2011年12月26日 星期一

複製科技應用 : 藥物生產

融合基因轉殖(Transgene)和複製技術,複製基因轉殖動物讓有用的遺傳特性繁衍,可用於生產治療疾病的藥物。現階段這些生技醫藥品,可利用細菌、酵母菌、組織培養以及遺傳工程技術來生產,但由於微生物所分泌的蛋白貨,也必須經過化學修飾才能得到有活性的蛋白貨;因此若利用家畜來生產,不但無此缺點,而且產量高、價位低。

在醫學方面,人們正是通過「克隆」技術生產出治療糖尿病的胰島素、使侏儒症患者重新長高的生長激素和能抗多種病毒感染的干擾素。

胰島素

目前全世界約有6000萬人患糖尿病。糖尿病的病因是胰臟的胰島細胞不能分泌足量的胰島素,從而使患者的血糖過高。糖尿病患者的死亡率僅次於癌症和心臟病。

胰島素能降低人體內血糖的含量,從1921年到目前為止,醫學上一直採用胰島素治療糖尿病。但胰島素來源十分困難,以往主要靠從牛、豬等大牲畜的胰腺中提取。一頭牛或一頭豬的胰臟只能產生300個單位或30毫升的胰島素,而一個病人每天則需要40個單位或4毫升的胰島素,顯然胰島素產量遠遠不能滿足病人的需要。基因工程技術的問世,為解決這個問題提供了一條嶄新的途徑。

利用遺傳工程技術將對人類無害的細菌改造成能生產人類胰島素的菌種而由此菌種大量培養萃取而得。這種新的胰島素來源被稱為重組性胰島素(Recombinant Insulin),它的優點在於安全性高(因為細菌是假核生物,人是真核生物,所以少有人與細菌共通的傳染性疾病。不像自死人身上萃取而得,我們會擔心此人是否有致命的傳染性疾病),價格便宜(因為用以培養細菌的材料價格便宜,而且細菌的繁殖速率快故可大量取得)。

重組性胰島素的產生過程簡述如下:
1. 從胰臟抽取出人類胰島素,並將生產胰島素的基因 (Insulin-producing gene) 分離出來。
2. 以限制性內切將細菌體內的DNA質粒切割,形成質粒狀媒介。
3. 將生產人類胰島素的基因插入細菌的質粒狀媒介,形成重組的人類胰島素基因。
4. 將這個重組基因導入細菌體內,形成重組細菌 (Recombinant bacterium)。
5. 重組細菌在發酵器 (Fermentation Tank) 內大量繁殖,並製造人類胰島素。
6. 製造出來的胰島素會經過提煉和純化 (Purification) 後,可隨時供糖尿病病患者作注射治療。

生長激素

生長激素是由腦下垂體所分泌,能促進孩童生長,是正常的生長所必須。它除了有身高增長的效用之外,現在我們已知生長激素對於體內脂肪、肌肉量,以及對生活品質的整體感覺有極大的影響。

Protropin
1956年,生長激素才首次自腦下垂體組織被分離純化出來;1972年生長激素的結構才被確定。1980年代中期以前,人的腦下垂體是生長激素產品的主要製造來源;如今,利用基因工程技術,生長激素可以被大量生產,廣大的病人因此受惠。

1985年5月,Protropin生長激素獲得許可證,可以用作治療生長激素缺乏症的兒童。到現時為止,已有67個國家銷售及使用此生長激素。

Protropin亦是第一隻以生物技術製成的人類生長激素,醫治了數千名患病兒童。

治療方法是將Protropin(工業產品有Somatrem及Somatropin等商標)注射入患病兒童體內,刺激及調節身體之生長。

Protropin 的生產
1. 生產生長激素的基因 (Growth hormone producing gene) 從人體分離出來。
2. 將生產生長激素的基因植入大腸桿菌的DNA內。
3. 該大腸桿菌會視植入的新基因為自己的基因,並開始生產人類生長激素。
4. 該大腸桿菌亦會在培養基內不斷增殖生產人類生長激素。
5. 製造出來的人類生長激素經過提煉和純化 (Purification) 後,可供患病兒童作注射治療。

