藥物研究與發(fā)展：新藥發(fā)展策略及基本過程

1、新藥發(fā)展策略及基本過程Strategies and Basic Process of New Drug-Development 藥物發(fā)現(xiàn)的基本方式藥物發(fā)現(xiàn)的基本方式偶然發(fā)現(xiàn)偶然發(fā)現(xiàn)從食物中發(fā)現(xiàn)藥物從食物中發(fā)現(xiàn)藥物有目的尋找有目的尋找藥物新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)藥物新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)非常規(guī)過程發(fā)現(xiàn)藥物非常規(guī)過程發(fā)現(xiàn)藥物利用一定的程序和方法利用一定的程序和方法從食物中發(fā)現(xiàn)藥物從食物中發(fā)現(xiàn)藥物含有礦物的食物含有礦物的食物 含有維生素的食物含有維生素的食物 夜盲癥夜盲癥豬肝豬肝(維生素維生素A) (大脖子病大脖子病)單純性甲狀腺腫單純性甲狀腺腫海帶海帶(碘碘)維生素A是構(gòu)成視覺細(xì)胞中感受弱光的視紫紅質(zhì)的組成成分,視

2、紫紅質(zhì)是由視蛋白和11 順 視黃醛組成，與暗視覺有關(guān)。 呋喃唑酮呋喃唑酮（痢特靈）（痢特靈）( (治潰瘍治潰瘍) )金剛烷胺金剛烷胺 ( (治療帕金森病治療帕金森病) )Viagra （sildenafil , sildenafil , 西地那非西地那非) )藥物新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)藥物新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)青霉素青霉素非常規(guī)過程發(fā)現(xiàn)藥物非常規(guī)過程發(fā)現(xiàn)藥物偉哥萬艾可偉哥萬艾可 美國輝瑞（美國輝瑞（PfizerPfizer）青霉素的發(fā)現(xiàn)青霉素的發(fā)現(xiàn) 發(fā)現(xiàn)者發(fā)現(xiàn)者: 英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明。英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明。 1928年的一天，弗萊明休假回到他的實(shí)驗(yàn)室，發(fā)年的一天，弗萊明休假回到他的實(shí)驗(yàn)室，發(fā)覺棄置在消毒槽中的細(xì)

3、菌培養(yǎng)皿瓊脂上附著一塊覺棄置在消毒槽中的細(xì)菌培養(yǎng)皿瓊脂上附著一塊青霉菌。使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的周青霉菌。使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的周圍，葡萄球菌無法生長。這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸圍，葡萄球菌無法生長。這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設(shè)法培養(yǎng)這種霉菌進(jìn)行多次試驗(yàn)，證引了他，他設(shè)法培養(yǎng)這種霉菌進(jìn)行多次試驗(yàn)，證明其產(chǎn)生的青霉素可以在幾小時(shí)內(nèi)將葡萄球菌全明其產(chǎn)生的青霉素可以在幾小時(shí)內(nèi)將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)明了葡萄球菌的克星部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)明了葡萄球菌的克星青青霉素。霉素。青霉素的發(fā)現(xiàn)青霉素的發(fā)現(xiàn) 由于當(dāng)時(shí)的醫(yī)學(xué)界不相信青霉素的治療效果，由于當(dāng)時(shí)的醫(yī)學(xué)界不相信青霉素的治療效果，而

4、且弗萊明所在的研究所的所長也不支持對(duì)青而且弗萊明所在的研究所的所長也不支持對(duì)青霉進(jìn)行深入研究，弗萊明只好孤軍奮戰(zhàn)。由于霉進(jìn)行深入研究，弗萊明只好孤軍奮戰(zhàn)。由于缺乏必要的實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)及合作者，他缺乏必要的實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)及合作者，他終究沒有成功地將青霉素分離提純出來，從而終究沒有成功地將青霉素分離提純出來，從而未能進(jìn)行臨床試驗(yàn)。未能進(jìn)行臨床試驗(yàn)。 1929年，弗萊明發(fā)表了學(xué)術(shù)論文，報(bào)告了他的年，弗萊明發(fā)表了學(xué)術(shù)論文，報(bào)告了他的發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)。青霉素的發(fā)現(xiàn)青霉素的發(fā)現(xiàn) 直到二戰(zhàn)爆發(fā)直到二戰(zhàn)爆發(fā)(1939)，巨大的戰(zhàn)爭傷亡對(duì)抗菌，巨大的戰(zhàn)爭傷亡對(duì)抗菌藥物產(chǎn)生了迫切的需求，凡是有可能搶救生命、防藥

5、物產(chǎn)生了迫切的需求，凡是有可能搶救生命、防止感染死亡的藥物都得到了前所未有的關(guān)注與支持，止感染死亡的藥物都得到了前所未有的關(guān)注與支持，此時(shí)青霉素才被人們所重視。此時(shí)青霉素才被人們所重視。英國牛津大學(xué)生物化學(xué)家英國牛津大學(xué)生物化學(xué)家錢恩錢恩和病理學(xué)家和病理學(xué)家弗羅弗羅里里對(duì)弗萊明的發(fā)現(xiàn)大感興趣。錢恩負(fù)責(zé)青霉菌的培對(duì)弗萊明的發(fā)現(xiàn)大感興趣。錢恩負(fù)責(zé)青霉菌的培養(yǎng)和青霉素的分離、純化，使其抗菌力提高了幾千養(yǎng)和青霉素的分離、純化，使其抗菌力提高了幾千倍，弗羅里負(fù)責(zé)動(dòng)物試驗(yàn)。倍，弗羅里負(fù)責(zé)動(dòng)物試驗(yàn)。完善的設(shè)備、充足的經(jīng)費(fèi)以及弗洛里和錢恩等完善的設(shè)備、充足的經(jīng)費(fèi)以及弗洛里和錢恩等20多名病理學(xué)家、生物學(xué)家、細(xì)

6、菌學(xué)家、醫(yī)學(xué)家一多名病理學(xué)家、生物學(xué)家、細(xì)菌學(xué)家、醫(yī)學(xué)家一年的分工合作，才奠定了青霉素的治療學(xué)基礎(chǔ)。青年的分工合作，才奠定了青霉素的治療學(xué)基礎(chǔ)。青霉素這種特效藥花了近十年的時(shí)間才走完從發(fā)現(xiàn)到霉素這種特效藥花了近十年的時(shí)間才走完從發(fā)現(xiàn)到臨床應(yīng)用的過程。臨床應(yīng)用的過程。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1945 for the discovery of penicillin and its curative effect in various infectious diseasesAlexander Alexander Fleming Flemin

7、g Ernst Boris Ernst Boris ChainChainHoward Walter Howard Walter Florey Florey 啟示啟示1. 1.不要放過任何一種實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象不要放過任何一種實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象 對(duì)異常現(xiàn)象的深入研究可能導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)對(duì)異?，F(xiàn)象的深入研究可能導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)2. 2. 合作出效益合作出效益藥物發(fā)現(xiàn)的基本方式藥物發(fā)現(xiàn)的基本方式偶然發(fā)現(xiàn)偶然發(fā)現(xiàn)從食物中發(fā)現(xiàn)藥物從食物中發(fā)現(xiàn)藥物有目的尋找有目的尋找藥物新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)藥物新適應(yīng)癥的發(fā)現(xiàn)非常規(guī)過程發(fā)現(xiàn)藥物非常規(guī)過程發(fā)現(xiàn)藥物利用一定的程序和方法利用一定的程序和方法第一節(jié)新藥發(fā)展策略第一節(jié)新藥發(fā)展策略一、一、 篩

