《生物制品学》课件：探索生物技术前沿

《生物制品学》课件探索生物技术前沿欢迎参加深圳医学院2025年《生物制品学》课程本课程将带领大家深入探索生物技术领域的前沿发展，理解生物制品的基础知识与应用创新学习目标与内容结构创新能力培养锻炼生物制品创新思维前沿技术掌握了解最新生物技术进展基础知识构建掌握生物制品核心概念本课程旨在帮助学生全面理解生物制品的基本理论和关键技术，建立系统性知识框架你将了解从经典疫苗到前沿基因疗法的各类生物制品，掌握研发、生产和质控的专业技能绪论生物制品学概述早期发展现代革新18世纪末牛痘接种技术的开发标志着现代生物制品的起源基因工程、单抗、mRNA等技术带来生物制品的爆发式创新123黄金时代20世纪疫苗与抗生素的大规模应用与工业化生产生物制品学是研究利用生物体或其代谢产物制备预防、治疗和诊断用品的科学它融合了免疫学、分子生物学、生物化学等多学科知识，是现代生物医药的重要分支生物制品的定义与分类血液制品疫苗血浆分离产物预防性与治疗性基因与细胞制品基因与细胞治疗产品免疫制品诊断制品抗体与细胞因子体外诊断试剂生物制品是指利用生物技术从生物体或其代谢产物中制备的用于预防、治疗、诊断人类疾病的特殊药品与化学药品不同，生物制品具有高度复杂性、生物活性和批间差异等特点生物制品学的发展历程19世纪初期1796年，詹纳开发出第一个人工疫苗——牛痘苗，标志着现代免疫学和生物制品学的诞生20世纪前期1897年，贝林开发出白喉抗毒素；20世纪30-50年代，脊髓灰质炎、百日咳等疫苗的成功研发320世纪后期重组DNA技术革命，1982年首个重组胰岛素上市；单克隆抗体技术发展21世纪基因编辑、mRNA技术突破；新冠疫情中mRNA疫苗创纪录的研发速度生物制品的发展历程反映了人类对疾病认知和生物技术进步的共同演进从早期的经验性制备到现代精准设计，生物制品学已经历了革命性变革免疫系统基础知识免疫器官免疫细胞•中枢器官骨髓、胸腺•淋巴细胞T细胞、B细胞、NK细胞•外周器官脾脏、淋巴结•吞噬细胞巨噬细胞、中性粒细胞•黏膜相关淋巴组织•树突状细胞、肥大细胞等免疫分子•抗体（免疫球蛋白）•细胞因子•补体系统•主要组织相容性复合物免疫系统是生物体防御外来病原体侵袭的复杂网络，由多种器官、细胞和分子组成它能够识别自我与非自我，对抗感染，清除体内异常细胞，是维持机体稳态的关键系统抗原与免疫原性抗原的基本特征免疫原性的决定因素抗原是能被免疫系统识别并引起特异性免疫反应的物质，通常为并非所有抗原都具有同等的免疫原性影响免疫原性的主要因素外源性蛋白质、多糖或其他大分子抗原分子上能被抗体或T细包括胞受体识别的特定区域称为抗原决定簇或表位•分子量大小（通常10kDa更具免疫原性）表位分为线性表位和构象表位两种类型，前者由连续氨基酸序列•化学复杂性（结构越复杂越具免疫原性）组成，后者由空间上相邻但序列上不连续的氨基酸形成•遗传异质性（与受体个体的遗传差异）•给药方式与佐剂的使用主要免疫分子及其作用抗体（免疫球蛋白）•由B细胞产生的Y形糖蛋白•包括IgG、IgM、IgA、IgD、IgE五类•功能特异性结合抗原、激活补体、促进吞噬细胞因子•免疫细胞间的信号分子•种类白介素、干扰素、肿瘤坏死因子等•功能调节免疫反应强度、方向与持续时间补体系统•血清中多种蛋白质组成的级联反应系统•包括经典途径、替代途径和凝集素途径•功能增强吞噬作用、直接裂解病原体、促进炎症免疫分子是生物制品学研究的核心对象，许多治疗性生物制品正是基于这些免疫分子设计的例如，单克隆抗体药物模拟了天然抗体的结构与功能，而重组细胞因子则用于调节特定的免疫反应生物制品的主要类型疫苗血液制品用于预防和治疗疾病的生物制剂，通过模从健康人血浆中分离纯化得到的蛋白质制拟自然感染过程激活机体免疫系统，产生剂，用于治疗多种疾病对特定病原体的免疫力•白蛋白维持血浆胶体渗透压•预防性疫苗如乙肝疫苗、HPV疫苗•免疫球蛋白提供被动免疫•治疗性疫苗如某些肿瘤疫苗•凝血因子治疗血友病免疫制品利用免疫学原理开发的生物制剂，主要包括单克隆抗体和细胞因子类药物•治疗性抗体靶向治疗肿瘤、自身免疫疾病•细胞因子类干扰素、白细胞介素等现代疫苗技术分类传统疫苗技术灭活疫苗、减毒活疫苗亚单位疫苗技术2重组蛋白、多肽、病毒样颗粒核酸疫苗技术3DNA疫苗、mRNA疫苗新兴载体技术病毒载体、纳米载体疫苗技术的演进反映了生物医学科学的重大进步传统疫苗技术通过