动物药学科技论文

动物细胞和植物细胞工程制药探讨论文

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摘要：

细胞工程是生物制药工业中的关键技术，其在医药领域的应用使得生物制药行业得到了极大的发展，细胞工程制药前景广阔。通过对相关文献和数据的整理和分析，概述了细胞工程制药领域相关技术及其在生物制药工业中应用的意义与展望。

关键词:

细胞工程;生物制药;动物细胞工程;植物细胞工程;转基因;反应器;

1、生物制药及细胞工程概述

生物制药是生物技术的综合利用，从生物体、生物组织、细胞和体液中分离出有效成分，制备用于预防、治疗和诊断的产品[1]。天然的生物材料赋予了生物制药安全性高、副作用小、营养价值较高的特点，这些显着的优势使生物药物越来越受人们的青睐，这也是生物药物市场不断扩大的重要原因之一。

细胞工程是以细胞为研究对象，按照需求利用细胞和分子生物学的理论设计和操作，使细胞在遗传学上的特性发生变化，达到改良或创造新品种的目的，在大规模地培养和繁殖后，最终提取出对人类有利的产品。在工业上，主要包括上游工程(包括细胞培养、遗传操作和保存)和下游工程(包括转化细胞在生物制品生产中的应用)[2]。如今，细胞工程在生物制药工业发挥着不可替代的作用。

2、动物细胞工程制药

、动物细胞工程制药的概述及早期发展

动物细胞工程制药最早能够追溯到20世纪50年代，用动物细胞生产病毒，也就是在生物反应器中培养动物细胞，进行大规模培养后，再接种减毒或灭活的病毒来生产疫苗[3]。常见的动物细胞培养技术流程，一般是先将动物组织分散成单个细胞、细胞群(团)后，接种于培养基中进行原代培养，再经过10～50代的传代培养，就初步得到了需要的细胞系。然而，由于自然界的细胞普遍表达水平低，通过这种方法生产的产品不仅产量低，而且成本高，因此，早期动物细胞培养并没有得到充分的重视。

、杂交瘤技术

杂交瘤技术在20世纪70年代的创建，是动物细胞技术发展新的里程碑。随着杂交瘤技术在工业领域的应用，各种新产物相继出现，在生产用于疾病诊断和治疗的生物制品中具有重要意义[3]。1984年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了创立抗原选择抗体学说以及发明单克隆抗体技术的3位科学家。他们提出将能够分泌特异性抗体的B淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合筛选，形成能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这种方法得到的融合细胞可以稳定生产特异性强、效价高的单克隆抗体。

、动物细胞大规模生产技术

动物细胞大规模生产指在人工条件下，在细胞生物反应器内大量培养有用的动物细胞，是生产药品的技术，也是制药业的关键技术。由于动物细胞对外界环境变化高度敏感，细胞培养放大工艺需要从实验室规模逐级放大到生产规模，各个反应器中工艺的差别成为目前放大过程的一大技术挑战[4]。通过动物细胞生产生物制品已成为全球生物产业的主要支柱，目前通过动物细胞培养获得较多的生物制剂是蛋白和抗体。

、动物生物反应器

动物生物反应器可以从转基因动物体内源源不断地获得人类需要的某种蛋白，并进行工业化生产蛋白质。依据产生蛋白部位的不同，可分为多种类型的生物反应器，如血液生物反应器、唾液腺生物反应器等。科学家发现，由于雌性动物的乳腺能够高效表达重组蛋白并进行一定的修饰，乳腺生物反应器成为最被看好的生物反应器发展方向。随着技术的发展，乳腺生物反应器的产物已经扩大到了抗凝血酶、凝血因子、人蛋白，还有各种溶菌酶、超氧化物歧化酶、干扰素等许多具有极高医用价值的酶或细胞因子。作为一种全新的生物生产模式，由于其在生产天然产物时的高产量、低成本的优势[5]，乳腺生物反应器在生物医药行业将得到更广泛的应用。

