生物制藥技術(shù)的應(yīng)用為制藥工藝帶來(lái)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力。在實(shí)際應(yīng)用中，展現(xiàn)出較高的技術(shù)性，構(gòu)成了集生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥劑學(xué)于一體的綜合知識(shí)體系。當(dāng)前，生物制藥技術(shù)正不斷創(chuàng)新，基于基因工程、微生物工程、細(xì)胞工程等創(chuàng)新藥物生產(chǎn)模式，解決現(xiàn)代社會(huì)的復(fù)雜病癥。制藥工藝依托新技術(shù)，不斷創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用形式，突破傳統(tǒng)化學(xué)合成方式的局限性，為工藝生產(chǎn)方式提供更多參考方向。
基因工程技術(shù)是生物制藥中的關(guān)鍵技術(shù)之一，利用生物體基因?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)蛋白的生產(chǎn)與表達(dá)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)基因工程藥物、疫苗以及藥物制劑方面。其原理在于將特定蛋白質(zhì)與酶組合完成藥物生產(chǎn)，具有定制化治療的優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)患者個(gè)體差異提供針對(duì)性治療方案。相較于傳統(tǒng)藥物配置的復(fù)雜性，基因工程技術(shù)只需通過(guò)目標(biāo)基因?qū)爰纯色@得藥物，成本相對(duì)較低。詳細(xì)用途如下：
(1）基因治療。基因工程技術(shù)能夠用于基因治療，從患者本體出發(fā)解決異常問(wèn)題。其原理為：導(dǎo)入外源基因，對(duì)患者異常基因進(jìn)行替換或修復(fù)，解決基因缺陷問(wèn)題。當(dāng)前該技術(shù)主要用于治療癌癥和遺傳性疾病。如白細(xì)胞介素-2(IL-2）基因，能夠提高腫瘤患者的IL-2表達(dá)水平，具有一定潛力。
(2）蛋白重組藥物生產(chǎn)。基因工程技術(shù)支持大規(guī)模生產(chǎn)重組蛋白藥物，直接將基因?qū)爰?xì)胞即可完成生物合成，通過(guò)編碼藥物蛋白克隆，讓細(xì)胞表達(dá)目標(biāo)蛋白。目前比較常見(jiàn)的包括甲醇酵母細(xì)胞、大腸桿菌等表達(dá)人類(lèi)蛋白，常見(jiàn)藥物包括生長(zhǎng)激素和胰島素等。相較于傳統(tǒng)制藥方式，具有純凈性、量產(chǎn)化優(yōu)勢(shì)。
(3）檢測(cè)生物標(biāo)志物。主要用于個(gè)體血液檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、疾病狀態(tài)及進(jìn)程監(jiān)測(cè)方面。例如，通過(guò)DNA、RNA檢測(cè)尋找基因表達(dá)變化、腫瘤突變負(fù)荷等；或通過(guò)蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物的檢測(cè)，用于PSA、CEA、炎癥標(biāo)志物或抗體水平等，有效提高診斷精度。
生物酶在制藥領(lǐng)域主要作為生物催化劑的形式提升化學(xué)反應(yīng)速率，用于生物制藥的酶類(lèi)型相對(duì)豐富，如氧化還原酶、異構(gòu)酶、水解酶等，且成本較低，能夠提升藥品生產(chǎn)純度，實(shí)現(xiàn)特定的生物轉(zhuǎn)換。通過(guò)提取、發(fā)酵、轉(zhuǎn)化等過(guò)程實(shí)現(xiàn)藥物制作，獲得維生素、抗生素等物質(zhì)。詳細(xì)用途如下：
(1）蛋白質(zhì)藥物生產(chǎn)。生物制劑中蛋白質(zhì)藥物十分常見(jiàn)，酶在其中用于特定催化，通過(guò)構(gòu)建工程菌、細(xì)胞株的形式生產(chǎn)蛋白類(lèi)物質(zhì)。此外，在后期處理階段還用于純化蛋白質(zhì)，切割多肽鏈，生成高活性產(chǎn)品。
(2）抗生素生產(chǎn)。臨床治療中抗生素藥物的應(yīng)用很關(guān)鍵，生物酶在此階段能夠催化抗生素合成，同時(shí)，還能利用酶工程對(duì)微生物關(guān)鍵酶進(jìn)行改進(jìn)，分泌更多符合需求的酶類(lèi)，用于提高、優(yōu)化、量產(chǎn)抗生素。比如β-內(nèi)酰胺類(lèi)酶可用于青霉素抗生素合成。此外，還可作為藥物遞送系統(tǒng)，在不同病理或生理?xiàng)l件下進(jìn)行藥物激活促進(jìn)釋放。
