細胞工程製藥

細胞工程製藥是細胞工程技術在製藥工業方面的套用。所謂細胞工程,就是以細胞為單位, 按人們的意志, 套用細胞生物學、 分子生物學等理論和技術, 有目的地進行精心設計,精心操作, 使細胞的某些遺傳特性發生改變, 達到改良或產生新品種的目的,以及使細胞增加或重新獲得產生某種特定產物的能力,從而在離體條件下進行大量培養、 增殖, 並提取出對人類有用的產品的一門套用科學和技術。它主要由上游工程(包括細胞培養、 細胞遺傳操作和細胞保藏) 和下游工程(即將已轉化的細胞套用到生產實踐中用以生產生物產品的過程) 兩部分構成。當前細胞工程所涉及的主要技術領域包括細胞融合技術、 細胞器特別是細胞核移植技術、 染色體改造技術、 轉基因動植物技術和細胞大量培養技術等方面。

基本介紹

• 中文名：細胞工程製藥
• 外文名：Cell engineering pharmacy

動物細胞工程製藥

動物細胞工程製藥主要涉及細胞融合技術、 細胞器移植尤其是核移植技術、 染色體改造技術、 轉基因技術和細胞大規模培養技術等。

細胞融合

是用自然或人工的方法使兩個或幾個不同細胞融合為一個細胞的過程。可用於產生新的物種或品系及產生單克隆抗體等。淋巴細胞雜交瘤為最成熟的。

細胞核移植

就是將一個動物的細胞核, 移植到卵細胞中,並發育生長。核移植技術可用於具有良好發展前景的生物反應器的製備。其中乳腺生物反應器的研製是最為看好的一個轉基因製藥方向。利用轉基因動物乳腺作為生物反應器,生產基因工程人類蛋白質藥物,其成本較微生物發酵、動物細胞培養生產基因工程藥物大大降低。但十幾年來, 顯微注射技術一直是生產乳腺生物反應器的唯一實用手段, 由於它本身固有的缺點,使得乳腺生物反應器未能有長足的步。基因打靶與核移植相結合很可能成為生產乳腺生物反應器更有效的途徑,它在外源基因定點整合、 消除位點效應、降低生產成本、 節省時間方面具有明顯的優勢。

轉基因動物

是指經人的有意干涉, 通過實驗手段將外源基因導入動物細胞中並穩定地整合到動物基因組中, 且能遺傳給子代的動物。

讓動物成為製藥工廠、 創造人類急需的生物製品, 這一直是人們夢寐以求的。轉基因動物的出現使得這一夢想正

逐步成為現實。在 21 世紀製藥工業中,最具誘人前景的無疑是套用轉基因動物生產轉基因藥物。轉基因動物生產藥物與以往的製藥技術相比,具有不可比擬的優越性。哺乳動物生物反應器好比在動物身上建/ 藥廠0。動物的乳汁或者血液可以源源不斷地為我們提供目的基因的產品。它的優越性還表現在產量高, 易提純, 表達產物已經過充分修飾和加工,具有穩定的生物活性。另外, 作為生物反應器的轉基因動物又可無限繁殖, 故具有投資成本低、 藥物開發周期短和經濟效益高等優點。可以說轉基因動物的問世, 為利用基因工程手段獲得低成本、 高活性和高表達的藥物開闢了一條重要途徑。

動物細胞培養

是指離散的動物活細胞在體外人工條件下的生長、 增殖的過程。動物細胞培養開始於本世紀初,到 1962 年規模開始擴大, 發展至今已成為生物、 醫學研究和套用中廣泛採用的技術方法,利用動物細胞培養生產的具有重要醫用價值的生物製品有各類疫苗、 干擾素、 激素、 酶、 生長因子、 病毒殺蟲劑、 單克隆抗體等, 已成為醫藥生物高技術產業的重要部分,其銷售收入已占到世界生物技術產品的一半以上。