物理或化学方法处理整个病原体，而现代技术则更加精准，只选择特定抗原或遗传物质特别是mRNA疫苗技术在新冠疫情中展现了前所未有的研发速度和保护效力重组技术应用DNA目的基因克隆基因修饰与优化1识别并分离目标蛋白编码基因提高表达效率或改变蛋白质特性大规模生产表达系统构建优化发酵与纯化工艺将基因导入适当的表达载体和宿主重组DNA技术是现代生物制药的基石，通过基因工程手段使宿主细胞产生人源蛋白质药物以重组人胰岛素为例，该技术彻底改变了糖尿病治疗格局传统胰岛素需从动物胰腺提取，而重组技术利用大肠杆菌表达人源胰岛素，提高了安全性和生产效率单克隆抗体药物第一代第三代鼠源抗体（1975-1985）高免疫原性，临床应用受限人源化抗体（1995-2005）约95%人源化，进一步降低免疫原性1234第二代第四代嵌合抗体（1985-1995）约65%人源化，减少免疫原性全人源抗体（2005至今）完全人源化，最小免疫原性单克隆抗体（mAb）药物是生物制药领域的重要里程碑自1975年Köhler和Milstein发明杂交瘤技术以来，单抗药物经历了从鼠源到全人源的演变过程，解决了异源抗体引起的人抗鼠抗体反应（HAMA）问题细胞治疗与基因治疗细胞收集从患者体内分离所需细胞基因修饰使用病毒载体或基因编辑技术体外扩增培养足够数量的治疗细胞回输治疗将修饰细胞输回患者体内细胞与基因治疗代表着生物制品学的最前沿CAR-T细胞疗法是其中的代表性技术，通过基因工程手段在T细胞表面表达嵌合抗原受体，赋予其识别特定肿瘤抗原的能力2017年首个CAR-T产品Kymriah获批用于治疗B细胞急性淋巴细胞白血病，实现了难治性血液肿瘤的高缓解率质粒、病毒载体介绍质粒载体病毒载体质粒是细菌中存在的环状DNA分子，能够独立于染色体复制利用病毒感染细胞的天然能力，将目的基因导入靶细胞常用病作为基因载体，质粒具有以下特点毒载体包括•构建简单，成本低•逆转录病毒长期表达，整合基因组•基因包装容量大（可达10kb以上）•腺病毒高效转导，暂时表达•安全性高，不整合入宿主基因组•腺相关病毒AAV安全性好，靶向性强•转染效率相对较低•慢病毒可感染非分裂细胞主要用于DNA疫苗和实验室基因转移广泛用于基因治疗和细胞工程原材料的选择与管理菌种与毒种管理建立完善的菌毒种保藏系统，包括主代种子、工作种子库的建立与验证，确保菌毒种的纯度、遗传稳定性和生物学特性原料筛选标准制定严格的原料筛选标准，考察供应商资质、原料来源可追溯性、质量一致性等因素原料检定建立完整的原料检测体系，包括理化性质、生物活性、纯度、无菌、支原体、病毒等多项指标文件记录建立详细的原材料档案，记录批号、来源、检测结果等信息，确保全过程可追溯生物制品的质量直接受原材料影响，优质原料是确保产品安全有效的基础原材料管理应遵循质量源于设计的理念，从源头把控风险例如，疫苗生产中种子批的建立对产品稳定性至关重要，需严格验证其遗传特性和免疫原性生产用实验动物的管理实验动物种类饲养设施与条件•啮齿类小鼠、大鼠、豚鼠•屏障系统设计•兔类新西兰白兔•温湿度控制（20-26℃，40-70%）•灵长类恒河猴、食蟹猴•空气净化（HEPA过滤）•其他小型猪、鸡胚等•光照周期（12h明/12h暗）质量控制与伦理•微生物学监测•遗传质量控制•3R原则替代、减少、优化•动物伦理委员会审查实验动物是生物制品研发与质控不可或缺的工具，约70%的生物制品需通过动物试验进行安全性和效力评价不同生物制品对实验动物的要求各异，如疫苗效力检测常用小鼠，而灵长类则用于某些生物制品的安全性评价生物制品制备工艺流程原料准备原料预处理与质量检测•菌种/毒种复苏与活化•细胞库的建立与验证•培养基和缓冲液的制备上游工艺活性成分的产生•细胞培养/发酵•病毒增殖•蛋白表达下游工艺纯化与制剂化•收获与澄清•层析纯化•病毒灭活/去除•浓缩与配制制剂与包装最终产品形成•无菌分装•冻干（如需要）•标签与包装•质量检验与放行生物制品的制备工艺比传统化学药物更为复杂，需要严格控制每个环节的参数由于生物制品通常来源于活体系统，工艺即产品的理念在生物制药领域尤为重要工艺变更可能导致产品特性改变，因此需进行全面的可比性研究细胞培养技术哺乳动物细胞培养微生物培养规模化生产关键技术用于产生复杂蛋白质药物（如单抗）和用于产生小分子蛋白和多肽的高效平实现实验室到工业化的转化病毒疫苗的主要平台台•培养基优化无血清、化学成分明确•常用细胞系CHO、HEK

