纳米技术在生物制药领域的创新

纳米技术在生物制药领域的创新（共3篇）

纳米技术在生物制药领域的创新 篇1

摘要：纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术是一种新型交叉学科，纳米技术为生物医学诊断、生物分子结构的改造提供了新思路与新途径，但是，就现阶段来看，纳米技术还处于初级发展阶段，在临床中应用的品种还不多，该种技术在生物制药领域应用中最为关键的问题就是讲解产物的毒性问题，本文主要分析纳米技术的含义及其在生物制药领域的应用与创新。

关键词：纳米技术生物制药领域创新

Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.05.606

【中图分类号】R9【文献标识码】B【文章编号】1671-8801（2014）05-0373-01

纳米技术是一门新型交叉性学科，是一门与应用开发密切相关的高新技术，纳米技术已经在生物制药领域中得到了广泛的使用，纳米产业也是未来社会发展的支柱性产业，下面就针对纳米技术在生物制药领域中的应用进行深入的分析。

1纳米技术的含义

纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术为生物制药与生命科学的研究提供了高效的研究方式，当物质粒度达到纳米级别之后，其化学性质与物理性质会发生变化，这就是“纳米效应”。“纳米效应”包括量子尺寸效应、小尺寸效应、界面效应与表面效应等内容，纳米技术有着十分广泛的影响面，能够向不同的领域中渗透，并带动能源产业、信息技术以及生物技术等学科的发展。纳米生物技术即用于研究生命现象的纳米技术，其研究内容包括纳米尺度的生物分子功能、结构与动态生物过程，不仅在生物医学中有广泛的应用范围，也能够应用在其他的社会需求中。纳米生物技术属于国际生物学科的前言技术，为人们改造与研究生物分子功能和结构提供了新的思维方式与手段，也能够为人们提供新的疾病诊断方式与治疗方法。

2纳米技术在生物制药领域中的应用分析

关于纳米药物载体的研究进展。

纳米药物载体即使用纳米颗粒作为载体，将药物置于纳米颗粒或者吸附于其表面，并结合特异性配体通过细胞表面特异性受体以及靶向分析受体结合，促进靶向治疗的方式。纳米药物载体有着特殊的性质，可以将不同药物在相应的时间运动到患者身体的特定部位之中。此外，纳米药物载体也能够调节好药物的靶向给药、释放速度、透皮吸收、靶向给药，有效降低用药不良反应。

2.1磁性纳米载体。磁性纳米载体是一种现代医药与纳米技术结合的产物，有着靶向性、生物相容性、小尺寸效应与功能集团的特点，能够有效优化药物使用效果，减低药物不良反应，在疾病诊断工作中也有着良好的使用成效。

2.2纳米粒药物载体。纳米粒药物载体属于纳米级别的亚微粒药物载体输送系统，该种技术可以将药物封存于纳米粒之中，可以有效提升生物膜通透性、调节释药速度，也可以有效提升药物利用度。

2.3纳米乳药物载体。纳米乳剂微乳，是一种由水、油、助表面活性剂、表面活性剂组成的胶体分散系统，其粒径为1到100nm，大小分布均匀，液体为球形，呈半透明或者透明状，有着良好的各向同性与热力稳定性。从质点大小进行分析，纳米乳药物载体有着乳状液与胶团特性；从结构进行分析，纳米乳包括油包水型、水包油型与双连续型几种类型。纳米乳有着良好的生物利用度、稳定性，可以有效提高难溶性药物溶。纳米乳可以自动形成，但是需要大量的表面活性剂，因此，在该种技术中，需要采取科学有效的措施降低其毒性与表面活性剂用量。在纳米乳处方中助表面活性剂、表面活性剂以及油的用量确定之后，就可以使用三角相图法来分析最佳组成比，在确定后，就可以能够选择适宜的制备工艺。

2.4高分子药物载体。高分子药物载体是一种利用高分子药物聚合物作为载体制作而成的药剂，高分子药物载体能够控制药物释放速度，该种药物载体聚合体被讲解之后，药物与载体会进入靶细胞，在进入靶细胞之后，表层载体就会出现降解的情况，此时，芯部药物的疗效就会充分的发挥出来，避免药物释放在其他的组织之中。这就能够有效提升药物的治疗效果，并减少药物对机体产生的毒副作用。

3纳米中药的研究进展

纳米中药即使用纳米技术制造的粒径不足100nm的中药原药、中药有效部位与中药有效成分的复方制剂，纳米中药是中药纳米化的产物，将纳米技术应用在中药制造中能够有效提升中药生产的标准化与现代化程序，也能够有效提升中药的生物利用率与药物活性，还可能降低药物的毒副作用。

