《生物制药技术》课件

生物制药技术欢迎学习生物制药技术课程！本课程将系统介绍生物制药的基本原理、核心工艺和最新发展趋势，帮助学生建立完整的生物制药知识体系我们将从基础理论出发，逐步深入生物药物研发、生产工艺、质量控制、法规标准等方面，并结合典型案例讲解行业实践课程内容既面向当前生物制药产业需求，也关注未来发展方向，旨在培养具备创新思维和实践能力的生物制药人才生物制药的基本概念生物制药定义核心特征行业术语生物制药是利用生物技术和生物过程生物药物具有结构复杂、分子量大、生物药（Biologics）、生物仿制药生产的药物，其有效成分来源于生物稳定性差、免疫原性等特点生产过（Biosimilar）、单克隆抗体体或通过生物技术手段获得区别于程依赖于活细胞，工艺复杂且受多因（mAbs）、重组蛋白、细胞/基因传统化学药物的小分子结构，生物药素影响，具有工艺即产品的特性治疗等是行业常见术语，反映了不同物通常是大分子物质，如蛋白质、核类型的生物药物和技术路线酸等生物技术发展简史1基因工程起步（）1970s年，保罗伯格（）创建首个重组分子，标志着基1972·Paul BergDNA因工程的诞生年，斯坦利科恩和赫伯特博耶实现了首次成功的1973··基因克隆，为生物制药奠定基础技术突破期（）1980s-1990s年，首个重组人胰岛素（）获批上市，开启生物药1982DNA Humulin物新时代随后，技术、单克隆抗体制备技术相继取得突破，生物PCR制药技术迅速发展中国发展（至今）2000s中国生物制药起步较晚，但发展迅速年人基因组计划完成后，国2003家投入大量资源支持生物技术研发目前已形成较完整的产业链，创新能力显著提升生物制药相关学科基础生物化学研究生物分子结构与功能的核心学科分子生物学2基因表达与调控机制的关键知识微生物学3微生物培养与工程改造的基础药理学药物作用机制与安全性评价生物制药是一门高度跨学科的领域，需要多种学科知识的融合应用生物化学帮助理解药物分子的结构与功能；分子生物学提供基因表达和蛋白质合成的理论基础；微生物学为微生物和细胞培养提供技术支持；药理学则研究药物在体内的作用和代谢过程细胞与生物分子基础核酸与基因表达表达载体DNA和RNA是遗传信息的载体，也是质粒、病毒等载体系统含有启动子、基因治疗和mRNA药物的基础转录终止子等功能元件，控制目标基因在蛋白质结构与功能细胞表达系统和翻译过程是基因表达的核心环节宿主细胞中的表达蛋白质作为许多生物药物的主体，其一级至四级结构直接影响功能糖基化、磷酸化等修饰对蛋白质稳定性和活性至关重要2314生物分子是生物药物的物质基础，细胞则是生物药物的生产工厂了解这些基础知识，对于理解生物制药的原理和工艺至关重要不同表达系统的选择将直接影响产品质量和生产效率生物药物的主要类型重组蛋白多肽药物/•胰岛素、干扰素、生长激素•凝血因子、酶替代药物•细胞因子、造血生长因子单克隆抗体药物•抗肿瘤单抗（如曲妥珠单抗）•抗炎症单抗（如英夫利昔单抗）•免疫检查点抑制剂（如帕博利珠单抗）疫苗类药物•重组蛋白疫苗（如乙肝疫苗）•mRNA疫苗（如新冠mRNA疫苗）•病毒载体疫苗（如埃博拉疫苗）基因与细胞治疗产品•病毒载体基因治疗产品•CAR-T细胞产品•干细胞治疗产品重组蛋白药物案例重组人胰岛素促红细胞生成素血友病因子EPO VIII年，礼来公司推出首个重组人胰岛用于治疗肾功能衰竭引起的贫血，血友病型患者缺乏凝血因子，传统1982EPO AVIII素Humulin，彻底改变了糖尿病治疗方是重要的生物技术药物安进公司于治疗依赖血浆提取物，感染风险高重案之前人们依赖从动物胰腺提取的胰1989年推出首个rhEPO产品Epogen，组因子VIII的问世彻底改变了治疗格岛素，存在免疫原性风险引发一场生物制药革命局目前全球胰岛素市场规模超过亿美的成功推动了糖蛋白类药物的研然而，因子结构复杂，表达难度200EPO VIII元，中国企业如通化东宝、甘李药业均发，也引发了对生物药物专利保护的讨大，生产成本高近年来，长效因子已掌握核心生产技术，打破了国外企业论近年来，生物仿制EPO产品陆续上VIII和基因治疗方案的开发，为血友病的垄断市，极大降低了治疗成本患者带来了新希望单克隆抗体药物混合瘤技术通过免疫动物获得B细胞，与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤，筛选特异性抗体抗体人源化通过基因工程技术将鼠源抗体框架替换为人源序列，降低免疫原性大规模生产利用CHO等哺乳动物细胞系在生物反应器中表达，确保糖基化等修饰正确临床应用利妥昔单抗、曲妥珠单抗等成为肿瘤和自身免疫疾病治疗的重要武器单克隆抗体因其高特异性和亲和力，已成为生物药领域的明星产品从最初的鼠源抗体到嵌合抗体、人源化抗体和全人源抗体，抗体工程技术不断革新近年来，双特异性抗体、抗体偶联药物ADC等新型抗体药物快速发展，开拓了更广阔的应用前景疫苗研发与生产传统疫苗灭活、减毒和亚单位疫苗，技术成熟但效率有限重组蛋白疫苗2通过基因工程表达抗原蛋白，安全性更好新型疫苗

