生物医药

动物细胞培养技术

    最早的生物制品是采用传统的生物化学技术从动物组织获取的，如生物提取的生长激素、干扰素、疫苗及白细胞介素等。随着社会经济的发展，人类对生物制品的需求激增，传统提取的生物制品产量和质量已远远不能满足需求，于是通过大规模培养动物细胞生产生物制品便被提到议事日程上来。第一代细胞培养技术核心问题是难以产业化或者说是规模化生产，体现在工艺生产时不能大规模制备产品；非批量生产容易导致产品质量的不均一性；难以对同批产品进行生产和质量控制。随后，利用199、MEM等合成培养基在转瓶中培养Vero细胞、BHK21细胞等传代细胞，被应用于疫苗的研发和生产。如60年代初，英国AVRI研究所在贴壁细胞系BHK-21中将口蹄疫病毒培养成功。
    随着生物制药的发展，采用玻璃瓶静置或旋转的培养方法，已不能满足所需细胞数量及其分泌产物，因而必须为工业化生产开创一种新的技术方法。在生物制品生产中动物细胞培养己越来越重要，而动物细胞培养的最主要设备就是生物反应器。由于哺乳动物细胞在促红细胞生成素(EPO)、干扰素(IFN)、尿激酶原(Pro-UK)、疫苗、特别是抗体药物等价值昂贵的生物制品的生产上具有独特的优势，因此近年来有关动物细胞生物反应器的研制进展迅速。目前国内外生物反应器的种类较多，如机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维管生物反应器、旋转式细胞培养系统、流化床（海绵基质）、笼式通气搅拌罐（微载体系统）、摇床式生物反应器等。
1983年，英国Wellcome公司就能够利用5000L的细胞罐进行大规模细胞培养生产口蹄疫疫苗；美国Genentech公司应用SV40为载体，将乙型肝炎病毒表面抗原基因插入哺乳动物细胞内进行高效表达生产出乙型肝炎疫苗；英国Celltech公司用气升式生物反应器生α、β和γ干扰素；用无血清培养液在10000L气升式生物反应器中培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体；美国Endotronic公司用中空纤维生物反应器大规模培养动物细胞生产出免疫球蛋白G、A、M和尿激酶、人生长激素等。现在，利用无血清无动物组分细胞培养基在1000L甚至更大容量的反应器中培养CHO悬浮细胞、NS0悬浮细胞，表达各种抗体药物，已成为生产抗体药物的关键手段。
    不论是疫苗生产还是抗体药物生产，采用更先进的细胞培养技术和培养基，提高单位体积培养液中疫苗或抗体的表达量，以提高生产能力、降低生产成本、减少固定资产投资，是所有利用细胞生产生物制品的企业不断努力的重点工作。
    1．细胞与产率。筛选细胞是抗体表达技术的一个重点。作为生物制品生产的载体，筛选优良的细胞种子，是获得高密度，高表达的前提条件。
    2．培养液与产率。营养丰富的培养基可以缩短细胞生长周期，增加细胞密度和收液次数、提高表达量，从而提高生物制品的产量；还可以大幅度降低新生牛血清使用量，减少血清带来的问题。另外，细胞培养基还是细胞筛选的关键营养物质。
    3．设备与产率。选择高密度细胞培养设备是提高生产效率的又一个关键。例如利用已投资的大量转瓶机配合新型多层转瓶，能获得高密度细胞培养，细胞密度可提高200％。
    在新设备选择方面，除常见的反应器之外，国际上还有很多高密度细胞培养技术和设备，如细胞密度可达1011的Hollow Fiber中空纤维细胞培养系统，同样值得借鉴甚至选择。
    4．过程控制与产率。生物制品生产过程比较复杂，应该不断监测、分析细胞培养情况以及病毒产量的过程数据，不断优化生产工艺条件和参数。