、动物细胞核移植

动物细胞核移植在细胞工程中同样具有良好的前景。将动物的供体细胞核取出，注入另一个去核并且处于减数分裂中期的卵母细胞，改变细胞的遗传特性，以产生新产品，再将其进行体外培养、繁殖、纯化、提取，最终用于疾病治疗。我国对鱼类的核移植研究最早，“中国克隆之父”童第周在20世纪60年代就完成了世界上第一例鱼类细胞核移植。后来，我国学者又尝试在其他多种品系鱼类之间进行核质融合实验，并利用模式动物斑马鱼，揭示鱼类核移植后再程序化的分子机制，取得了巨大的研究成果，推动了鱼类核移植技术及其他相关领域的快速发展[6]。如今，动物细胞工程在生物制药领域意义重大。由于动物细胞结构的复杂性和分工的明确[7]，动物细胞工程具有巨大的优势。

3、植物细胞工程制药

、植物细胞工程制药的概述及早期发展

将植物直接入药或者从植物体中提取有效成分是一种生产药物的传统方法。随着技术的成熟，处理和提取过程越来越简便，目前多种中药都是这样生产的。但是，这样的方法只适合容易栽培、繁殖速度快的植物，对于那些生长周期长、提取难度大的植物并不适合，所以受到了诸多限制。比如拥有抗癌成分的红豆杉曾因为人们的大规模砍伐，遭受了毁灭性的破坏[8]。

植物细胞工程制药，是将植物细胞作为基本研究单位，对植物细胞进行一系列操作，改变植物细胞生物特性，最终达到改良或培育新品种的目的[9]。应用植物细胞及组织培养，具有杂质少、提取简单、有效成分含量高和培养周期短的优势。植物细胞工程制药目前主要体现在组织及细胞培养、遗传特性改造以及转基因植物等方面。

、植物细胞工程大规模培养

最早提出应用植物大规模提取天然药物的是20世纪50年代美国的科学家，他们从多升发酵罐中得到了大量药用成分呋喃色酮。我国作为植物药用历史最悠久的国家之一，应用细胞培养技术能够帮助我国传统中药材发挥更大的价值。

丹参是具有活血化瘀、通经止痛功效的一味中药，其中的'主要成分——酚酸类和二萜类，药理作用主要表现在对心血管系统疾病的治疗。目前，由于丹参有效成分含量低、生长缓慢，野生丹参资源遭到大规模破坏，加上各地培育出的品种质量良莠不齐等原因，其在数量以及质量上都难以满足市场的供给需求[10]。经过实验研究发现，用一种10L规模的特殊植物组织反应器培养丹参发根，仅用50天，鲜重增殖倍数高达240倍，各种有效成分含量也得到大幅度提升。这是一种非常适合丹参发根生长及产物积累的方法，而且避免了农药等物质的污染。

、植物转基因技术

转基因植物与转基因动物相比有独特的优势，一方面植物细胞具有全能性，细胞培养条件简单且易于成活；另一方面进入植物体的外源基因，可以在与其他植物杂交的过程中积累有益基因优化表达。利用转基因植物也能生产疫苗，以植物作为生物反应器，将携带抗原基因的载体导入受体细胞，在植物体内表达和修饰这类特定抗原，成为具有免疫活性的蛋白质。香蕉、胡萝卜、土豆等都可以作为受体植物。一些转化编码基因的植物疫苗，如HBsAg、LTB、诺沃克病毒等，已被用于预防和治疗乙型肝炎及细菌性腹泻。在生物和临床试验中，均展示了良好的免疫应答，相较于传统疫苗，具有生产成本低、成功率高、易形成规模化生产等优势。尽管植物转基因疫苗的研究还处于起步阶段，但我国报道的转基因植物生物试验已经取得了一些成果[11]，成为我国制药业的重要进步。

、植物生物反应器

植物生物反应器，又名“植物基因药厂”。这种技术拓宽了药用蛋白及疫苗的来源，在降低成本的同时，扩大了生物制药产业规模，并产生了巨大的商业价值。植物生物反应器的研发，对于在全球范围内抢占生物经济制高点有着重要的意义，许多发达国家都已把植物生物反应器的研发列入了国家重点生物技术研究的战略性计划[12]。我国开发植物作为反应器始于20世纪90年代，目前对于植物生物反应器的研发和投入与发达国家还存在一定的差距。在我国“九五”计划对这一项目进行政策扶持后，目前已经取得了大幅度进展[13]。