3、病毒载体，更快速灵活的平台型技术mRNA乙型肝炎疫苗是重组蛋白疫苗的成功范例世纪年代，科学家首次从患者血清中分离表面抗原；年，首个重组乙肝疫苗问世，2070HBV1986由酵母表达蛋白制成中国在乙肝疫苗生产上已完全自主，大规模普及极大降低了乙肝发病率HBsAg生物药物的特点分子结构复杂靶向性与特异性稳定性与储存要求生物药物通常是大分子蛋白质，分子量从生物药物与靶点的结合具有高度特异性，生物药物对温度、pH、剪切力等环境因素几千到上百万道尔顿不等不仅一级结构能够精确识别并作用于特定分子靶点例敏感，容易发生变性、聚集和降解多数复杂，还具有高级结构和翻译后修饰（如如，赫赛汀（曲妥珠单抗）专一性结合生物药需要2-8°C冷链条件储存运输，某糖基化、磷酸化等）这种复杂性使得生HER2受体，只对HER2阳性乳腺癌患者些甚至需要-20°C或更低温度物药物的结构表征和质量控制极具挑战有效这带来了生产、包装、物流等环节的特殊例如，一个单克隆抗体分子含有超过1300这种高特异性既是优势也是局限性——治挑战配方开发也更为复杂，需要添加各个氨基酸，分子量约15万道尔顿，是普通疗效果好但适用人群窄因此，伴随诊断种稳定剂来保持药物稳定性这些因素也小分子药物的数百倍这种结构复杂性也（配套检测）在生物药使用中尤为重要，是生物药成本居高不下的原因之一是生物仿制药难以与原研药完全相同的根需要先确定患者是否为适合的靶点表达类本原因型生物制药工艺总览上游工艺包括细胞库建立、扩增培养、生物反应器发酵等，目标是获得高表达量的目标产物收获与纯化通过离心、过滤、色谱等方法分离和纯化目标产物，去除杂质和潜在污染物制剂与灌装配制成最终剂型，灌装、冻干或冷冻保存，确保产品稳定性和有效期质控与放行全过程质量控制，包括理化特性、活性、安全性等多项指标检测从研发到商业化生产，生物制药工艺需要经历多轮放大过程实验室级别（数升）→中试规模（数十至数百升）→商业化生产（数千升或更大）每次放大都需要重新优化工艺参数，确保产品质量一致性上游工艺种子库和培养细胞库建立小规模培养选择最优克隆建立主/工作细胞库从冻存细胞开始，在摇瓶或小型生物反应器中MCB/WCB，确保遗传稳定性扩增生产发酵种子培养大规模生物反应器培养，严格控制温度、逐步扩大规模，监控细胞生长和代谢参数、溶氧等参数pH细胞库是生物制药的起点和基础，分为主细胞库和工作细胞库需进行全面表征，包括菌种鉴定、遗传稳定性、外源因子检测等，确MCB WCBMCB保安全性和一致性工作细胞库从主细胞库扩增获得，用于日常生产发酵与细胞培养技术培养方式特点适用场景批次培养一次性添加培养基，细胞工艺简单，适合小规模或生长到平台期后收获学术研究补料批次培养在培养过程中持续或间歇工业生产主流方式，产量添加营养物质高灌流培养持续补充新鲜培养基并移适合不稳定产物或高细胞除代谢产物密度培养连续培养持续进料和排料，保持稳适合某些特殊工艺和持续态生产主流生物制药企业广泛采用哺乳动物细胞系进行复杂蛋白和抗体生产CHO中国仓鼠卵巢细胞因其生长特性好、表达水平高、能进行人类相似的翻译后修饰而成为首选此外，HEK293人胚肾细胞、NS0小鼠骨髓瘤细胞等也有特定应用场景原材料及质量要求100+

99.9%100%原料组分纯度要求可追溯性典型培养基含有超过100种成分，每种都需严格控制关键原料纯度要求，确保无对细胞有害物质原材料必须完全可追溯，确保供应链安全生物制药原材料质量直接关系产品安全和质量GMP标准要求所有原料必须经过严格检测和验证培养基成分包括氨基酸、维生素、无机盐、缓冲剂和生长因子等，都需符合药用级标准动物源成分（如血清）因存在病毒污染风险，现代生物制药工艺多采用无血清、化学成分明确的培养基原材料供应商管理是质量体系的重要环节制药企业需对供应商进行资质审计，建立原材料质量档案，实施变更控制关键原料通常需要至少两家合格供应商，防止供应中断风险每批原料入厂都需进行检测，确认符合标准后方可使用下游工艺收获与澄清细胞收获方法澄清技术•离心法利用密度差分离细胞和培养液•连续离心大规模生产中的高效选择•微滤法通过滤膜截留细胞，收集穿透液•切向流过滤平行于膜表面流动，减少堵塞•深层过滤利用深层滤材吸附细胞碎片•絮凝沉淀添加助剂促进杂质聚集沉淀细胞碎片去除•精细过滤去除微小颗粒和大分子杂质•超滤/透析初步浓缩和缓冲液交换•病毒灭活酸处理或溶剂/去垢剂处理收获与澄清是连接上下游工艺的关键步骤，目标是高效分离产物并去除细胞和大部分杂质对于胞内表达产物，需先破碎细胞释放目标蛋白；对于胞外分泌产物，则直接收集培养上清液蛋白纯化技术精细纯化中间纯化去除与目标产物性质相近的杂质，如聚集体、片段或异捕获阶段进一步去除残留杂质，如宿主细胞蛋白、DNA和病毒构体疏水相互作用层析、分子排阻层析等技术可分离目标是从复杂混合物中快速分离目标产物，提高浓度并颗粒离子交换层析（阳离子或阴离子交换）基于分子这些微小差异的分子变体，确保最终产品高纯度去除大部分杂质蛋白A亲和层析是单抗纯化的首选方表面电荷差异分离组分，是最常用的中间纯化方法法，特异性结合抗体Fc区，一步可达90%以上纯度层析技术是生物药纯化的核心根据分离原理不同，可分为亲和层析、离子交换层析、疏水相互作用层析、分子排阻层析等不同层析技术组合使用，构成完整的纯化工艺流程其他生物分子的分离与纯化多肽药物纯化核酸药物纯化辅助纯化技术多肽药物分子量较小（通常小于随着mRNA疫苗和基因治疗的兴起，核超滤/透析广泛用于生物分子浓缩和缓冲5kDa），纯化工艺与蛋白质有所不同酸纯化技术也受到关注阴离子交换层液交换超滤膜通常根据分子量截留值反相高效液相色谱（）是多肽析是纯化的主要方法，利用（）选择，可有效去除小分子杂RP-HPLC DNA/RNA MWCO纯化的主要方法，基于分子疏水性差异核酸分子的负电荷与色谱柱上正电荷基质和盐离子进行分离团结合结晶技术适用于某些高纯度蛋白，如胰固相合成的多肽通常需要先进行TFA切对于mRNA产品，还需特别考虑RNase岛素沉淀法（如硫酸铵分级沉淀）可割，再通过HPLC纯化，最后经冻干得到污染风险，整个纯化过程需在RNase-用于初步富集目标蛋白萃取技术用于最终产品对于长链多肽，可能需要分free条件下进行双链DNA相对稳定，某些特殊产品，如水溶性与有机相分配段合成再进行连接纯化难度较低；而单链RNA容易降解，系统纯化工艺设计更为关键精制与浓缩工艺超滤浓缩缓冲液置换中间品控制利用半透膜过滤原理，在压通过透析或超滤透析法（简精制过程中需监控多项关键力驱动下小分子溶质和溶剂称透滤）实现样品中缓冲体质量指标，包括蛋白浓度、通过膜，而大分子被截留，系的转换这一过程不仅可pH值、电导率、溶液澄清度从而实现浓缩通常采用中去除杂质，还能将产品转入和产品纯度等建立适当的空纤维或盒式超滤膜，可迅最适合其稳定性的缓冲体系中间品放行标准，确保精制速将大体积稀释溶液浓缩至中，为制剂配方奠定基础过程可控所需浓度精制与浓缩是生物药物制备的最后工艺步骤，连接纯化与制剂环节这一阶段的主要目标是将纯化后的产品调整至合适的浓度和缓冲体系，为最终配方和灌装做准备在大规模生产中，超滤浓缩通常采用切向流过滤模式，以减少膜污染和蛋白质聚集风险浓缩过程中需严格控制操作压力、流速和温度等参数，防止产品变性或活性损失最终产品浓度通常根据给药需求和稳定性要求确定，抗体类药物典型浓度为50-150mg/mL生物药物的配制与配方稳定性研究给药系统筛选最佳配方需进行全面稳定性研究，包括加根据治疗需求设计最佳给药方式，如预充式注速、长期和应力测试监测pH、浊度、颗粒射器、自动注射笔、输液袋等需考虑生物药数、HPLC含量、生物活性等多项指标，建立与容器材料相容性，避免吸附、漏损或污染配方组成稳定性预测模型冻干技术生物药配方除活性成分外，通常包含多种辅料缓冲剂控制pH值；稳定剂（如蔗糖、甘露醇）防止冻干/解冻损伤；表面活性剂（如聚山梨酯80）减少蛋白聚集；抗氧化剂防止氧化降解阿达木单抗（修美乐）是配方开发的典型案例其商业化制剂含40mg/mL抗体，辅料包括甘露醇、聚山梨酯

