第十章 动物细胞工程与生物制药

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1、第十章动物细胞工程与生物制药百泰生物药业有限公司和同仁堂为代表的开发区生物医药产业持续快速增长---2009-05主要内容10.1动物细胞技术用于生物制药的历史10.3动物细胞工程与生物制药的未来发展10.2应用于生物制药与临床医学--开始用于制药的动物细胞技术--促进动物细胞技术应用的新技术--选择动物细胞生产生物制品--临床应用--减少实验动物用量--医学治疗的基础--疫苗--毒理试验的体外模型动物细胞技术已广泛应用于现代生物制药的研究和生产中。它的应用大大减少了用于疾病预防、治疗和诊断的实验动物，为生产疫苗、细胞因子乃至人造

2、组织等产品提供了强有力的工具。10.1动物细胞技术用于生物制药的历史早期疫苗产业:往往利用动物来生产疫苗，譬如用奶牛来生产天花疫苗。天花是继瘟疫之后世界上传播最广、最可怕的疾病。1555年，墨西哥天花大流行，全国1500万人口中，死了200万人。16-18世纪，欧洲每年死于天花病的人数为50万，亚洲达80万人。有人估计，18世纪内有1.5亿人死于天花。18世纪后期，一位英国乡村医生E.Jenner发现，一种挤奶女工容易得的、比较温和的疾病的人，对天花也有免疫力。在1798年发表自己的发现.到1975年，天花全世界范围内初步消灭了。

3、用某些细菌接种到动物身上来生产抵抗该种细菌的疫苗；譬如用家兔人工感染狂犬病毒生产狂犬疫苗。10.1.1开始用于制药的动物细胞技术Fig.10-1这是一只患有牛痘溃疡的手。这种溃疡同爱德华·詹纳用来做天花疫苗的溃疡是一样的Fig.10-2天花疫苗—爱德华·詹纳英国1798年1920～1950，开发了多种病毒或细菌疫苗，如伤寒疫苗、肺结核疫苗、破伤风疫苗、霍乱疫苗、百日咳疫苗、流感疫苗等。1950～1985期间，细胞工程及其他技术的进步，利用细胞培养技术，生产多种人用疫苗：预防脊髓灰质炎、麻疹、腮腺炎、风疹、乙肝和带状疱疹等，并用于生

4、产多种兽用疫苗。用类似的细胞培养技术还可生产酶、细胞因子、抗体等生物制品。而先决条件是能够获得可分泌目的蛋白的细胞系。但这在基因工程技术出现之前，细胞表达蛋白的水平很低，成本高。10.1.2促进动物细胞技术应用的新技术上世纪70年代的基因重组技术、杂交瘤技术（两大划时代的生物技术）大大促进了动物细胞技术的进步及应用。现在，用于生化检测的单抗有几千种。而用于人体疾病治疗的单抗则是近几年来生物制药的一个重要领域，已有几十种单抗药物正处于临床试验中。自从1986年FDA（FoodandDrugAdministration）批准第一种单抗

5、治疗药物—用于器官移植治疗、可以抑制排斥反应的抗CD3单克隆抗体OK—T3以来，已有9种治疗用单抗药物获得FDA批准。10.1.3选择动物细胞生产生物制品有多种宿主系统可供DNA重组技术选择来表达目的蛋白。常见的宿主系统：细菌、酵母、霉菌、丝状真菌、植物细胞、哺乳动物细胞等。各种表达系统各有利弊。总体上分两类：原核表达系统和真核表达系统。用于表达目的蛋白的多种宿主系统（1）细菌等原核表达系统特点：繁殖快、易于培养，问题：第一，表达的蛋白质缺乏转录后的修饰，如缺乏蛋白质限制性酶切位点、二硫键、特殊的糖基化、磷酸化、酰胺化作用及形成天

6、然蛋白质精确的三维结构环境等，而许多蛋白的生物活性与转录后的修饰有关；第二，原核系统表达的蛋白一般为胞内产物，需要破碎细胞才能提取产物，给产物的分离纯化带来困难；第三，同时还易受外源毒素的污染。（2）真核表达系统特点：第一，表达的蛋白具有转录后的修饰作用，与人体自身分泌的天然蛋白无论在结构和功能上都非常近似。且几乎所有用原核细胞表达的蛋白均可采用真核表达系统生产，反之则不尽然。第二，用动物细胞表达系统表达的蛋白都是胞外分泌的，产物的分离纯化过程非常简单。但是，由于动物细胞大规模培养技术比较复杂，目前仍处于发展完善阶段。因而许多重组

7、蛋白仍选用原核表达系统生产。选择合适的表达系统原核表达系统一般用于“小分子、结构简单”的蛋白生产，且蛋白转录后无需修饰，如胰岛素；而真核表达系统主要用于“生产大分子、结构复杂的蛋白”，并且转录后的修饰对蛋白的生物活性具有重要影响，如组织型纤溶酶原激活剂(tPA）、促红细胞生成素等（EPO）等。某些蛋白如α-干扰素、人生长激素等既可用原核表达系统，也可用真核表达系统来生产，它们不需要转录后的修饰便具有生物活性。在这种情况下，应综合考察生产的经济成本和技术难易等因素来选择表达系统。Fig.3基因工程药物生产示意图Fig.4口蹄疫疫苗生

8、产示意图口蹄疫又称5号病，是由口蹄疫病毒所引起的偶蹄动物的一种急性、热性、高度接触性传染病。10.2动物细胞工程技术在生物制药与临床医学的应用当今，由动物细胞大规模培养技术生产的产品在生物高技术产品中的销售额在1990年便已超过50%。更重要的是这