基因工程药物的应用范例(3篇)

基因工程药物的应用范文

[关键词]药用植物；组织培养；生物技术

随着市场需求量的日益增涨，药用植物不仅仅应用于传统医学保健和治疗中，还作为化学药品的原料，应用广泛。许多药效显著、需求量大的植物源化学成分在生产上主要依赖于药用植物的提取、纯化，如紫杉醇、青蒿素等。然而，由于生态环境的破坏造成土地和其他自然资源的减少和恶化，以及药用植物有效成分提取效率低下，植物原料质量参差不齐等不足，使得我国药用植物有效成分的生产，面临诸多问题和挑战。借助于先进的科学技术手段，可以提高药用植物的生产效率和品质、减轻资源压力，对增强我国药用植物产业的竞争力，发挥其应有的巨大潜力，并使之能够可持续发展具有重要的意义。

生物技术是药用植物生产最快捷、最有前途的手段之一。应用生物技术进行中药材生产有以下几个优点：①药材（或活性成分）的生产可以在人为控制条件下进行，不受季节、气候条件与土壤环境等因素的制约，可排除病虫害的侵袭与农药残留量的困扰，严格控制药材质量。②可进行特定的生物转化反应，生产人们需要的活性成分。③通过活性成分生物合成路线进行遗传操纵，提高目的物的产量。④通过加入或删除基因而改变其遗传特性，达到大幅度提升产量或合成新的活性产物[1]。从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质。

由于植物细胞具有全能性，即单个细胞在适宜的环境下可分化发育成植株，并具有整株植物所具有的合成化合物的能力，因此组织培养技术是药用植物大规模生产的重要手段之一。药用植物组织培养的研究工作取得了较大进展：已有百余种植物次生代谢产物通过组织培养技术获得，近半数次级代谢产物的含量超过原植株，部分已进人中试和工业化生产规模。目前这项技术已发展成为一门精细的实验技术，在选材消毒、接种培养、诱导筛选、继代保存、分离鉴定等方面建立了一整套完整的技术方法[2]。越来越多的药用植物已经进入大规模组织培养阶段，本文针对药用植物大规模培养组织培养的现状，对大规模组织培养过程中的相关问题进行了分析和探讨。

1研究现状

目前，药用植物组织培养主要有2个方面：一是直接培养和收获这些组织和器官，如不定根、不定芽、小鳞茎等。二是通过组织和器官培养获得再生植株，从而进行快速繁殖，生产大量无病毒种苗以满足药用植物人工栽培的需要。近40年来，我国经离体培养获得试管植株的药用植物至少有200种[3]，涉及常用中药和民族药物的基原植物以及珍稀濒危药用植物、等。在利用植物组织培养直接生产药物的研究方面也取得了很大进展，目前从各种培养物中产生的药用成分已有约百余种，其中人参皂苷、人参皂苷元、三七皂苷、甘草甜苷、甜叶菊苷、柴胡皂苷、薯蓣皂苷、熊果苷、莨菪碱、小檗碱、总黄酮、蒽醌等[4]药用成分含量等于甚至高于原植物。

我国以组织培养技术为基础的毛状根培养及其增殖技术也发展迅速，目前已利用人参、丹参、黄芪等建立了农杆菌转化器官培养系统。韩国人参不定根和毛状根的培养已经达到了工业化的程度，所用反应器的规模已经达到了10t。Jeong等的实验表明，在5L的生物反应器中，经过39d的培养，毛状根的生物量是接种时的55倍[5]。黄芪毛状根在3，5，10L容器中培养，经21d培养产量（干重）就可达10g・L-1，黄芪毛状根中皂苷、黄酮、多糖、氨基酸等含量类似于黄芪药材，而粗皂苷和可溶性多糖的含量还稍高于药用黄芪[6]。利用10L的球状气升式反应器实现了丹参毛状根的大规模培养，并利用75L的气升式反应器进行了进一步的放大培养，表明利用气升式反应器进行丹参毛状根初级放大和中试规模的培养是可行的[7]，它为今后丹参毛状根的工业化生产奠定了基础。

2存在的问题及对策

2.1培养材料的稳定性重视程度不够很多药用植物的不定根和毛状根被当成实验材料来进行实验研究[8-9]，同时越来越多的组织培养材料被应用到实际生产中，随着药用植物组织培养的大规模生产，有望为名贵、珍稀濒危植物资源的持续开发与利用以及绿色原料药的生产开辟一条新途径[5-7]。但是由于药用植物组织培养条件、生长因子和操作的不可控性，在培养过程中有可能发生染色体变异，倍性的改变或产生突变体等，这些变异可能对药用植物组织的生产和化学成分产生影响。因此，不能一味的追求生长量，还有必要对培养材料的稳定性进行相应的评价。