80、冰醋酸和氢氧化钠，pH值精确控制在

5.2，以平衡稳定性和低聚集风险经过精心开发的配方使产品在2-8°C下可稳定储存2年生物药配方开发需平衡多种因素，如稳定性、可注射性、生产工艺兼容性和成本等配方变更可能影响药物的吸收、分布和免疫原性，因此需谨慎评估灭菌与无菌保障无菌过滤技术污染控制策略生物药物大多采用无菌过滤法实现终端采用多层次屏障系统防止污染环境控灭菌典型工艺使用

0.22μm或

0.1μm制（洁净区分级管理）；操作控制（无孔径的聚醚砜PES或聚偏氟乙烯菌操作技术）；人员控制（培训与资质PVDF膜，可有效截留细菌和大部分认证）；设备设施控制（消毒与验霉菌为确保可靠性，通常采用双层串证）洁净区等级通常从生产区的A级联过滤设计，并进行完整性测试验证（ISO5）到辅助区的D级（ISO8）不等灌装系统设计现代生物药灌装多采用隔离器技术或吹-灌-封一体化系统隔离器内部保持A级环境，通过手套操作，最大限度降低人为污染风险全自动视觉检测系统可检查灌装产品中的颗粒物、容器缺陷等质量问题GMP工厂无菌区设计遵循最小化人员干预原则，采用单向流动、物料气闸传递、人员更衣程序等措施降低污染风险先进企业使用RABS（受限进入屏障系统）或隔离器技术，将人与产品完全隔离质量控制检测体系检测阶段主要检测项目关键技术方法原料检测纯度、活性、微生物限度、外HPLC、质谱、PCR、细胞检源因子测中间体检测含量、纯度、杂质、微生物污SEC-HPLC、HCP ELISA、染内毒素检测成品检测含量、纯度、效价、无菌、毒多种理化+生物学检测组合素稳定性检测含量、降解产物、活性、外观加速和长期稳定性试验生物药质量控制采用多层检测，全程监控策略原料检测重点关注安全性和一致性；过程检测确保工艺稳定，及时发现偏差；成品检测全面评价产品质量，确保符合注册标准检测方法需经过严格验证，证明其准确性、精密度和适用性理化检测方法是质控的基础，如SEC-HPLC测定聚集体，RP-HPLC检测修饰和降解，CE-SDS分析蛋白纯度，质谱鉴定分子完整性生物学检测则评价产品活性，如细胞实验、酶联免疫测定等每批产品需同时满足理化和生物活性指标要求关键质量属性（）CQA分子纯度控制杂质控制要求糖基化模式分析生物药纯度检测包括多个维宿主细胞蛋白HCP是主要杂糖基化是很多生物药的关键质度尺寸纯度（聚集体、片段质之一，通常要求低于量属性，影响稳定性、半衰期含量），使用SEC-HPLC检100ppm，使用ELISA或LC-和免疫原性HILIC-UPLC测；电荷纯度（电荷变体），MS检测残留DNA通常要求结合质谱是糖型分析的主要方使用离子交换色谱和等电聚焦低于10ng/剂量，通过qPCR法，可鉴定和量化不同糖型的分析；疏水性变异，使用疏水技术检测工艺相关杂质如蛋比例监控岩藻糖化、半乳糖相互作用色谱检测这些变体白A、抗生素等也需严格控化等关键糖基化参数，确保产可能影响药效或安全性制，确保无安全隐患品一致性关键质量属性CQA是直接影响产品安全性和有效性的特性，必须严格控制在可接受范围内CQA的确定基于产品特性、临床经验和风险评估，是QbD（质量源于设计）理念的核心不同类型的生物药关注的CQA有所不同，但通常包括含量、纯度、生物活性和杂质水平等生物制药相关法规与标准标准标准GMP GLP•药品生产质量管理规范•药物非临床研究质量管理规范•规定厂房设施、设备、人员要求•规范毒理学和药效学等试验•中国新版GMP与国际ICH接轨•确保实验数据可靠性•无菌药品附录要求更严格•是新药申报的法规基础标准GCP•药物临床试验质量管理规范•保障受试者权益与安全•确保临床试验数据真实可靠•临床试验必须遵循的标准CFDA国家药品监督管理局是中国生物药审批的主管部门，负责药品注册、生产监管和上市后监管生物药注册路径包括创新药