纳米技术能够有效提升药剂的生物溶解度，将其应用在外用散剂中可以有效提升药物的分散性，助于药物的附着与涂布，此外，纳米技术能够丰富中药炮制技术，优化中药的使用效果，因此，纳米技术对传统中药制造产业带来了巨大的机遇与挑战，传统中药业要想实现发展，就需要将中医药理与纳米技术进行有机结合，充分的考虑到中药成分的复杂性以及中药处方的多样性，在生产过程中，也应该限制要纳米重要的范围与制备成本。

4结束语

总而言之，纳米技术是一种新型交叉学科，纳米技术为生物医学诊断、生物分子结构的改造提供了新思路与新途径，但是，就现阶段来看，纳米技术还处于初级发展阶段，在临床中应用的品种还不多，该种技术在生物制药领域应用中最为关键的问题就是讲解产物的毒性问题，相信在研究的不断深入之下，纳米技术必将在生物制药领域中发挥出更加广阔的前景。

参考文献

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纳米技术在生物制药领域的创新 篇2

外源基因导入动物基因组和在动物乳腺中表达, 动物乳腺能够高效利用合成蛋白质及乳汁的分泌, 在一些通用的转基因动物生产药用蛋白具有重要价值。利用乳腺生物反应器降低生物医药成本, 便于大规模生产, 具有极大的商业价值。目前世界上有很多成功例子, 可以通过外源基因动物转基因技术高效表达乳汁。然而乳腺生物反应器在应用还上存在着很大的技术瓶颈。

1 乳腺生物反应器的原理

动物乳腺生物反应器的原理是重组DNA技术的应用和转基因技术, 在乳腺特异性调控序列的外源基因下, 然后转移基因到原核期或1 ~ 22 动物胚胎细胞的受精卵, 通过回收乳汁。通过胚胎移植后转基因动物乳腺表达的个体, 获得的表达产物。利用转基因动物生产药用蛋白的基本过程如图1。

药用蛋白基因→表达细胞株→细胞核→供体动物→受精卵→无核受精卵→组装的核细胞→多细胞胚胎→假孕动物→动物幼崽→雌性转基因动物→乳汁→药用蛋白

图1 用转基因动物生产药用蛋白的基本过程

提高外源基因表达量是乳腺生物反应器表达载体的关键步骤。在乳腺组织中特异表达外源基因, 需要一个启动子和调控乳蛋白基因的区域, 即启动序列的乳蛋白基因的表达在哺乳期。目前, 在转基因动物乳腺生物反应器主要是 β - 乳球蛋白基因的调控序列调控元件 ( BLG) , β - 酪蛋白基因的调控序列, 乳清酸蛋白 ( WAP) 基因的调控序列和乳清白蛋白基因调控序列, 乳腺组织特异表达的调控元件可以跨越物种界限。转基因技术是乳腺生物反应器制备的核心技术。目前, 除了原核显微注射法制备转基因动物乳腺生物反应器的方法, 逆转录病毒介导的方法, 和精子介导法, 胚胎干细胞 ( ES) 介导, 基因打靶, 体细胞克隆。所有的转基因方法有其独特的每种方法的优点和局限性, 但是转基因显微注射法仍然是主要的方法。

2 乳腺生物反应器的应用

通过转基因动物乳腺生物反应器生产的主要的生物药品:

2. 1 人乳铁蛋白

乳铁蛋白最早由科学家在母乳中的牛奶发现。随后, 在一些生物体的体液和各种细胞也发现这种蛋白。科学家们做了大量的研究, 研究表明, 乳铁蛋白是一种多功能蛋白。法国的研究人员通过实验研究, 证实乳铁蛋白能对细胞分裂活性和解毒酶活性的调节, 并能增强自然杀伤细胞的活性。此外, 乳铁蛋白能明显抑制细胞的生长。近年来, 随着生物制药技术的发展和成熟, 许多科学家开始注意到乳铁蛋白的实用价值。科学家们利用分子生物学原理, 已经完成了在实验室中对乳铁蛋白功能的进行研究, 并临床试验, 确定了七个功能, 对人体有: 广谱抗菌效果, 抗病毒作用, 抗氧化, 抗癌, 调节免疫反应, 调节胃肠道铁的吸收, 和其他协同效应药物。

