生物、医药和医疗器械技术

本研究方向是利用亚麻植物细胞悬浮培养及其遗传转化的能力，在悬浮培养的亚麻细胞中表达胰岛素/阿朴脂蛋白米兰突变体（Apo A-IMilano）。目的是通过建立稳定的亚麻悬浮细胞培养方法、细胞系、转化方法，并结合航天搭载诱变和蛋白质工程高效表达降糖药-胰岛素和降血脂药--- Apo A-IMilano 。先进性：植物生物反应器是指利用植物细胞等部位，生产具有药用价值的蛋白质等，广泛应用于农业、医药、食品等领域，它具有生产成本低、利于规模化生产、无毒性、无副作用、无潜在动物源污染等的特点。在过去的几十年中，转基因植物已经商业化开发。目前已经使用基于细菌，酵母和丝状真菌，昆虫细胞，哺乳动物细胞，植物细胞以及整个动植物的平台实现了生物药物的生产。这些平台各有优缺点，但就经济性，生产可扩展性以及产品质量而言，植物生物反应器特别有吸引力。除了潜在的低成本，制备容易，储存和运输方便，生物安全性和大规模生产优势外，植物是具有内膜系统的真核生物。因此，它们使用分子伴侣折叠和组装复杂的蛋白质，并进行类似于哺乳动物系统的翻译后修饰。植物细胞培养系统成为了生产高价位、高纯度、特异重组蛋白的最有利手段。“十二五”期间，国家“863”计划建立了植物油体、胚乳等几大技术平台，为植物生物反应器在基础研究和应用领域的发展提供了大力的支持。目前，已有十多种药物获批应用，如美国Dow AgroSciences公司利用烟草生产新城疫病毒的疫苗已被美国农业部批准使用；CIGB公司用烟草研发的用于 B 型肝炎疫苗试剂的纯化的重组单克隆抗体已被古巴批准上市；以色列药品研发公司Protalix开发的在胡萝卜细胞中表达的葡糖脑苷脂酶，于2012年被美国FDA 批准上市，等等。此外，进行临床试验的药用蛋白也多达几十种。如由美国Bayer Innovation公司研发的用烟草制备的治疗非霍奇金淋巴瘤癌症疫苗已进入临床Ⅲ期试验。Medicago公司利用烟草、马铃薯等植物研发H5N1 疫苗已完成临床Ⅱ期试验。NeoRx/Monsanto 公司利用玉米研制的癌症抗体进入临床Ⅱ期试验，等等。与动物生物反应器相比，植物生物反应器的产业化进展推进得更快。新颖性：首次对亚麻植物细胞悬浮培养及其遗传转化功能进行系统的研究，在培养的亚麻悬浮细胞中表达药用蛋白。基于植物生物反应器领域的飞速发展以及国家对该领域的大力支持，随着人类基因组计划研究的深入，会有更多具有医疗价值的蛋白质被挖掘出来，而由转基因植物发展来的植物生物反应器必将成为极具潜力的生产系统之一。独特性：植物悬浮细胞培养和转化作为表达和生产外源蛋白的技术方法，它可以替代以细菌、酵母和哺乳动物细胞培养为基础的生物工程制药的生产过程，同时可以拓展转基因植物生物反应器的技术，避免了大田种植和操作及花粉漂移引起的一些对环境问题的争论。植物悬浮细胞在无菌反应器中生长，消除了真菌毒素或农药污染的风险，与整个植物相比，它们合成的次生代谢产物更少，并且它们的最佳性能与土壤质量，气候或季节无关。植物悬浮细胞结合了整个植物中分子耕种和哺乳动物细胞培养的一些好处，与田间或温室种植的植物相比，悬浮细胞能够在标准化的生物反应器中繁殖，从而提供了对培养条件的控制以及更高的批次一致性，因此植物悬浮细胞中产生的蛋白质更有可能通过监管审批系统成功快速地进行。植物悬浮细胞能够在1周内快速繁殖80至100倍，为大规模，低成本的重组蛋白生产平台提供了潜力。植物细胞悬浮培养表达系统在体外无菌条件下，高限定区域内进行植物细胞悬浮培养，确保在细胞类型和大小的一致性，不需要再生植物和转基因植物的鉴定，简化下游的纯化过程，并且降低蛋白和N-多糖的异质性，有效多产的细胞系在几周或几个月内将完成。