1.1类、改良型新药和生物类似药等近年来，中国药品监管体系与国际接轨，加入ICH国际人用药品注册技术协调会，采纳国际监管标准美国FDA和欧盟EMA作为全球最严格的药品监管机构，其监管要求对全球生物制药产业影响深远中国企业国际化需同时满足多个市场监管要求，熟悉各国法规差异例如，FDA、EMA和CFDA对生物类似药的评价标准有所不同，需在产品开发早期考虑这些差异，避免重复研究工艺验证与变更管理工艺设计阶段基于科学理解确定工艺参数范围，建立质量与工艺参数间关系，确定关键工艺参数CPP与非关键参数工艺验证阶段执行至少三批连续生产验证，证明商业规模下工艺能持续稳定生产出符合质量要求的产品持续工艺验证生产过程中持续监控工艺性能，收集并分析趋势数据，及时发现潜在问题并优化工艺变更管理系统任何工艺、设备、原料或测试方法变更均需通过严格评估，确定变更级别并执行相应验证，确保产品质量一致性工艺验证是证明生产工艺能够持续、稳定地生产出符合预定要求产品的过程生物药工艺验证需特别关注工艺可靠性、产品一致性和生物安全性工艺验证覆盖整个生产流程，包括上游培养、下游纯化、配方制剂和灌装等各环节，每个环节都需确定关键参数并建立控制策略数据完整性是工艺验证和变更管理的基础生物制药企业需建立严格的数据管理系统，确保所有数据真实、完整、可追溯这包括电子记录系统的访问控制、审计跟踪和数据备份等措施生产车间与设备布局3A/B/C/D主要功能区洁净度分级生物制药厂房通常分为上游培养区、下游纯化区和制剂从最高的A级（灌装区）到辅助的D级，不同区域洁净灌装区三大功能区度要求不同±℃

0.5环境控制精度现代生物制药厂房温湿度控制精度要求极高，确保产品质量稳定生物制药厂房设计需遵循GMP要求，采用合理的人流、物流路线设计，避免交叉污染上游培养区主要设备包括种子培养罐、生产发酵罐和细胞离心机等；下游纯化区配备各类层析系统、超滤设备和病毒过滤装置；制剂灌装区则安装灌装线、冻干机和视觉检测系统等现代生物制药厂房越来越多采用集成化、模块化设计理念一次性使用技术普及降低了对传统CIP/SIP系统的依赖，减少了交叉污染风险单克隆抗体生产常用的2000L一次性生物反应器可实现年产量100kg以上，满足中小规模商业化需求工业在生物制药中的应用

4.0自动化生产机器人技术广泛应用于物料转运、样品处理和无菌灌装等环节自动化不仅提高效率，更重要的是提高批次间一致性，减少人为误差协作机器人可在有限空间内与人共同工作，增强生产灵活性在线监测技术过程分析技术PAT通过实时测量关键参数指导生产过程，如拉曼光谱监测细胞代谢物，近红外分析蛋白浓度，在线pH和溶氧传感器控制培养条件这些技术使测量后控制转变为实时监控模式数据管理与分析生物制药过程产生海量数据，通过高级数据分析和人工智能技术挖掘有价值信息，优化工艺参数，预测产品质量MES制造执行系统整合生产、质量、库存等信息，提供端到端可视化管理工业

4.0为生物制药带来了革命性变革数字化转型不仅提高生产效率，也增强了生物药质量一致性和合规性领先企业如安进和罗氏已建立智能工厂，实现产品全生命周期的数字化管理中国企业也在积极拥抱智能制造如恒瑞医药在其新建的生物药工厂采用了SCADA系统和MES系统，实现全流程数据采集和工艺控制信达生物的无锡工厂引入了无人搬运车AGV和机器人灌装系统，大幅提高生产能力和产品一致性持续制造工艺（）Continuous Manufacturing批式制造连续制造连续上游工艺连续下游工艺vs传统批式生产采用分批次、分阶段方灌流细胞培养是连续上游工艺的核心连续捕获（周期性反硫酸盐洗脱或多柱式，每批次独立操作，批次间需清洁和通过外部装置（如空心纤维或切向流过串联），连续病毒灭活（紫外照射或持准备持续制造则是原料连续输入，产滤器）持续去除代谢废物，同时补充新续低pH处理），连续精细纯化（模拟移品连续输出，无明显批次概念鲜培养基，细胞可维持在高密度状态长动床技术）构成完整连续下游流程期培养连续制造优势显著生产周期短（天辉瑞、等公司已实现小分子药物全vs GSK月）、占地面积小（减少60-70%）、灌流培养可将CHO细胞密度提高至1亿连续生产，礼来和罗氏则在探索生物药能耗低（减少）、一致性好以上，抗体表达可达天，连续制造也积极鼓励持续制造，40-50%/mL5-10g/L/FDA（减少批间差异）然而，其初期投入远高于传统批次培养实现稳态生产需将其列为药品先进制造的关键技术之大，工艺开发复杂，变更难度高精确控制培养参数，建立实时监测系一统典型生物制药企业案例

（一）罗氏旗下的是全球生物技术领军企业，拥有完整的单抗药物制造链其加州生产基地面积超过万平方米，年产能达数吨抗体药物，Genentech100是全球最大的生物药生产基地之一从细胞库构建到商业化生产的全流程开发能力是的核心竞争力Genentech的生产创新亮点包括高密度细胞培养技术，单批次产量达到；多抗体共用平台工艺，缩短研发周期；连续生产技术探索，提Genentech6-8g/L高设备利用率；质量源于设计理念的全面实施，确保产品一致性其阿瓦斯汀、赫赛汀等单抗药物成为全球畅销药，年销售额均在数十亿美QbD元级别典型生物制药企业案例