8、選篩選二、二、 先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造三、三、 合理藥物設(shè)計(jì)合理藥物設(shè)計(jì)四、四、 模仿創(chuàng)新模仿創(chuàng)新五、五、 手性均一體創(chuàng)新手性均一體創(chuàng)新一、一、 篩選篩選（一）定向篩選（一）定向篩選 （二）篩選特定樣品（二）篩選特定樣品（三）比較篩選（三）比較篩選（四）隨機(jī)篩選（四）隨機(jī)篩選單一模型篩選多種樣品單一模型篩選多種樣品單一模型篩選某類樣品單一模型篩選某類樣品單一模型篩選性質(zhì)相似的樣品單一模型篩選性質(zhì)相似的樣品多模型篩選多種樣品多模型篩選多種樣品二、先導(dǎo)化合物二、先導(dǎo)化合物(Lead Compound)(Lead Compound)的結(jié)構(gòu)改造的結(jié)構(gòu)改造對(duì)先導(dǎo)化合物進(jìn)行優(yōu)化，以便進(jìn)一

9、步對(duì)先導(dǎo)化合物進(jìn)行優(yōu)化，以便進(jìn)一步提高活性、降低毒性、增加特異性或提高活性、降低毒性、增加特異性或改善藥代動(dòng)力學(xué)特性等。改善藥代動(dòng)力學(xué)特性等。通過結(jié)構(gòu)改造能夠使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N性通過結(jié)構(gòu)改造能夠使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N性能更優(yōu)能更優(yōu)(毒性和副作用更小毒性和副作用更小/少少, 效應(yīng)更效應(yīng)更優(yōu)優(yōu))的化合物的化合物(新藥新藥)。舉例舉例喹諾酮類藥物的發(fā)展簡史喹諾酮類藥物的發(fā)展簡史1962年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn) 萘啶酸萘啶酸, 合成氯喹的副產(chǎn)物合成氯喹的副產(chǎn)物有抗菌作用有抗菌作用, 抗菌譜窄抗菌譜窄, 毒副作用多毒副作用多。以萘啶酸為先導(dǎo)化合物合成第二代喹諾酮藥物以萘啶酸為先導(dǎo)化合物合成第二代喹諾酮藥物吡哌酸吡哌酸。進(jìn)一步優(yōu)

10、化成第三代氟喹諾酮類藥物進(jìn)一步優(yōu)化成第三代氟喹諾酮類藥物氟氟哌酸哌酸( (諾氟沙星諾氟沙星) )環(huán)丙沙星環(huán)丙沙星氧氟沙星。氧氟沙星。三、合理藥物設(shè)計(jì)三、合理藥物設(shè)計(jì) 依據(jù)生物化學(xué)、酶學(xué)、分子生物學(xué)及遺依據(jù)生物化學(xué)、酶學(xué)、分子生物學(xué)及遺傳學(xué)等生命學(xué)科的研究成果，針對(duì)這些基礎(chǔ)傳學(xué)等生命學(xué)科的研究成果，針對(duì)這些基礎(chǔ)研究中所揭示的包括酶、受體、離子通道及研究中所揭示的包括酶、受體、離子通道及核酸等潛在藥物作用靶位的空間結(jié)構(gòu)，再參核酸等潛在藥物作用靶位的空間結(jié)構(gòu)，再參考其內(nèi)源性配體或天然底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征考其內(nèi)源性配體或天然底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)藥物分子，以發(fā)現(xiàn)選擇性作用于靶位的設(shè)計(jì)藥物分子，以發(fā)現(xiàn)選擇

11、性作用于靶位的新藥，這些藥物往往具有活性強(qiáng)、作用專一，新藥，這些藥物往往具有活性強(qiáng)、作用專一，且副作用較低的特點(diǎn)。且副作用較低的特點(diǎn)。 (rational drug design) 四、模仿創(chuàng)新四、模仿創(chuàng)新(me-too) 在別人專利藥物的基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)結(jié)在別人專利藥物的基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)加以修飾和改造，研究出自己的專利藥構(gòu)加以修飾和改造，研究出自己的專利藥物。物。 是當(dāng)今世界各國廣泛采用的戰(zhàn)略，是當(dāng)今世界各國廣泛采用的戰(zhàn)略，即使是實(shí)力很強(qiáng)的大公司也不例外，因即使是實(shí)力很強(qiáng)的大公司也不例外，因?yàn)檫@種方法投資少，周期短，成功率高，為這種方法投資少，周期短，成功率高，市場回報(bào)也很可觀。市場回報(bào)也很

12、可觀。Smith KlineSmith Kline根據(jù)根據(jù)H H2 2- -受體拮抗劑理論，成功受體拮抗劑理論，成功開發(fā)出開發(fā)出西咪替丁西咪替丁(cimetidine)(cimetidine)，于，于19761976年投年投放市場。放市場。GlaxoGlaxo在在19811981年推出了他們稍加改造的類年推出了他們稍加改造的類似物似物雷尼替丁雷尼替丁(ranitidine)(ranitidine) ，成為世界最暢，成為世界最暢銷的藥品，年銷售量達(dá)銷的藥品，年銷售量達(dá)3030多億美元。多億美元。之后，之后，MerkMerk又推出了療效更高的又推出了療效更高的法莫替丁法莫替丁(famotidine

13、)(famotidine)。成功的例子成功的例子西米替丁雷尼替丁法莫替丁咪唑環(huán)呋喃環(huán)噻唑環(huán)五、手性均一體創(chuàng)新五、手性均一體創(chuàng)新手性藥物是指只含單一旋光異構(gòu)體手性藥物是指只含單一旋光異構(gòu)體(enantiomers)的藥物。的藥物。手性藥物在藥效學(xué)性質(zhì)上存在四種情形：手性藥物在藥效學(xué)性質(zhì)上存在四種情形：反應(yīng)停反應(yīng)停(thalidomide)的的S構(gòu)型為鎮(zhèn)靜劑，構(gòu)型為鎮(zhèn)靜劑，R構(gòu)型無鎮(zhèn)靜作用而有致畸作用；構(gòu)型無鎮(zhèn)靜作用而有致畸作用；(1)異構(gòu)體具有完全不同的藥理作用異構(gòu)體具有完全不同的藥理作用乙胺丁醇乙胺丁醇(ethambutol)的的S，S構(gòu)型具構(gòu)型具有抗結(jié)核菌作用，而有抗結(jié)核菌作用，而R，R構(gòu)型

14、則可導(dǎo)構(gòu)型則可導(dǎo)致失明；致失明；例：例：(2)(2)異構(gòu)體中一個(gè)具有藥理活性，另一個(gè)沒異構(gòu)體中一個(gè)具有藥理活性，另一個(gè)沒有藥理活性有藥理活性甲基多巴甲基多巴(methyldopa)只有只有S構(gòu)型具有構(gòu)型具有抗高血壓作用?？垢哐獕鹤饔?。例：例：普萘洛爾普萘洛爾(propranolol)(propranolol)，SS異構(gòu)體的異構(gòu)體的受體阻斷作用比受體阻斷作用比RR異構(gòu)體強(qiáng)約異構(gòu)體強(qiáng)約100100倍；倍；(3)兩個(gè)異構(gòu)體雖藥理作用類型相同兩個(gè)異構(gòu)體雖藥理作用類型相同但作用強(qiáng)度不同。但作用強(qiáng)度不同。例：例：萘普生萘普生(naproxen)(naproxen)，其，其SS異構(gòu)體療效為異構(gòu)體療效為RR異

