细胞工程制药

细胞工程技术在制药工业方面的应用

细胞工程制药是细胞工程技术在制药工业方面的应用。所谓细胞工程,就是以细胞为单位, 按人们的意志, 应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术, 有目的地进行精心设计,精心操作, 使细胞的某些遗传特性发生改变, 达到改良或产生新品种的目的,以及使细胞增加或重新获得产生某种特定产物的能力,从而在离体条件下进行大量培养、增殖, 并提取出对人类有用的产品的一门应用科学和技术。它主要由上游工程(包括细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏) 和下游工程(即将已转化的细胞应用到生产实践中用以生产生物产品的过程) 两部分构成。当前细胞工程所涉及的主要技术领域包括细胞融合技术、细胞器特别是细胞核移植技术、染色体改造技术、转基因动植物技术和细胞大量培养技术等方面。

简介

动物细胞工程制药主要涉及细胞融合技术、细胞器移植尤其是核移植技术、染色体改造技术、转基因技术和细胞大规模培养技术等。

细胞融合

是用自然或人工的方法使两个或几个不同细胞融合为一个细胞的过程。可用于产生新的物种或品系及产生单克隆抗体等。淋巴细胞杂交瘤为最成熟的。

细胞核移植

就是将一个动物的细胞核, 移植到卵细胞中,并发育生长。核移植技术可用于具有良好发展前景的生物反应器的制备。其中乳腺生物反应器的研制是最为看好的一个转基因制药方向。利用转基因动物乳腺作为生物反应器,生产基因工程人类蛋白质药物,其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低。但十几年来, 显微注射技术一直是生产乳腺生物反应器的实用手段, 由于它本身固有的缺点,使得乳腺生物反应器未能有长足的步。基因打靶与核移植相结合很可能成为生产乳腺生物反应器更有效的途径,它在外源基因定点整合、消除位点效应、降低生产成本、节省时间方面具有明显的优势。

转基因动物

是指经人的有意干涉, 通过实验手段将外源基因导入动物细胞中并稳定地整合到动物基因组中, 且能遗传给子代的动物。

让动物成为制药工厂、创造人类急需的生物制品, 这一直是人们梦寐以求的。转基因动物的出现使得这一梦想正

逐步成为现实。在 21 世纪制药工业中,最具诱人前景的无疑是应用转基因动物生产转基因药物。转基因动物生产药物与以往的制药技术相比,具有不可比拟的优越性。哺乳动物生物反应器好比在动物身上建/ 药厂0。动物的乳汁或者血液可以源源不断地为我们提供目的基因的产品。它的优越性还表现在产量高, 易提纯, 表达产物已经过充分修饰和加工,具有稳定的生物活性。另外, 作为生物反应器的转基因动物又可无限繁殖, 故具有投资成本低、药物开发周期短和经济效益高等优点。可以说转基因动物的问世, 为利用基因工程手段获得低成本、高活性和高表达的药物开辟了一条重要途径。

动物细胞培养

是指离散的动物活细胞在体外人工条件下的生长、增殖的过程。动物细胞培养开始于本世纪初,到 1962 年规模开始扩大, 发展至今已成为生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法,利用动物细胞培养生产的具有重要医用价值的生物制品有各类疫苗、干扰素、激素、酶、生长因子、病毒杀虫剂、单克隆抗体等, 已成为医药生物高技术产业的重要部分,其销售收入已占到世界生物技术产品的一半以上。

作用

人类从植物中得到药物已有很长的历史。随着植物细胞培养、植物基因工程等生物技术的发展, 它被赋予了新的内容和广阔的发展前景。我国的中药材是一个具有数千年历史的医药宝库, 至今仍在中国和许多国家及地区广为使用。传统药材中, 80%为野生资源, 但由于盲目挖掘, 不仅使野生资源日益减少, 还严重破坏了自然界的生态平衡; 人工种植又面临品质退化、农药污染和种子带病等问题。而且,人工种植的药材,活性成分的种类和数量往往因地区及气候不同而异,给品质控制带来许多困难。这些问题, 严重影响了我国传统药材的生产和供应。据了解,在 400 余种经常使用的中药材中,每年短缺 20%左右。因此除了尽快制定政策法规保护我国不断减少的野生资源以外, 更加重要的是必须找到彻底改变这种局面的有效途径。生物技术的兴起为保存和发展我国传统中药材提供了这种机会和方法。

