业中的微生物和纯培养技术制药工业中的微生物和纯培养技术（）发酵制药工业中的重要菌种（）纯培养技术是微生物发酵制药的重要技术之一（）染菌的原因和防止3.2.2 微生物发酵制药的原理3.2.2.2 3.2.2.2 微生物代谢调节的控制手段微生物代谢调节的控制手段（）基因水平的调控自然选育法 诱变育种 基因重组法等（）酶分子水平的调控 （）营养供需的调控（）培养条件的调控3.2.2 微生物发酵制药的原理（）自吸式发酵罐（）气升环流式发酵罐（如图3-3）（）高位筛板式发酵罐（如图3-4）3.2.3 微生物发酵制药的相关设备3.2.3 微生物发酵制药的相关设备3.2.4 微生物发酵制药的应用实例 微生物具有代谢速度快，菌体繁殖迅速及代谢类型多，而且对外界环境易于适应等特点。利用传统微生物技术及现代微生物工程所生产的产品很多，可以认为绝大多数有机化合物皆可由微生物技术生产。因此，微生物工程产品种类极多，根据产物的性质可分为微生物菌体、初级代谢物、次级代谢物及生物大分子等。 （）微生物菌体（）初级代谢产物（）次级代谢产物（）生物活性大分子3.3 动植物细胞制药的原理与设备12动植物细胞制药概述动植物细胞制药概述动植物细胞制药的原理动植物细胞制药的原理34动植物细胞制药的相关设备动植物细胞制药的相关设备动植物细胞制药的应用实例动植物细胞制药的应用实例 细胞培养是细胞工程之一，它是在人为的模拟条件下，使离体动植物细胞生长繁殖，然后提取其代谢产物以供药用。目前植物细胞培养已在中草药方面得到应用如人参细胞培养。用动物细胞培养方法制备生化药物较为复杂，目前用动物细胞培养法生产品种往往只限于一般方法不易制取或得量很少的品种。3.3.1 动植物细胞制药概述（）动物细胞制药的原理 活细胞是构成所有活的有机体的基本单位。对其结构、功能、生命活动以及在机体内不同细胞间构成的细胞间隙、各种细胞与细胞周围环境间的关系等方面的研究，可帮助人类揭开生、老、病、死的规律，探索优生、抗衰老、防治疾病的手段或途径，人为地诱导细胞遗传性状的改变，使其向更有利于人类和自然界的方向发展。因此，对活细胞的研究仍是当前生命科学的重要问题之一。（）植物细胞制药的原理3.3.2 动植物细胞制药的原理3.3.3.1 3.3.3.1 动物细胞制药的相关设备动物细胞制药的相关设备（）气升式细胞培养生物反应器（）中空纤维管生物反应器（如图3-5）（）通气搅拌生物反应器（如图3-6、3-7）3.3.3 动植物细胞制药的相关设备3.3.3 动植物细胞制药的相关设备3.3.3 动植物细胞制药的相关设备（）流化床生物反应器（）细胞培养灌注系统3.3.3.2 3.3.3.2 植物细胞制药的相关设备植物细胞制药的相关设备3.3.3 动植物细胞制药的相关设备3.3.4.1 3.3.4.1 动物细胞制药的应用实例动物细胞制药的应用实例（详见教材P56）3.3.4.2 3.3.4.2 植物细胞制药的应用实例植物细胞制药的应用实例（详见教材P61）3.3.4 动植物细胞制药的应用实例3.4 酶工程制药的原理及设备12酶工程制药概述酶工程制药概述酶工程制药的原理酶工程制药的原理34酶工程制药的相关设备酶工程制药的相关设备酶工程制药的应用实例酶工程制药的应用实例 生物体内具有特殊催化功能的蛋白质称之为酶，或谓之生物催化剂。与化学催化剂相同，可催化相应化合物产生化学反应，但仅能改变化学反应速度而不改变化学平衡，且反应前后其数量和性质不变。与化学催化剂相比，酶催化剂具有专一性强、反应条件温和及催化效率高等特点。 酶工程制药可初步定义为利用酶的催化性质、动力学性质、可固定化性质生产一种药物或药物中间体，它是酶学理论与制药技术相结合而形成的一种新技术。酶工程制药的迅速发展主要因为从商业化和环境的角度观察，目前制药工业上使用的各种药物化学合成过程都存在着内在缺点。3.4.1 酶工程制药概述 酶是一种蛋白质，由氨基酸通过肽键连接而成。酶存在于所有的活体细胞中，控制着细胞的代谢过程。细胞通过酶把各种营养物质转变成能量和新的细胞组成材料，维持细胞生命的重要机能。此外，酶还参与从简单化合物合成复杂生命高分子物质的过程。某些能够合成抗生素的酶最初就是在真菌中筛选得到的。3.4.2 酶工程制药的原理（）搅拌罐式反应器（）填充床式反应器（）流化床式反应器（）鼓泡式反应器3.4.3 酶工程制药的相关设备3.4.3 酶工程制药的相关设备（）膜式反应器（）喷射式反应器3.4.3 酶工程制药的相关设备 酶促反应专一性强，反应条件温和。酶工程的优点是工艺简单、设备投资少、节省劳务、效率高、生产成本低、环境污染小，且产品收率高、质量好，还可制造出化学法无法生产的产品。目前，酶工程工业及其技术深受世人关注，特别是固定化酶或细胞以及固定化酶反应器等新技术的开发与应用，使酶工程工业的技术跨入了现代高新技术领域。因此，酶工程在医药、化工及食品工业中具有极其重要的发展前景和极大的应用价值。 （实例详见教材P68-P72）3.4.4 酶工程制药的应用实例 虽然目前我们国家的生物技术很多还停留在实验室阶段，理论与生产实践连接不紧，生物制药业距离国际水准还有相当大的差距，但面对21世纪世界生物制药业发展的趋势及经济全球化中世界药品市场的激烈竞争，我国生物制药工业正加快现代化建设步伐。 总之，生物制药产业发展的春天已经到来。3.5 生物制药技术的新进展与展望Thank youThank you