植物細胞工程製藥

人類從植物中得到藥物已有很長的歷史。隨著植物細胞培養、 植物基因工程等生物技術的發展, 它被賦予了新的內容和廣闊的發展前景。我國的中藥材是一個具有數千年歷史的醫藥寶庫, 至今仍在中國和許多國家及地區廣為使用。傳統藥材中, 80%為野生資源, 但由於盲目挖掘, 不僅使野生資源日益減少, 還嚴重破壞了自然界的生態平衡; 人工種植又面臨品質退化、 農藥污染和種子帶病等問題。而且,人工種植的藥材,活性成分的種類和數量往往因地區及氣候不同而異,給品質控制帶來許多困難。這些問題, 嚴重影響了我國傳統藥材的生產和供應。據了解,在 400 余種經常使用的中藥材中,每年短缺 20%左右。因此除了儘快制定政策法規保護我國不斷減少的野生資源以外, 更加重要的是必須找到徹底改變這種局面的有效途徑。生物技術的興起為保存和發展我國傳統中藥材提供了這種機會和方法。

組織及細胞培養

植物細胞工程涉及諸多理論原理及實際操作技術,首當其衝的自然是培養技術, 也就是將植物的器官、 組織、 細胞甚至細胞器進行離體的、 無菌的培養。它是細胞遺傳操作及細胞保藏的基礎。

近年來植物細胞培養技術主要致力於高產細胞株選育方法、 懸浮培養技術、 多級培養和固定化細胞技術、 培

養工藝最佳化控制、 生物反應器研製、 下游純化技術等方面,並取得了較大進展。有些藥用植物種類已實現工業化生產,如從希臘毛地黃細胞培養物通過生物轉化生產地高辛、從黃連細胞培養物中生產黃連鹼、 從人參根細胞中生產人參皂苷等;相當種類的藥用植物細胞大量培養已達到中試水平,如長春花生產吲哚生物鹼、 丹參生產丹參酮、 青蒿生產青蒿素、 紅豆杉生產紫杉醇、 紫草生產萘醌、 三七生產皂苷等。

遺傳特性改造

僅僅對細胞進行培養還不夠, 要使培養的細胞能為人類服務, 就要對其進行一定的改造, 這就涉及到了細胞的遺傳操作。可以說,遺傳操作是整個細胞工程中最為重要也最具挑戰性的一環。實驗技術的發展使精確、高效的遺傳操作變得更加方便。將外源 DNA 導入靶細胞的方法不斷完善,除了以前經常使用的質粒載體、 病毒載體、 轉座因子和 APC( 酵母人工染色體) 等途徑外, 通過 lipoplex /polyplex介導、 裸 DNA、 / 基因槍0、 超音波法和電注射法等非病毒方式轉換細胞的方法也開始被廣泛使用;細胞融合方法已被不斷的改進, 融合率增大; 細胞誘變也取得了較大的進展,誘變方式不斷增加。這些理論和技術的發展都為更好的改造細胞創造了條件。

轉基因植物

利用基因工程技術, 把目的基因導入待改造的受體植物細胞,進而培育出獲得了目的基因性狀的植物,就是轉基因植物。利用轉基因植物生產重組蛋白具有以下優點: 1. 與動物細胞培養相比, 植物細胞培養條件簡單且易於成活, 有利於遺傳操作; 2. 植物培養細胞具有全能性, 能夠再生植株;3. 轉基因植物中的外源基因可通過植物雜交的方法進行基因重組, 進而在植物體內積累多基因; 4. 轉化植株系的種子易於貯存, 有利於重組蛋白的生產和運輸; 5. 用動物細胞生產重組蛋白,可能污染動物病毒,這對人類可能造成潛在危險,而植物病毒不感染人類, 所以用植物細胞生產重組蛋白更為安全; 6. 植物細胞有與動物細胞相似的結構和功能, 有利於重組蛋白的正確裝配和表達。轉基因植物除了可用於生產疫苗以外,還可以用來生產其它蛋白製品如激素等。

發展前景

細胞工程不僅可大量工業生產天然稀有的藥物,而且其產品具有高效性和對疾病鮮明的針對性。因而,細胞工程藥物的發展必將給製藥工業帶來一次革命性飛躍,在人類的醫療保健中發揮越來越重要的作用。

作為現代生物技術之一的細胞工程技術在近半個世紀來突飛猛進,並已在醫藥領域取得了許多具有開創性的研究

成果,如通過細胞融合技術形成的雜交瘤細胞生產的單克隆抗體已廣泛用於臨床治療, 並顯示出獨特的療效, 獲得了很好的社會和經濟效益。隨著細胞工程技術研究的不斷深入,它的前景及其產生的影響將會日益地顯示出來。