目前，有关药用植物组织培养材料的稳定性研究较少，有关组培苗遗传稳定性研究的内容和方法主要包括：①染色体核型和数目分析[10]；②无性繁殖过程中的遗传稳定性[11-12]（RAPD，SSR等）；③对于转基因植株还要检测外源基因存在、整合和表达情况[13-15]（PCR，Southern杂交，westernblot杂交等）。

2.2转基因药用植物的安全性评价及标准有待于进一步确立药用植物的基因工程与农作物的遗传转化有着不同的侧重点，即在转基因药用植物植株的筛选和评价过程中，转基因事件对药用植物有效成分乃至药效的影响是首要考虑因素。利用根癌农杆菌Ti质粒转化形成的冠瘿瘤组织和发根农杆菌Ri质粒转化形成的毛状根作为培养系统生产有用的植物次生代谢产物，是当今药用植物生物技术研究的热点之一。冠瘿瘤组织和毛状根作为转基因材料，其安全性评价研究一直处于空白状态。

目前转基因植物的安全性问题主要集中在2个方面，一个是环境安全性，另一个是食品安全性。由于药用植物不同于农作物、蔬菜等，因此其转基因安全性评价也应有所不同。首先，在环境安全性方面，由于药用植物冠瘿瘤组织和毛状根均在可控的条件下进行培养，因此不涉及转基因材料作为一个新物种进入生态系统可能对生态平衡产生负面效应的情况。在食品安全性方面，由于一般药用植物的生产仅用于提取有效部位或成分，或者单独作为一味药物来使用，因此除了那些药食同源的药用植物以外，其他可考虑纳入药品的安全性管理体系进行评价和管理。重新评价药物有效性和安全性是转基因药用植物安全性评价的核心内容，但由于大多数中药有效成分和疗效机制不明确，转基因药用植物的药效评价问题成为关键难点问题。

2.3规模化生产过程中培养条件的优化需重视愈伤组织诱导、细胞培养、芽分化、继代、生根是药用植物组织培养的主要步骤，严格控制组织培养过程中培养基的各营养成分用量以及激素浓度和配比是保证药用植物大规模生产成功的关键。在培养程序建立之后，遵循植物生长规律对细胞、组织的生长发育进行改进，如通过改变光质来调节外植体的脱分化、再分化以及有用代谢物的产生；配制培养基时采用适合于植物生长的pH；寻找新的碳源代替糖类，以减少污染。在利用组织培养技术进行大规模工厂化生产中，这些问题都需要做更深入的探讨与摸索[16]。

2.4适合植物组织和细胞培养的生物反应器尚有待研究解决生物反应器是实现植物细胞和组织大规模工厂化生产的关键因素之一，其具有工作体积大、单位体积生产能力高、物理和化学条件控制方便、不受时间和地点限制等许多优点，这为植物组织培养生产天然产物的商业化开辟了广阔前景。但要真正实现工业化和商业化尚受到来自生物本身和工程技术上的诸多限制，需在以下几个方面加强研究：①根据不同植物组织和器官培养的生物学和工程要求，进一步创新反应器系统和培养工艺；②结合现代分子生物学技术，从分子基因和细胞代谢水平深人探索反应器中微环境对植物组织生长和次生代谢的作用机制；③建立新型植物组织培养反应器系统的放大规律，实现培养过程的工业化；④将反应器培养技术、现代仪器分析手段和智能专家控制系统进行集成，实现植物组织大规模培养过程的在线优化控制和自动化[17]。

2.5植物次生代谢产物合成途径研究平台建设有待加强对于药用植物来说，药用植物组织的大规模培养技术不仅是要提高生物量，最理想的应用是能够大幅度提高药用植物有效成分的含量。但是，由于大部分药用植物有效成分的代谢途径并不明确，甚至难以确认具有临床价值的有效成分，因此对药用植物有效成分相关功能基因进行发掘、鉴定等有利于解析其有效成分代谢途径。组织培养技术是进行功能基因基础研究的必要的技术平台，研究和建立高效的药用植物基因转化体系，可为深入研究药用植物有效成分的代谢途径、发掘和鉴定相应的功能基因等提供重要的研究手段，大大提高药用植物的基础研究的水平，从而推动学科的发展。