4、细胞工程制药的意义与展望

研究细胞工程制药的研究进展和前景，对于制药业的发展有重要意义。据统计，世界上50%的医药产品来自细胞工程制药，其中，植物细胞提取物和动物细胞提取物大约各占1/2。细胞工程在生物制药工业中占据重要地位，为新药开发提供了技术操作基础，在治疗免疫性疾病、提升治病疗效、创新医药品等方面都有广泛的应用[8]，细胞工程制药的研究在不断取得突破，其影响和前景也日渐得到展现。如今，生物制药与细胞工程已经紧密联系在一起，随着细胞工程技术在生物制药生产中的普遍应用，生物制药行业发展迅速，取得了巨大的经济效益[14]。

伴随着更多新兴技术的出现和更新，在未来细胞工程制药研发过程中，可以充分利用各种技术平台寻找最佳研究方案。与其他相关领域的结合，也将更好地推动我国生物制药领域的发展。近半个世纪以来，细胞工程制药发展迅猛，并且已在医药领域取得了众多的研究成果。所以，在“十四五”规划期间，应更加重视战略性新兴产业，进一步加快和壮大新一代生物技术的发展。

参考文献

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动物医学学院 动物医学学院创建于1948年，其前身分别是兽医系与动物医学系，1998年正式建院，先后建立了动物医学、兽医公共卫生、动物药学和禽病防治4个专业以及动物医学七年制“本硕”连读班；目前主办专业为动物医学专业（含动物医学七年制“本硕”连读班）和动物药学专业。 学院拥有我国高等农业院校动物医学专业学科门类的一级学科博士点和博士后流动站，5个博士点（家畜解剖组织学与胚胎学、兽医病理学、预防兽医学、兽医内科学与兽医外科学）和11个硕士点。所涵盖3个二级学科均具有博士和硕士学位授予权，3个二级学科均为黑龙江省重点建设学科，其中基础兽医学科为国家重点学科，临床兽医学科为国家重点培育学科。 动物医学学院机构设置包括院党总支、院行政、院办公室和院团委。设有基础兽医学系、预防兽医学系、临床兽医学系、动物药学系及其所属13个教学科研室，拥有一个动物临床教学医院。共有在岗教职工80人，在岗专业教师52名，专业教师中具有博士学位教师达到70%，具有硕士学位教师占100%，外缘教师近50％；具有博士生导师14人，硕士导师28人，其中有国家1人，省级2人，龙江学者2人，拥有国内一流的教学与科研队伍和条件。 教师中担任中国农学会农业教育专业委员会副主任委员1人，黑龙江省有突出贡献的中青年专家2人，全国兽医专业学位教育指导委员会委员1人，教育部动物医学类教学指导委员会委员1人，全国畜牧兽医学会二级学会理事长、副理事长、秘书长等18人。 近十年来，主持承担国家自然科学重大项目、重点和面上项目、“973”项目、国家“863”项目、国家杰出青年基金项目、霍英东青年基金、国家教育部科技计划项目、国家农业部成果转化资金项目等56项；黑龙江省科技攻关项目、自然科学基金项目、杰出青年基金项目、国家及省博士后基金项目70余项；各厅局科研项目69项，共计196项。 获教育部与黑龙江省科技进步奖35项。在国内外相关学术杂志上公开发表国家核心刊物科研论文1142篇，其中国家一级核心刊物359篇,46篇被SCI收录，16篇被EI收录。 近十年先后主持教育部面向21世纪、新教改工程、质量工程与全国农业高教研究会项目等国家教改项目7项，省级教学项目21项，黑龙江省精品课4门，国家精品课提名5项，获教学成果二等奖1项,省级教学获奖20余项，教学文章65篇。 主编十五、十一五国家统编教材15部，副主编8部，参编21部，出版专著13部。 近十年，有22名中青年教师先后到德国、加拿大、美国、俄罗斯、日本等大学和研究所进行攻读学位、访问学习或进行博士后研究工作。有来自德国、加拿大、美国、韩国等国外学者进行讲学和学术交流。国际禽病协会理事，德国汉诺威兽医学院Neumann教授、加拿大动物疾病研究所，及美国衣阿华州立大学兽医学院等先后被聘为本学科名誉教授。 