生物药研发过程用到的各种技术

文摘   2024-11-08 08:54   中国  
医药行业在社会经济多元化发展的态势背景下蒸蒸日上,一些现代生物制药技术已经逐步取代了传统技术,并且在医药领域得到广泛应用.以下简单介绍了现代生物医药研发用到的各类技术。
一,基因工程技术

  1. 目的基因获取:

  • 直接分离:从生物体基因组中提取总DNA,利用限制性内切酶切割以获得含有目的基因的片段。

  • 化学合成:根据已知基因序列人工合成目的基因,适用于较小基因片段的合成。

  • 反转录法:从生物体mRNA反转录合成cDNA,以获得目的基因。

  • 载体构建:

    • 载体选择:质粒、病毒载体等,关键在于其能够携带目的基因进入宿主细胞并进行复制和表达。

    • 关键元件:载体需具备复制起始位点、多克隆位点、筛选标记基因等,以确保基因的转移和表达。

  • 基因重组:

    • 连接目的基因与载体:通过连接酶在特定温度和缓冲液条件下形成重组DNA分子,确保目的基因与载体的正确连接。

    二,细胞培养技术
    1. 细胞系选择:

    • 根据所需药物类型和需求选择适宜的细胞系。

    • 大肠杆菌适用于生产简单蛋白质药物。

    • 哺乳动物细胞系,如CHO细胞(中国仓鼠卵巢细胞),适用于生产复杂的糖基化蛋白药物,因为它们能进行更接近人体细胞的蛋白质修饰。

  • 培养基优化:

    • 培养基提供细胞生长和繁殖所需的营养物质。

    • 根据细胞需求调整培养基成分,包括碳源(如葡萄糖)、氮源(如氨基酸、蛋白质水解物)、无机盐、维生素等。

    • 控制培养基的pH值和渗透压等参数,以适应细胞生长需求。

  • 培养条件控制:

    • 温度:哺乳动物细胞培养温度通常维持在37℃左右。

    • 溶解氧:维持适宜的溶解氧浓度以保证细胞正常呼吸。

    • 二氧化碳浓度:控制二氧化碳浓度以保持培养基pH值稳定。

    三,发酵技术
    1. 发酵罐设计与操作:

    • 发酵罐选择:根据生产规模和工艺要求,选择搅拌式发酵罐、气升式发酵罐等合适的类型和规格。

    • 参数控制:在发酵过程中,控制搅拌速度、通气量、发酵时间等关键参数,以促进细胞生长和产物合成。

  • 过程监测与控制:

    • 实时监测:使用在线监测设备实时跟踪发酵过程中的关键参数,包括细胞密度、产物浓度、pH值、溶解氧等。

    • 自动调整:通过反馈控制系统,根据监测结果自动调整发酵条件,以确保发酵过程的稳定性和提高产物质量。

    四,分离技术
    1. 离心分离:

    • 原理:利用离心机产生的离心力,基于物质密度差异进行分离。

    • 应用:将细胞、细胞碎片、沉淀物等与上清液分离。

    • 参数调整:通过调整离心速度和时间来分离不同组分,适用于初步分离和纯化。

  • 过滤分离:

    • 微滤:去除细胞碎片、细菌等较大颗粒。

    • 超滤:根据分子大小分离蛋白质等生物大分子,去除小分子杂质和溶剂。

    • 纳滤:用于分离和浓缩特定分子量范围的物质。

  • 沉淀分离:

    • 盐析法:在蛋白质溶液中加入高浓度盐,降低蛋白质溶解度,促使沉淀。

    • 等电点沉淀法:利用蛋白质在等电点时溶解度最低的特性进行沉淀。

    五,纯化技术
    1. 凝胶过滤层析:

    • 原理:根据分子大小进行分离。

    • 过程:凝胶颗粒内部网状结构导致不同分子大小的物质在层析柱中的移动速度不同,实现分离。

  • 离子交换层析:

    • 原理:利用物质所带电荷差异进行分离。

    • 过程:层析柱中的离子交换剂带有可交换离子,与目标物质发生离子交换反应,通过改变洗脱液的离子强度和pH值,实现目标物质的洗脱。

  • 亲和层析:

    • 原理:基于生物分子间的特异性相互作用进行分离。

      过程:将具有特异性结合能力的配体固定在层析柱上,目标物质与配体结合而被吸附,其他杂质被洗脱,然后通过改变条件将目标物质洗脱。

       疏水层析:
    • 原理:利用样品组分的疏水基团与固定相的疏水配基之间的疏水力差异来实现分     离的层析方法。

    • 过程:将具有疏水作用的配体固定在层析柱上,在高盐浓度环境下,蛋白质的疏水区域更容易暴露并与固定相的疏水配体发生相互作用,从而实现蛋白质的吸附,其他杂质被洗脱,然后通过改变条件将目标物质洗脱。

    1. 膜分离技术:

    • 原理:利用具有特殊选择性的膜进行物质分离。

    • 应用:在压力、电场或温差等作用下,某些物质透过膜而其他物质被截留。

    六,检测与分析技术

    1. 色谱分析技术:

    • 高效液相色谱(HPLC):在生物制药中广泛用于分析和检测目标产物的纯度、含量、分子量等。特别适合于蛋白质、核酸等生物大分子的分离和定量分析。

    • 气相色谱(GC):用于挥发性物质的分析和检测。

  • 电泳技术:

    • 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE):用于分离和检测蛋白质的分子量、纯度等。

    • 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE):根据蛋白质的分子量大小进行分离,是鉴定蛋白质纯度和分子量的常用方法。

  • 光谱分析技术:

    • 紫外-可见光谱:用于分析物质的结构和成分。

    • 红外光谱:用于分析物质的结构和成分。

    • 拉曼光谱:用于分析物质的结构和成分。

    七,制剂技术

    1. 冻干技术:

    • 过程:将含有药物的溶液在低温下冷冻,然后在真空条件下使冰直接升华,去除水分,得到干燥的药物制剂。

    • 优点:能够保持药物的稳定性,延长药物的保质期。

    • 应用:特别适用于蛋白质药物、疫苗等对稳定性要求较高的制剂生产。

  • 无菌灌装技术:

    • 要求:对于注射剂等无菌制剂,必须在无菌条件下进行灌装,以确保产品的无菌性和安全性。

    • 组成:包括灌装设备的无菌设计、灌装环境的控制、灌装过程的验证等多个方面。

    • 目的:确保无菌制剂在整个生产过程中不受微生物污染,保障患者使用安全。


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