15、構(gòu)體的異構(gòu)體的2828倍。倍。(4)(4)兩個(gè)異構(gòu)體的藥理作用類型兩個(gè)異構(gòu)體的藥理作用類型和作用強(qiáng)度完全相同和作用強(qiáng)度完全相同異丙嗪異丙嗪(promethazine)的兩個(gè)異構(gòu)體具的兩個(gè)異構(gòu)體具有相同的抗組織胺活性和毒性。有相同的抗組織胺活性和毒性。例：例： 目前世界藥品市場共約目前世界藥品市場共約1,7001,700種藥物種藥物中，含有手性的藥物占中，含有手性的藥物占5757，但目前僅有，但目前僅有2020以單一對(duì)映體作為藥用，其余以單一對(duì)映體作為藥用，其余8080仍仍以外消旋體用于臨床。以外消旋體用于臨床。 自自1990年初期開始，美國年初期開始，美國FDA就鼓就鼓勵(lì)大制藥公司開發(fā)單一異構(gòu)

16、體藥物，代勵(lì)大制藥公司開發(fā)單一異構(gòu)體藥物，代替消旋體上市。因此替消旋體上市。因此, 開發(fā)單一異構(gòu)體開發(fā)單一異構(gòu)體藥物的機(jī)會(huì)越來越少藥物的機(jī)會(huì)越來越少。五種新藥發(fā)展策略五種新藥發(fā)展策略一、一、 篩選篩選二、二、 先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造三、三、 合理藥物設(shè)計(jì)合理藥物設(shè)計(jì)四、四、 模仿創(chuàng)新模仿創(chuàng)新五、五、 手性均一體創(chuàng)新手性均一體創(chuàng)新第二節(jié)新藥研究技術(shù)第二節(jié)新藥研究技術(shù)一、組合化學(xué)技術(shù)一、組合化學(xué)技術(shù)組合化學(xué)組合化學(xué)(combinatorial chemistry)是由是由Furka等等于于1988年首先提出的，但直至年首先提出的，但直至1991年在一次專題年在一次專題討論會(huì)上才正

17、式應(yīng)用這一名詞。討論會(huì)上才正式應(yīng)用這一名詞。在不同結(jié)構(gòu)的構(gòu)建塊在不同結(jié)構(gòu)的構(gòu)建塊(building block)之間以共之間以共價(jià)鍵系統(tǒng)、反復(fù)地進(jìn)行連結(jié)，從而產(chǎn)生一批不價(jià)鍵系統(tǒng)、反復(fù)地進(jìn)行連結(jié)，從而產(chǎn)生一批不同的分子實(shí)體的方法。同的分子實(shí)體的方法。優(yōu)點(diǎn)：合成路線簡單、產(chǎn)物種類多樣、適合優(yōu)點(diǎn)：合成路線簡單、產(chǎn)物種類多樣、適合高通量篩選、效率高高通量篩選、效率高YYYYYYYYYYZYZYZ組合化學(xué)固相合成通常有分混法和平行合成法兩種 .分混法 (split mix method)即將固相載體等分成幾份 ,分別與不同反應(yīng)物作用 ,然后將鍵合不同反應(yīng)物的載體先混合 ,再分組 ,分別再與某一反應(yīng)物作用

18、 ,如此混合、分組逐步進(jìn)行直到反應(yīng)結(jié)束 .例如 3個(gè)化合物 , ,經(jīng)三次組合合成 ,得 3組混合物 ,每組 9個(gè)化合物 ,一共產(chǎn)生 3 3 即 2 7個(gè)化合物 (圖 2 )二、反義技術(shù)二、反義技術(shù) 反義核酸包括反義反義核酸包括反義DNADNA、反義、反義RNARNA和和酶性核酸三種，它們可特異性地作用于酶性核酸三種，它們可特異性地作用于靶基因或其相應(yīng)的靶基因或其相應(yīng)的mRNAmRNA，從基因復(fù)制、，從基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)和翻譯等各個(gè)環(huán)節(jié)上轉(zhuǎn)錄、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)和翻譯等各個(gè)環(huán)節(jié)上調(diào)控基因的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)疾病的治療。調(diào)控基因的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)疾病的治療。反義核酸與常規(guī)藥物相比有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：反義核酸與常

19、規(guī)藥物相比有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：有關(guān)疾病的靶基因有關(guān)疾病的靶基因mRNA序列是已知序列是已知的，因此，設(shè)計(jì)、合成特異性的反義核的，因此，設(shè)計(jì)、合成特異性的反義核酸比較容易；酸比較容易；反義寡核苷酸與靶基因能通過堿基配反義寡核苷酸與靶基因能通過堿基配對(duì)原理發(fā)生特異和有效的結(jié)合，從而調(diào)對(duì)原理發(fā)生特異和有效的結(jié)合，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。節(jié)基因的表達(dá)。天然的寡核苷酸難以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，而一旦天然的寡核苷酸難以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，而一旦進(jìn)入又易于被胞內(nèi)核酸酶水解，很難直接進(jìn)入又易于被胞內(nèi)核酸酶水解，很難直接用于治療。用于治療。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：為此人們采用藥物化學(xué)的原理和方法，為此人們采用藥物化學(xué)的原理和方法，對(duì)天然寡核苷酸進(jìn)行化學(xué)

20、修飾，以達(dá)到對(duì)天然寡核苷酸進(jìn)行化學(xué)修飾，以達(dá)到治療藥物的要求。治療藥物的要求。修飾工作可以從其骨架、核糖和堿基入手修飾工作可以從其骨架、核糖和堿基入手 , ,也可在核酸片段的末端進(jìn)行偶聯(lián)修飾。其也可在核酸片段的末端進(jìn)行偶聯(lián)修飾。其中甲基化和硫代化的反義核酸藥物已進(jìn)入中甲基化和硫代化的反義核酸藥物已進(jìn)入了臨床試驗(yàn)。了臨床試驗(yàn)。 福米韋森福米韋森(fomivirsen(fomivirsen，Vitravene)1998Vitravene)1998年年已由美國已由美國FDAFDA批準(zhǔn)上市，用于二線治療艾滋批準(zhǔn)上市，用于二線治療艾滋病所致巨細(xì)胞病毒病所致巨細(xì)胞病毒(CMV)(CMV)視網(wǎng)膜炎，這是全視

21、網(wǎng)膜炎，這是全球獲準(zhǔn)上市的第一個(gè)反義藥物。球獲準(zhǔn)上市的第一個(gè)反義藥物。成功的例子成功的例子福米韋森福米韋森(fomivirsen(fomivirsen，VitraveneVitravene，2121個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸) )福米韋森福米韋森(fomivirsen(fomivirsen，Vitravene)Vitravene)硫代核酸硫代核酸三、高通量篩選技術(shù)三、高通量篩選技術(shù)(High throughput screening)是使用機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)是使用機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng), , 從大量的樣品從大量的樣品中鑒別出對(duì)確定的分子靶標(biāo)有相互作用的少中鑒別出對(duì)確定的分子靶標(biāo)有相互作用的少量活性化合物的一