2. 2 人组织型溶纤酶原激活因子

溶栓因子是一种蛋白质分子组成, 这些分子可以使血块溶解引起的心肌梗塞和脑血栓形成。HTPA是成员之一, 它自然存在于人体, 可以转换或激活溶血酶原为溶血酶, 进而导致蛋白质溶解度对骨架成分血纤维血栓形成。通常是在血管壁的细胞中发现的。通过静脉注射药物, 该药物能加速溶栓, 疏通血液循环。与其他溶栓药物相比, 人组织型纤溶酶原激活剂溶液有高效力, 血栓形成的特异性高, 副作用小, 低死亡率等特点。人组织型纤溶酶原激活剂溶液是第三代溶栓药物, 第一, 二代溶栓药物有尿激酶和链激酶。

2. 3 人血白蛋白

人血白蛋白在维持体液平衡的同时也是最重要的血液蛋白之一, 它还参与调节脂肪酸的运输和激素调节。当静脉注射给药, 通过渗透作用的过程, 人血白蛋白可以增加血容量。广泛应用于临床休克, 肝坏死, 烧伤, 蛋白质缺乏症, 成人呼吸综合征, 冠状动脉移植术等。全球每年需求量为500 吨, 是目前的主要来源是通过人的血液中提取。由于广泛流行的艾滋病, 肝炎, 应用更多的同时人类血液提取人血白蛋白更多的限制。基因工程生产人血白蛋白的使用将成为未来血清蛋白质的主要来源。由于其广泛的应用, 需求高, 传统工艺发酵不能满足临床的需要。转基因动物制药由于产量高, 成本低的特点, 是生产人血白蛋白的最好方式。

3 乳腺生物反应器的优点

转基因动物乳腺是由转基因动物乳腺的正常分泌, 产生目的基因的表达产物。转基因动物乳腺生物反应器与基因工程细胞反应器相比, 具有以下优点

3. 1 生物药品高活性、人源化

由于转基因动物属于高等真核生物, 彻底解决的问题是翻译后能够修饰, 并且确保了生物药物的生物活性。这些基因都是从人体获得, 彻底解决免疫排斥的问题, 治疗效果非常显著。

3. 2 高产量、高质量

转基因动物乳腺生物反应器中应用最为广泛的, 效果是最好的。乳汁分泌, 乳汁中的天然蛋白质总含量约占3% , 主要乳蛋白占总蛋白的12% 。如果基因药物的生产也在这一范围内, 然后在30% 到50% 的纯母乳中的生物药物。如此高的产量和纯度, 不仅可以大大降低制造成本, 而且可以简化纯化工作程序。此外, 由于操作步骤的纯化过程中减少, 生物制药的产品活性可以保持完整, 质量也能够改进。

3. 3 高效益、低成本

通过计算动物细胞培养方法对1g药物蛋白的使用量, 目前的价格约为800 美元至5000 美元, 然而转基因动物的使用只有0. 5 美元。奶牛每年可生产纯蛋白40kg, 奶山羊每年2. 5 ~ 5kg, 兔子每年只能生产纯蛋白0. 1kg。据估计, 仅利用常规生物制药成本太高, 转基因动物生物反应器药品生产, 单位成本很低。动物乳腺表达外源基因可以遗传给后代, 所以一旦可以产生一些有价值的动物蛋白的个体, 可以通过人工授精, 胚胎分裂和其他手段克隆扩大商业价值的转基因动物的后代数量, 大规模生产, 并可以继续从优良品种动物后代中获取巨额利润。

3. 4 低耗能、少污染

动物乳腺生物反应器来生产药品的使用, 能够在人为控制条件下清洁畜牧业, 不会消耗大量的能源, 没有从工业排放的有害化学物质。动物乳腺是一个完美的 “分子农业”可以进行转化和重组蛋白, 包括糖基化处理, 磷酸化, 羧基和分子组装等。利用动物乳腺生物反应器生产药物, 生物活性好, 非常接近自然的产品。在药物蛋白生产过程中不产生工业废水, 对环境无污染, 乳腺生物反应器的产品属于纯生物产品, 质量安全, 无污染。

4 乳腺生物反应器存在的问题

虽然转基因动物乳腺生物反应器技术已经取得了一些成就, 展示了广阔的发展潜力和前景, 可广泛应用于实际生产中存在许多理论和技术问题需要解决。

4. 1 外源基因在动物体内的整合位点问题

因为人们还没有完全掌握乳蛋白基因表达的调控, 目的基因和整合机制的整合, 所以对动物体内的整合位点不适合基因转移的选择, 经常出现不稳定的遗传性状, 甚至缺乏等问题。

