试论生物技术的发展及在医药领域的应用

张林奇 王文龙

1.天津科技大学生物工程学院 天津 300457

2.天津红日药业股份有限公司 天津 301700

近年来，科学技术迅速发展，生物制药技术也不断的得到发展和完善，越来越多样化。将生物技术应用到制药工艺中，可以提升制药水平和药品质量，进而加快社会的进步、加速解决人类的健康难题，具有历史性的意义。进入21世纪以来，各国政府和制药企业都加强了对生物技术的投入，争取获得未来生物制药技术的最高点。基于此，笔者阐述了生物制药技术研究进展，分析了其未来发展趋势，从而为制药提供技术支持，提升制药工艺水平。

1 生物制药发展现状

生物制药技术现在已经发展成为当前医药产业领域的热点，尤其是关于基因组与蛋白质的研究日益增多，给生物制药提供了较多的创新发展机会。抗体药物的出现，已悄然成为复合增长率最快的一类生物药物，同时也演变成国际生物医药市场的主流。伴随着免疫学和分子生物学技术的迅速发展，用于抗体改造的DNA 重组技术也取得极大突破，因此抗体药物已悄然进入了基因工程时代。

现如今，世界生物制药行业发展迅速，我国虽然起步较晚，但在国家政策的重点扶持下，基因工程药物的开发、研制及生产都取得了一定成绩，颇具规模化。目前，由我国自主研发的乙肝疫苗、重组胰岛素、重组表皮生长因子等多种生物药品，促进了临床医疗和诊断进一步发展。但是与发达国家相比，还存在较大的差距。

2 生物制药技术在医药领域应用

2.1 基因工程方面的应用

在当前生物技术体系中，基因工程作为其中非常重要的组成部分，其主要目的是为了能够实现对基因方面的特异性改造。近年来随着生物学研究的深入，制药行业对于基因工程十分重视。基于制药行业的实际需要，通过对生物体外来DNA遗传基因分子进行重新构建，并采用先进的生物移植技术将构建的DNA遗传基因分子再植入到生物细胞中，实现对原有遗传特性的有效改变，从而生产出与设计相符的生物性状。基因生物技术具有十分强大的功能，其对制药工程具有较强的适应能力，但其对技术要求也非常严格。目前，基因生物技术在当前新型药物研发过程中应用也日趋广泛，新型疾病所带来的危害也得到了相应解决。随着基因工程研究的不断深入，必然会有效的推动制药工程的发展，更好的保障人类的生命健康安全。

2.2 细胞及酶固定技术应用

酶固定技术是指将指定酶固定或束缚在某一不溶性载体或特定区域上、可发挥其生物活性且能重复使用的方法。早在上个世纪，微生物转化与酶催化技术在生物制药产业中已经得到了广泛应用，并取得了一定的成绩。但是，随着科学技术的发展和时间的推移，其在临床诊断和治疗过程中逐渐体现出缺点，显露出药性与品质方面的不足。基于此，细胞与酶固定技术的结合恰好弥补了微生物转化与酶催化技术在临床诊断治疗上的短板，在生物制药领域发挥了极其重要的作用。许多经酶固定化的细胞，尤其是微生物细胞都已普遍适用于氨基酸、抗生素、激素等药物合成[1]。

2.3 细胞工程以及单克隆抗体应用

目前阶段，通过使用细胞工程能有助于药物开发，能够为药物开发提供原料，进而促使微生物工业化。例如，中草药大部分从植物中提取而来，如果仅仅只是通过从自然界之中获取植物，难以满足当前药物市场要求。其中，例如天麻，当归，人参等都可以通过植物细胞培养的方式得到，这样就会为当前的药物开发提供了大量原料，避免原料不足问题，不仅能够切实满足当前医药市场实际需求，而且还能够有效避免大量开采药材而导致对自然界生态平衡破坏，除此之外，通过动物细胞培养技术能够产生植物微生物不能够产生的蛋白质。另外，单克隆抗体技术具备了显著的特异性，同时操作较为简洁，能够和抗原相互结合，在不会对人类身体细胞破坏的情况下可以起到有效杀灭病菌的作用，单克隆抗体在当前临床治疗过程当中能得到了广泛的运用，甚至可以替代抗血清。