22、種技術(shù)。量活性化合物的一種技術(shù)。被篩選出來的化合物可作為先導(dǎo)化合物被篩選出來的化合物可作為先導(dǎo)化合物, , 進(jìn)進(jìn)一步研究開發(fā)成為安全、有效的新型藥物。一步研究開發(fā)成為安全、有效的新型藥物。每天可以對(duì)數(shù)千至數(shù)萬樣品的藥物活性進(jìn)行每天可以對(duì)數(shù)千至數(shù)萬樣品的藥物活性進(jìn)行檢測分析。檢測分析。多數(shù)的高通量篩選分析方法是以微孔板為多數(shù)的高通量篩選分析方法是以微孔板為基礎(chǔ)，加上高度自動(dòng)化的操作設(shè)備基礎(chǔ)，加上高度自動(dòng)化的操作設(shè)備 。具體方法因檢測對(duì)象不同而不同，但都是具體方法因檢測對(duì)象不同而不同，但都是建立在對(duì)檢測對(duì)象分子或細(xì)胞水平的生物建立在對(duì)檢測對(duì)象分子或細(xì)胞水平的生物學(xué)機(jī)制基礎(chǔ)之上。學(xué)機(jī)制基礎(chǔ)之上。(細(xì)

23、胞采集設(shè)備、樣品轉(zhuǎn)移、沖洗、孵育、細(xì)胞采集設(shè)備、樣品轉(zhuǎn)移、沖洗、孵育、離心等設(shè)備、信號(hào)檢測及數(shù)據(jù)處理設(shè)備等離心等設(shè)備、信號(hào)檢測及數(shù)據(jù)處理設(shè)備等)所使用的技術(shù)包括：所使用的技術(shù)包括：不經(jīng)過濾分離直接測定信號(hào)的不經(jīng)過濾分離直接測定信號(hào)的“同質(zhì)同質(zhì)”技技術(shù)，閃爍親近測定法術(shù)，閃爍親近測定法 (scintillation proximity assay, SPA), 基于熒光、發(fā)光或比色的檢測技術(shù)，基于熒光、發(fā)光或比色的檢測技術(shù)，基于放射性的檢測技術(shù)，基于放射性的檢測技術(shù)，基于基于ELISA、報(bào)告基因、雙雜交技術(shù)等、報(bào)告基因、雙雜交技術(shù)等自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，SPA is based on the

24、principle that relatively weak emitters, such as 3H particles and 125 I Auger electrons, need to be close to scintillant molecules to produce light, otherwise the energy is dissipated and lost to the solvent. This concept has been used by Amersham Pharmacia Biotech to produce a range of homogeneous

25、immunoassay products by coupling second antibodies or Protein A to fluomicrospheres. Fluomicrospheres are solid-phase support particles or beads impregnated with substances that fluoresce when excited by radioactive energy. When added to an antibody/antigen mixture the antibody is captured on the fl

26、uomicrosphere, bringing any bound radiolabeled antigen close enough to allow the radiation energy emitted to activate the fluorescent compound and emit light energy (see the Figure below).包被驢抗兔抗體的螢光微球兔抗被檢測物抗體被檢測物樣品放射物標(biāo)記的被檢測物樣品結(jié)合的放射物標(biāo)記的被檢測物激活螢光微球未結(jié)合的放射物的能量消失在液體中四、基因芯片技術(shù)四、基因芯片技術(shù)基因芯片上集成了成千上萬的網(wǎng)絡(luò)狀密集排基因芯片

27、上集成了成千上萬的網(wǎng)絡(luò)狀密集排列的基因探針列的基因探針, ,能夠在同一時(shí)間內(nèi)分析大量的能夠在同一時(shí)間內(nèi)分析大量的基因基因, , 迅速讀取與生命相關(guān)的基因信息。它迅速讀取與生命相關(guān)的基因信息。它是受到在固相支持物上合成多肽的啟發(fā)而發(fā)是受到在固相支持物上合成多肽的啟發(fā)而發(fā)明的。明的。(Gene Chip, DNA Chip,DNA array)(Gene Chip, DNA Chip,DNA array)(一一) 基因芯片用于尋找藥靶的研究基因芯片用于尋找藥靶的研究一些慢性疾病為多基因相關(guān)疾病一些慢性疾病為多基因相關(guān)疾病, 每種這類疾每種這類疾病可能涉及病可能涉及 510個(gè)基因。個(gè)基因。人類約有人

28、類約有3萬種疾病萬種疾病, 許多疾病由遺傳因素許多疾病由遺傳因素引起。引起。這些疾病相關(guān)基因都有可能成為藥靶這些疾病相關(guān)基因都有可能成為藥靶(藥物藥物作用靶點(diǎn)作用靶點(diǎn))。每一基因產(chǎn)物及與其發(fā)生作用的蛋白質(zhì)也每一基因產(chǎn)物及與其發(fā)生作用的蛋白質(zhì)也有可能成為藥靶。有可能成為藥靶。利用基因芯片可以比較正常組織利用基因芯片可以比較正常組織(細(xì)胞細(xì)胞)及及病變組織病變組織(細(xì)胞細(xì)胞)中大量中大量 (可達(dá)數(shù)千可達(dá)數(shù)千)相關(guān)基因相關(guān)基因表達(dá)的變化表達(dá)的變化, 從而發(fā)現(xiàn)一組疾病相關(guān)基因作從而發(fā)現(xiàn)一組疾病相關(guān)基因作為藥物篩選靶為藥物篩選靶. ( (二二) )芯片用于新藥篩選芯片用于新藥篩選19971997年年He

29、llerHeller等首次使用等首次使用cDNAcDNA的微矩陣檢的微矩陣檢測炎癥條件下基因的表達(dá)情況測炎癥條件下基因的表達(dá)情況, , 該芯片包該芯片包含與炎癥有關(guān)的部分基因。通過培養(yǎng)關(guān)節(jié)含與炎癥有關(guān)的部分基因。通過培養(yǎng)關(guān)節(jié)炎病人軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞炎病人軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞, , 發(fā)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在TNFTNF和和IL-1IL-1的刺激下有與炎性組織相似的基因表的刺激下有與炎性組織相似的基因表達(dá)圖譜達(dá)圖譜, , 從而建立以細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)的人從而建立以細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)的人類炎癥的模型。類炎癥的模型。 對(duì)在抗炎藥物作用下表達(dá)情況的檢測對(duì)在抗炎藥物作用下表達(dá)情況的檢測, , 發(fā)現(xiàn)氟輕松發(fā)現(xiàn)氟輕松 (fluoc

30、inolone)、地塞米松、地塞米松 (dexamethasone)、潑尼松、潑尼松 (prednisone)、氫化可的松氫化可的松 (hydrocortisone)作用極其相似。作用極其相似。 提示該模型可作為抗炎藥物的篩選。提示該模型可作為抗炎藥物的篩選。AB: cDNA microarray technology is used to profile complex diseases and discover novel disease-related genes. In inflammatory disease such as rheumatoid arthritis, express

31、ion patterns of diverse cell types contribute to the pathology. We have monitored gene expression in this disease state with a microarray of selected human genes of probable significance in inflammation as well as with genes expressed in peripheral human blood cells. Messenger RNA from cultured macr