（二）恒瑞医药复星医药起步于仿制药，逐步向创新药转型，建立了通过自主研发与国际合作双轮驱动，建立了从药物发现到临床开发的完整平台其卡瑞较完整的生物药研发生产体系复宏汉霖专利珠单抗PD-1抑制剂是国产PD-1单抗的注单抗生物类似药和创新药研发，已有多个代表产品，在肿瘤免疫治疗领域取得突破产品获批上市其汉利康利妥昔单抗生物恒瑞采用跟随创新+自主创新模式，在肿类似药实现了高质量、低成本生产，大幅瘤和自身免疫疾病治疗领域布局多个创新生降低了患者用药负担，也为企业积累了大规物药模单抗生产经验百济神州立足中国，面向全球的创新型生物制药企业自主开发的BTK抑制剂百悦泽已获多国批准上市，抗PD-1单抗百泽安也在多种适应症取得突破百济神州在苏州建立的生物药生产基地采用最先进的单抗生产工艺，年产能达

1.7万升，为产品全球商业化提供保障中国生物制药企业的崛起得益于国家政策支持、资本市场助力和人才回流创新驱动已成为行业主流趋势，企业研发投入持续增加，平均占销售额比例从5%提升至15-20%本土创新药开发模式呈现多样化有的企业专注肿瘤领域，如信达生物；有的布局罕见病领域，如贝达药业；还有企业聚焦于双抗等前沿技术，如康方生物经典生物药上市与销售生物仿制药（）与参比制剂Biosimilar开发前评估1选择合适的参比制剂，分析专利状况分析表征2全面比较物理化学和生物学特性临床对比3进行药代动力学/药效动力学和临床等效性试验监管评审提交相似性评价数据获得监管批准生物仿制药是与已获批生物药（参比制剂）高度相似的产品由于生物药结构复杂、工艺敏感，无法实现完全相同，因此需通过一系列比较性研究证明其与原研药的相似性和等效性生物仿制药开发难度远高于化学仿制药，需要在工艺开发、分析表征和临床试验方面投入大量资源监管法规要求是生物仿制药面临的主要挑战不同国家对生物仿制药的评价标准有所差异FDA和EMA要求全面的分析表征和临床等效性数据；中国NMPA参考国际经验，同时结合本土实际情况制定标准在诸多生物类似药的成功案例中，三星生物的英夫利昔单抗生物类似药Renflexis通过70多项质量对比研究和多项临床试验，证明了与参比制剂Remicade的等效性，并于2016年获FDA批准遗传工程技术在生物制药的应用基因设计质粒构建1目标蛋白基因优化，选择合适启动子和信号肽基因克隆和载体组装，添加选择标记2细胞筛选细胞转染通过抗性筛选和表达量评估获得高产克隆3通过电转、脂质体或病毒转导导入外源DNA遗传工程是生物制药的核心技术，通过对生物体遗传物质的人工操作，使其产生目标蛋白质粒构建是关键环节，典型的哺乳动物表达载体包含启动子（如CMV、EF1-α）、目的基因、选择标记（如新霉素抗性基因）和复制起点等元件现代分子克隆技术如Gibson装配法、Golden Gate法等大大简化了质粒构建过程转染方法选择影响表达效率和稳定性对于瞬时表达，PEI、脂质体和电穿孔是常用方法；稳定细胞株构建则需整合外源DNA到宿主基因组，通常结合抗生素筛选CRISPR/Cas9系统革命性地提高了基因编辑效率，使靶向基因组修饰变得更加简便，可用于敲除不利基因（如细胞凋亡相关基因）或引入增强表达的元件酶工程与微生物制药酶的工业应用酶改造技术•诊断试剂（葡萄糖氧化酶）•定向进化（随机突变与筛选）•治疗药物（链激酶、胰蛋白酶）•理性设计（计算机辅助设计）•生物催化剂（转化酶、合成酶）•半理性设计（结合两者优势）•辅助制药（限制性内切酶、DNA聚合酶）•计算生物学预测（AI辅助设计）微生物表达优势•生长迅速（培养周期短）•遗传背景清晰（易于操作）•放大简单（成本低廉）•表达量高（产量大）酶制剂是重要的生物技术药物，如用于血栓治疗的重组链激酶和尿激酶，胰腺疾病治疗的胰蛋白酶，以及罕见病治疗的各种替代酶酶工程可改造天然酶的性质，如提高热稳定性、改变底物特异性、增强催化效率等定向进化通过随机突变和高通量筛选获得改良酶，是当前最成功的酶改造方法蛋白质工程公司Codexis利用定向进化平台开发了多个工业酶，如胰岛素生产用转化酶，效率提高100倍以上微生物制药具有独特优势以大肠杆菌表达系统为例，从转化到发酵仅需3-5天，而哺乳动物细胞需3-6个月重组蛋白酶生产通常选择大肠杆菌或毕赤酵母作为表达宿主大肠杆菌适合简单蛋白表达，可采用胞内表达（包涵体形式）或分泌表达策略；毕赤酵母则适合需要糖基化修饰的酶基因治疗药物病毒载体系统非病毒载体系统市场前景腺相关病毒载体是目前最成功的基因非病毒载体包括脂质纳米颗粒、聚合基因治疗药物市场增长迅速，预计年AAV LNP2025递送系统，具有低免疫原性、长期表达和多物、脂质体等LNP在mRNA递送领域取将达到200亿美元已上市产品如种血清型可选等优势（用于得突破，是新冠疫苗的关键技术定价达万美元剂，创下处Zolgensma