(3）生化檢測(cè)。在生化檢測(cè)階段，酶擔(dān)負(fù)“放大鏡”的作用，通過(guò)酶的催化特性和反應(yīng)高效性完成生化檢測(cè)，例如酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)或藥物殘留檢測(cè)中能夠完成標(biāo)志物檢測(cè)，在制藥工藝應(yīng)用中具有關(guān)鍵作用。
細(xì)胞工程作為生物制藥技術(shù)的分支之一，屬于綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，通過(guò)對(duì)人體、動(dòng)物細(xì)胞的改造產(chǎn)出藥物，如人紅細(xì)胞生成素、骨髓基質(zhì)細(xì)胞、重組人粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子等。詳細(xì)用途如下：
(1）細(xì)胞培養(yǎng)與融合。制藥領(lǐng)域中利用細(xì)胞工程生產(chǎn)多類(lèi)型藥物蛋白，如Vero細(xì)胞、HEK293細(xì)胞、倉(cāng)鼠卵巢系統(tǒng)CHO等，實(shí)現(xiàn)重組蛋白藥物的生產(chǎn)。還可運(yùn)用融合技術(shù)獲得雜交瘤細(xì)胞生成單克隆抗體，可用于自身免疫疾病治療、癌癥治療領(lǐng)域。
(2）疫苗生產(chǎn)。細(xì)胞工程具有特定培養(yǎng)特征，根據(jù)實(shí)際需求培養(yǎng)特定細(xì)胞，并用于疫苗生產(chǎn)，以提前預(yù)防疾病。
(3）藥物篩選模型。通過(guò)改造或分化細(xì)胞抑制其功能，構(gòu)建藥物篩選模型，用于后續(xù)藥物生產(chǎn)階段活性與毒性的評(píng)估。
腫瘤疾病是現(xiàn)代社會(huì)中對(duì)人們生命安全威脅程度較大的疾病，加之其自身類(lèi)型的繁多性，治療難度也更大。目前針對(duì)抗腫瘤類(lèi)藥物的開(kāi)發(fā)工藝在生物制藥技術(shù)的依托下得到優(yōu)化，將腫瘤組學(xué)與藥物組學(xué)融合完成生物標(biāo)志物挖掘。利用基因工程中蛋白重組、生物酶工程中抑制酶活性等技術(shù)研發(fā)抗腫瘤類(lèi)藥物，有效減緩細(xì)胞擴(kuò)散速度，獲得顯著成效。典型制藥工藝技術(shù)應(yīng)用方式如下：
(1）靶向療法。運(yùn)用生物制藥技術(shù)挖掘不同類(lèi)型腫瘤特異標(biāo)志物，如單克隆抗體藥物，能夠識(shí)別腫瘤細(xì)胞蛋白質(zhì)并采用針對(duì)性方式抑制癌細(xì)胞持續(xù)增長(zhǎng)或促進(jìn)其死亡。先根據(jù)蛋白質(zhì)組學(xué)或基因順序分析腫瘤細(xì)胞突變基因、異常激活信號(hào)通路等確定靶點(diǎn)，在現(xiàn)有制藥工藝中還提出對(duì)輔助腫瘤生長(zhǎng)的關(guān)鍵分子進(jìn)行控制，多角度抑制其突變和增長(zhǎng)。在藥物設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)需根據(jù)靶點(diǎn)進(jìn)行生物工程改造，生成新藥物，如雙功能抗體、單克隆抗體等。靶向藥物的作用包括：①阻斷受體活性，通過(guò)封閉方式避免下游MAPK、MAPK等信號(hào)通路，如EGFR、HER2、RAS/RAF/MEK/ERK等；②關(guān)于人體微環(huán)境，阻斷微元素、血液對(duì)腫瘤的供應(yīng)；③阻斷酶活性避免細(xì)胞持續(xù)增生。該方式的運(yùn)用具有一定靈活性，對(duì)患者進(jìn)行基因檢測(cè)后選擇符合其需求的靶向藥物，治療效果大幅提升。
(2）抗體藥物偶聯(lián)（ADCs）。能夠精準(zhǔn)識(shí)別腫瘤細(xì)胞，屬于精密度較高的生物制藥技術(shù)，在抗腫瘤類(lèi)藥物制作工藝中采用識(shí)別與特定破壞的方案，一方面降低對(duì)其他細(xì)胞的損害；另一方面提升抑制精度保證治療效率。組成部分包括抗體（Antibody）、連接子（Linker）、藥物載荷（Payload）等，一般制藥工藝中會(huì)選用單克隆抗體，配合可分裂解鏈接子或不可分裂解鏈接子，通過(guò)小分子抑制劑帶入抗體，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗體濃度的控制。其工作過(guò)程為：①靶向遞送，完成腫瘤細(xì)胞蛋白質(zhì)識(shí)別；②腫瘤細(xì)胞與ADC融合；③融合后藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)釋放藥物載荷；④干擾腫瘤細(xì)胞DNA避免其復(fù)制與合成，使其死亡。