组织及细胞培养

植物细胞工程涉及诸多理论原理及实际操作技术,首当其冲的自然是培养技术, 也就是将植物的器官、组织、细胞甚至细胞器进行离体的、无菌的培养。它是细胞遗传操作及细胞保藏的基础。

近年来植物细胞培养技术主要致力于高产细胞株选育方法、悬浮培养技术、多级培养和固定化细胞技术、培

养工艺优化控制、生物反应器研制、下游纯化技术等方面,并取得了较大进展。有些药用植物种类已实现工业化生产,如从希腊毛地黄细胞培养物通过生物转化生产地高辛、从黄连细胞培养物中生产黄连碱、从人参根细胞中生产人参皂苷等;相当种类的药用植物细胞大量培养已达到中试水平,如长春花生产吲哚生物碱、丹参生产丹参酮、青蒿生产青蒿素、红豆杉生产紫杉醇、紫草生产萘醌、三七生产皂苷等。

遗传特性改造

仅仅对细胞进行培养还不够, 要使培养的细胞能为人类服务, 就要对其进行一定的改造, 这就涉及到了细胞的遗传操作。可以说,遗传操作是整个细胞工程中最为重要也最具挑战性的一环。实验技术的发展使精确、高效的遗传操作变得更加方便。将外源 DNA 导入靶细胞的方法不断完善,除了以前经常使用的质粒载体、病毒载体、转座因子和 APC( 酵母人工染色体) 等途径外, 通过 lipoplex /polyplex介导、裸 DNA、 / 基因枪0、超声波法和电注射法等非病毒方式转换细胞的方法也开始被广泛使用;细胞融合方法已被不断的改进, 融合率增大; 细胞诱变也取得了较大的进展,诱变方式不断增加。这些理论和技术的发展都为更好的改造细胞创造了条件。

转基因植物

利用基因工程技术, 把目的基因导入待改造的受体植物细胞,进而培育出获得了目的基因性状的植物,就是转基因植物。利用转基因植物生产重组蛋白具有以下优点: 1. 与动物细胞培养相比, 植物细胞培养条件简单且易于成活, 有利于遗传操作; 2. 植物培养细胞具有全能性, 能够再生植株;3. 转基因植物中的外源基因可通过植物杂交的方法进行基因重组, 进而在植物体内积累多基因; 4. 转化植株系的种子易于贮存, 有利于重组蛋白的生产和运输; 5. 用动物细胞生产重组蛋白,可能污染动物病毒,这对人类可能造成潜在危险,而植物病毒不感染人类, 所以用植物细胞生产重组蛋白更为安全; 6. 植物细胞有与动物细胞相似的结构和功能, 有利于重组蛋白的正确装配和表达。转基因植物除了可用于生产疫苗以外,还可以用来生产其它蛋白制品如激素等。

发展前景

细胞工程不仅可大量工业生产天然稀有的药物,而且其产品具有高效性和对疾病鲜明的针对性。因而,细胞工程药物的发展必将给制药工业带来一次革命性飞跃,在人类的医疗保健中发挥越来越重要的作用。

作为现代生物技术之一的细胞工程技术在近半个世纪来突飞猛进,并已在医药领域取得了许多具有开创性的研究

成果,如通过细胞融合技术形成的杂交瘤细胞生产的单克隆抗体已广泛用于临床治疗, 并显示出独特的疗效, 获得了很好的社会和经济效益。随着细胞工程技术研究的不断深入,它的前景及其产生的影响将会日益地显示出来。

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