mRNAZolgensma210/脊髓性肌萎缩症）和Luxturna（用于遗传与病毒载体相比，非病毒载体生产简单，免方药最高价格记录这种高定价反映了一次性视网膜营养不良）是基于AAV的成功案疫原性低，但递送效率通常较低性治愈的价值，但也带来可及性挑战例物理递送方法如电穿孔、超声导入和基因枪制造技术是限制基因治疗发展的瓶颈AAV慢病毒载体能整合到宿主基因组，实现长期等可直接将核酸导入细胞，避免了载体相关载体产量低、纯化复杂，限制了商业化规表达，但存在插入突变风险腺病毒载体装风险CRISPR/Cas9等基因编辑技术与先模悬浮细胞培养、稳定细胞株和连续纯化载能力大，但免疫原性高，多用于肿瘤治进递送系统结合，开辟了精准基因治疗新方等技术创新正在解决这些挑战，有望降低生疗每种载体系统各有优缺点，选择需考虑向产成本治疗目标和安全性要求细胞治疗（等）CAR-T基因工程改造设计CAR结构，通过病毒载体转导T细胞体外扩增在生物反应器中大规模培养工程化T细胞制剂与质控冷冻保存并进行全面质量检测回输治疗将CAR-T细胞回输患者体内发挥治疗作用CAR-T细胞治疗是细胞免疫治疗的代表性技术，通过基因工程手段使T细胞表达嵌合抗原受体CAR，特异性识别并杀伤肿瘤细胞CAR结构通常包含单链抗体片段scFv识别部分、铰链区、跨膜区和胞内信号区第一代CAR只有CD3ζ信号域，第二代增加了共刺激分子（如CD28或4-1BB），第三代则包含多个共刺激信号，第四代CAR-T还可表达细胞因子增强抗肿瘤效果CAR-T治疗在血液系统恶性肿瘤中取得突破性进展诺华的Kymriahtisagenlecleucel和吉利德的Yescartaaxicabtagene ciloleucel分别于2017年获FDA批准，用于治疗复发/难治性B细胞急性淋巴细胞白血病和大B细胞淋巴瘤临床数据显示，这些治疗可在难治患者中实现40-80%的完全缓解率制药技术mRNA质量控制与生产载体系统开发严格的质控确保mRNA纯度、完整性和活性关键指标包设计与合成mRNA脂质纳米颗粒LNP是目前最成功的mRNA递送系统，由括序列正确性、5帽结构完整性、聚A尾长度、杂质水平和基于目标蛋白序列设计mRNA，优化5UTR、3UTR和编四组分组成电离脂质（与RNA结合）、辅助脂质（影响蛋白表达活性大规模生产采用连续流合成和自动化纯化工码序列，增加稳定性和翻译效率通过体外转录IVT合成稳定性）、胆固醇（影响刚性）和PEG-脂质（表面性质）艺，提高产量和一致性mRNA，使用T7RNA聚合酶和线性化DNA模板合成后优化的LNP配方可保护mRNA免受降解，促进细胞内吞和进行酶处理和纯化，去除双链RNA杂质胞内释放mRNA技术在新冠疫情中取得突破，辉瑞/BioNTech和Moderna的mRNA疫苗有效率达95%，远超传统疫苗这一成功源于多年技术积累修饰核苷酸（如假尿嘧啶）降低免疫原性；优化密码子提高表达效率；结构优化增强稳定性；递送系统不断改进mRNA药物的技术壁垒主要在于RNA设计与修饰技术，如减少免疫原性、增加稳定性的修饰策略；递送系统开发，尤其是靶向特定组织的LNP配方；大规模生产工艺，特别是无RNase污染的生产环境维持中国企业如艾博生物、斯微生物等也在积极布局mRNA技术平台，开发新冠疫苗和肿瘤免疫治疗产品生物制药的创新趋势精准医疗正引领生物制药创新方向，从一药多病向一病一药甚至一人一药转变肿瘤靶向治疗已实现基于基因突变的个体化用药；基因治疗可针对特定基因缺陷设计治疗方案；CAR-T细胞治疗则是完全个体化的治疗手段伴随诊断技术的发展使这些精准治疗成为可能，通过基因测序、蛋白质组学等方法识别最适合的治疗靶点和患者群体新型表达系统拓展了生物药生产途径植物表达系统如烟草、水稻等具有无病原体风险、可食用递送、成本低等优势，适合疫苗和抗体生产加拿大公司Medicago利用烟草叶片生产的新冠疫苗已获批上市昆虫细胞表达系统（如杆状病毒-昆虫细胞）在复杂蛋白和病毒样颗粒生产方面表现优异，GSK的宫颈癌疫苗Cervarix就采用这一技术绿色工艺与可持续发展废水处理与回收能源优化生物制药过程产生大量含有营养物质和生物活性生物制药能耗高，尤其是发酵过程的温度控制和物质的废水先进企业采用多级处理系统预处下游纯化的冷链系统通过热能回收、变频技术理去除悬浮物，生物处理降解有机物，膜过滤进和智能调控，可显著降低能耗安进罗德岛工厂一步净化，最终通过反渗透实现水回用罗氏巴采用热电联产系统，能源利用效率提高30%，每塞尔工厂实现85%废水回收率，每年节水60万年减少碳排放