精神類(lèi)病患在一定程度上對(duì)社會(huì)和病患自身安全均帶來(lái)一定影響。在精神類(lèi)藥物制藥工藝中，生物制藥技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)，嘗試通過(guò)基因編輯完成對(duì)突變基因的修復(fù)，目前制藥工藝中常用CRISPR-Cas9。典型技術(shù)應(yīng)用如下：
(1）基因工程技術(shù)應(yīng)用。通過(guò)基因修正辦法，在精神類(lèi)疾病患者體內(nèi)注入健康基因，從而減輕其疾病擴(kuò)散，組織異種蛋白持續(xù)產(chǎn)生。對(duì)現(xiàn)有基因進(jìn)行調(diào)控，可應(yīng)用RNA干擾技術(shù)、反義寡核苷酸等保護(hù)基因表達(dá)，降低不良基因?qū)ι窠?jīng)的影響，主要用于精神分裂、抑郁等疾病。
(2）細(xì)胞工程技術(shù)應(yīng)用。細(xì)胞療法則采用移植神經(jīng)干細(xì)胞的方式分化出新的健康細(xì)胞，常用于帕金森、阿爾茨海默病患者。部分學(xué)者還提出通過(guò)細(xì)胞因子的方式對(duì)神經(jīng)細(xì)胞因子和免疫系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這類(lèi)制藥工藝傾向于刺激神經(jīng)元通信與再生，并保護(hù)現(xiàn)有神經(jīng)元，具有較大的研究潛力。但目前大部分研究仍處于試驗(yàn)階段，需在生物制藥技術(shù)的基礎(chǔ)上持續(xù)研究與探討。
(3）生物標(biāo)志物技術(shù)應(yīng)用。基因工程技術(shù)中生物標(biāo)志物技術(shù)在精神類(lèi)藥物開(kāi)發(fā)中也具有一定促進(jìn)作用，通過(guò)血液、腦脊液等生物標(biāo)志物樣本可診斷精神分裂、抑郁癥等疾病，并對(duì)特定生物標(biāo)志物提供針對(duì)性治療方案，根據(jù)治療反應(yīng)判斷藥物有效性，支持病情跟蹤。
生物制藥技術(shù)中運(yùn)用生物酶工程對(duì)現(xiàn)有制藥工藝進(jìn)行優(yōu)化，在對(duì)腫瘤疾病展開(kāi)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有藥物對(duì)于致病蛋白的效果相對(duì)單一，加之致病蛋白功能的多樣性，導(dǎo)致脫靶率較高。因此，在現(xiàn)有制藥工藝中提出PROTAC工藝技術(shù)，通過(guò)連接成鏈的方式幫助蛋白酶識(shí)別致病蛋白，從而做到精準(zhǔn)降解。此外，此類(lèi)分子并不會(huì)隨著對(duì)致病蛋白的降解而消失，具有重復(fù)利用的特質(zhì)，起到持續(xù)性作用，可根據(jù)患者的個(gè)體特征決定增加或降低藥物用量，為新藥的開(kāi)發(fā)提供一定幫助。目前，PROTAC技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，除了用于腫瘤類(lèi)蛋白質(zhì)清除外，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)病毒的治療，在制藥工藝中將小分子活性藥物帶入病毒蛋白中，將蛋白降解。這一技術(shù)仍處于持續(xù)研究階段，當(dāng)前主要集中在藥物開(kāi)發(fā)與作用優(yōu)化方面，但對(duì)副作用的研究相對(duì)較少。在未來(lái)臨床試驗(yàn)階段應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)PROTAC技術(shù)的優(yōu)化，對(duì)不同病毒靶點(diǎn)分子開(kāi)展臨床測(cè)試，為生物制藥技術(shù)的發(fā)展提供有力支持。
生物制藥技術(shù)在制藥工藝中的應(yīng)用不僅能夠優(yōu)化制藥工藝流程和方向，對(duì)制藥工藝系統(tǒng)也具有一定創(chuàng)新推動(dòng)作用。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)人類(lèi)免疫生理、病理方面的研究，相關(guān)學(xué)者在制藥技術(shù)的支持下嘗試探索人源化小鼠模型，并用于各類(lèi)造血功能疾病、感染性疾病方面的研究，具體創(chuàng)新應(yīng)用如下：
