第十九章 生物制品
第一节 生物制品的基本概念
生物制品 ( biological products)是指用 微生物 (包
括细菌、噬菌体、立克次体、病毒等),微生物代谢
产物、动物毒素、人或动物的血液或组织等经加工
制成,作为预防、治疗、诊断特定传染病或其他有关
疾病的 免疫制剂 。
一, 生物制品的分类
生物制品据其所用 材料, 制法 或 用途, 可分类如下:
( 1) 菌苗 由有关细菌, 螺旋体制成 。
( 2) 噬菌体 由特定宿主菌的噬菌体制成 。
( 3) 疫苗 由有关立克次体, 病毒制成 。
( 4) 抗血清与抗毒素 经特定抗原免疫动物后, 采来
血分离血浆或血清制成
( 5) 类毒素 由有关细菌产生的外毒素
( 6) 混合制剂 由两种以上 菌苗 或 疫苗 或 类毒素 混合
制成 。
( 7) 血液制品 由人或动物的血液分离提取制成 。
( 8) 诊断用品 是用于检测相应抗原, 抗体或机体免
疫状态的制品 。
( 9) 其他新研制的不属于以上 8类的制品 。
根据用途又可将生物制品分为预防类, 治疗类
和诊断类三大类制品 。
1,预防类
2,治疗类制品
3,诊断类制品
二, 生物制品质量要求
世界卫生组织 要求 各国生产的制品出须有专门检定机
构负责成品的 质量检定, 检定部门要有熟练的高级技
术人员, 精良的设备条件, 以保证检定工作的质量 。
未经专门检定部门正式发给 检定合格证 的制品, 不准
出品使用 。
安全性检定
检定
效力检定
毒性试验;
防腐剂试验;
安全性检定 热原质试验;
安全试验;
有关安全性的 特殊试验
浓度测定 ( 含菌数或纯化抗原量 )
活菌率, 或病毒滴度测定
效力检定 动物保护率试验
免疫抗体滴度测定
稳定性试验
第二节 制造生物制品的生物学基础
生物制品 主要是 细菌、病毒 等微生物 本身 或其 代谢
产物,或用它们免疫动物所得 抗血清 制成。
一, 生物制品的微生物学基础
1,细菌的代谢产物
( 1)热原质,代谢合成的多糖, G-细菌细胞壁中的
脂多糖 。
( 2)毒素,细菌产生的毒素有 内毒素 和 外毒素 。
内毒素是 脂多糖 ;外毒素是 蛋白质,产生外毒素的
细菌大多是革兰氏阳性菌,但少数革兰氏阴性菌也能
产生外毒素 。
二、生物制品的免疫学基础
推动现代生命科学前进的三架马车
分子生物学( Molecular Biology)
免疫学( Immunology)
细胞生物学( Cell Biology)
(一)、基本概念:
免疫,系指机体对感染有抵抗能力,而不患疾病或
传染病。
组织和器官
免疫系统 细胞
活性分子
免疫学 是研究免疫系统的结构与功能, 理解其对
机体有益的防卫功能和有害的病理作用及其机制,
以发展有效的免疫学措施, 实现防病, 治病的目的 。
非特异性免疫,皮肤、粘膜屏障,细胞分泌抑菌、
杀菌物质,吞噬细胞,NK细胞、补体作用。
特异性免疫,针对某一特定抗原物质而起作用,
具有特异性。
(二 )免疫应答
固有性免疫应答 迅速起防卫作用
免疫应答
适应性免疫应答 T,B细胞活化
1、固有性免疫应答
吞噬(识别多糖)
病原体 皮肤 黏膜
NK细胞 杀伤
释放细胞因子 血管扩张 炎症 巨噬渗出
分泌细胞因子 启动适应性免疫应答
抗原 ( antigen)是指能刺激机体免疫系统发生免疫应
答而产生抗体或致敏淋巴细胞,并能与相应 抗体 或 致
敏淋巴细胞 在体内、外发生 特异性结合 的物质,或称
完全抗原 。
抗原有 两个特性,
( 1) 免疫原性, 即能刺激机体产生免疫应答的能力;
( 2) 免疫反应性, 能与相应的免疫应答产物发生特
异性结合 。
半抗原( hepten) 只有免疫反应性而无免疫原性的物
质。
2、适应性免疫应答
T,B细胞经其细胞表面表达的抗原识别 受体, T、
B细胞与抗原结合开始活化。