1.5万吨吨废弃物管理工艺强化固体废弃物包括生物废弃物、包装材料和一次性通过工艺优化减少资源消耗连续生产替代批次设备等分类处理是关键生物废弃物需高温灭生产降低能耗；高密度培养减少培养基用量；酶活；有机溶剂回收再利用；塑料制品回收再加法合成替代化学合成降低有机溶剂使用；一次性工强生公司零填埋项目已使全球80%工厂实现技术减少清洗验证和水消耗废弃物零填埋可持续发展已成为生物制药行业重要议题领先企业纷纷设立环境目标，如诺华承诺2030年实现碳中和，辉瑞计划到2025年减少废弃物40%这些目标不仅满足监管要求，也回应了投资者和消费者对环境责任的期望生物信息学在制药中的应用序列分析与基因组学蛋白结构预测通过比较基因组学筛选药物靶点，识别与疾病AI算法如AlphaFold2彻底改变了蛋白质结相关的基因变异新一代测序技术NGS和高构预测领域，实现接近实验精度的从序列到结通量筛选产生的海量数据，需要生物信息学工构的预测这大大加速了结构生物学研究，特具进行分析靶向癌症药物开发通常始于基因别是对难以结晶的膜蛋白基于结构的药物设组学研究，如EGFR、ALK、BRAF等突变的计可通过计算机模拟药物与靶点的相互作用，发现直接促成了相应靶向药物的研发优化分子性质，提高成功率药物分子设计与筛选虚拟筛选技术从数百万分子库中快速筛选潜在活性分子，大大缩短先导化合物发现周期分子动力学模拟可预测药物与靶点的结合动态过程，指导药物优化机器学习算法整合多维数据，预测分子的药代动力学性质和潜在毒性生物信息学与实验生物学的结合产生协同效应以抗体药物开发为例，通过计算机辅助设计可预测抗体结构，优化亲和力和稳定性；基于结构的表位预测帮助识别最佳抗原位点；免疫原性预测算法评估人源化程度，降低免疫反应风险辉瑞/BioNTech的COVID-19mRNA疫苗开发中，生物信息学工具用于选择最佳抗原表位和设计稳定的S蛋白构像，是快速开发成功的关键因素智能制造与数据分析智能自动化机器人与无人系统替代人工操作数据可视化2多维数据实时展示与分析人工智能应用预测性分析与自主决策数字孪生技术虚拟模型实时映射物理系统大数据分析正改变生物制药生产模式先进企业采集生产全过程数据，建立数据湖，通过机器学习算法挖掘隐藏模式这种数据驱动方法可预测过程偏差，如发酵过程中细胞代谢变化或纯化过程中杂质突破，使操作人员能提前干预，避免批次失败例如，罗氏应用多元统计分析监控生物反应器中150多个参数，建立预测模型，将生产偏差预警时间从传统方法的数小时提前到数天AI辅助质量控制大幅提高检测效率计算机视觉系统实现了高速、高精度的颗粒检测，可在移动中识别亚毫米级杂质，准确率超过人工检查深度学习算法用于分析层析谱图、质谱数据等复杂质谱，自动识别异常峰和潜在杂质武田制药和强生等公司已将AI质检系统整合到GMP生产中，显著提高检测通量和准确性生物安全与风险管理生产风险分析生物安全控制•工艺风险评估PHA•生物安全柜与隔离装置•失效模式影响分析FMEA•气流控制与HEPA过滤•危害可操作性研究HAZOP•废弃物灭活系统•关键控制点监控HACCP•人员防护与培训生物安全实验室要求•三级适用大多数重组蛋白•三级加强型病毒载体生产•四级高致病性病原体•特殊通风和排水系统生物风险分层管理是生物制药安全工作的核心根据WHO和各国生物安全指南，生物制品按风险等级分为四类一级为无害微生物；二级为低危害病原体；三级为可导致严重疾病但有预防措施的病原体；四级为致命性且无治疗手段的病原体不同级别采取不同的隔离措施，确保操作者安全和环境保护蛋白质类生物药生产通常在二级生物安全条件下进行；病毒载体和疫苗生产需要三级生物安全条件；特殊情况如高致病性病毒疫苗研发可能需要四级生物安全实验室具体设施要求包括气闭门、负压梯度、HEPA过滤排风系统、生物安全柜、双重封闭容器和高压蒸汽灭菌等国际合作与跨国技术转让合作模式技术转移从简单的产品授权向深度技术合作转变确保工艺知识系统完整传递，实现异地复制本地化生产4知识产权适应目标市场监管和需求环境，优化供应链建立合理的专利许可机制，平衡各方利益全球生物制药创新日益依赖国际合作网络常见合作模式包括1）授权许可，如BioNTech将新冠mRNA疫苗授权给辉瑞全球商业化；2）合资企业，如强生与传奇生物成立合资公司开发CAR-T产品；3）研发联盟，如多家药企加入转化医学联盟共享早期研究数据；4）开放创新平台，如阿斯利康在上海和波士顿建立创新中心，与学术机构合作生物药技术转让难度高于化学药，关键环节包括工艺了解Process Understanding，通过质量源于设计QbD方法确定关键工艺参数；技术包完整性，包括标准操作程序、设备规格、原材料标准等；人员培训，确保技术接收方掌握核心技能；分析方法转移，保证质量检测一致性；规模匹配，解决不同规模设备差异带来的挑战社会责任与药物可及性行业主要挑战与问题研发周期长投入成本高生物药从发现到上市通常需10-15年，远长于其他行业原因在于生物系统复杂单个生物药开发成本可达15-25亿美元，且呈上升趋势高成本来源于基础设施性、严格监管要求和多阶段临床试验长周期带来巨大不确定性和资金压力，尤投入、失败项目沉没成本和庞大临床试验费用商业化生产设施投资也十分巨其对初创企业影响显著加速开发策略包括靶点确认和临床前研究同步进行、自大，单抗生产基地投资可达5-10亿美元资金压力迫使企业寻求风险投资、战适应临床试验设计和优先审评通道等略合作和政府支持监管要求严医保覆盖压力生物药监管要求持续提高，GMP标准更新、环保要求强化和数据完整性规范等高价格导致医保覆盖挑战，多国采用药物经济学评价和价值评估机制控制生物药增加合规成本不同国家监管差异也增加国际化难度企业需建立专业监管事务支出中国通过集中带量采购大幅降低生物类似药价格创新支付模式如风险分团队，前瞻布局，确保合规担协议和延迟支付模式正逐步探索中国生物制药发展展望政策支持现状多层次扶持体系助力产业发展技术自主化2关键装备和原料国产化进程加速创新驱动从跟随到引领的战略转型中国生物制药产业受益于多层次政策支持从国家层面，《十四五生物经济发展规划》将生物医药列为重点发展领域；《关于深化审评审批制度改革鼓励药品医疗器械创新的意见》优化了创新药审评通道；各部委协同推出科研资金、税收优惠