293、•常用菌种大肠杆菌、酵母、枯草芽Vero、BHK孢杆菌•过程控制反馈控制系统•培养模式贴壁培养、悬浮培养•培养密度可达高细胞密度•细胞工程高表达稳定细胞株构建OD600100•培养系统T瓶、摇瓶、生物反应器•单次使用技术降低交叉污染风险•表达系统诱导型启动子控制•工艺特点温度37℃，pH

7.0-

7.4，需精确控制溶氧•工艺挑战内毒素去除，包涵体复性发酵工程基础发酵罐类型生物制品生产常用机械搅拌式发酵罐，特点是混合效率高、溶氧能力强气升式发酵罐则结构简单、剪切力小，适合剪切敏感的细胞培养膜式发酵罐则用于小规模高通量筛选关键参数监控发酵过程需精确控制温度、pH、溶氧、搅拌速度、通气量等参数现代发酵工艺还引入了在线分析技术，如质谱、HPLC等，实现对代谢物的实时监测，支持基于PAT的质量控制放大原则从实验室到生产规模的放大是发酵工程的关键挑战常用的放大原则包括等功率比、等剪切率、等kLa值等放大过程需考虑几何相似性和流体动力学相似性，确保大规模生产的产品质量与实验室一致发酵工程是生物制品规模化生产的基础在工业生产中，发酵体积从几百升到数万升不等，发酵工艺的稳定性直接影响产品质量不同生物制品对发酵工艺有特定要求，如疫苗生产注重病毒效价，而重组蛋白则强调蛋白表达量和活性纯化与浓缩技术初步分离去除细胞碎片与大颗粒杂质•离心差速/密度梯度离心•深层过滤去除大颗粒悬浮物•切向流过滤初步浓缩层析纯化基于不同分子特性的分离•亲和层析高特异性捕获目标分子•离子交换层析基于电荷差异分离•疏水相互作用层析利用疏水性差异•凝胶过滤层析按分子大小分离浓缩与配制获得最终适宜浓度的产品•超滤基于分子量截留浓缩•透析更换缓冲液，去除小分子杂质•冻干提高稳定性，延长保质期纯化工艺是决定生物制品质量的关键步骤，通常采用多步骤层析策略，包括捕获、中间纯化和精细纯化三个阶段对于不同类型的生物制品，纯化策略各异例如，单克隆抗体通常采用蛋白A亲和层析作为捕获步骤，而重组蛋白则可能使用金属螯合亲和层析无菌技术应用洁净室设计生物制品生产洁净区通常采用气闸室、单向流动的人员物料路径、正压梯度等设计，确保高级别洁净区的环境控制根据产品特性和工艺要求，生产区域可分为A、B、C、D四个洁净度等级空气净化洁净室空气处理系统采用多级HEPA过滤，控制微粒、微生物污染关键操作区如灌装区通常配置单向流罩，提供ISO5（100级）环境空气循环次数、换气频率需满足相应级别要求人员管理操作人员是洁净区污染的主要来源严格的着装规程、无菌操作培训、定期微生物监测是确保人员符合要求的关键措施高风险操作区通常采用隔离装置减少人员干预环境监测建立完善的环境监测系统，包括微粒计数、沉降菌、浮游菌、表面微生物等项目，监控洁净区状态制定警戒限和行动限，确保及时发现和解决潜在问题无菌技术是生物制品生产的基础，尤其对于不能终端灭菌的产品，整个生产过程必须在无菌条件下进行无菌保证系统是一个综合性概念，涵盖设施设计、人员培训、工艺控制、质量监测等多个方面消毒与灭菌辐射灭菌高温灭菌γ射线或电子束灭菌，适用于热敏感材料，无残留包括干热灭菌（160-180℃，2-4小时）和湿热灭菌（121℃，15-30分钟或134℃，3-5分钟）过滤灭菌使用

0.22μm或更小孔径的过滤器，适用于热敏感液体消毒剂4化学灭菌酒精、季铵盐、过氧乙酸等用于表面消毒环氧乙烷、过氧化氢等气体灭菌剂，适用于设备表面消毒与灭菌是生物制品生产中控制微生物污染的关键措施灭菌是指杀灭或去除所有微生物的过程，而消毒则是降低微生物数量至安全水平不同灭菌方法各有优缺点，选择取决于材料特性和应用场景产品分装与包装分装前准备包括容器洗涤、灭菌、烘干以及分装设备的清洁、灭菌和设置所有接触产品的材料必须经过适当的灭菌处理，并验证其无菌状态灌装工艺根据产品特性选择适当的灌装方式，如时间压力灌装、蠕动泵灌装等灌装精度、速度和无菌条件是关键控制点通常在A级层流环境下进行冻干（如需要）对不稳定的生物制品，冻干是提高其稳定性的重要手段冻干周期包括预冻、一次干燥和二次干燥三个阶段，每个阶段的温度、压力和时间都需精确控制封装与标签产品封盖后进行铝盖轧盖，然后进行外观检查、贴标签、装盒等工序标签信息必须符合法规要求，包括产品名称、规格、批号、有效期等分装与包装是生物制品生产的最后环节，直接影响产品的安全性和稳定性生物制品通常采用西林瓶、预灌封注射器或安瓿等无