乙型肝炎疫苗

乙型肝炎 (Hepatitis B - HB)是一個最普遍的傳染病之一。 世界衛生組織 (WHO) 估計全世界平均每年有285萬人是乙型肝炎帶菌者。 傳統的疫苗是以較弱或死去的病毒去令身體自己製造抗體來抵抗該類病毒。

乙型肝炎疫苗 - Recombivax HB
Recombivax HB是一種重組基因疫苗,於1986年7月正式用作預防乙型肝炎的疫苗。 該疫苗是利用了重組基因技術,以乙型肝炎病毒表面的抗原去刺激抗體的生產。


Recombivax HB的生產
1. 將生產乙型肝炎抗原的基因從乙型肝炎病毒分離出來。
2. 以限制性內切將細菌體內的DNA質粒切割,形成質粒狀媒介。
3. 將生產乙型肝炎抗原的基因插入細菌的質粒狀媒介,形成重組基因。
4. 將這個重組基因導入酵母體內,形成重組酵母體 (Recombinant yeast cell)。
5. 該重組酵母體會在發酵器 (Fermentation tank) 內大量繁殖 ,並在體內合成乙型肝炎抗原 (HB antigen)。
6. 製造出來的乙型肝炎抗原經過提煉和純化 (Purification)後,可供人類作疫苗使用。 

干擾素

干擾素是一種細胞因子,它是機體感染病毒時,宿主細胞通過抗病毒應答反應,而產生的一組結構類似、功能相近的低分子糖蛋白。英文名稱為Interferon,簡稱IFN。

干擾素是1957年英國科學家發現的。他們把滅活的流感病毒作用於小雞細胞,結果發現這些細胞產生了一種可溶性物質,這種物質能抑制流感病毒,並且能干擾其它病毒的繁殖,因此,他們將這種物質稱為「干擾素」。以後科學家們進一步發現,機體對入侵的異種核酸(包括病毒)都產生干擾素以進行防禦。當機體細胞受到病毒感染時,機體細胞產生干擾素,干擾病毒複製,它是機體抗病毒感染的防禦系統。

干擾素有多種亞型,其中最大的一類亞型是α-干擾素。

α-干擾素具有三大功能:抗病毒作用、抗腫瘤作用和免疫調節作用。

(1)抗病毒作用:這是干擾素最重要的也是應用最廣的作用。干擾素是通過抑制病毒複製和調節機體免疫功能,從而發揮抗病毒作用。大量的基礎和臨床研究已證實,α-干擾素具有強有力的抗病毒複製作用,是迄今為止治療慢性乙肝的首選抗病毒藥物,是治療丙肝的唯一有效抗病毒藥物。並且對其它多種病毒感染也有效。

(2)抗腫瘤作用:α-干擾素是臨床上應用最廣的治療腫瘤的細胞因數。它通過直接抗腫瘤細胞增殖和調節機體免疫功能發揮抗腫瘤作用。

(3)免疫調節作用:α-干擾素通過調節機體的免疫功能,從而間接地發揮抗病毒作用和抗腫瘤作用。

以往所用的干擾素是採用特定的誘生劑誘導人白細胞,經提取後製成,此為血源性干擾素。血源性干擾素容易被全血中的病毒污染,從而威脅使用者的健康;並且血源性干擾素提取純度低,比活性低,生產成本高。這些都嚴重地影響了干擾素在臨床上的使用價值。

隨著生物技術的發展,通過先進的基因工程重組技術,可以在人體外大規模生產人干擾素,這就是基因工程干擾素。

基因工程α-干擾素系從人細胞中克隆出α-干擾素基因,將此基因與大腸桿菌表達載體連接物構成重組表達質粒,然後轉化到大腸桿菌中,從而獲得高效表達人α-干擾素蛋白的工程菌。工程菌經發酵後可收集到大量菌體,將菌體破裂,用先進的生物工程手段將α-干擾素蛋白從菌體中分離、純化,即得到高純度的人基因工程α-干擾素。

基因工程α-干擾素與血源性干擾素相比,具有沒有污染、安全性高、純度高、比活性高、成本低、療效確切等優點。

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