4. 2 转基因表达产物的分离纯化问题

表达产物往往是理论的内容和含量高, 但比发酵工程的目的蛋白纯化简单, 删除所有可能引起病变的细菌, 病毒和人类过敏性蛋白和乳汁中的其他微生物, 这些问题将对蛋白的纯化带来一定的困难。转基因动物的成功率低, 制造成本低, 目的蛋白的表达水平远低于牛奶, 总蛋白含量的基因分离, 转化, 载体构建, 体细胞克隆技术还不成熟。

4. 3 目的蛋白的翻译后修饰问题

转基因动物可以将外源蛋白修改, 和动物身上所有的外源物质产生排斥作用的保护系统, 蛋白水解过程, λ 羧化不充分, 糖基化形式与人类不同等。产品安全问题, 外源基因在动物和基因药物的入侵对正常的身体功能的任何影响, 会造成基因污染, 很难确定。为了解决在动物乳腺生物反应器的理论突破性的技术路线, 在进一步的研究中存在的问题和逐步提高。

4. 4 外源基因在动物乳腺中特异表达问题

一些基因发生异位表达导入外源基因, 导致动物泌乳停止。乳蛋白基因的表达和调控机制, 与宿主染色体整合目的基因的机制, 在不同的生产性能差异的原因或基因表达调控元件, 用于蛋白质的加工修饰乳腺细胞机制尚不清楚。

5 展望

动物乳腺生物反应器, 创造了一个新的现代生物医药产业, 已成为最活跃的研究领域之一, 最具有商业前景的生物反应器技术。动物乳腺生物反应器, 但仍有许多问题需要进一步研究和探索, 但它仍然是一种理想的药用蛋白的生产工具, 在现代生物制药技术有着不可比拟的优势, 将成为现代生物医药领域改革的方向, 具有巨大的经济价值和广阔的应用前景。

摘要：文章综述了乳腺生物反应器的原理、应用、优点、问题, 并对其发展方向进行了展望。利用乳腺生物反应器获得的药用蛋白在生物制药工业中具有广阔的应用前景。然而, 目前使用的转基因技术由于其固有的局限性, 未能使乳腺生物反应器的研究取得了很大的进步。基因打靶和核移植技术已成为乳腺生物反应器的发展注入了新的活力。本文总结了乳腺生物反应器的优点与问题, 同时说明乳腺生物反应器在生物制药研究领域的必要性。

关键词：转基因技术,动物乳腺反应器,生物制药

参考文献

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纳米技术在生物制药领域的创新 篇3

关键词 开放式教学 生物制药工艺学 新模式

中图分类号：G642 文献标识码：A

0 引言

生物制药工艺学是制药工程专业的重要专业课程，涉及生物学、生物技术、化学、工程学和药学等学科的基本原理的综合应用。教学中既包括基本原理的讲授，又涉及到原理在实际中的应用，内容覆盖面广，难度较大。目前大多数教学方式都是教师单一讲授，学生被动接受的“传统教学模式”。授课形式单一，缺少师生间的互动。这种封闭式的、单一的教学手段将学生禁锢在课本和课堂，限制了学生学习的主动性，影响学生对知识的理解和掌握。因此，传统的“以教室为环境，以教师为中心，以纸质教材为工具”的封闭式、单向传输的课程教学模式已经越来越无法适应现在的高等教育发展要求。

1 思路及方法

1.1 总体思路

国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020）和《陕西省贯彻〈国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）〉实施意见》在深化教育体制改革方面均明确提出推进人才培养模式改革，创新和改进教学方式，要倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习，鼓励学生独立思考、自由表达，保护和激发学生的好奇心、想象力、创造力，培养学生的兴趣爱好，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境。

开放式教学，是以素质教育理论为指导，改革传统的封闭的课堂教学方式，努力创造一种民主、愉悦的教学关系和启发、导学的教学方法，其主要内涵在于倡导师生共同营造开放的教学和学习环境，即教学内容不局限于教科书、教学和学习的空间不局限于课堂、教学方法不局限于粉笔和黑板，学生获得知识的途径增多，极力营造开放式教学和学习的环境，培养学生自主学习的积极性，将知识传播与能力培养结合起来，运用多种教育手段，促进学生素质发展的新型教学模式。有利于发挥学生的积极主动性，有利于创造性人才的培养。为了提高生物制药工艺学课程的教学效果，培养富有创新精神和具有实践能力的高素质的生物技术和药学复合人才，本研究提出将开放式教学模式应用于生物制药工艺学课程教学过程中。