32、ophages, chondrocyte cell lines, primary chondrocytes, and synoviocytes provided expression profiles for the selected cytokines, chemokines, DNA binding proteins, and matrix-degrading metalloproteinases. Comparisons between tissue samples of rheumatoid arthritis and inflammatory bowel disease verifi

33、ed the involvement of many genes and revealed novel participation of the cytokine interleukin 3, chemokine Gro alpha and the metalloproteinase matrix metallo-elastase in both diseases. From the peripheral blood library, tissue inhibitor of metalloproteinase 1, ferritin light chain, and manganese sup

34、eroxide dismutase genes were identified as expressed differentially in rheumatoid arthritis compared with inflammatory bowel disease. These results successfully demonstrate the use of the cDNA microarray system as a general approach for dissecting human diseases.五、生物工程技術(shù)五、生物工程技術(shù) 利用生物學(xué)及工程學(xué)原理為人類制利用生物學(xué)

35、及工程學(xué)原理為人類制造有用產(chǎn)品及提供服務(wù)的技術(shù)。造有用產(chǎn)品及提供服務(wù)的技術(shù)。工程學(xué) 研究自然科學(xué)應(yīng)用在各行業(yè)中的應(yīng)用方式、方法的一門學(xué)科，同時(shí)也研究工程進(jìn)行的一般規(guī)律，并進(jìn)行改良研究。所謂工程學(xué)，是指利用我們現(xiàn)在已經(jīng)知所謂工程學(xué)，是指利用我們現(xiàn)在已經(jīng)知道的各種技術(shù)，去完成某種任務(wù)的學(xué)問，道的各種技術(shù)，去完成某種任務(wù)的學(xué)問，比如去完成建設(shè)任務(wù)、制造任務(wù)或共他比如去完成建設(shè)任務(wù)、制造任務(wù)或共他各種各樣的任務(wù)。各種各樣的任務(wù)。 工程學(xué)是指按照某種有價(jià)值的實(shí)踐目的工程學(xué)是指按照某種有價(jià)值的實(shí)踐目的來控制、改造自然和社會(huì)的事物及過程來控制、改造自然和社會(huì)的事物及過程并受到科學(xué)方法制約的知識(shí)總和。不僅并受

36、到科學(xué)方法制約的知識(shí)總和。不僅包括了字面意義上的自然科學(xué)，如人機(jī)包括了字面意義上的自然科學(xué)，如人機(jī)工程學(xué)、化工工程學(xué)等等，還包括社會(huì)工程學(xué)、化工工程學(xué)等等，還包括社會(huì)科學(xué)，如社會(huì)工程學(xué)。如果認(rèn)為工程學(xué)科學(xué)，如社會(huì)工程學(xué)。如果認(rèn)為工程學(xué)只跟技術(shù)相關(guān)，那是相當(dāng)狹義的。只跟技術(shù)相關(guān)，那是相當(dāng)狹義的。上世紀(jì)上世紀(jì)4040年代以純種微生物發(fā)酵工藝年代以純種微生物發(fā)酵工藝稱為稱為；發(fā)展可分發(fā)展可分3 3個(gè)階段：個(gè)階段：上古時(shí)期，用非純種微生物自然發(fā)酵工上古時(shí)期，用非純種微生物自然發(fā)酵工藝稱為藝稱為；上世紀(jì)上世紀(jì)7070年代以基因工程為標(biāo)志的生年代以基因工程為標(biāo)志的生物工藝稱為物工藝稱為。 一般上古時(shí)代是指

37、文字記載出現(xiàn)以前的歷史時(shí)代.對(duì)世界各地上古時(shí)代的定義也因此不同.在中國上古時(shí)代一般指夏以前的時(shí)代.在兩河流域和埃及一般指公元前5000年以前的歷史時(shí)代.因?yàn)樯瞎艜r(shí)代沒有當(dāng)時(shí)直接的文字記載.那個(gè)時(shí)候發(fā)生的事件或人物一般無法直接考證.這些事件和人物也往往帶有神話色彩. 中國上古時(shí)代傳說的帝王有:炎帝.黃帝.少昊.顓頊(zhun x).帝嚳(k) .帝摯.堯和舜. 甜酒曲是糖化菌及酵母制劑，其所含的微生物主要有根霉、毛霉及少量酵母。在發(fā)酵過程中糖化菌首先將糯米中的淀粉分解成葡萄糖，蛋白質(zhì)分解成氨基酸，接著少量的酵母又將葡糖糖經(jīng)糖酵解途徑轉(zhuǎn)化成酒精。這樣就制成了香甜可口、營養(yǎng)豐富的甜酒釀。 生物工程的

38、內(nèi)容生物工程的內(nèi)容基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、微生基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、微生物工程物工程(發(fā)酵工程發(fā)酵工程)、蛋白質(zhì)工程及生、蛋白質(zhì)工程及生物反應(yīng)工程等。物反應(yīng)工程等。理論上任何有機(jī)物皆可由現(xiàn)代生物工理論上任何有機(jī)物皆可由現(xiàn)代生物工程制造，足見現(xiàn)代生物工程在產(chǎn)業(yè)革程制造，足見現(xiàn)代生物工程在產(chǎn)業(yè)革命中擁有巨大潛力及發(fā)展前景。命中擁有巨大潛力及發(fā)展前景。生物反應(yīng)工程生物反應(yīng)工程 : 本書內(nèi)容分為生物反應(yīng)過本書內(nèi)容分為生物反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)和生物反應(yīng)器兩部分。前者著程動(dòng)力學(xué)和生物反應(yīng)器兩部分。前者著重討論了酶反應(yīng)和細(xì)胞。反應(yīng)過程的基重討論了酶反應(yīng)和細(xì)胞。反應(yīng)過程的基本動(dòng)力學(xué)規(guī)律，并重點(diǎn)探討了傳遞因

39、素本動(dòng)力學(xué)規(guī)律，并重點(diǎn)探討了傳遞因素對(duì)反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)的影響及其處理方法；對(duì)反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)的影響及其處理方法；后者重點(diǎn)討論了不同操作方式反應(yīng)器的后者重點(diǎn)討論了不同操作方式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化，同時(shí)討論了反應(yīng)器內(nèi)設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化，同時(shí)討論了反應(yīng)器內(nèi)各種傳遞特性及其放大。每章列出了其各種傳遞特性及其放大。每章列出了其內(nèi)容要點(diǎn)，并附有例題和習(xí)題，以幫助內(nèi)容要點(diǎn)，并附有例題和習(xí)題，以幫助讀者理解和掌握有關(guān)概念和方法。讀者理解和掌握有關(guān)概念和方法。（一）基因工程（一）基因工程在分子水平上定向改造生物遺傳性的技術(shù)。在分子水平上定向改造生物遺傳性的技術(shù)。主要環(huán)節(jié)是制備目的基因、基因重組、重主要環(huán)節(jié)是制備目的基