菌容器，包装材料必须与产品相容，不影响产品质量生物制品稳定性研究稳定性影响因素稳定性研究类型生物制品的稳定性受多种因素影响，包括根据ICH指南，稳定性研究主要包括•物理因素温度、光照、震动•长期稳定性实际贮存条件2-8℃•化学因素氧化、脱酰胺化、聚合•加速稳定性较高温度25±2℃•生物因素蛋白酶降解、微生物污染•应力试验极端条件下的降解路径•配方因素pH、缓冲液、稳定剂•光稳定性对光照的敏感性•包装因素容器材质、密封性•冻融稳定性温度循环对稳定性的影响蛋白质类生物制品尤其容易发生聚集、氧化和降解，导致效价下降或通过这些研究确定产品的有效期、贮存条件和关键质量指标免疫原性增加稳定性研究贯穿生物制品研发、生产和上市后全生命周期早期研发阶段的预配方筛选需通过加速和应力试验，快速评估不同配方的稳定性表现而上市产品则需按照注册承诺进行持续的稳定性监测，并对工艺或配方变更进行比对研究质量控制与质量保证体系过程控制原辅料控制关键工艺参数监测与过程验证建立供应商审计与物料评估体系产品检测成品理化、生物学特性分析3质量保证文件管理内部审计与持续改进机制批记录与变更控制系统质量控制是确保生物制品安全有效的基础，涵盖从原料到成品的全过程监控与化学药品不同，生物制品的质量控制更加复杂，通常需要多种互补的分析方法来表征产品特性现代生物制品质量控制强调基于风险的方法，关注关键质量属性CQA与关键工艺参数CPP的关系生物制品的定量与生物检测物理化学方法免疫学方法生物活性测定用于表征生物制品的分子特性基于抗原抗体特异性结合评价产品的功能特性•蛋白质定量BCA、Bradford、紫外•ELISA定量分析主要蛋白•细胞增殖/抑制试验吸收法•Western Blot特异性与完整性•中和试验疫苗效力评价•纯度分析SDS-PAGE、SEC-HPLC、•免疫扩散抗原抗体反应沉淀•动物保护试验体内活性CE•流式细胞术细胞表面抗原•受体结合试验靶点亲和力•结构表征质谱MS、圆二色谱CD•酶活性测定功能性表征•聚集分析DLS、SEC、AUC、FFF•糖基化分析HILIC-HPLC、MS生物制品的定量与生物检测是质量控制的核心内容由于生物制品结构复杂、功能多样，通常需要建立多方法、多指标的检测体系物理化学方法提供分子水平的特性表征，免疫学方法确认特异性和抗原性，而生物活性测定则直接评价产品的功能无菌试验与热原试验无菌试验热原试验无菌试验是验证生物制品不含活微生物的关键检测，通常按照药典方法执行热原是能引起发热反应的物质，主要包括细菌内毒素和非内毒素热原热原主要包括检测方法包括•直接接种法将样品直接加入培养基•兔热原试验测量兔体温变化，可检测各类热原•膜过滤法适用于可过滤的溶液•LAL试验特异性检测革兰氏阴性菌内毒素•单核细胞活化试验MAT体外检测方法采用两种培养基不同生物制品有特定的内毒素限度，通常以欧盟/kg体重表示例如，静脉•硫乙醇酸盐培养基30-35℃，检测厌氧菌注射制剂限度为5EU/kg体重•胰蛋白胨大豆肉汤20-25℃，检测霉菌和酵母培养期为14天，无菌试验必须在A级洁净环境中进行无菌试验和热原试验是生物制品安全性评价的基础项目无菌试验虽然是最终放行检验，但不能单独依赖其保证产品无菌性，必须结合无菌工艺验证、环境监测等措施建立完整的无菌保证体系无菌试验前应进行方法适用性验证，确认样品中的防腐剂或抗生素不会抑制微生物生长生物安全与风险评估生物危害分类生物安全等级BSL•病原微生物细菌、病毒、真菌、寄生虫•BSL-1低风险，基础实验室防护•生物毒素内毒素、外毒素、蛋白毒素•BSL-2中等风险，生物安全柜操作•细胞株肿瘤细胞、原代细胞•BSL-3高风险，负压实验室、全套PPE•基因修饰生物重组DNA、转基因生物•BSL-4极高风险，全密闭防护服、正压系统风险评估与控制•危害识别生物因子特性与潜在危害•暴露评估操作方式与可能暴露途径•风险表征综合评估风险等级•控制措施工程控制、管理控制、个人防护生物安全是生物制品研发与生产的首要考量与传统药物不同，生物制品生产涉及活生物体操作，存在生物危害风险风险评估是生物安全管理的基础，需考虑病原体的传染性、致病性、传播途径以及可能的治疗手段等因素根据风险评估结果，确定适当的生物安全等级和防护措施产品注册与法规1临床前研究质量研究、药效学、毒理学评价，制定生产工艺与质控方法IND申请提交临床试验申请，获得监管部门批准后开展临床试验临床试验I期