严谨认真的办学态度，独特的办学理念，重视理论与实践相结合，注重教学研究带动专业进步和发展，在教学管理和教学质量上已形成自身特点和完善与完整的系统，奠定了东北农业大学兽医五年制本科教学在全国的特殊地位。先后培养了本科生3000余名，硕士生704名，博士生177名，博士后32人。硕士研究生招生规模每年已达100余人，与本科生相当。动物医学学院已经成为研究教学型学院。 动物医学专业是以现代动物医学与生物学理论为基础，以分子生物学、微生物学、动物生物化学、免疫学等生物科学技术为应用工具，以掌握动物疾病防治、动物保健、动物产品检验、进出口检疫、服务人类健康、保障动物生产等技术应用与技能培养为核心，以兽医官、兽医师为主要培养方向，胜任和适合从事企业、公司、科研单位、高等院校、海关、行政机关、高新技术开发应用等领域的各类工作以及相关专业工作。 动物医学专业培养目标为厚基础、重能力、强实践、高素质的适用性复合型人才。重视课程实验、综合大实验、临床实习和毕业实习，具有创新能力和实践能力。本专业师资力量和学术水平在全国同行业中处于优势地位。为黑龙江省重点专业。 动物医学和动物药学的研究领域很多，除防治畜禽疾病外,还延伸到医学、生物学、水产生物学以及环境保护和空间医学等领域,同生物、医学结合得更为紧密。毕业生择业范围较广。特别是人兽共患病防制工作，需与医学领域共同努力,保障人类健康。该行业具有较强的科研性质。 目前，工业污水、各种农药、某些化学药品、抗生素、激素类、饮料与饲草的霉菌毒素等残毒进入动物体内。残留量超过一定限度时,人们食用则造成严重危害，甚至引起致癌、致畸、致突变等后果。随着人们生活水平的不断提高，人类对动物性食品和高档毛皮织物的需求量日益增加。对乳、肉、蛋和毛皮等畜产品的卫生和药物污染检验则愈加重要，“绿色动物性食品”更需要这种检验工作,因此这一行业大有发展前景。 为防止各国间的动物疫病的传播和蔓延，必须在空港、海港、铁路、公路等部门设立检疫机构，做好进出境的动物和动物产品的检疫、执法工作。近年禽流感的发生和动物性食品药物污染频发，突显出动物医学和动物药学专业的重要性，与国际接轨需要具有现代兽医科学检疫技能和很高的政治素质的检疫工作人员。 随着生活水平的不断改善，伴侣动物越来越多，随之而来的伴侣动物的疾病防制需要开办更多的动物医院，也成为很多学生毕业后的去路，行业发展大有前途。 利用微生物学、免疫学和生物化学的基础知识以及应用基因工程技术来制造高效疫苗、菌苗、免疫血清和诊断液等，使各种动物免于疾病的威胁，使高密度的集约化饲养业得以实现。在我国畜牧业高速发展的今天，具有良好的就业前景。 实验动物应用涉及生物科学的各个学科，在工业和食品有毒物质的测试、环境监测、公害对策、农、牧、渔业生产，特别在医学、生物学研究中，验证药物效果、毒性试验、致癌致畸物质的测试，以致探索海洋深层和高空宇航中的生命现象等方面的研究，均需要高标准的实验动物进行科学试验。动物医学专业肩负着发展实验动物科学的职责。行业的发展前景广阔。 动物医学专业（五年制） 培养目标 培养具有牢固的生物学基础、严格的实验操作和应用技能，系统地掌握动物疾病诊断、治疗和防治理论与技术操作，毕业后可从事动物疾病防治、临床诊断与治疗、动物保键、动物药品与生物制品的研制与开发、卫生检验、动物检疫、饲养技术及生物技术等相关工作，培养具有牢固的生物学基础、严格的实验操作和应用技能，胜任执业兽医、官方兽医和科学研究工作的兽医科学技术人才。 专业特色 本专业师资力量雄厚，为我国兽医专业一级学科博士点和一级学科博士后流动站，可招收本专业多学科硕士和博士生，可为本专业学生进一步深造提供良好的条件和机会。本专业实行五年制教育，重视专业职业化教育，给予学生充分的学习、实验和实习空间。此外本专业学生除可掌握现代生物学和兽医理论与技术外，还开设有跨学科专业40多门（包括兽医临床、饲养、生物技术、动物药学模块）选修课，为学生提供了开阔的视野，可从事相关专业及非专业工作，该专业具有广阔的择业机会和多层次的就业条件。 