B细胞 增殖 分化 浆细胞
IgA
抗原 细胞生长因子 IgM
分泌抗体 IgG
IgD
IgE
细胞毒性 T细胞 杀
T 细胞 增殖 分化
记忆细胞
免疫球蛋白 ( Immunoglobulin,Ig)
是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的
球蛋白。
抗体 ( antibody,Ab)
是 B细胞识别抗原 后增殖分化为 桨细胞 所产
生的一种蛋白质,主要存在于血清等体液中,
能与相应抗原特异性地结合,具有免疫功能。
补 体
是存在于人和脊椎动物血清与组织液中一组
经活化后具有 酶活性 的蛋白质。
一、补体活化的经典途径
二、补体活化的 MBL途径
三、旁路途径
粒细胞(中性、嗜酸性、嗜碱性)
单核 -巨噬细胞、
髓系祖细胞 巨核细胞
树突状细胞
造血干细胞 红细胞的母细胞
T细胞
淋巴系祖细胞 B细胞
NK细胞
部分树突状细胞
免疫细胞
一、吞噬细胞
中性粒细胞
抗原处理及抗原提呈细胞
巨噬细胞将病原体吞噬,病原体成分被水
解,形成 抗原 分子 —— 活化 B细胞;或与 MHC
分子结合,经 APC提呈给 T细胞,使 T细胞活化。
郎格汉斯细胞 -吞噬处理抗原 -迁移至淋巴结
-分化为树突状细胞,失去吞噬能力而具有很强
提呈能力。
肺部巨噬细胞吞噬大肠杆菌
中性粒细胞、血小板等
自然杀伤细胞
NK细胞一经识别病毒感染细胞后,即可发挥
杀伤作用,与 T,B淋巴细胞不同。
人 T淋巴细胞攻击母细胞瘤细胞
淋巴组织
骨髓
免疫系统 中枢淋巴器官
胸腺
淋巴器官
淋巴结
外周淋巴器官 脾
扁桃体
免疫组织与免疫器官
一、外周淋巴器官及组织
淋巴结 淋巴结内 T细胞约占 75%,B细胞占
25%。
二、中枢免疫器官
骨髓 B淋巴细胞发育成熟的场所。
胸腺 由胸腺基质细胞和胸腺细胞组成。是 T
淋巴细胞,尤其是 αβ+T细胞发育的场所。
三、淋巴细胞再循环
淋巴细胞经淋巴循环及血液循环,运行并再
分布于全身各处淋巴器官及淋巴组织中。
淋巴细胞在各淋巴组织和淋巴器官中的定位
有一定特异分布性。取决于淋巴细胞表面黏附
分子种类及高内皮细胞小静脉( HEV)表达的
相应黏附分子受体。
第四节 免疫病理与免疫性疾病
超敏感反应病 反应过高
免疫缺陷病 免疫功能低下或缺失
自身免疫性疾病 对自身抗原应答所致
免疫耐受是机体对抗原刺激表现为“免疫不
应答”的现象
( 一 ) 人工免疫
人为地给机体输入抗原以调动机体的免疫系统,
或直接输入免疫血清,使获得某种特殊抵抗力,用以
预防或治疗某些疾病者,称为 人工免疫 。
有两种人为方式,可使机体获得有效的免疫力,
即 自动免疫 和 被动免疫 。
( 1)人工自动免疫 是给机体输人抗原物质,使免
疫系统因抗原刺激而发生类似感染时所发生的免疫过
程,从而产生特异性免疫力。
用于人工自动免疫的 抗原性制剂,大部分用病原
微生物直接制成称为 疫苗 ;亦可取微生物毒素去毒而
制成,称为 类毒素 。
( 2)人工被动免疫 输入免疫血清(含特异性抗体)
使机体获得一定免疫力,以达到防治某些疾病目的者,
称为 人工被动免疫 。
输入特异性抗体后,可立即发挥免疫作用。但由
于免疫力的产生不经自身免疫系统,因此维持时间常
较短暂。
三, 生物制品的生物化学基础
( 一 ) 生物制品的蛋白质生化
研制 纯化 疫菌苗及人工合成的 多价菌苗, 获得原
虫的有效成分制造原虫疫苗等均为生物制品的发展趋
势 。
( 二 ) 其他技术
( 1) 杂交瘤技术 ( 单克隆抗体, 抗体改造 )
( 2) 基因工程技术 (制疫苗, 产抗体 )
细胞融合后,可产生多种融合细胞,如脾一脾、
脾一瘤、瘤一瘤的融合细胞,而且还有许多未融合的
骨髓瘤细胞。
可再将融合后的细胞立即移人选择性培养基中进
行培养。常用的选择培养基为 HAT培养基,它是用次