3小结

药用植物大规模组织培养技术的研究是多学科交叉综合的结果，涉及到植物化学、分子生物学、生化反应动力学等许多层面。充分利用先进的理论体系作指导，利用生命科学的研究模式[18]，从宏观的形态，药理药效到微观的基因、化学成分来分析和阐述药用植物细胞、器官的性状，从而指导药用植物大规模组织培养的研究与应用。

药用植物大规模组织培养研究和应用具有广阔的发展空间，同时也蕴藏着巨大的经济价值和社会价值。我国具有得天独厚的药用植物资源和市场优势，加强药用植物大规模组织培养研究将有利于我国药用植物资源的可持续利用和发展。与此同时，应依据药用植物自身特点，建立完善健全的评价体系，是保证药用植物大规模组织培养可持续发展的关键举措。

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Issuesoflargescaletissuecultureofmedicinalplant

LVDong-mei1，YUANYuan2*，ZHANZhi-lai2

（1.InstituteofChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China；

2.StateKeyLaboratoryofDao-diHerbs，NationalResourceCenterforChineseMateriaMedica，

ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China）

[Abstract]Inordertoincreasetheyieldandqualityofthemedicinalplantandenhancethecompetitivepowerofindustryofmedicinalplantinourcountry，thispaperanalyzedthestatus，problemandcountermeasureofthetissuecultureofmedicinalplantonlargescale.Althoughthebiotechnologyisoneofthemostefficientandpromisingmeansinproductionofmedicinalplant，itstillhasproblemssuchasstabilityofthematerial，safetyofthetransgenicmedicinalplantandoptimizationofculturedcondition.Establishingperfectevaluationsystemaccordingtothecharacteristicofthemedicinalplantisthekeymeasurestoassurethesustainabledevelopmentofthetissuecultureofmedicinalplantonlargescale.

基因工程药物的应用范文篇2

生物化工学科作为一门交叉学科，其大力发展，将为解决人类面临的能源、食品、健康，环境等重大问题起到积极作用。生物工程与医药产业更是知识经济时代的主导产业之一。早在2002年，北京市政府就出台了《北京生物工程与医药产业发展振兴纲要》，明确提出要促进生物制药产业化。2003年，生物工程和新医药产业被列为北京“率先基本实现现代化”的四大支柱产业之一。其中，天然活性药物的提取分离技术，新型制剂技术、中成药控缓释技术、现代给药技术等更是生物医药发展的重中之重。

北京联合大学(简称联大)重点学科――生物化工学科，以及制药工程研究所的建设，正是联大抓住北京发展生物医药产业的机遇，自主调整学科专业的成功范例。其中功不可没的，是联大生物化工学院副院长、生物化工学科专业带头人、制药工程研究所所长林强教授。林强教授和他的研究团队瞄准北京生物医药发展的重点领域，注重利用高新技术开展中药现代化研究，着力于制药技术产业化，在生物制药及天然药物工业化，尤其是新型分离技术和制剂技术应用研究方面卓有成效。

学科特色：中药现代化

联大生物化工学院的前身是化学工程学院。20世纪90年代，林强教授作为联大生物化工学科带头人，提出将化工相关专业向处于朝阳产业的生物工程和新医药方向转化。他认为，北京正处于生物工程和新医药产业蓬勃发展的上升期，学院应抓住这个机遇，形成以生物化工技术为主的发展方向，打造特色学科专业。

明确了发展思路，林强教授白手起家，创立了制药工程专业，逐步形成了以现代中药生产工艺为特色的技术应用性本科专业。在此基础上，他还创建了制药工程实验室、药剂实训室、生物分离实训室，经批准成立了制药工程研究所，逐步形成了生物化工学科的雏形。

2004年，生物化工学科成为联大首批校级重点建设学科。2006年，制药工程研究所成为联大校级研究所。林强教授作为生物化工学科和制药工程专业带头人，和其他教师一起完成了学科专业规划，确立了学科发展方向。制药研究所依托生物化工学科，以天然药物的提取分离及中药新型制剂为主要研究内容，结合中药应用研究，将高新技术用于中药现代化研究，逐渐形成以中药制剂工程为特色的研究所。

目前，研究所已形成了三大特色研究方向。

首先是天然药物活性物质分离工程

当前，我国天然药物活性成分的提取分离工业化程度低，基本上处于实验室阶段，没有实现产业化应用。分离技术的落后是阻碍天然药物活性成分提取的主要因素。

该研究方向以中草药、农副产品等天然物质为原料，利用不同提取分离技术的耦合，研究天然活性成分的大规模提取分离过程，解决天然活性成分提取分离过程中的传质、传热及过程控制等工程技术问题，研究开发出一系列高效、低能耗、低成本的提取分离工艺及装置。