除了经济、安全和操作简便，其快速生产的能力超过了现有所有的传统生产系统，亚麻的愈伤组织和悬浮细胞增殖速度快，转化和抗性筛选敏感、容易建立转基因细胞系、外源蛋白表达量高。目前我们已经成功地培养出了亚麻的悬浮细胞系，并对其进行了培养条件的优化、增值能力、生长周期的分析和遗传转化的试验，初步取得了阳性结果，经国内外系统的科技文献检索，未见系统进行亚麻植物细胞悬浮培养及在悬浮培养的亚麻细胞中进行遗传转化的报道，尚属首次，世界领先。

世界卫生组织（WHO）报道，目前全球约有糖尿病 1.8 亿，预测到 2030 年将上升到 3.6 亿，且每年约有 290 万人死于糖尿病。根据 2010 年我国相关机构最新公布的大中型城市糖尿病患者调查结果显示，我国城市人口中，成年人糖尿病发病率已达到 9.7%，由此推断中国糖尿病人数已达 9240万。现在中国、印度、巴西和俄罗斯等新兴工业国也已迈入糖尿病高发国行列。而尽管目前国际医药市场上已有磺酰脲类、α －葡糖苷酶抑制剂类和噻唑烷二酮类等数十个品种的降糖药，但临床医学界早已观察到糖尿病人对这些药物发生了耐受现象。作为糖尿病“最后的治疗手段”的胰岛素，其需求量因此不断上升。目前，全球胰岛素市场被诺和诺德、礼来和赛诺菲－安万特所垄断，我国的吉林通化东宝药业、联邦制药及甘李药业的产能也突飞猛进，已跻身胰岛素领先生产商行列。然而，中国基因工程人胰岛素产业化主要采用大肠杆菌和酵母表达系统，生产成本高、生产规模小等特点使其国际竞争力甚弱，导致进口人胰岛素垄断了中国市场。鉴于当前迫切形式，我们不得不寻找更有力的技术手段——植物生物反应器生产胰岛素，来克服传统人胰岛素生产方法的弊端。Apo A-IMilano 是目前世界上唯一一种可以清除已经沉积在动脉壁上血栓的药用蛋白，能快速地消退急性冠状动脉粥样硬化综合征（心肌缺血和心绞痛）。最近报道： Apo A-IMilano 对动脉粥样病变改变的速度和幅度前所未有（注射给药5周，动脉脂肪沉着减少了4.2%），并且几乎没有副作用。 Apo A-IMilano 是未来治疗动脉粥样硬化疾病最有前途的药用蛋白。其作用机理是刺激胆固醇逆向转运，加速胆固醇排泄，从而使斑块减小，使动脉粥样硬化过程发生逆转。 Apo A-IMilano 将颠覆目前动脉粥样硬化症的治疗理念，将使该病的治疗发生质的飞跃，从延缓动脉粥样硬化的发病进程到使发病进程发生逆转。动脉粥样硬化患者居高不下，目前医药市场上没有可逆转动脉粥样硬化发病进程的特效药，未来 Apo A-IMilano 的上市将可以填补市场空白，其特有的治疗效果预示着强大的市场需求。植物生物反应器在生产过程中不使用哺乳动物衍生的成分，具有很高的批次间可重复性，可以精确控制生长过程，并符合当前的良好生产程序。此外，表达技术，下游加工和GMP制造的实施方面的重大进步使植物成为有吸引力的替代品用于生产重组生物药物。作为分子药物平台，植物是在各种宿主系统中生产药物，抗体和疫苗的极好的生物工厂，全球有近120家公司、大学和科研机构在进行该领域的研究和开发，已经作为一个独特的技术手段，冲破了现有生物制药生产技术的限制，取得了其学术研究和产业发展的重要地位，并正在发挥其对经济的驱动力和对社会的影响力。植物作为一个新的药物生产技术平台，是适应制药工业发展的需要，经济发展的需要，临床治疗的需要，填补了制药工业革命的一项空白，成为传统生产系统的替代平台势不可挡，即将成为制药产业的第二次革命。