（安全性）、II期（初步有效性）、III期（确证性试验）NDA/BLA申请提交上市申请，接受监管部门全面审评审批上市后监管不良反应监测、IV期临床试验、再注册生物制品的注册法规体系比化学药物更为复杂，各国对生物制品的监管也各有特点在中国，生物制品注册主要遵循《药品注册管理办法》和《生物制品注册分类及申报资料要求》等法规国家药品监督管理局NMPA负责生物制品的审评审批，2018年药监改革后，审批效率显著提高国际标准与规范GMP,GLP,ICHGMP药品生产质量管理规范是生物制品生产必须遵循的基本标准各地区GMP要求有所差异欧盟GMP附录1专门规定无菌药品生产要求；FDA cGMP更注重验证和数据完整性；中国GMP2010版参考ICH标准但有本土特点生物制品GMP强调原材料控制、工艺一致性和污染防控GLP药物非临床研究质量管理规范确保实验室研究数据的可靠性GLP规定了设施、设备、人员、操作和记录等方面的要求生物制品的GLP研究特别强调生物样本的完整性、参比品管理和复杂实验系统的验证各国GLP要求基本一致，相互认可程度高ICH指南国际人用药品注册技术协调会制定的技术指南，旨在统一全球药品监管要求生物制品相关的重要ICH指南包括Q5系列生物技术产品质量、Q6B生物制品规格和Q8-Q12质量体系等中国于2017年成为ICH正式成员，加速了与国际标准的接轨随着生物药全球化发展，各国监管趋势日益协调近年来，FDA、EMA和NMPA等监管机构加强合作，推动监管科学创新，简化审批程序例如，多国接受同一份质量体系文件CTD格式和共享检查结果，降低了企业的合规成本重点疫苗品种概览百白破疫苗乙肝疫苗HPV疫苗百白破DTP疫苗是预防白喉、破伤风和百乙型肝炎疫苗是首个成功的重组亚单位疫苗，人乳头瘤病毒疫苗是预防宫颈癌的突破性疫日咳的三联疫苗，是全球儿童免疫规划的核显著降低了全球乙肝流行率苗，代表病毒样颗粒技术的成功应用心疫苗•酵母或哺乳动物细胞表达的HBsAg蛋白•二价、四价、九价不同覆盖型别•组分白喉类毒素、破伤风类毒素、灭活•铝佐剂增强免疫应答•重组L1蛋白自组装成VLP百日咳菌•3剂次基础免疫

0、

1、6月•年轻女性接种效果最佳•无细胞百日咳疫苗DTaP减少了不良反•新生儿接种可阻断母婴传播•预防效力接近100%应•保护效力95%，持续20年以上•全球约95个国家已纳入国家免疫规划•典型接种程序

2、

4、6个月及18个月加强•全球覆盖率约86%，但部分地区仍有不足血液制品发展与安全原料血浆收集献血者筛查与病毒标志物检测血浆冷冻与储存-20℃以下冷冻保存，维持蛋白活性Cohn分级分离乙醇浓度、pH、温度和离子强度梯度分离病毒灭活/去除溶剂/去污剂处理、热处理、纳滤等方法纯化与配制离子交换、亲和层析等进一步纯化步骤血液制品是从健康人血浆中分离纯化的蛋白质类药物，包括白蛋白、免疫球蛋白、凝血因子等Cohn分级分离法是传统的血浆蛋白分离方法，虽已使用近80年，但仍是工业化生产的基础现代血液制品生产通常结合层析技术，提高产品纯度和收率免疫制品抗体药物——抗体药物的作用机制抗体工程技术单克隆抗体药物通过多种机制发挥治疗作用现代抗体药物开发利用多种工程手段优化性能•中和作用直接结合并中和靶分子功能•人源化减少免疫原性•抗体依赖性细胞毒性ADCC招募NK细胞杀伤靶细胞•亲和力成熟提高靶向结合能力•补体依赖性细胞毒性CDC激活补体系统•Fc工程增强或消除效应功能•抗体依赖性吞噬作用ADCP增强巨噬细胞吞噬•糖基化修饰影响药代动力学和功能•信号通路调节激活或抑制特定信号通路•抗体片段改变组织渗透性双特异性抗体代表抗体药物的新方向，能同时结合两种不同抗原，实现独特的治疗功能例如，双靶向T细胞衔接BiTE抗体如blinatumomab，一端结合肿瘤细胞，另一端结合T细胞，形成临时免疫突触，激活T细胞杀伤肿瘤其他双特异性抗体格式包括双靶向FcDVD-Ig、双特异性IgGBsIgG等，各有独特优势创新型治疗疫苗肿瘤疫苗自身免疫疾病疫苗•肿瘤相关抗原TAA疫苗针对肿瘤高表达抗原•自身抗原耐受疫苗诱导免疫耐受•肿瘤特异性抗原TSA疫苗针对肿瘤突变抗原•DNA疫苗编码自身抗原的质粒•整细胞疫苗利用灭活肿瘤细胞•免疫调节肽疫苗调节T细胞反应•树突状细胞疫苗体外加载抗原的DC细胞•抗细胞因子疫苗诱导抗细胞因子抗体•病毒载体疫苗表达肿瘤抗原的病毒个体化疫苗•新抗原疫苗基于肿瘤测序