和人才引进政策地方政府也积极布局生物医药产业集群，如张江、中关村、大湾区等生物医药创新高地提供土地、资金和配套设施支持产业链国产化是当前重要趋势上游方面，培养基、色谱填料、滤膜等关键原料国产替代加速，如义翘神州、药明明码等企业打破国外垄断；生产设备领域，楚天科技、东富龙等企业推出生物反应器、纯化系统等国产装备，性价比优势明显自主创新体系逐步形成，国家生物药技术创新中心建立，产学研用联动机制完善就业前景与人才需求万250+15%行业从业人数年均增长率中国生物医药产业从业人员持续增长生物制药专业人才需求增速远高于其他行业倍3薪资水平生物制药研发人员薪资高于制造业平均水平生物制药行业岗位结构多元化，主要分布在研发、生产、质量、注册与市场四大板块研发领域涵盖药物发现、工艺开发和临床研究等环节，要求从业者具备扎实的生物学、分子生物学和免疫学等专业知识，以及实验设计和数据分析能力生产环节则需要熟悉发酵工程、下游纯化和制剂技术的工艺专家，以及GMP操作和设备管理人才质量系统是生物制药的重要支柱，QA/QC、验证、法规事务等专业人才需求旺盛随着中国企业国际化，具备全球法规知识和注册申报经验的人才尤为稀缺市场营销则要求既懂医学又懂商业的复合型人才，尤其是能解读临床数据并开展学术推广的医学事务专家生物制药与资本市场热潮风险投资态势投资风险提示IPO近年来，生物制药企业IPO呈爆发式增长，成风险投资是生物制药初创企业的关键资金来生物制药投资面临特殊风险研发失败风险为资本市场焦点香港交易所自年新规源年，中国生物医药领域风投高，据统计仅约的候选药物最终能获批20182015-202010%后，已有超过60家未盈利生物科技公司上市，额年均增长超过30%投资热点从早期的生上市；监管政策变化可能导致研发策略调整；融资总额超过500亿港元上交所科创板和物类似药、仿制药逐渐转向创新药和前沿技市场竞争加剧，同靶点药物扎堆现象明显；创业板注册制改革也为国内生物制药企业提术平台单抗、双抗、细胞治疗和基因治疗知识产权争议也是潜在风险点供了新的融资渠道领域尤其受到资本青睐二级市场投资者需警惕生物制药股票的高估典型IPO案例包括信达生物2018年在港交近期投融资趋势显示，投资者更加关注企业值风险部分早期企业虽无营收但估值已达所上市，首日市值超过200亿港元；药明巨的核心技术壁垒和商业落地能力，对PPT公数百亿，背后隐含巨大不确定性理性投资诺2020年科创板上市，超额认购达到3126倍；司趋于谨慎头部VC/PE如红杉资本、启明需结合企业管线质量、技术壁垒、团队背景嘉和生物2021年纳斯达克上市，体现了中国创投等已形成生物医药专业投资团队，投资和市场前景综合评估生物制药企业的国际化趋势决策更加专业化和理性化本课程学习方法建议理论与实践结合拓展前沿视野团队协作能力生物制药是实践性极强的学科，生物制药技术发展迅速，教材内现代生物制药研发和生产都是团仅靠课堂学习难以掌握核心技容往往滞后于研究前沿建议定队活动，需要多学科背景人才协能建议同学们在学习理论知识期阅读Nature作课程学习中应注重小组合作的同时，积极参与实验室实践活Biotechnology、Trends in项目，培养沟通协调和团队合作动，亲手操作分子克隆、细胞培Biotechnology等专业期刊，能力跨专业合作（如与化学、养、蛋白纯化等基础技术校企关注行业动态参加学术研讨会工程、计算机专业学生）更有助合作实习和产业实践也是加深理和行业展会，了解最新技术趋势于拓展思维视角解的重要途径和产业发展方向创新思维培养是学习的核心目标生物制药不仅需要掌握已有知识，更要具备创新解决问题的能力建议采用问题导向学习方式，从实际案例出发，分析问题并提出解决方案例如，探讨如何提高细胞培养产量或如何优化蛋白纯化工艺等实际问题，锻炼分析思维和创新能力多样化学习资源可以丰富知识体系除教材外，可利用在线课程平台如Coursera、edX上的生物技术专业课程；药企和监管机构如FDA、EMA的技术指南；行业协会如中国生物工程学会的培训资料等建立知识地图，将零散知识点系统化，形成完整的知识体系重点复习与知识梳理生物制药技术的主要概念回顾应围绕从基因到药物的完整链条首先，掌握分子生物学核心原理，包括DNA复制、转录、翻译和蛋白质翻译后修饰等基础知识；理解基因工程和重组DNA技术，包括克隆、表达载体构建和基因表达调控机制其次，明确各类生物药物的特点与应用重组蛋白药物（如胰岛素）、单克隆抗体（如利妥昔单抗）、疫苗（如乙肝疫苗）和新兴药物（CAR-T和基因治疗）工艺流程是复习的重点上游工艺涵盖细胞库建立、培养基优化、生物反应器设计和培养策略；下游工艺包括收获、纯化（各类层析技术原理与应用）、病毒清除和制剂配方开发理解每个环节的关键参数、质量控制点和潜在风险，以及它们之间的相互关系质量体系包括GMP要求、质量控制方法和质量管理策略，应特别关注生物药特有的质量属性如聚集体、电荷变体和糖基化模式等课程总结与展望创新引领未来生物制药技术正经历前所未有的创新浪潮基因编辑工具如CRISPR-Cas9正革命性地改变疾病治疗方式；合成生物学使人工设计生物系统成为可能；先进制造技术如连续生产、自动化和数字化正重塑生产模式交叉融合趋势未来生物制药将与多学科深度融合人工智能辅助药物设计和工艺优化；纳米技术提升药物递送精准性；大数据分析贯穿研发和生产全过程；材料科学为新型给药系统提供支持全球化与本土化生物制药发展呈现全球化与本土化并行趋势技术、人才和资本在全球范围流动，促进创新扩散；同时，各国立足本土需求发展特色产业，形成多元化发展格局以患者为中心未来生物制药更加注重患者需求和体验，个性化精准医疗、罕见病治疗和可及性提升将成为行业发展重点，技术创新最终目标是改善人类健康福祉通过本课程的学习，希望同学们已建立起生物制药技术的系统认知，掌握了从基础理论到实际应用的核心知识生物制药是一个充满挑战与机遇的领域，需要持续学习和创新思维技术进步日新月异，今天的前沿明天可能成为常规，保持开放心态和学习热情至关重要中国生物制药产业正处于转型升级的关键时期，从仿制为主向创新驱动转变，从跟跑向并跑、领跑迈进这为有志于此领域的年轻人提供了广阔舞台无论是从事基础研究、工艺开发、质量管理还是市场推广，都能找到施展才华的空间。