40、因、基因重組、重組基因轉(zhuǎn)移、基因工程細(xì)胞篩選、鑒定，組基因轉(zhuǎn)移、基因工程細(xì)胞篩選、鑒定，大規(guī)模陽性細(xì)胞培養(yǎng)、產(chǎn)物表達(dá)及純化等。大規(guī)模陽性細(xì)胞培養(yǎng)、產(chǎn)物表達(dá)及純化等。主要特點(diǎn)是打破生物種間界限，克服遠(yuǎn)緣主要特點(diǎn)是打破生物種間界限，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性，獲得特異功能細(xì)胞，生產(chǎn)雜交不親和性，獲得特異功能細(xì)胞，生產(chǎn)名貴藥品。名貴藥品。人胰島素人胰島素、人生長激素人生長激素、人促紅細(xì)胞生成素人促紅細(xì)胞生成素(EPO)(EPO)、人尿激酶人尿激酶(UK)(UK)、組織纖溶酶原激活組織纖溶酶原激活劑劑(tPA)(tPA)、乙肝疫苗乙肝疫苗、干擾素干擾素(IFN)(IFN)、IL-2IL-2，3 3，6 6及

41、及6060多種多種單克隆抗體單克隆抗體(McAb)(McAb)等。等。已上市的基因工程藥品已上市的基因工程藥品（二）細(xì)胞工程（二）細(xì)胞工程 定向改變細(xì)胞遺傳性，創(chuàng)造特異功能定向改變細(xì)胞遺傳性，創(chuàng)造特異功能細(xì)胞，用于生產(chǎn)藥用產(chǎn)品及提供服務(wù)的技細(xì)胞，用于生產(chǎn)藥用產(chǎn)品及提供服務(wù)的技術(shù)稱為細(xì)胞工程。術(shù)稱為細(xì)胞工程。 主要內(nèi)容有主要內(nèi)容有細(xì)胞融合細(xì)胞融合、細(xì)胞大規(guī)模培細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)養(yǎng)、細(xì)胞生物反應(yīng)器細(xì)胞生物反應(yīng)器等，并涉及動(dòng)植物及等，并涉及動(dòng)植物及微生物細(xì)胞。微生物細(xì)胞。 細(xì)胞工程學(xué)是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理與方法，在細(xì)胞水平研究改造生物遺傳特性，以獲得具有目標(biāo)性狀的細(xì)胞系或生物體的有關(guān)理論和技術(shù)

42、的學(xué)科。它是一門現(xiàn)代生物科學(xué)理論和工程技術(shù)相結(jié)合的綜合性學(xué)科。細(xì)胞工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，同時(shí)也是現(xiàn)代生物學(xué)研究的重要技術(shù)工具。其研究技術(shù)涉及到細(xì)胞器、細(xì)胞、組織和器官水平利用工程技術(shù)原理和手段所進(jìn)行的各類體外操作。 生物細(xì)胞反應(yīng)工程主要研究生物細(xì)胞反應(yīng)工程工藝過程及裝備，強(qiáng)化生物反應(yīng)過程的控制和優(yōu)化。近幾年來，在生物細(xì)胞反應(yīng)工程領(lǐng)域，進(jìn)行了生物抗氧化劑蝦青素的開發(fā)研究，生產(chǎn)水平和生產(chǎn)規(guī)模居國際領(lǐng)先；成功開發(fā)了氣升式生物反應(yīng)器、固態(tài)發(fā)酵工藝和裝備，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平；篩選了能利用淀粉的微生物菌種，優(yōu)化衣康酸的發(fā)酵生產(chǎn)工藝。細(xì)胞工程（cell engineering）是指應(yīng)用現(xiàn)代細(xì)胞生

43、物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的理論與方法，按照人們的需要和設(shè)計(jì)，在細(xì)胞水平上的遺傳操作，重組細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物，以改變生物的結(jié)構(gòu)和功能，即通過細(xì)胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植以及組織和細(xì)胞培養(yǎng)等方法，快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要的新物種的生物工程技術(shù)。干細(xì)胞工程是在細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新的細(xì)胞工程。它是利用干細(xì)胞的增殖特性，多分化潛能及其增殖分化的高度有序性，通過體外培養(yǎng)干細(xì)胞、誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化或利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)處理干細(xì)胞以改變其特性的方法，以達(dá)到利用干細(xì)胞為人類服務(wù)的目的。其主要研究內(nèi)容一方面是胚胎干細(xì)胞的研究，如建立ES細(xì)胞系并利用ES細(xì)胞的發(fā)育多能性即環(huán)境因素對(duì)細(xì)

44、胞分化發(fā)育的影響，定向誘導(dǎo)細(xì)胞分化為特定的細(xì)胞如肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等作為細(xì)胞移植的新來源。另一方面成體干細(xì)胞的研究主要包括成體組織干細(xì)胞的分離培養(yǎng)體內(nèi)和植入體內(nèi)，更新機(jī)體病變的組織器官恢復(fù)正常功能；并用干細(xì)胞作為基因治療的靶細(xì)胞；研究體內(nèi)有效活化組織干細(xì)胞的方法，增強(qiáng)其功能。分泌人腫瘤壞死因子分泌人腫瘤壞死因子的基因工程細(xì)胞系的建的基因工程細(xì)胞系的建立立 將含有人腫瘤壞死因子將含有人腫瘤壞死因子(hTNF)全長全長cDNA插入表達(dá)載體插入表達(dá)載體pSNAV2.0,產(chǎn)生重組質(zhì)粒產(chǎn)生重組質(zhì)粒pSNAV2.0-TNF,利用陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)將其轉(zhuǎn)利用陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)將其轉(zhuǎn)染到人染到人HEK-293（腎胚

45、）細(xì)胞中（腎胚）細(xì)胞中,含含G418(氨基氨基糖苷類抗生素糖苷類抗生素)培養(yǎng)基篩選陽性克隆培養(yǎng)基篩選陽性克隆hTNF/293, 采用采用ELISA檢測轉(zhuǎn)染細(xì)胞上清中檢測轉(zhuǎn)染細(xì)胞上清中hTNF蛋白的表蛋白的表達(dá)。達(dá)。 G418是一種氨基糖苷類抗生素是一種氨基糖苷類抗生素 。這種氨基糖類抗生。這種氨基糖類抗生素的結(jié)構(gòu)和新霉素、慶大霉素、卡那霉素相似，在分素的結(jié)構(gòu)和新霉素、慶大霉素、卡那霉素相似，在分子遺傳試驗(yàn)中子遺傳試驗(yàn)中,是穩(wěn)定轉(zhuǎn)染最常用的抗性篩選試劑。它是穩(wěn)定轉(zhuǎn)染最常用的抗性篩選試劑。它通過抑制轉(zhuǎn)座子通過抑制轉(zhuǎn)座子Tn601，Tn5的基因的基因,干擾核糖體功能干擾核糖體功能而阻斷蛋白質(zhì)合成而阻

46、斷蛋白質(zhì)合成,對(duì)原核和真核等細(xì)胞產(chǎn)生毒素對(duì)原核和真核等細(xì)胞產(chǎn)生毒素 ,包包括細(xì)菌、酵母、植物和哺乳動(dòng)物細(xì)胞括細(xì)菌、酵母、植物和哺乳動(dòng)物細(xì)胞 ,也包括原生動(dòng)物也包括原生動(dòng)物和蠕蟲?？剐援a(chǎn)物為氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶。和蠕蟲?？剐援a(chǎn)物為氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶。pSNAV2.0載體質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在載體質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在E.coli質(zhì)粒質(zhì)粒骨架上含有骨架上含有amp抗性基因或抗性基因或Kan抗性基因、質(zhì)抗性基因、質(zhì)粒復(fù)制起點(diǎn)粒復(fù)制起點(diǎn)ori以及以及neo基因的表達(dá)單位（基因的表達(dá)單位（SV40啟動(dòng)子啟動(dòng)子- neo- SV40 或或BGH polyA）。）。 中國在細(xì)胞工程方面的研究已進(jìn)入世中國在細(xì)胞工程方面