     从世界生物医药产业发展趋势来看，目前正处于生物医药技术大规模产业化的开始阶段，预计到2020年之后将进入快速发展期，并逐步成为世界经济的主导产业。近年世界生物医药产业发展显示了以下七个特点及趋势：
1、生物医药产业化进程明显加快，市场规模迅速扩张
     近20年来，以基因工程、细胞工程、酶工程为代表的现代生物技术迅猛发展，人类基因组计划等重大技术相继取得突破，现代生物技术在医学治疗方面广泛应用，生物医药产业化进程明显加快。全球研制中的生物技术药物超过2200种，其中1700余种进入临床试验。生物技术药品数量的迅速增加表明，21世纪世界医药生物技术的产业化正逐步进入投资收获期，全球生物医药产业快速增长。20世纪90年代以来，全球生物药品销售额以年均30%以上的速度增长，大大高于全球医药行业年均不到10%的增长速度。生物医药产业正快速由最具发展潜力的高技术产业向高技术支柱产业发展。
2、生物医药发展呈现市场集中、产品集中的显著趋势，发达国家占据主导地位
     一是少数发达国家在全球生物医药市场中占有绝对比重，处于产业主导地位。在世界药品市场中，美国、欧洲、日本三大药品市场的份额超过了80%。从生物技术产业看，2002年，全球生物技术公司总数已达4362家，销售总额约为413亿美元，其中生物技术公司总数主要集中在欧美，占全球总数的76%，欧美公司的销售额占全球生物技术公司销售额的93%，而亚太地区的销售额仅占全球的3%左右。美国是生物技术产业的龙头，遥遥领先其他国家，其开发的产品和市场销售额均占全球70%以上。二是大的跨国公司主导了世界专利药市场，跨国企业在全球医药市场中的地位日益攀升，所占比重不断增长。1994年全球制药20强企业销售收入占全球医药市场的50%，2002年上升到66%，现代医药产业的集中度逐年上升,跨国企业的垄断程度不断加大。三是在产品市场领域，单品种销售的市场集中度也呈现不断增高趋势，2002年全球最畅销的10种药物的总销售额近400亿元，占2002年全球药品销售额的1/10。这种市场集中状况在短期内不会改变。
3、发达国家已形成若干生物医药产业密集区
     在生物技术产业迅猛发展的浪潮推动下，经过多年的发展和市场竞争，加上政府不失时机地加以引导，许多发达国家在技术、人才、资金密集的区域，已逐步形成了生物产业聚集区，由此形成了比较完善的生物医药产业链和产业集群。美国已形成了旧金山、波士顿、华盛顿、北卡、圣迭戈五大生物技术产业区。其中硅谷生物技术产业从业人员占美国生物技术产业从业人员的一半以上，销售收入占美国生物产业的57%，R&D投入占59%，其销售额每年以近40%的速度增长。除美国外，英国的剑桥基因组园、法国巴黎南郊的基因谷、德国的生物技术示范区、印度班加罗尔生物园等,聚集了包括生物公司、研究、技术转移中心、银行、投资、服务等在内的大量机构，提供了大量的就业机会和大部分产值。这些生物技术产业集群已在这些国家和地区产业结构中崭露头角，对扩大产业规模、增强产业竞争力作出了重要贡献。
4、传统医药产品仍居主导地位，生物技术制药和天然药物前景广阔
     由于不少重量级产品的带动，抗生素的需求仍呈现增长态势，总体上讲，未来10年传统化学药物市场依然庞大，约占整个医药市场的70%左右。由于生物技术的迅猛发展、人们医药消费结构的变化以及药物本身的安全性能要求，化学药品在药物市场中的统治地位正受到严重挑战，生物类新兴药物将在药品市场中迅速崛起，生物药物已成为药物研发的重中之重，同时越来越多的高新技术和生物技术将应用于天然药材的种质改良当中，天然药物将获得更为快速的增长。

5、研发投入不断增强，市场并购重组高潮迭起
     生物医药产业具有高投入、高收益、高风险、长周期的特征，需要高额投入作为产业进入和持续发展的条件。为应对科技创新瞬息万变和国际科技竞争日趋激烈的局势，各国际大型跨国医药企业争相加大科研投入。据统计，全球大型制药公司研发投入占销售额的比重在9%～18%之间，而著名生物技术公司的研发投入占销售额的比重则在20%以上，对于纯粹的生物技术公司，研发投入比重更大。为建立全球性的生产与销售网络，最大限度降低成本，也为了获取新药或是直接掌握新技术，生物技术公司之间、生物技术公司与大型制药企业以及大型制药企业之间在全球范围内的兼并重组非常活跃。如2000年，英国葛兰素威康公司和史克必成公司合并成立葛兰素史克公司。美国华纳-朗勃特公司和Agouron制药公司、强生公司和Centocor公司并购案。全球范围内生物医药行业的并购和重组热潮，大大提高了发达国家及跨国公司抢占市场、垄断技术、获取超额利润的能力。
6、战略性技术同盟成为新药开发的成功模式
     新药发现是一项整合分子生物学、基因组学、系统生物学知识和技术的复杂的系统工程，前期投资巨大，风险也很大，需要跨国制药巨头之间、生物技术公司和制药公司结盟并联合进行投资。据资料反映，2000年被批准的生物技术药物中有一半是通过合作的方式研制成功的。这种加强合作的趋势主要表现在：一是战略同盟促成生物技术向产业化转化。由于大部分生物技术产品及生产技术掌握在新生的生物技术企业手中，为保持新药研发的持续性，几乎所有的制药企业都与生物技术公司结成战略联盟，由这些技术力量雄厚的专家型小生物技术公司进行技术开发与创新，通过合作开发，获得生物药品的生产技术或生产权，这种模式成功促进了生物医药产业的良性发展。二是创新药品开发采用委托外包策略。为了缩短创新药品开发时间，近几年许多生物技术和制药公司开始和一些小型公司结成技术联盟，将技术性强的研究开发内容，分包给具有研究实力的小型公司完成。
7、各国政府高度重视生物产业发展
     许多国家都把生物技术产业作为21世纪优先发展的战略性产业，作为提高本国竞争力的重要手段，纷纷制定发展计划，加强领导，网罗人才,加大对生物医药产业的政策扶持与资金投入。例如，美国将生物医药产业作为新的经济增长点，实施“生物技术产业激励政策”，持续增加对生物技术研发和产业化的投入；日本制定的“生物产业立国”战略；欧盟科技发展第六个框架将45%的研究开发经费用于生物技术及相关领域，英国政府早在1981年就设立了“生物技术协调指导委员会”，采取措施促进工业界、大学和科研机构加大对生物技术开发研究的投资；新加坡制定了“五年跻身生物技术顶尖行列”规划，5年内将拨款30亿新元资助生命科学和生物技术产业；印度成立了生物技术部，每年投入6000万美元～7000万美元用于生物技术和医药研究；20世纪90年代古巴在经济十分困难的情况下，实施“生物技术投资计划”，投入10亿美元发展生物技术产业，10年来已取得400多项专利，生物医药产品出口到英国等20多个国家，直接促进了古巴经济的繁荣。