数据•过敏原脱敏疫苗针对特定过敏原•微生物组疫苗基于个体微生物组•HLA限制性疫苗考虑个体HLA型别治疗性疫苗是现代生物制品的前沿领域，与传统预防性疫苗不同，它们旨在治疗已存在的疾病肿瘤疫苗是研究热点，通过激活机体对肿瘤抗原的免疫反应，增强抗肿瘤免疫力2010年FDA批准的前列腺癌疫苗Sipuleucel-TProvenge是首个获批的治疗性肿瘤疫苗，虽疗效有限但开创了先河基因工程疫苗重组蛋白疫苗1最成熟的基因工程疫苗技术病毒样颗粒疫苗无感染性但保留结构特征活载体疫苗基因修饰的减毒活载体核酸疫苗DNA和mRNA疫苗新平台基因工程疫苗是利用现代生物技术手段开发的新一代疫苗重组蛋白疫苗是基因工程疫苗的先驱，1986年获批的重组乙肝疫苗是首个成功的重组疫苗相比传统疫苗，重组蛋白疫苗具有更高的安全性和批间一致性成功案例包括HPV疫苗（病毒样颗粒技术）和带状疱疹疫苗Shingrix（重组糖蛋白加新型佐剂）病毒载体与递送系统基因材料制备目标基因设计与优化载体包装选择合适载体系统递送路径体内或体外基因转导靶向表达在特定细胞中表达病毒载体是利用病毒感染细胞的天然能力将基因材料递送到靶细胞的工具常用病毒载体包括腺病毒（高效率但暂时表达）、腺相关病毒AAV，安全性好但包装容量小）、慢病毒（可整合入基因组实现长期表达）和单纯疱疹病毒（神经细胞亲和性）每种载体都有特定的组织亲和性和安全特性，需根据治疗目标选择生物制品创新mRNAmRNA技术基础新冠mRNA疫苗案例信使RNAmRNA是细胞内负责传递遗传信息的分子，mRNA技术COVID-19大流行推动了mRNA疫苗技术的突破性发展以利用体外合成的mRNA在体内表达目标蛋白mRNA疫苗的工作原理BioNTech/辉瑞和Moderna的mRNA疫苗为例是•体外转录合成编码抗原的mRNA•靶标选择SARS-CoV-2刺突蛋白•通过递送系统（如LNP）将mRNA导入细胞•序列优化修饰核苷酸减少免疫原性•细胞利用自身翻译系统产生抗原蛋白•稳定构象引入脯氨酸突变稳定前融合构象•抗原蛋白激发免疫系统产生保护性免疫•临床效果保护效力90%，创下疫苗开发速度记录与传统疫苗相比，mRNA疫苗具有快速开发、高效表达和无基因组整这一成功不仅解决了疫情危机，也验证了mRNA平台的巨大潜力合风险等优势mRNA技术的应用远不限于传染病疫苗在肿瘤免疫治疗领域，个体化mRNA疫苗可根据患者肿瘤突变谱设计，激发针对肿瘤新抗原的免疫反应BioNTech的BNT122已在黑色素瘤临床试验中显示出有希望的结果此外，mRNA技术还可用于蛋白质替代治疗，如针对罕见代谢性疾病的酶替代治疗基因编辑与合成生物学CRISPR-Cas技术CRISPR-Cas9是革命性的基因编辑工具，以其简便、高效和精准著称该系统包括Cas9核酸酶和引导RNAgRNA，能特异性识别并切割目标DNA序列除Cas9外，Cas

12、Cas13等变体拓展了应用范围CRISPR技术在生物制品领域的应用包括基因治疗、细胞工程、动物模型构建和高通量筛选基因编辑细胞疗法CRISPR技术为细胞疗法开辟了新途径通过基因敲除PD-1或TCR可增强T细胞抗肿瘤活性；基因修饰CAR-T细胞可减少排斥反应，实现通用型产品；修复血液病相关基因突变可治疗遗传性疾病首个基于CRISPR的细胞疗法CTX001已在镰状细胞贫血和β-地中海贫血临床试验中取得突破性进展合成生物学应用合成生物学将工程原理应用于生物系统，设计全新的生物功能在生物制品领域，合成生物学用于设计高效表达系统、优化代谢通路和创造非天然生物功能例如，工程化酵母细胞可生产复杂天然产物；合成微生物可作为活疫苗或递送系统；人工细胞器可实现药物的条件性释放基因编辑和合成生物学技术正在改变生物制品的开发模式相比传统方法，这些技术能更精准地修饰生物系统，创造自然界不存在的功能例如，通过精确编辑抗体基因，可设计具有优化亲和力和效应功能的抗体药物；通过合成生物学方法，可构建能响应特定生理信号的智能递送系统干细胞制品与再生医学干细胞类型与特性临床应用方向干细胞是具有自我更新和分化潜能的细胞，主要包括干细胞治疗已在多个领域显示治疗潜力•胚胎干细胞ESC全能性，伦理争议•血液系统疾病造血干细胞移植治疗白血病•诱导多能干细胞iPSC重编程体细胞，避免伦理问题•自身免疫疾病MSC调节免疫反应•成体干细胞包括造血干细胞、间充质干细胞MSC等，多能性有•心血管疾病促进心肌