主要课程 家畜解剖学、家畜组织与胚胎学、动物生理学、动物生物化学、兽医药理学、兽医病理解剖学、兽医病理生理学、兽医临床诊断学、家畜外科手术学、兽医微生物学与免疫学、兽医流行病学原理、兽医内科学、兽医外科学、中兽医学、兽医产科学、家畜传染病学、家畜寄生虫与寄生虫病学、动物性食品卫生学、畜牧学、生物统计学等。 毕业去向 学生完成学业后，具备较强的工作适应能力，可从事专业和与专业相关方面工作。除相当部分学生攻读动物医学、生物工程、动物科学等专业硕士研究生外，主要从事工作包括：畜禽传染病和寄生虫病的防制工作，畜禽疾病的临床诊断与治疗工作，宠物门诊、动物保健、药品检验与开发、动物性食品的卫生检验工作和市场、海关动物检疫工作，动物产品、药品及生物制品的产、营、销工作，以及与本专业相关的科研院所、教学单位和行政管理工作。 动物医学专业（七年本-硕分流培养） 包括基础兽医学、预防兽医学、临床兽医学三个专业培养方向。 培养目标 七年制本-硕连读班采取直读硕士研究生分流培养模式，高起点招收和培养高素质、高层次动物医学专业科研人才，除具备五年制各项技能外，还重点专向培养学生在外语、计算机应用、跟踪国内外科研动态和科研工作的能力。培养具备牢固的生物学和动物医学理论与实验技能，注重严格而系统的理论和动物疾病诊、治、防、检及其科研素质的培养，同时加强创新性思维与创新精神培养的人才。不仅能够从事兽医师工作，而且能胜任生物学、动物医学及相关高新技术领域的科学研究、教学专业管理、监管检疫等方面的工作，毕业后主要工作方向是科研教学单位、高技术领域和行政管理部门。 专业特色 七年本-硕连读专业培养立足于动物医学学院雄厚的师资力量和学科实力，具有众多的博士点和硕士点（5个博士点，11个硕士点）和雄厚的导师队伍。在本科阶段强化外语、计算机水平以及专业培养，通过两次分流和三个专业方向择优选择专业，符合条件的学生可免试直接进入硕士研究生阶段学习。 主要课程 家畜解剖学、家畜组织与胚胎学、动物生理学、动物生物化学、兽医药理学、兽医病理解剖学、兽医病理生理学、兽医临床诊断学、外科手术学、兽医微生物学与免疫学、兽医流行病学原理、兽医内科学、兽医外科学、中兽医学、兽医产科学、家畜传染病学、家畜寄生虫与寄生虫病学、动物性食品卫生学、畜牧学、生物统计学。 毕业去向 高等院校、科研院所、高新技术产业、国家检验检疫监督部门、食品卫生监督部门、海关及行政机关从事卫生检疫、药品检验与开发、科研和教学等工作。 动物药学 培养目标 该专业培养适应社会主义市场经济发展、社会主义现代化建设及社会文明进步需要的德、智、体、美、劳全面发展的，从事与动物药品和动物生物制品及其相关产业研究、开发、生产、药物检验、管理的动物药学科学技术的应用型人才。 专业特色 强调动手能力，突出创新性，能适应经济建设和市场需求，具有现代意识和法律意识，具有宽厚而系统的动物药学和动物生物制品及相关学科的基础理论和基本知识，具有从事动物药物和生物制品研究、开发及使用的基本技能，接受科学研究思维和技能训练，具备该领域研究、开发、教学和管理的能力。 主要课程 家畜解剖学、家畜生理学、动物生物化学、兽医药理学、兽医微生物学、无机化学、有机化学、分析化学、药物化学、药物分析学、药剂学、中药制剂学、生化制药学、动物毒理学、临床兽医学、毒理学、动物病理学基础、动物病原学、动物免疫学、生物统计与试验设计、兽医生物制品学、中兽医学、中药制剂学、兽医临床诊断学、实验动物学等。 主要实践环节：教学实习、毕业生产实习、毕业论文、科研训练、生产劳动、社会实践（40～45周，其中毕业实习10周）。 毕业去向 该专业学生主要学习动物药学、化学及生物医学的基本知识、基本理论和基本技能，具有扎实的基础和较宽的专业知识，能够从事化学药物、中药、生物制品、天然药物、生物药物分析、临床合理用药、兽药经营、药品生产与管理，以及新药的研究与开发等方面工作的高级科技人才。同时也为研究生教育输送人才。