47、的研究已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。不少植物的細(xì)胞原生質(zhì)體部界先進(jìn)行列。不少植物的細(xì)胞原生質(zhì)體部已再生成為完整的植株。已再生成為完整的植株。 突破了水稻、小麥、玉米、棉花和大突破了水稻、小麥、玉米、棉花和大豆的原生質(zhì)體再生成株的難關(guān)豆的原生質(zhì)體再生成株的難關(guān), 為利用原為利用原生質(zhì)體融合產(chǎn)生雜種以及向原生質(zhì)體引入生質(zhì)體融合產(chǎn)生雜種以及向原生質(zhì)體引入外源基因，從而為達(dá)到改良性狀，創(chuàng)建新外源基因，從而為達(dá)到改良性狀，創(chuàng)建新物種的目的打下了基礎(chǔ)。物種的目的打下了基礎(chǔ)。原生質(zhì)指的是細(xì)胞內(nèi)的生命物質(zhì)，分化為細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、細(xì)胞膜。一個(gè)動(dòng)物細(xì)胞即為一團(tuán)原生質(zhì)。原生質(zhì)體：植物細(xì)胞工程中去掉細(xì)胞壁后剩余的植物細(xì)胞稱為原

48、生質(zhì)體，實(shí)際上就是植物細(xì)胞的原生質(zhì)。原生質(zhì)層：植物細(xì)胞中的特有名詞，指的是細(xì)胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。原生質(zhì)層具有選擇透過性，當(dāng)成熟的植物細(xì)胞與外界溶液接觸時(shí)，如果存在濃度差，細(xì)胞液就會(huì)和外界溶液發(fā)生滲透作用。此外，用花粉培養(yǎng)技術(shù)已培育出小麥、此外，用花粉培養(yǎng)技術(shù)已培育出小麥、水稻等的優(yōu)良品種，并大面積進(jìn)行了推水稻等的優(yōu)良品種，并大面積進(jìn)行了推廣，利用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)試管苗木，廣，利用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)試管苗木，可大大加快繁殖速度，有些已進(jìn)入工廠可大大加快繁殖速度，有些已進(jìn)入工廠化生產(chǎn)。當(dāng)前正在研究將組織培養(yǎng)的胚化生產(chǎn)。當(dāng)前正在研究將組織培養(yǎng)的胚包上外衣，制成人工種子，播種后可發(fā)包上外

49、衣，制成人工種子，播種后可發(fā)育成植株。育成植株。 在動(dòng)物方面，人或家畜的生殖細(xì)胞通過在動(dòng)物方面，人或家畜的生殖細(xì)胞通過體外受精和胚胎移植技術(shù)，已產(chǎn)生了試管嬰體外受精和胚胎移植技術(shù)，已產(chǎn)生了試管嬰兒、試管牛、羊等，利用胚胎分割技術(shù)已將兒、試管牛、羊等，利用胚胎分割技術(shù)已將牛、羊等的受精卵一分為二或四，并各自發(fā)牛、羊等的受精卵一分為二或四，并各自發(fā)育成完整的動(dòng)物，加速了繁殖的速度。此外，育成完整的動(dòng)物，加速了繁殖的速度。此外，向受精卵中注入特定的外源基因，可獲得轉(zhuǎn)向受精卵中注入特定的外源基因，可獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，如在老鼠受精卵中注入人的生長基因動(dòng)物，如在老鼠受精卵中注入人的生長素基因，可發(fā)育成巨大的

50、超級(jí)老鼠。素基因，可發(fā)育成巨大的超級(jí)老鼠。（三）酶工程（三）酶工程酶或含某種特定酶的細(xì)胞經(jīng)適當(dāng)加工處理酶或含某種特定酶的細(xì)胞經(jīng)適當(dāng)加工處理后用于藥品生產(chǎn)與疾病治療的技術(shù)稱為酶后用于藥品生產(chǎn)與疾病治療的技術(shù)稱為酶工程。工程。固定化是指通過物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)固定化是指通過物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞限制或定位于特定空間范圍內(nèi)的技術(shù)，胞限制或定位于特定空間范圍內(nèi)的技術(shù)，以期反復(fù)使用。以期反復(fù)使用。酶或細(xì)胞固定化、生物傳感器酶或細(xì)胞固定化、生物傳感器及酶反應(yīng)器。及酶反應(yīng)器。核心內(nèi)容核心內(nèi)容酶工程酶工程 將生物體內(nèi)具有特定催化作用的酶將生物體內(nèi)具有特定催化作用的酶類分離出來，在類分離出來，在體外進(jìn)行催化

51、反應(yīng)酶反應(yīng)特點(diǎn)是在常溫、體外進(jìn)行催化反應(yīng)酶反應(yīng)特點(diǎn)是在常溫、常壓下，專一性地快速進(jìn)行使化反應(yīng)；但酶常壓下，專一性地快速進(jìn)行使化反應(yīng)；但酶不穩(wěn)定，容易失活不穩(wěn)定，容易失活, 為了提高酶的穩(wěn)定性和為了提高酶的穩(wěn)定性和適于連續(xù)作業(yè)，發(fā)展了酶的固定化技術(shù)，將適于連續(xù)作業(yè)，發(fā)展了酶的固定化技術(shù)，將酶固定在特定的載體上，當(dāng)反應(yīng)物通過固定酶固定在特定的載體上，當(dāng)反應(yīng)物通過固定化酶時(shí)化酶時(shí),即可快速催化生成相應(yīng)產(chǎn)物。即可快速催化生成相應(yīng)產(chǎn)物。 當(dāng)前酶制劑的生產(chǎn)，主要依靠微生物發(fā)當(dāng)前酶制劑的生產(chǎn)，主要依靠微生物發(fā)酵技術(shù)，自微生物發(fā)酵液或細(xì)胞中提取有用酵技術(shù)，自微生物發(fā)酵液或細(xì)胞中提取有用的酶類，如：的酶類，如：

52、淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、脂酶、果膠酶、纖維素酶、葡萄糖氧化酶、脂酶、果膠酶、纖維素酶、葡萄糖氧化酶、葡萄糖異構(gòu)酶以及用于葡萄糖異構(gòu)酶以及用于DNA重組技術(shù)的各重組技術(shù)的各種工具酶等。這些酶類已被廣泛用于食品加種工具酶等。這些酶類已被廣泛用于食品加工、紡織、制革、醫(yī)藥、加酶洗滌劑生產(chǎn)和工、紡織、制革、醫(yī)藥、加酶洗滌劑生產(chǎn)和基因工程中?；蚬こ讨?。 從動(dòng)、植物中提取的酶類尚不多，但也從動(dòng)、植物中提取的酶類尚不多，但也有巨大潛力，如從木瓜中可提取有巨大潛力，如從木瓜中可提取木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶，用作肉的嫩化和啤酒的防濁，從牛胃中提取用作肉的嫩化和啤酒的防濁，從牛胃中提取的的凝