研究人员利用双水相分离、超临界萃取、大孔吸附树脂，膜分离、酶降解生物技术等现代提取分离技术的组合使用，在中药有效成分提取分离、真菌多糖分离纯化、壳寡糖制备工艺等方面做了大量卓有成效的研究，旨在解决天然中草药中活性物质提取分离工业化生产过程中的关键性技术问题，促进新型提取分离技术的工业化应用。

林强教授等人提出采用复合酶结合氧化法与酶催化法，制备出低聚壳聚糖，反应时间缩短25％，分子量分布大大变窄。用于中药材的种植、生长，可将有效成分含量提高75％左右。在此基础上实现了反应与分离一体化，使反应程度超过95％，低聚壳聚糖纯度大于95％。采用复合酶比传统的单一性酶技术生产成本降低了50％。在壳寡糖的应用研究方面也取得较大进展，特别是促进农作物生长和提高抗逆性等方面取得较好效果。该发明于2009年5月6日获得专利授权。

利用膜分离技术，研究人员还分离纯化姬松茸多糖、虫草多糖等食用菌多糖。设计出新的分离膜结构，实现了不同分子量区段的精确切割，将不同分子量段的产物用于不同疾病的治疗。

其次，药物载体与生物材料

新型药物给药系统和相关药物载体材料的研究，有助于推动药物、生物制剂、功能性食品、新型添加剂等人类健康重大相关物质的理论发展和实际应用，具有极高的价值。

该研究方向以缓控释及靶向给药系统的载体及材料为研究对象，研究、设计、制备微胶囊、脂质体、微乳等载药系统及材料，研究新型药物载体的结构与药物释放、生物相容性等的关系，以提高药物的稳定性、生物利用度，达到高效长效、降低毒副作用、改善病人用药顺应性等目的。

该研究方向采用溶剂蒸发相分离法，成功制备了SOD微胶囊、免疫球蛋白微胶囊、蜂胶微胶囊、番茄红素微胶囊、蜂花粉微胶囊、阿莫西林微胶囊、盐酸酚苄明微胶囊等。对各类物质微囊化的最佳配方、反应时间、温度，搅拌速率等重要工艺参数，实现了优化。

该研究采用逆向蒸发结合高压均质的新工艺制备了高稳定性的纳米级脂质体，并设计了新型脂质体中试设备。采用不同合成方法制备的热敏水凝胶不仅可用于缓释材料，也可以用于活性物质的分离，为进一步开发及应用奠定了研究基础。

最后，基因与酶工程

该研究方向以基因技术和基因工程为手段，研究核糖核酸酶及其他天然活性酶的基因表达、重组蛋白和基因改造等，以提高酶的活性，并研究酶在生物转化、生物医药及其他工业方面的应用。

三大研究方向鼎足而立，支撑起了生物化工学科与制药研究所。研究团队侧重于天然药物生产的下游技术，重在解决生物制药、天然药物由实验室小试到工业化放大过程中的关键技术问题，尤其是新型分离技术和制剂技术在中药现代化生产中的应用研究，这是基于林强教授等人理论与应用并重的科研理念。生物化工学科本身就在生物技术产业化过程中起着关键作用，而林强教授从促进首都生物工程与新医药产业发展的高度出发，一向强调科研成果产业化，在科技成果转化与校企合作等方面做出了很好的示范。

成果转化：多领域应用

林强教授长期从事天然产物分离工程与技术的研究，并注重将科技成果产业化，最典型的莫过于壳聚糖及壳寡糖的研究开发与应用。

壳聚糖及壳寡糖对普通人而言是极其陌生的概念。但事实上，作为近年来国际上迅速发展的高科技产品，已被国外科学家誉为与蛋白质，脂肪、糖类、维生素、矿物质并列誉为人体第六生命要素。壳聚糖是用虾壳、蟹壳等原料制备的天然无毒高分子材料，经过酶降解后可以制备低分子量壳寡糖。壳聚糖可广泛应用于农业、医药、造纸、日

化，食品，保健等领域，还可用于生产膜材料、吸附剂、水处理剂、纺织助剂等。壳寡糖更被誉为“软黄金”和“人体清道夫”，可以降血脂、降血压、抗癌，排除体内自由基，提高机体免疫力，减肥美肤，延缓衰老，对现代文明病有着惊人的防治作用。