黄嘌呤( H)、氨基蝶呤( A)和胸腺嘧啶( T)配
制的。
脾一瘤融合的杂交瘤细胞可利用 HGPRT酶,用次
黄嘌岭( H)和胸腺嘧啶( T)合成 DNA,使杂交瘤
细胞得以生长。筛选出产生抗体的阳性克隆。
第三节 生物制品的一般制备方法
一、疫苗制造方法
(一)毒种的选择和减毒
( 1)毒种必须持有特定的抗原性,能使机体诱发特
定的免疫力。
( 2)毒种应有典型的形态和感染特定组织的特性,
并在传代过程中,能长期保持其生物学特性。
( 3)毒种易在特定的组织中大量繁殖。
( 4)不产生神经毒素或能引起机体损害的其它毒素。
( 5)无原致病力的现象。
( 6)不被其他病毒所污染。
( 二 ) 病毒的繁殖
所有动物病毒, 只能在活细胞中繁殖 。 若需大量
繁殖, 首先要寻找能受感染的活细胞 。 在通常的情况
下, 病毒可用下列几种方法繁殖 。
1,动物培养
这种方法是将病毒接种动物的 鼻腔、腹腔、脑腔
或皮下,使之在相应的细胞内繁殖。接种动物的种类、
年龄和接种途径依病毒的种类而异。
2,鸡胚培养
这种方法是将病毒接种到 7~ 14日龄鸡胚的尿囊腔、
卵黄囊或绒毛尿囊膜等处;接种的部位亦因病毒种类
的不同各异。
3,组织培养
从 20世纪 50年代开始,组织培养已广泛用于病毒
培养。目前,差不多所有人类和动物的组织都能在试
管中培养。
4,细胞培养
用于疫苗生产的主要有 原代细胞培养 和 传代细胞
培养 两种方法。
原代细胞培养 系将动物组织进行一次培养而不再传
代;常用的细胞有猴肾细胞、地鼠肾细胞和鸡胚细胞
等。
传代细胞培养 系用长期传代的细胞株,常用的有
人胚肺二倍体细胞、非洲绿猴肺细胞等。
( 三 ) 疫苗的灭活
不同的疫苗,其灭活的方法不同,有的用 甲醛溶
液 ;有的则用 酚溶液 ;灭活温度和时间,需视病毒的
生物学性质 和 热稳定性质 而定。
其 原则 是要以足够高的温度和足够长的时间破坏
疫苗的毒力,而以尽可能的最低温度和最短时间来
尽量减少疫苗免疫力的损失。
( 四 ) 疫苗的纯化
疫苗纯化的目的,是去除存在的动物组织,降低
疫苗接种后可能引起的不良反应。用细胞培养所获
得的疫苗,动物组织量少一下般不需特殊的纯化,
但在细胞培养的过程中,得用 换液 的方法除去培养
基中的 牛血清 。 用动物组织所制成的疫苗 (要淘汰)
(五)冻干
二, 菌苗类制品和类毒素的制造方法
菌苗类制品和类毒素的制备,均由细菌培养开始,
但前者系用菌体作为进一步加工的对象,而后者则对
细菌所分泌的外毒素进行加工。
一般工艺流程:
第四节 生物制品的质量检定
一, 理化性质检定
生物制品中的某些有效成分和不利因素,需要通过
物理化学和生物化学的方法才能检查出来,这是保证
制品安全和有效的一个重要方面。
( - ) 物理性状的检查
( 1)外观
( 2)真空度及溶解速度
( 3)装量
(二)蛋白质含量测定
目前常用的有以下 4种①凯氏定氮法,②双缩脲
法,|⑧酚试剂法( Lowry氏法),④紫外吸收法。
( 三 ) 纯度检查及鉴别试验
血液制品、抗毒素和类毒素等制品,需要进行纯度
检查或做鉴别试验,为此,常用区带电泳、免疫电
泳、凝胶层析、超速离心等技术进行分析。
(四)分子量或分子大小测定
( 五 ) 防腐剂含量测定
生物制品在制造过程中,为了脱毒、灭活或防止杂
菌污染,常加入苯酚、甲醛、氯仿、硫柳汞等试剂
作为防腐剂或灭活剂。
二、安全试验
预防或治疗用生物制品,在生产过程中须进行 安全性
方面的 系统检查,排除可能存在的不安全因素,以保
证制品用于人体时不致引起严重反应或意外问题。
一般要求抓好以下几个方面:
一是菌毒种或主要原材料的检查。
二是半成品(包括原液)的检查。
三是成品检查 。
(一)外源性污染的检查
( 1)野毒检查
( 2)热原质试验