(1）自身免疫性疾病。利用人源化小鼠模型研究免疫性疾病理論在1999年開(kāi)始出現(xiàn)，通過(guò)CD4、HLA-DQ6轉(zhuǎn)基因CD4-CD8-雙基因在小鼠內(nèi)完成重組，建立擴(kuò)張型心肌病模型。但這類(lèi)嘗試過(guò)程中也反映出一定技術(shù)缺陷，即T細(xì)胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)不完整，模型應(yīng)用存在較大局限性。隨著技術(shù)的發(fā)展，在人源化小鼠模型應(yīng)用對(duì)研究方向進(jìn)行了創(chuàng)新，為小鼠植入人源免疫細(xì)胞后能夠?qū)π∈竺庖呦到y(tǒng)進(jìn)行改良，能夠模擬部分疾病的發(fā)病過(guò)程，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、1型糖尿病等，能夠進(jìn)一步深入研究疾病機(jī)理，并完成疾病潛在風(fēng)險(xiǎn)的篩選。
(2）移植類(lèi)疾病。人源化小鼠模型的應(yīng)用在移植類(lèi)疾病中的研究具有一定成效，是生理系統(tǒng)研究的理想化材料，無(wú)論是生命周期還是移植再現(xiàn)性，均滿(mǎn)足研究需求。人源化小鼠模型的構(gòu)建主要運(yùn)用造血干細(xì)胞移植、組織移植的方式，在疾病發(fā)生前進(jìn)行病理分析，采取針對(duì)性預(yù)防措施。目前，該工藝技術(shù)能夠利用生物基因工程的編輯技術(shù)完成人源化，通過(guò)基因編碼完成小鼠基因的改造，調(diào)節(jié)其免疫系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來(lái)看，CD40人源化小鼠已經(jīng)能夠用于腫瘤質(zhì)量和克隆抗體領(lǐng)域，其中TIM3胞外區(qū)模型小鼠，已經(jīng)制備出對(duì)應(yīng)的單克隆抗體，且支持抗體活性檢測(cè)。對(duì)于造血功能的疾病，人源化小鼠模型能夠模擬白血病、骨髓衰竭綜合征等疾病的發(fā)病過(guò)程，用于研究抗癌藥物，測(cè)試造血干細(xì)胞功能。這對(duì)于目前制藥工藝的創(chuàng)新與藥物的研發(fā)具有重要意義，為后續(xù)試驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。
生物工程研究過(guò)程中，生物制藥技術(shù)不斷創(chuàng)新，與之相適配的制藥工藝也應(yīng)持續(xù)創(chuàng)新，以滿(mǎn)足當(dāng)前各類(lèi)疾病治療需求。目前一次性生物反應(yīng)器逐漸取代不銹鋼生物反應(yīng)器，應(yīng)用生物酶技術(shù)優(yōu)化生化反應(yīng)裝置，支持外體培養(yǎng)。以往不銹鋼材料常見(jiàn)的類(lèi)型包括氣升式、透析式、透氣攪拌式。微生物反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)基因工程重組蛋白、DNA疫苗、合成生物等功能，克服以往不銹鋼材料的清洗、消毒缺陷，被污染風(fēng)險(xiǎn)較小。在生物制藥領(lǐng)域，一次性生物反應(yīng)器的研發(fā)中，常見(jiàn)類(lèi)型包括攪拌式結(jié)構(gòu)、軌道振搖式結(jié)構(gòu)以及波浪式結(jié)構(gòu)，在內(nèi)置區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)提前滅菌，維護(hù)成本更低，縮短反應(yīng)驗(yàn)證時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)一體化應(yīng)用。
根據(jù)目前生物制藥發(fā)展情況、技術(shù)要點(diǎn)、具體應(yīng)用以及創(chuàng)新方向，我們可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)在生物制藥技術(shù)與應(yīng)用的研究不僅致力于解決疑難雜癥，還強(qiáng)調(diào)保障人體健康和延長(zhǎng)壽命。當(dāng)前制藥工藝在生物制藥技術(shù)的支持下，正逐步突破以往局限性，不斷研發(fā)新的臨床技術(shù)和制藥技術(shù)，以有效提高藥品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此外，部分工藝技術(shù)也朝著低成本、高成功率的方向發(fā)展。在未來(lái)，生物制藥行業(yè)應(yīng)不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)，以滿(mǎn)足社會(huì)需求，致力于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量化、高質(zhì)量化目標(biāo)，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。
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