水稻胚乳细胞生物反应器及其应用

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获奖名称：

国家技术发明奖

获奖区域：

国家

获奖等级：

二等奖

主要完成人：

杨代常; 何洋; 谢婷婷; 宁婷婷; 汪相宏; 刘静茹

关键词：

水稻;  技术平台;  生物反应器; 

第一完成单位：

武汉大学

获奖时间：

2013

项目名称：

动植物生物反应器新技术研究

联系人：

孟敏

联系电话：

027-68772136

电子邮件：

dst@whu.edu.cn

邮编：

地址：

湖北省武汉市武昌区珞珈山街16号

合作完成单位：

武汉禾元生物科技有限公司

单位电话：

027-68755114

传真：

网址：

推荐单位(专家)：

湖北省

来源网站：

国家科学技术奖励工作办公室

来源网址：

http://www.nosta.gov.cn/

摘要：

本专利技术于2005年启动的自主研究项目，于2007年获得国家科技部"863"计划“动植物生物反应器”重点项目的资助，2008年获得国家科技重大转基因专项“功能性转基因水稻新品种培育”和湖北省发改委的资助；2009年获得国家新药创制重大专项的“新药技术大平台”的资助；2010年获得了国家科技部创新基金的资助和武汉国家生物产业基地的“武汉国家生物产业基地蛋白质纯化中心”的资助；2011年获得了国家高新技术"863"计划的“动植物生物反应器”重点项目和国家科技重大转基因专项“功能性转基因水稻新品种培育”的滚动资助和武汉市东湖开发区"3551"人才项目的资助。 在国家和地方政府的支持下，加速了该专利技术的研究与转化。 本专利技术从2005年开始研究，直到2011年10月其研究成果在美国科学学院报上发表，经过6年多的研究与开发，建立了具有我国独立自主知识产权的水稻胚乳细胞生物反应器的核心技术包括胚乳特异性启动子、转基因的愈伤组织特异性启动子和蛋白定向储存的技术平台和提取与纯化的专利技术；在建立了技术平台的基础上，利用该技术平台完成了重组人血清白蛋白的表达、纯化、工艺和中等规模生产、转基因生物安全评价等方面进行系统研究，建立了利用水稻胚乳细胞生物反应器的生产重组蛋白质的完整技术体系。利用本专利技术成功地表达了重组人血清白蛋白(OsrHSA)、重组人抗胰蛋白酶(OsrhAAT)、重组人胰岛素样因子-1(OsrhIGF-1)等蛋白质，表达量在39.6～120微克/种子之间，表明该技术平台可高效地表达各种类型的蛋白质，具有广泛的应用前景。 利用水稻胚乳细胞作为生物反应器来表达和生产重组蛋白质或多肽的技术，包括医药用、工业用的重组蛋白，整个生产过程涵盖了基因克隆，表达；原料种植，收获，运输，储藏；蛋白提取，纯化，加工等技术。植物生物反应器是以农业的形式完成原料生产，而加工过程和最终产品又以医药的形式完成，将农业和制药业有机整合。 1.突破了植物生物反应器表达量低的技术难题 2.解决了植物生物反应器不能表达小分子多肽的难题 3.攻克了植物生物反应器存在的生产工艺复杂的关键技术 4.突破了水稻遗传转化选择性标记基因依赖于国外专利的限制 2009年11月，本项技术“水稻胚乳细胞表达技术平台及其应用”顺利通过湖北省科技厅组织的科技成果鉴定，本技术平台得到国内专家的高度认可，认为该技术平台可用于表达各种医用蛋白，具有很强的操作性和实用性，并且建立了重组人血清白蛋白小试、中式工艺，证明了其生物活性。水稻胚乳细胞生物反应器取得突破性进展，解决了植物生物反应器表达量低、纯化工艺复杂和规模化等问题，总体成果达到国际先进水平。 水稻胚乳细胞表达技术平台和蛋白质提取纯化技术平台，可以用来高效表达和规模化生产各种人源或其他来源，具有巨大市场前景和市场需求的医药蛋白质或多肽，包括可用于医药和工业试剂的各种酶与多肽；本专利技术克服了包括现有植物或其他表达体系不能解决的表达量低、规模化困难和纯化工艺复杂的问题，可显著地降低生产成本和提高产品的安全性。人血清白蛋白是我国一线大宗临床用药，国家列为具有重大市场需求、存在重点问题，重点培育的重大品种的“三重”生物药品种，主要应用于以下几个领域：临床治疗失血创伤，烧伤引起的休克，脑水肿及损伤引起的颅压升高；肝硬化及肾病引起的水肿或腹水；低蛋白血症，新生儿高胆红素血症；药物载体：利用人血清白蛋白的结合活性，使药物得到运输，提高药物治疗效果；细胞培养添加剂，提供细胞生长所需的氮源营养元素，运输和代谢各种其他营养成分；人工替代血浆，以重组人血清白蛋白为载体，金属卟啉为配体制造人造血浆；纳米材料及融合蛋白：通过靶标药物与人血清白蛋白耦合融合，提高药物半衰期和药效；取代血浆来源的人血清白蛋白，缓解血浆供应不足的局面。 重组人α抗胰蛋白酶主要用于哮喘肺气肿、下呼吸道感染等疾病的治疗，尤其是先天性AAT缺损症。和牛皮癣和皮肤干裂以及美容保健领域，是国际上首个成功高效表达重组人抗蛋白酶，并进入市场酶制剂。 重组碱性成纤维细胞细胞生长因子，主要用于各种干细胞培养，是胚胎干细胞、神经干细胞、骨髓间质干细胞等干细胞的必须添加物，同时该类因子具有深层修复作用，还应用于外科手术的快速癒合和伤口修复以及美容手术中。 重组酸性成纤维细胞细胞生长因子，主要用于烧伤、烫伤、各种溃疡；也广泛用于美容、创面修复等。 重组人胰岛素样生长因子，作为生长因子具有促成肌细胞增殖，可用于创面修复和组织工程，同时也具有胰岛素样活性，可降低血糖，保护胰岛细胞，广泛用于糖尿病的预防和治疗，同时具有防止衰老的作用。 本专利技术生产的植物源重组人血清白蛋白已经用于干细胞培养领域和疫苗生产领域，作为动物细胞和干细胞培养添加剂，如美国Cynan biological公司将本产品应用于干细胞无血清培养基、Sciencell将本品用于胚胎干细胞培养、美国的Advantage Bio公司用于动物疫苗生产、北京京蒙用于人体间充质干细胞培养和哈药总厂的应用都取得了很好的效果。