再生限但安全性高•神经退行性疾病替代受损神经细胞•组织特异性祖细胞分化潜能更窄，定向分化能力强•糖尿病胰岛β细胞替代治疗•骨关节损伤促进组织修复干细胞制品是再生医学的核心，其作用机制包括直接分化替代受损细胞、旁分泌效应（释放生长因子和细胞因子）以及免疫调节作用目前全球已获批的干细胞产品有限，例如Hemacord（脐带血造血干细胞）用于造血系统重建，Prochymal（异基因MSC）用于抗GVHD，TEMCELL（人MSC）用于急性GVHD蛋白质工程药物靶点识别序列设计确定治疗靶标与作用机制理性设计或定向进化方法制剂优化4表达与筛选3提高稳定性与药代动力学特性建立高通量表达与活性筛选系统蛋白质工程是设计和改造蛋白质结构以获得期望功能的技术，已成为新型生物制品开发的重要手段重组蛋白药物种类丰富，包括酶替代产品（如阿糖苷酶α治疗庞贝病）、细胞因子（如干扰素、生长因子）、激素（如胰岛素类似物）、凝血因子（如重组因子VIII）和融合蛋白（如依那西普）等诊断用生物制品免疫诊断试剂基于抗原抗体特异性结合的诊断试剂，包括放射免疫分析RIA、酶联免疫吸附试验ELISA、化学发光免疫分析CLIA、胶体金免疫层析等免疫诊断广泛应用于传染病、肿瘤标志物、激素和自身抗体检测，具有特异性高、操作简便的特点分子诊断试剂检测核酸序列的诊断方法，主要包括聚合酶链反应PCR、基因芯片、测序和等温扩增技术分子诊断能直接检测病原体基因组，灵敏度高，可实现早期诊断新冠疫情中，核酸检测成为确诊的金标准分子诊断还应用于遗传病筛查、肿瘤基因分型和药物基因组学POCT即时检测即时检测Point-of-Care Testing指在患者附近快速完成的检测，如血糖仪、妊娠试纸和快速抗原检测POCT具有操作简单、结果快速、不需专业设备的优势，特别适合基层医疗和家庭自测新一代POCT正与移动健康技术结合，实现数据即时传输和远程医疗生物传感器将生物识别元件与信号转导器结合的检测装置，如酶电极、免疫传感器和基因传感器生物传感器实现了生物反应与信号检测的直接转换，具有高灵敏度和实时监测能力新型生物传感器正向微型化、多功能化和可植入方向发展，有望实现慢性疾病的连续监测诊断用生物制品是临床诊断的重要工具，与治疗用生物制品共同构成生物医药产业的两大支柱随着精准医疗理念的普及，诊断与治疗的结合日益紧密，伴随诊断Companion Diagnostics成为个体化治疗的基础例如，HER2检测对乳腺癌靶向治疗、EGFR突变检测对肺癌精准用药至关重要数字生物技术与自动化研发数字化转型人工智能和机器学习正在彻底改变生物制品研发流程计算生物学工具可预测蛋白质结构与相互作用，加速抗体和疫苗设计高通量筛选与自动化实验平台显著提高实验效率，而数字实验室系统ELN/LIMS则确保数据完整性与可追溯性生产自动化与智能控制生物制品生产线正从人工操作向全自动化转变单次使用系统SUS与自动化工艺控制相结合，提高生产灵活性；先进过程控制APC系统基于实时数据调整生产参数；而数字孪生技术则实现工艺模拟与优化，减少实际试验次数质量控制智能化过程分析技术PAT实现生产过程实时监控，减少事后检测；质量管理系统QMS数字化提高偏差管理与变更控制效率；而人工智能分析平台则能从海量生产数据中挖掘规律，预测质量趋势，实现预防性质量管理数字生物技术正引领生物制药行业的第四次工业革命以药明生物的智能工厂为例，该设施整合了机器人自动化、物联网传感器网络、人工智能控制系统和增强现实操作指导，实现了从细胞培养到灌装的全流程自动化，生产效率提高30%，人工成本降低50%，同时确保产品质量的一致性产业化与市场前景国内外政策与行业趋势中国生物医药政策国际监管趋势十四五规划将生物医药列为战略性新兴产业，提出建设全球生物医药全球生物制品监管呈现以下趋势创新高地主要政策举措包括•审批提速FDA突破性疗法、加速批准通道•药品审评审批制度改革，加快创新药上市•国际协调ICH指南全球推广，减少重复试验•医保谈判与国家集采，控制药品价格•适应性监管应对细胞基因疗法等新技术•专利保护制度完善，鼓励原创创新•真实世界数据补充传统临床试验•生物安全法实施，规范生物技术研发•全生命周期管理从开发到退市的一体化监管•国家重大科技专项支持，集中资源攻关中国药监审批效率显著提高，创新药上市时间大幅缩短例如，国家药监局NMPA实施优先审评审批制度，部分抗癌药物从申报到获批仅需6-8个月，与