( 3)乙型肝炎表面抗原( HBsAg)检查
(二)杀菌、灭活和脱毒情况的检查
( 1)无菌试验
( 2)活毒检查
( 3)解毒试验
( 三 ) 残余毒力和毒性物质的检查
( 1)残余毒力试验
( 2)无毒性试验(一般安全试验 )
( 3)毒性试验
( 4)防腐剂试验
(四)过敏性物质的检查
( 1)过敏性试验(变态反应试验)
( 2)牛血含量的测定
( 3)血型物质的检测
三、效力试验
生物制品的效力,从实验室检定来讲,一是指制品
中有效成分的含量水平,二是指制品在机体中建立 自
动免疫 或 被动免疫 后所引起的抗感染作用的能力。对
于诊断用品,其效力则表现在诊断试验的 特异性 和 敏
感性 。
( 一 ) 免疫力试验
将制品对动物进行自动 ( 或被动 ) 免疫后, 用活菌,
活毒或毒素攻击;从而判定制品的保护力水平 。
( 二 ) 活菌数和活病毒滴度测定
(三)类毒素和抗毒素的单位测定
(四)血清学试验
(五)其它有关效力的检定和评价
( 1)鉴别试验
( 2)稳定性试验
( 3)人体效果观察
四、生物制品检定标准
用一已知效力的制品作为对照,由对照结果来校正
检定试验结果。这种用作对照的制品,就是生物标准,
也就是通常所说的 标准品或参考品 。
生物制品的标准品或参考品,必须由世界卫生组织
或国家检定机构审定分发。如果是由世界卫生组织审
定发出的,就称为 国际标准 ;如果是由国家检定机构
批准发出的,则称为 国家标准 。
标准品的分级
( 1)国际生物标准
( 2)国际参考制品
( 3)国际生物参考试剂
第五节 重要生物制品
一、疫苗
(一 )乙型肝炎疫苗
1、血源疫苗
取无症获带毒者的 HBsAg阳性血浆 经硫酸铁浓
缩沉淀 透析去硫酸铵 用溴化钾及蔗搪作等密
度匀速率区带离心 1,2000福尔马林 60℃, 10小
时(或 1,4000福尔马林 36℃ 灭活 72小时) 以氢氧
化铝作佐剂
聚乙二醇浓缩 羟基磷灰石吸附 等密度超速离心
2、人工合成多肽疫苗
3、基因工程疫苗
二、菌苗
(一)卡介苗
分离的一株牛型结核杆菌,每 2~ 3星期传代一次,
前后共传了 231代,经约 13年时间,终于获得一株毒
力稳定的减毒株 。
卡介苗制造大多采用表面培养,少数采用深层培养。
( 1)表面培养:采用改良的苏通培养基;培养温度
37~ 39 ℃,培养时向 10~ 12天,生产的卡介苗活力
高,用 6~ 8天更幼龄的培养有利于制备 冻干制品,采
用对数生长期的幼龄培养菌代替平衡期培养菌生产,
可使活菌率由 10%左右提高至 30%~ 50%。菌膜收集
后压平,移入盛有不锈钢珠瓶内,加入适量稀释液,
低温下研磨,研磨好的原液稀释成各种浓度的 菌苗 。
( 2)深层培养:
三、类毒素
( 一 ) 白喉类毒素
白喉类毒素是一种用于预防白喉病的自动免疫制
剂,是由产毒力高的白喉棒状杆菌培养,滤液经 福尔
马林脱毒 后精制(或精制后脱毒)而成,通常是制成
吸附制剂 或与其他预防制剂配成 混合制剂 使用。
1、菌种及培养基
国际上产毒最著名的菌种为第 8号菌株( PW8),我
国目前采用 PW8 Weissenee亚株,
3,脱毒
白喉类毒素经脱毒即成为无毒, 但仍保持高度抗原
性的类毒素 。
影响脱毒的主要因素有 ⑴ 温度 温度越高脱毒越快,
且脱毒越完善, 但超过 40℃ 对抗原性有很大破坏, 一
般多采用 37~ 39℃ 。 ⑵ pH pH越高脱毒越快, 但碱性
过强对抗原性有很大破坏, 故 PH在 7.0± 7.5较为适宜 。
⑶ 甲醛浓度 甲醛浓度越高脱毒越快, 但甲醛浓度过
高时脱毒后残余甲酸量过高, 对抗原性有损害, 并会
引起注射时的强烈刺痛 。 ⑷ 含氮量 毒素含氮量越高脱
毒时所需甲醛量越大, 按毒素氨基氮含量加适量甲醛
脱毒, 既能脱毒完善, 又避免过多的残余甲醛量损坏
抗原性 。