林强教授长期从事壳聚糖及其衍生物的研究制备，发明了纤维素酶一双氧水法制备低聚壳聚糖及纤维素酶降解结合膜法制备低聚壳寡糖工艺，已获得两项国家发明专利。目前，该项研究已进入产业化阶段，被列为北京市教委科技成果转化专项――壳寡糖生产工艺中试及应用推广，将重点在保健食品和植物生长促进剂方面进行应用推广。这一项目符合首都生物新医药产业发展规划，可以促进首都高科技农业和环保型绿化的需求，发展前景广阔。

以分离工程与技术为中心，林强教授并没有固步自封，而是以开阔的研究视野，在相关领域取得了一系列成就，并最终落实到应用推广和产业化过程中，取得了良好的经济效益和社会效益。

2008年，林强教授主持的另一项目――可生物降解的绿色复合缓蚀阻垢水处理剂及制备方法再次被列为北京市教委产业化支持项目。水处理剂用于石油、化工、电力等部门大量使用的循环冷却水系统中，但传统的含氮、磷水处理剂存在着严重的结垢、腐蚀等问题，不仅效率低下，而且造成水体富营养化和水环境的极大破坏。因此，推广使用无磷、无氮或低磷、低氮的绿色水处理剂是必然趋势。林强教授主持的该项目在原有发明专利“一种可生物降解的绿色复合缓蚀阻垢水处理剂及其制备方法”的基础上，进一步优化水处理剂的制备工艺，促进项目推广应用，不仅对节水、节能降耗、保证工业生产安全发挥了重要作用，有着显著的经济效益而且为建设绿色北京、和谐环境做出了重要贡献，具有良好的社会效益。

近几年来，林强教授还主持了北京市教委“利用分子蒸馏技术从大豆脚油中分离纯化植物甾醇”、彩虹工程“停车保护用绿色缓蚀剂研究”等项目，参与“十一五”国家科技支撑计划重点项目――“全生物分解塑料的产业化关键技术”课题五――“食品包装用生物分解塑料的成型加工和应用技术”的开发研究。

特别需要指出的是，林强教授将科研与人才培养结合起来。在北京市教委倡导的高校人才强教计划――创新人才建设项目中，林强教授通过两个重点科研项目――“乌头总碱脂质体的制备及其稳定性研究”与“壳聚糖对中草药次生代谢过程的影响”，很好地锻炼了青年骨干教师，为建设梯队合理的师资队伍、培养青年科研人员做出了重要贡献。

加强校企合作，也是生物化工学科建立伊始就确立的产业化传统。多年来，林强教授带领研究所先后与河北九派药业公司、河北天下康药业有限公司、武警总医院、天势生物波研究所等企业密切合作开展多种新药及工艺研究。研究所与河北九派药业公司合作开发了钆喷酸葡胺新制剂项目的研究；与河北天下康药业有限公司合作，改进附桂骨痛片的生产工艺，开展了绿原酸提取纯化及中药材指纹图谱标准化的研究；与武警总医院中西医结合科、天势生物波研究所等研究单位合作，开展新型治疗糖尿病、新型抗癌天然药物研究等。

林强教授领导下的生物化工学科，注重理论与应用的紧密结合，形成了一些具有较大应用价值的发明专利。目前，除壳寡糖及绿色水处理剂制备工艺外，已经获得的授权发明专利还有：外科用液体敷料、峰胶微囊的制备方法、牛初乳免疫球蛋白微囊化的制备方法、低甲醛释放量脲醛树脂制备方法，另有盐酸酚苄明-乙基纤维素缓释微囊制备方法、超氧化物歧化酶微胶囊制备方法等发明专利处于公告期。

多年来，林强教授还完成了“NIPA/SPAPS共聚水凝胶的合成与性能”、“多孔性热敏水凝胶P(NIPA-co-SMA)的合成及性质”，“玉米须多糖提取方法的比较研究”、“SP825大孔吸附树脂分离提取苦参碱研究”、“熊果苷脂质体制备研究”、“无机陶瓷微滤膜处理虫草菌丝体粗多糖溶液研究”等科研项目，这些成果多是与生产中亟需解决的重大问题相关。

林强教授对科研成果产业化的重视不仅体现在研究过程中，更体现在对学生的培养中，期望在更广远的层次上贯彻理论与应用并重的科研理念，可谓用心良苦。

体制创新：立体式教学

多年来，林强教授不仅在科研领域取得了卓越的成绩，还多次获得“三育人”先进教师、北京市优秀青年骨干教师等称号。在多年的教学实践中，形成了独特的教学理念。根据制药工程专业的特点，在理论教学中，他注重采用启发式教学方法，培养学生独立思考问题和解决问题的能力；在实践教学中，他制定了一套中药制药工艺实训教学方案，并编写了部分实训教材及教学大纲，开创了具有一定创新性的制药工程专业教学模式――立体式教学。