国际先进水平基本同步医保谈判也促进了创新生物药的可及性，2022年医保谈判中，多个生物制品通过大幅降价成功纳入医保目录，平均降幅超过60%产学研协同创新高校与研究所基础科学研究与人才培养科研机构应用技术研发与转化生物制药企业产业化生产与市场推广投资机构资金支持与商业化指导产学研协同是生物制品创新的重要模式以北京生命科学研究所与信达生物的合作为例，该项目将基础研究成果PD-1抗体成功转化为创新药物信迪利单抗，已在多种肿瘤治疗中获批上海张江生物医药产业园则形成了研发—临床—生产—销售的完整创新链，集聚了200多家生物医药企业和多所高校研究机构伦理、知识产权与社会责任伦理挑战知识产权保护生物制品研发面临诸多伦理考量，包括人体试知识产权是生物制药创新的基础，专利保护促验中的知情同意原则、动物实验的3R原则替进研发投入，但也引发药品可及性争议近年代、减少、优化、基因编辑与细胞疗法的伦来生物制品专利纠纷频发，如2021年阿斯利理界限，以及新技术可能带来的社会不平等康与赛诺菲的抗体专利案，判赔金额高达

1.782018年基因编辑婴儿事件引发全球关注，亿美元另一方面，强生放弃在低收入国家执促使各国加强生命科学伦理监管行其艾滋病药物专利权的案例，展示了平衡创新与可及性的新路径社会责任生物制药企业承担着重要社会责任，包括确保药品安全有效、合理定价、减少环境影响和参与全球健康事业许多企业建立了慈善药物项目，如默克的河盲症消除计划已向非洲和拉美地区捐赠超过40亿片伊维菌素，显著降低了河盲症发病率知识产权与可及性平衡是全球关注的焦点一方面，生物制品研发成本高，需要专利保护激励创新；另一方面，高昂价格限制了发展中国家患者获取创新药物的机会为解决这一矛盾，世界卫生组织推动自愿许可机制，鼓励原研企业向发展中国家制药商授权，以可负担价格提供药物生物制品未来发展展望数字健康个体化医疗生物技术与数字技术深度融合1基于基因组和生物标志物的精准治疗合成生物学从零设计生物功能与系统自动化生产智能制造与连续生产技术神经科学突破脑疾病新型生物治疗方案未来十年，生物制品领域将迎来革命性变革个体化医疗将从概念走向广泛实践，通过多组学技术和人工智能分析，为患者定制治疗方案例如，基于肿瘤基因组测序的个体化癌症疫苗已在临床试验中显示出令人鼓舞的结果，有望成为标准治疗选择基因编辑技术日趋成熟，CRISPR-Cas

9、碱基编辑和质粒编辑等工具将使基因治疗从罕见单基因疾病拓展至常见复杂疾病课程回顾与总结基础知识构建掌握生物制品基本概念与分类技术原理理解理解核心生产工艺与质控方法前沿动态把握了解最新研发趋势与产业化方向创新思维培养建立系统思考与跨学科视野本课程系统介绍了生物制品学的核心内容，从基础理论到前沿应用，构建了完整的知识体系我们首先学习了生物制品的定义、分类与发展历程，理解了免疫学基础与抗原抗体相互作用原理，这为后续深入学习各类生物制品奠定了基础接着探讨了主要生物制品类型，包括疫苗、血液制品、抗体药物等，分析了它们的研发原理、生产工艺与临床应用常见问题答疑生物制品与化学药的主要区别常见考点解析同学们经常询问生物制品与化学药物的根本差异生物制品具有以下特根据历年考试情况，以下知识点需要重点掌握点•疫苗分类与作用机制传统疫苗与新型疫苗平台的比较•来源不同生物制品源自活体系统，化学药多为合成•单抗药物发展史从鼠源到全人源的演变过程•结构复杂性生物制品通常为大分子蛋白质，结构极其复杂•生物制品质控关键点特别是无菌保证系统与生物活性测定•生产工艺生物制品强调工艺即产品，批间一致性难控制•重组DNA技术原理包括表达系统选择与优化策略•免疫原性生物制品可能引发免疫反应•细胞与基因治疗基础CAR-T工艺流程与质控挑战•稳定性生物制品对环境条件敏感，通常需冷链运输•法规与注册要点中美欧生物制品监管差异针对生物仿制药与生物类似药有何区别这一常见问题，我们需要明确生物仿制药是中国法规用语，生物类似药是国际通用术语，二者概念基本一致，指与已获批生物制品在质量、安全性和有效性方面高度相似的生物治疗产品由于生物制品的复杂性，完全相同的复制几乎不可能，因此强调相似性而非一致性展望未来加入生物技术创新行列作为新一代生命科学与生物技术人才，你们站在科技革命的前沿生物制品学不仅是一门学科，更是改变人类健康未来的强大工具从疫苗到基因治疗，从蛋白质工程到合成生物学，这些创新正在重塑医疗实践，攻克曾被认为不可治愈的疾病。