1.2 研究方法

（1）文献资料收集法：查阅国内外关于开放式教学的文献资料，通过分析调研法借鉴国内外同行对研究项目的实践经验，制定切实可行的实施方案。

（2）问卷调查法：通过问卷调查的形式从教学方式、教学内容、教学效果等方面对教师和学生进行调研，采集所需相关数据。

（3）信息反馈法：通过质量监控体系反馈信息，对原始数据进行统计分析，及时发现问题，采取措施不断修正完善。

2 具体改革内容

2.1 传统教学模式存在的弊端以及对人才培养产生的不利影响

通过资料收集、文献查阅及调查研究，分析了传统教学模式存在的弊端以及对人才培养产生的不利影响，提出了开放式教学模式的建立。

在传统的教学过程中，无论是基本理论的内容，还是具体实例的内容，大都是采用的教师单一讲授，学生被动接受的“传统教学模式”。授课过程中教师大都通过多媒体课件展开教学，课件信息含量大，授课形式单一，在学习过程中学生以听和记为主，缺少师生间的互动，学生自学、讨论的时间少，独立思考空间小。这种封闭式的、单一的教学手段将学生禁锢在课本和课堂，限制了学生学习的主动性，影响学生对知识的理解和掌握，对培养学生创造性的思维也就无从谈起。该方式培养出来的学生普遍缺乏创新精神和实践能力，不能成为高素质的生物技术和药学复合人才。

2.2 开放式教学模式在生物制药工艺学中的应用形式

（1）开放教学理念：时代的开放性和教育改革的深入，迫切需要我们更新教学理念，改变封闭式教学，与时俱进，建立新的开放性教学模式。从培养学生的学习兴趣入手，不断激发学生的活力，引导学生理解、认知、探索、发现、想象和表现，着力培养学生的动手能力、独立思考能力，给学生留有积极思维的空间和时间，并充分发挥学生学习的主动性、思考的独立性，使课堂教学适应学生自主创新性发展的需求。

（2）开放教学内容：教学中不刻意追求原有知识体系的完整性，在遵循课程标准的前提下，科学适当地增减教材内容、调整编排顺序、重组教学单元、整合教学内容。对于便于自学掌握的知识，尝试开放教学，放手让学生看书自学，引导学生在自学过程中，善于提出问题，参与讨论。

（3）开放教学方法：广泛采用“发现式教学”、“案例教学”、“问题教学”、“合作教学”等教学方法。

（4）开放教学方式：尽可能采用和创造新颖活泼的教学方式、方法， 倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，促使学生从被动学习向愉快学习转变，利用学生的好奇，循循善诱使他们真正达到了兴趣驱动、自主学习。

（5）开放教学空间：封闭的教学过程以上下课铃声作为教学的起点和终结。而开放的教学过程是没有起点和终点的。开放式教学提倡把问题带出教室，带向生活，带向实践。因此，下课铃声绝不是教和学的休止符，而应成为继续探究的新起点。

2.3 开放式教学模式与传统教学模式有机结合，达到最优的教学效果

开放式教学模式能够保护和激发学生的好奇心、想象力、创造力，培养学生的兴趣爱好，提高学生自主学习的能力，然而也存在不足，如所耗课时较长、基础薄弱的学生思路狭窄、难以跟上讨论进度等问题，传统教学方式则可弥补上述缺点。在教学中，各种手段都具有其各自的特点和独特的功能，在教学中将开放式教学模式和传统教学模式有机地结合在一起，相互补充、取长补短，能够使教学活动事半功倍，从而达到最优化的教学效果。

2.4 开放式教学效果评价研究

通过考核结果、信息反馈及学生问卷调查对生物制药工艺学开放式教学模式效果进行了评价。考核结果反映出学生对已学知识的应用能力有了很大提高。学生普遍反映该教学方式加强了他们的学习主观能动性，提高了学习的趣味性，提高了其分析问题、解决问题的能力。学生均认为该教学方式值得推广。

3 结束语

总之，打破传统的单一讲授、学生被动接受的教学模式，建立生物制药工艺学开放式教学新模式，以启发式、探究式、讨论式、参与式教学方式为主，输出式教学为辅，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境，能够保护和激发学生的好奇心，想象力、创造力，培养学生的兴趣爱好；提高学生自主学习的能力；改变学生不能独立思考、自由表达的现状，提高生物制药工艺学的教学效果。

陕西科技大学2011年校级教改项目资助（11JG26）

参考文献

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