这一教学模式的建立，既是林强教授自身理论与应用并重的科研理念的体现，也与北京联合大学的办学宗旨――“发展应用性教育、培养应用性人才、创办应用型大学”相一致。作为立体式教学支撑的，是联大的两大教学改革亮点工程――“百草园”与生物化工实践教学中心。

林强教授认为，要培养技术应用型人才，就要突出学生实践能力的培养，因此需要加大各种实践课程的比例。他积极倡导建立了与教学相结合的中药“百草园”，为教师的教学提供了中药材实物照片和标本，为学生提供了野外中药实习机会，使学生在实践中掌握专业知识，使课堂教学生动形象。如今，“百草园”已成为融校园绿化、教学、科研和生产于一体的综合性园地，成为著名的联大一景。

“百草园”是制药工程专业的校内实习基地，同时，林强教授还联系建立了五个校外野外实习基地一天津蓟县九山顶、北京雾灵山、河北安国中药材种植场，安国长安药行、安国中药材GMP提取车间。实习基地的建立融教学，科研、交流、实验、实训于一体，并在此基础上建立了教学互动网络数据库，尤其是其中的实践教学图片库，使制药工程专业的教与学进入了一个全新的模式。

“百草园”是制药工程专业的校内实习基地，同时，林强教授还联系建立了五个校外野外实习基地――天津蓟县九山顶、北京雾灵山、河北安国中药材种植场、安国长安药行、安国中药材GMP提取车间。实习基地的建立融教学、科研、交流、实验、实训于一体，并在此基础上建立了教学互动网络数据库，尤其是其中的实践教学图片库，使制药工程专业的教与学进入了一个全新的模式。

生物化工实践教学中心是联大生物化工学院的另亮点。近年来，先后建成制药工程实验室、生物工程实验室、化学与分析实验室和中试实训基地。其中，实训基地包括精细化工柔性系统、制药工艺系统、药物提取系统、仿真中心等，能部分满足首都八个行业――生化、制药、石油、化工、冶金、轻工、日化、食品――的培训要求。集教学、科研为一体的GMP固体制剂车间与“百草园”齐名，给学生创造了良好的实训、实验条件，同时还吸引了北京化工大学、首都医科大学、北京中医药大学等学校制药工程专业的学生到该车间进行实习，在北京地区产生了较大的影响。

可以说，林强教授开创的立体式教学模式创造性地完成了三个教学走向――从封闭走向开放、从单科走向综合、从校内走向校外，突出了制药工程专业的实践性、应用性，使学生具有较强的超前适应能力，已发展成为一门系统，独立的实践性教学体系。这一模式对于我国高等教育具有一定的借鉴意义和很好的示范作用。

基因工程药物的应用范文

关键词生物工程生物制药工艺学理论教学实践教学

中图分类号：G424文献标识码：A

ReformandInvestigationontheBiopharmaceutical

TechnologyofBiologicalEngineeringSpecialty

WANGLihong

（CollegeofLifeScienceandEngineering，ShaanxiUniversityofScience&Technology，Xi'an，Shaanxi710021）

AbstractTechnologyofbiopharmaceuticsisanimportantpracticalsubjectinbioengineering.Thispaperaccordingtothecharacteristicsofbiopharmaceuticaltechnologyofbiologicalengineering，theteachingcontent，teachingmethodandteachingmeanswereexploredfromthetheoryteachingandthepracticeteachingwassummarized.

KeywordsBiologicalengineering；technologyofbiopharmaceutics；theoryteaching；practiceteaching

生物工程技术是21世纪科学发展的核心技术之一，为解决人类面临的粮食、健康、环境、能源等开辟了广阔的前景。但随着生物工程技术产业的快速发展，专业技术人员的缺少逐渐成为行业发展的瓶颈。国内大多数高校为适应形势纷纷开设了生物工程专业，极大地缓解了这一现状。但由于各高校的具体情况不同，生物工程专业的课程设置情况差别很大，从而出现了一些课程设置不合理、课程理论与实践环节脱节、专业特色不明显、毕业生难就业等系列问题。我校的生物工程专业前身为发酵工程专业，课程设置主要偏向传统的微生物发酵原理、发酵工程设备、酒类及乳制品发酵工艺等方面。因此存在这一些如课程设置面窄、实验环节较少、专业重点不突出等问题。如何根据本专业的优势，利用现代生物技术改进传统发酵技术、提升专业特色、适应社会需求是我校生物工程专业发展的主要方向。

