基因工程疫苗的分离技术研究文献综述

 2022-12-27 10:12

开题报告内容:

在基因工程快速发展的时代,基因工程已经与人们的生活息息相关,无论是食品医药还是生物医学等领域,基因工程都发挥着独特、难以替代的作用。分离纯化工艺对基因工程产品的质量起着至关重要的作用,在基因产业火热的国内外大环境下,蛋白的分离纯化工艺也在高度关注下蓬勃发展。本次课题研究的目的是得到某些基因工程疫苗的合理、高效分离技术方案,以此来进一步加深同学对课本知识的理解,锻炼实际操作能力,培养多思多想、不断尝试的科学研究思想。

目前用于基因工程产品分离纯化的方法很多,根据个技术的作用原理可概括为五类:(1)根据分子大小和形状不同进行分离,如凝胶过滤法、透析和超滤法、密度梯度离心法等。(2)根据分子的带电性质进行分离,如离子交换层析法、电泳法、等电点聚焦法。(3)根据分子极性大小及溶解度不同进行分离,如等电点沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、逆流分配法等。(4)根据配体特异性进行分离,如亲和层析法。(5)根据物质吸附性质不同进行分离,如选择性吸附和吸附层析法。

疫苗是生物制品,是应用传统方法或基因工程等生物技术,针对病原体或其相关的蛋白(多肽、肽)多糖或核酸,以一种或多种成分,直接或间接通过载体经免疫接种进入机体后,能诱导产生特异性的液体和(或)细胞免疫,从而使机体获得预防该病的免疫力,主要用于疾病的预防和治疗。

据古籍记载,我国在公元10世纪就曾采用接种人痘(天花病原体)的方法来预防天花。近年来,随着生物、化学技术的迅猛发展,尤其是基因工程技术的兴起,疫苗已不是完整的病原体,灭活和减毒的概念亦模糊不清。疫苗的应用已从预防疾病发展到治疗疾病,因而有预防性疫苗和治疗性疫首之分。目前大多数疫苗产品,都是用于预防病毒或细菌的感染。根据制备技术可分为传统疫苗和新型疫苗(或高技术疫苗)。传统疫苗包括灭活疫苗、减毒活疫苗和从微生物及其衍生物分离提取的亚单位疫苗,如蛋白疫苗和多糖疫苗;新型疫苗包括基因工程亚单位疫苗、重组载体活疫苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗、遗传重配疫苗以及合成肽疫苗等。

随着我国我首市场规模的持续快速增长、科学技术的发展以及人们对苗安全性和副作用和认识的加深,经简单提纯的疫首己不能满足人们对疫苗的纯度、无菌性和安全性等的要求,在历史上曾因疫苗提取后仍有过高的宿主蛋白,除去杂蛋白率不高,影响疫苗的产品质量,导致疫苗在临床使用后有较大的副作用,这促使人们对疫苗的纯度、无菌性和安全性等提出了更高的要求。研究者期望通过以下两个方向的研究得到纯度高、无菌和安全的疫苗制品:①从疫苗开发的技术路线出发研制更高效、安全的新疫苗;②从分离纯化工艺出发提高疫苗的纯度。过去,人们认为只有亚单位疫苗和菌体分离需要精制纯化设备,大多数疫苗仅进行初步纯化,但现在越来越多的疫苗是精制纯化疫苗。同时,疫苗在来源、组分、物化性质以及生产方式等方面存在着一定差异性,因此不同疫苗的分离方法也存在相对特异性。而目前疫苗分离纯化的主要研究方向为在尽可能保证疫苗生物活性不受损失的情况下,提高分离效率,提高回收率和产品纯度等几个分离纯化关键共性间题。

虽然不同疫苗具体的分离纯化路线有所不同,但总体纯化策略大体一致,分为初步分离和后期精制。初步分离的目的是将目标粗产物与培养液分离,包括细胞破碎技术,浓缩以及利用膜分离技术初步除杂;而后期精制阶段的主要目的在于在保证其活性的前提下,利用超速离心、层析技术等方法,进一步提高目标产物的纯度,使其达到疫苗行业标准。同时也要兼顾生产规模、制备要求等条件,进而确定纯化工艺条件。在实验室规模的病毒纯化操作通常使用超速离心法为基础方法;而在大规模工业生产病毒的纯化方法中,更倾向于采用易放大的技术如膜过滤及层析技术。

采用膜分离与层析技术对疫苗进行分离纯化使得传统分离纯化行业得到了长足发展,同时与之相关的新老技术的结合及新技术之间的融合也引起了人们的重视。目前,国内外学者在整体柱、移动模拟床色谱膜色谱等步骤更为简化、实用性更高的新兴技术研究方面也取得了显著成果。

整体柱(monolithic column)又称连续床continuous bed),出现于20世纪30年代末。按制备材料可分为硅胶整体柱、有机聚合物整体柱和无机硅胶-有机聚合物混合基质整体柱三类,并且还可以通过进行化学修饰或改变进而得到不同用途的整体柱。整体柱是通过柱管内原位聚合或固化的方法制备得到的具有高度多孔、且相互连通形成通道网络结构的整体棒状固定相。这种独特的结构能够最大程度的减弱扩散阻力。因其与填充柱相比具有简单、通透性好和传质快等诸多优点而被广泛应用于电色谱、液相色谱及固相萃取等生物分离分析方面。近年来,整体柱在生物大分子如蛋白、DNA和病毒的分离中也得到一定应用。

移动床分高技术( simulated moving bed,SMB)是基于色谱分离技术原理,将多根色谱柱串联,通过阀切换技术,进而使流动相循环的色谱分的离装置。结合生成工艺,将设备、电器以及自动控制等多学科技术集于一身,技术含量高,设计复杂,能够高效廉价地分离一般分离方法(如沉淀萃取、膜过滤等)难以分离的一些物理性质与化学性质相似的混合物。评价模拟移动床的指标有:柱数、柱长、柱径和柱压降以及分离强度、纯度、浓度、循环比和料剂比等。

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