2.4 生物反应器方面的应用

能够创造生物活性环境的所有工程设备，以及对于设备的生产制造都被称为生物反应器装置系统，其进行的化学反应主要是在生物体外进行的，需要以生物体本身或者是酶所特有的生物功能为依据，其工作效率高、设备使用简单、并且制作成本不高、产生污染小，因此在有机污染物、医药生产、酒业等各个行业得以广泛应用，尤其是医药生产行业，在该行业的应用具有很好的发展前景。在器官中构建出合适的载体，选择出适当的调控序列和启动子就可以生产出质量水平高的充足蛋白。

3 生物制药未来发展趋势

随着国家政策的不断颁布，医药行业产业化规模趋势逐渐凸显，产业化、集群化的优势在于能够集中人才、技术以及资金，能够保障生物制药研究需要，进而切实促使生物制药技术得到健康、稳定、持续的发展。生物技术的逐渐成熟，促使生物制药技术逐渐由科研转变成为产业生产，这样能够促使生物制药得到大范围的应用以及发展。除此之外，生物制药研究应在确保安全有效的前提下要进行大胆创新。

3.1 连续的下游加工技术

虽然在生物制药制造领域以灌注细胞培养的形式进行的连续细胞培养过程已经很成熟，但是连续的下游纯化过程并不常见，文献中也少有记载。目前的模式适用于喂养类似大批量纯化生产线的细胞培养，但其中涉及的生物模拟和不可持续的治理成本给企业带来不小的经济风险，这也导致企业开始考虑提高体积生产率、减少资本支出和降低总体成本。一次性使用技术在一定程度上满足了这一点，同时通过减少设施占地面积和资本支出，它不会影响体积效率问题。因此，采用连续制造变得更加具有吸引力[2]。这可以通过将灌注细胞培养与连续纯化单元操作（如切向回流和色谱）结合来实现。在商业规模上，它的实施存在着巨大的挑战，如何开发一种可靠的步骤孵化方法，如病毒灭活和培养，到围绕在商业上实现的预期经济效益的不确定性。或许最重要的是，社会需要改变产品注册的监管要求，以求改变其发展可能受到行业内既定态度抑制的现状。

3.2 一次性使用技术

从一个新药发现的角度来看，基因治疗尤其有希望。虽然基因疗法可以提供突破性的治疗，但它们可能会受到经济问题的困扰。在生物制药领域，关于其生产对环境影响的研究没有充分的得到关注，文献中对此的报道也很少。研究人员比较了环境不确定性下的FED分批培养和灌注细胞培养过程。从环境角度观察，FED分批培养方案由于降低了耗水量和消耗量而表现得更好。研究者对单用和常规不锈钢操作模式下单克隆抗体的补料分批细胞培养生产进行了详细的生命周期评估。该分析的结果表明，由于与消除清洁和灭菌程序相关的水和蒸汽公用设施需求减少，不同操作规模的一次性使用过程减少了环境负担，这抵消了与公司相关增加的固体废物处理要求。重复使用一次性技术，在补料批次和灌注操作模式下对单克隆抗体的生产进行了生命周期评估，得出结论：补料批次工艺在灌注工艺池持续时间、时间间隔为收获的材料组合起来并送去提纯，时间是4天，但延长到8天后，对环境的友好程度就降低了[3]。最后，研究者对包膜病毒灭活用环保清洁剂进行了评估。Triton X-100被许多生物制药制造商与有机溶剂结合使用，通过破坏其脂质膜并使其惰性，使包膜病毒失活。Triton X-100在排放到水环境中时可降解为烷基酚，对水生物种和更广泛的环境造成内分泌干扰。

4 结语

综上所述，相关人员应当加强对生物制药技术高度重视，要加强对生物制药研究，在生物制药领域要加强设备、人才、技术方面投入，只有这样，才能促使生物制药技术得到进一步发展，从而切实保障人类生命健康安全。生物制药继续在显著数量上获得批准，并从迄今为止未治疗的疾病和疾病的治疗中提供真正的社会效益。突破性基因疗法的出现可能预示着生物制药发展的黄金时代的到来，然而历史经济困境、生物仿制药的竞争以及对不公平定价的指责可能会在未来几年造成动荡。在更大的范围内，人类面临着生态系统退化、人为气候变化和经济不平等程度上升的挑战。可持续性原则可应用于生物制药行业，以了解生物制药制造业对经济、社会和环境的总体影响，并有助于有意义地继续向人类的饮食做出贡献。