53、乳酶凝乳酶，可用以制作奶酪；從尿或蚯蚓中，可用以制作奶酪；從尿或蚯蚓中提取的提取的尿激酶尿激酶或或蚯蚓酶蚯蚓酶，可用以治療腦血栓，可用以治療腦血栓等人們已開始研究來源于動(dòng)、植物的酶基等人們已開始研究來源于動(dòng)、植物的酶基因，將其引入微生物體進(jìn)行表達(dá)，企圖快速因，將其引入微生物體進(jìn)行表達(dá)，企圖快速大量地生產(chǎn)廉價(jià)的酶。大量地生產(chǎn)廉價(jià)的酶。 被稱為第二代生物技術(shù)的蛋白質(zhì)被稱為第二代生物技術(shù)的蛋白質(zhì)工程的一個(gè)重要任務(wù)，是將酶分子定工程的一個(gè)重要任務(wù)，是將酶分子定向地加以化學(xué)修飾和改造，使之成為向地加以化學(xué)修飾和改造，使之成為更有效的酶分子。更有效的酶分子。（四）蛋白質(zhì)工程（四）蛋白質(zhì)工程采用物理化學(xué)或生

54、物學(xué)方法制造非采用物理化學(xué)或生物學(xué)方法制造非天然蛋白質(zhì)類藥物及制藥工業(yè)用工天然蛋白質(zhì)類藥物及制藥工業(yè)用工具酶的技術(shù)稱為蛋白質(zhì)工程。具酶的技術(shù)稱為蛋白質(zhì)工程。蛋白質(zhì)分子主鏈切割、連接、分子內(nèi)及分蛋白質(zhì)分子主鏈切割、連接、分子內(nèi)及分子間再組合、主鏈的部分或全部人工設(shè)計(jì)、子間再組合、主鏈的部分或全部人工設(shè)計(jì)、合成與組裝及側(cè)鏈修飾。合成與組裝及側(cè)鏈修飾?；蛘呷斯ざㄏ蛟O(shè)計(jì)非天然基因及基因定點(diǎn)或者人工定向設(shè)計(jì)非天然基因及基因定點(diǎn)突變制造特定基因，通過宿主細(xì)胞表達(dá)制突變制造特定基因，通過宿主細(xì)胞表達(dá)制造非天然蛋白質(zhì)及酶類新藥或制藥用工具造非天然蛋白質(zhì)及酶類新藥或制藥用工具酶，亦稱為第二代基因工程。酶，亦稱為

55、第二代基因工程。研究的主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容克服天然蛋白質(zhì)和酶類藥物的熱不穩(wěn)定性、克服天然蛋白質(zhì)和酶類藥物的熱不穩(wěn)定性、高免疫原性及其它缺陷，以獲得高效治療高免疫原性及其它缺陷，以獲得高效治療藥物及高效率制藥工具酶，推動(dòng)醫(yī)藥工業(yè)藥物及高效率制藥工具酶，推動(dòng)醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展。發(fā)展。研究目的研究目的六、基因轉(zhuǎn)移技術(shù)六、基因轉(zhuǎn)移技術(shù)指將外源基因?qū)肽撤N細(xì)胞或組織，并使其指將外源基因?qū)肽撤N細(xì)胞或組織，并使其得以表達(dá)的技術(shù)。得以表達(dá)的技術(shù)。它不僅是研究特定基因結(jié)構(gòu)、功能及表達(dá)調(diào)它不僅是研究特定基因結(jié)構(gòu)、功能及表達(dá)調(diào)控的重要手段，而且也是基因治療的關(guān)鍵。控的重要手段，而且也是基因治療的關(guān)鍵?；蜣D(zhuǎn)移除了確定

56、特異的靶基因和適當(dāng)?shù)幕蜣D(zhuǎn)移除了確定特異的靶基因和適當(dāng)?shù)陌屑?xì)胞靶細(xì)胞(組織組織)外，選擇有效的基因轉(zhuǎn)移方外，選擇有效的基因轉(zhuǎn)移方法或基因運(yùn)載系統(tǒng)法或基因運(yùn)載系統(tǒng)(gene delivery system) 至關(guān)重要。至關(guān)重要。理想的基因轉(zhuǎn)移方法應(yīng)該是安全、高效、特理想的基因轉(zhuǎn)移方法應(yīng)該是安全、高效、特異、穩(wěn)定、簡便，并具有可控性。異、穩(wěn)定、簡便，并具有可控性?，F(xiàn)有的基因轉(zhuǎn)移方法雖然很多，它們各有優(yōu)現(xiàn)有的基因轉(zhuǎn)移方法雖然很多，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不夠理想，因此，發(fā)展更好的基缺點(diǎn)，但均不夠理想，因此，發(fā)展更好的基因轉(zhuǎn)移方法是當(dāng)前基因治療研究的重要課題。因轉(zhuǎn)移方法是當(dāng)前基因治療研究的重要課題。第三節(jié)

57、第三節(jié) 新藥研發(fā)的基本過程新藥研發(fā)的基本過程 藥物研發(fā)是一項(xiàng)極其艱苦、需要高科技、藥物研發(fā)是一項(xiàng)極其艱苦、需要高科技、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、同時(shí)又是高回報(bào)的活動(dòng)。高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、同時(shí)又是高回報(bào)的活動(dòng)。 就美國來說，一種新藥的研制周期為就美國來說，一種新藥的研制周期為10年左右。一個(gè)有臨床應(yīng)用前景的新藥化合物，年左右。一個(gè)有臨床應(yīng)用前景的新藥化合物，要從要從8,00010,000個(gè)化合物中篩選而得。個(gè)化合物中篩選而得。 一種新藥的開發(fā)投資一種新藥的開發(fā)投資1987年平均年平均1.25億美億美元，元，1991年達(dá)年達(dá)2.3億，開發(fā)投資隨時(shí)間的推進(jìn)億，開發(fā)投資隨時(shí)間的推進(jìn)呈上漲的趨勢。呈上漲的趨勢。70年

58、代以來，每年代以來，每5年用于開發(fā)年用于開發(fā)研究的費(fèi)用就翻一番。目前約研究的費(fèi)用就翻一番。目前約8億至億至10億億美元。美元?；衔锏钠蘸Y化合物的普篩組合化學(xué)組合化學(xué),高通量篩選高通量篩選天然產(chǎn)物（發(fā)酵產(chǎn)物，植物或海洋生物的天然產(chǎn)物（發(fā)酵產(chǎn)物，植物或海洋生物的提取物）篩選提取物）篩選合理藥物設(shè)計(jì)合理藥物設(shè)計(jì)先導(dǎo)化合物先導(dǎo)化合物12年年先導(dǎo)化合物的篩選先導(dǎo)化合物的篩選合成結(jié)構(gòu)衍生物合成結(jié)構(gòu)衍生物生物活性評(píng)價(jià)生物活性評(píng)價(jià)代謝研究代謝研究計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)研究計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)研究先導(dǎo)化合物先導(dǎo)化合物臨床候選藥物臨床候選藥物12年年先導(dǎo)化合先導(dǎo)化合物的優(yōu)化物的優(yōu)化合成工藝研究合成工藝研究臨床候選藥物臨床候選藥物生物活性評(píng)價(jià)生物活性評(píng)價(jià)制劑穩(wěn)定性研究制劑穩(wěn)定性研究藥物代謝和藥代動(dòng)力學(xué)研究藥物代謝和藥代動(dòng)力學(xué)研究毒理學(xué)、急毒、亞急毒、長毒理學(xué)、急毒、亞急毒、長毒和生殖毒性研究毒和生殖毒性研