1生物工程专业生物制药工艺课程的特点

生物工程技术主要应用于医药卫生、能源工业、食品轻工、环境保护等几个方面。其中医药卫生领域是应用最广泛、成效最显著的一个领域。因此我校根据社会需求、专业发展需要，将生物制药工艺学由生物工程专业选修课调整为专业必修课程之一，并增加了教学课时及开设了相应的实验环节。

生物制药工艺学以生物化学、微生物学、生物工艺原理、下游提取分离技术、生物工程分析、基因工程和免疫学为基础，研究生物药物生产原理、工业生产过程、制定生产工艺规程、制药生产过程优化，实现安全、经济、高效生产药物的一门学科。①课程不仅与其它基础课、专业课联系密切，更注重与生产实践紧密相关。

目前，对于生物工程专业学生开设生物制药工艺学，在理论教学与实践环节方面与制药专业及药学专业有较大的不同，主要存在生物工程专业学生药学基础较差，对于药物特点、新药研究开发、药理学、药物动力学及临床前安全性评价等了解较少。因此课程不仅要注重药物基础知识的讲解，更要突出生物技术在药学方面的应用和生物制药的优势。本文根据多年的教学实践，从理论教学和实践环节探讨生物制药工艺学在生物工程专业的教学改革探索。

2生物制药工艺教学改革的措施与途径

2.1理论教学方面

2.1.1根据专业特点，重组及补充教材内容

生物工程专业学生药学方面的基础较差，因此根据本专业特点，将教学内容分为：药学基础内容、三大生物药物的制备工艺、现代生物技术制药工艺三部分。学生在了解了药物的研发、药理、质量控制等的基础上，结合本专业特色学习传统药物微生物药物、生化药物及生物制品，然后重点了解现代生物工程技术对传统药物的改进及革新。既要体现传统的生物制药工艺的精华，更要把握现代生物技术制药的新技术、新成果。

目前，生物制药工艺学教材多种多样，内容形式五花八门。其中教材很多偏向现代生物技术制药或者注重生物药物的提取分离，对我校以发酵为特色的生物工程专业难以满足教学需求。由本校教师齐香君经多年教学积累编写的《现代生物制药工艺学》，充分结合生物工程的专业特点，内容设置合理、注重专业特色。因此作为我校生物工程专业生物制药工艺学首选教材。

近年来，随着生物工程、生物分离工程技术和生物领域高精尖仪器的迅速发展，生物药品的种类和数量不断增加，生物药品制造工艺的研究开发也取得了巨大的进展。教材的内容需要与时俱进，不断更新。在讲授时，要善于引用国内外相关领域的最新研究成果、新方法、新进展。拓宽学生的知识面，激发学生的求知欲。例如在抗生素一节中补充基因工程对传统菌种的组合生物化学和高通量筛选的优化等。同时注重教学内容与科研成果有机结合，应根据我校生物制药方面研究成果，在教学内容上穿插生物药制药实例，扩充教学内容，增强学生的研究兴趣。

2.1.2教学方式

生物制药工艺学课程是一门理论紧密结合实践，应用性强、操作性的学科。学生在前期的微生物学、发酵工艺原理、下游提取技术等基础课中已经掌握了各种工艺控制原理、代谢产物分离方法等理论，如果仅采用传统的讲述式教学方式，学生觉得老师是重复以前的知识，抓不住重点，学习没有积极性。因此改进教学方法，提高教学质量，从而使学生能将原来所学的基础理论，具体分析生物药物的生产工艺，理论指导实践。我们在课堂上主要采用启发式和案例法教学法，实现了教与学的互动，活跃课堂气氛，充分调动学生的学习积极性，培养了学生分析问题和解决问题的能力。

启发式教学，主要根据学生的认知状态和教学内容的系统性，设计一些有启发性、有承前启后作用的问题，或设计能体现教学难点重点的问题。在授课过程中适时提问，鼓励学生根据所学认真思考、相互讨论、大胆发言，教师针对性进行点评或补充，从而激发学生的独立思考和积极学习的主观能动性。例如在病毒类疫苗生产方法的教学中，将实习时录制的某生物制品厂一种疫苗生产车间的视频或图片进行播放，展示了相关细胞种子罐、繁殖罐、工业用离心机等各种加工装置及整个加工过程，学生看完后会产生强烈的兴趣，然后给学生提出问题：视频中播放的动物细胞是用来干什么的？为什么加工病毒类疫苗要采用这样的工艺过程？工艺的控制从哪些方面使病毒产量最大化？使学生将有关细胞培养的知识与疫苗制备联系起来，并引导学生讨论，最后得出相应的结论。从而激发学生的思维活动，引导学生自觉地对以前学过的知识进行回顾和总结，分析解决问题，提高课堂教学效果。

案例教学，主要是在生物制药工艺学教学中，结合微生物药物、生化药物及生物制品三大类药物的典型药物生产工艺，建立案例库，在该课程部分章节教学中应用案例教学模式。例如，在讲解“四环素生产工艺”这一章节时，在教学中先通过讲解认识四环素这种药物的结构特点，然后以案例库中各个工厂具体四环素生产工艺为案例，组织学生对各种工艺进行研讨，要求学生从菌种、代谢控制、分离纯化方式以及收率、能耗、环保、安全及关键设备使用等方面对各厂工艺进行总结、分析比较，并从中自行设计最佳工艺。通过应用案例法教学方式，实现由案例具体分析到新内容理论知识的讲解，使学生通过对具体药物在不同案例中具体生产问题进行深入的思考，培养学生分析和解决问题的能力。

2.1.3改善教学手段

生物制药工艺学课程许多理论知识较枯燥乏味。如果单纯采用板书形式来讲解一些相关原理和工艺过程，不仅课堂信息量少，对于一些重要的设备学生不能形象地感知。而多媒体的引入，将有效进行重点归纳、难点释疑、习题、参考文献目录、生物制药工艺实例和实验的现场图片的展示，从而产生生动、直观的教学效果，改变了传统教学的沉闷气氛，使教学内容更丰富、色彩。②但在实际教学中单纯使用多媒体，也易导致学生跟不上老师的讲解、注意力不集中等问题，因此授课时注重板书和多媒体课件的有机结合。教师要善于将板书内容与多媒体综合利用，不仅能吸引学生的注意力，激发学生对讲授内容的兴趣，更便于学生从整体上把握知识的系统性。

2.2实践教学内容

我校的生物工程属于工科专业，要求教学内容上不仅注重理论知识，更要强调实践教学的完整性与系统性，将理论教学与实践教学互为基础、共同提高。

生物制药工艺学实验就是将生物制药的理论和技术应用于实践环节，要求通过实践来验证各类生物药物的制造方法、工艺路线、生产条件的设计合理性。以往验证性实验偏多，学生在做完实验后仅仅只掌握了基本操作，印象不深，走向工作岗位后难以很好地与生产实际相结合。

我校的生物制药实验经过多年的改革实践，不仅帮助学生掌握了必要的工程技术和学科的基本研究方法，而且培养了学生的科学精神、动手能力和创新能力。首先，实验教学中设计一些基本技能训练实验，对学生进行基本方法、基本技能及基本仪器设备的训练与应用，培养学生动手能力。其次，选择综合性实验，主要使学生应用所学知识进行生物药物制备，例如链霉素的发酵等。通过运用前期学到的种子培养、发酵控制、代谢产物分离纯化等的综合知识，培养学生综合分析、思维能力，对实验中出现的问题要求学生进行总结。再次，开设设计性试验，教师事先为学生拟定一些实验题目，让学生自主选题，查阅文献资料并自行设计实验方案，包括实验中所用的材料、试剂、仪器、方法、步骤和预期结果等，然后组织各组学生讨论以确定实验方案，最后经指导教师审核，并在教师指导下学生自行准备实验、完成实验，实验结束后各组学生上交具备材料、方法、结果和讨论的实验报告。③这种教学方法不仅能培养学生自主学习和动手、创新能力，而且也有助于学生将理论与实践更好地结合，为他们将来的科研能力打下一定的基础。

我们在教学中除了要培养学生在实验室的操作技能外，还应该带领学生多参观走访相关的工厂、企业，如生物制品厂、各类制药厂等等，并安排学生参加适当的生产实习，这样对培养学生的生产观念和学习兴趣都是十分有效的。如重组胰岛素等工业化大生产的过程进行了解，于是参观一些制药企业就显得非常必要。

3小结

生物制药工艺学是生物工程一门重要课程，教学内容和实践环节需要不断实践和改革，采用科学的教学方法和手段，并紧密结合生物工程的最新的研究科研成果，使学生能适应社会发展的需求。在今后的教学实践中，我们将不断深化教改，勇于探索，使生物制药工艺学课程满足人才培养及学科发展的需要。

基金来源：陕西科技大学教改项目“生物制药工艺学课程教学方法的探索与实践”

注释

①沈广志，梁启超，邹桂华，等.提高制药工艺学实践教学效果的探索与实践[J].实验室科学，2012（5）：151-153.