生物制药工艺有效教学体系的构成

杨仲毅 付永前 李 娜 呼高伟

（台州学院 浙江·台州 318000）

生物制药产业是近年来全球制药行业中增长最为迅速的子行业，具有生物制药工艺技术素养的人才肩负着制药产业升级的重任。研究生物制药工艺的有效教学体系，协调各课程内容，建立培养与评价体系，培养高素质的生物制药人才，是一项对行业和地区经济持续发展具有前瞻性的措施。

1 课程体系

生物制药专业根据学校目标定位的不同有相应的课程体系。[1]结合台州的制药产业优势和台州学院的特点，生物制药工艺的有效教学应涵盖生物制药工艺的各个层次，包括基本知识、基础技术、工艺技术和工艺设计四个层次的课程。

1.1 基本知识（化学、生物学、药学）

相关课程有：有机化学、无机化学、分析化学；生物化学、微生物学、细胞生物学、分子生物学；生物技术药物、药剂学、药理学、免疫学、生物制药工艺学等。

作为一种药物，研究学习它的生产工艺，首先需要了解该物质的性质。有机、无机及分析化学课程不仅有助于了解物质的理化性质，还是进一步学习生物化学、微生物学等其他课程的基础。但对于有机、无机及分析化学，可以突出面上的知识，减少与生物和工艺关联不是很密切的内容。减少化学类课程总数，是一个比较适合于生物制药专业学生的课程安排。

生物药物来源于生物，作用于生物。“生物化学”“微生物学”分别讲述了物质之间在生物体内是如何转换的，以及制药工艺中最常用到的工具——微生物的一些基本知识。“动物学”“植物学”对制药工艺的理解有所帮助，比如药用的动植物资源等知识，属于有益但并非必须的课程。“细胞生物学”是在显微、亚显微和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能和各种生命规律，也对生物制药工艺的理解有着较大的帮助，是工艺技术人员在实践中进一步提升技能所必须的。“分子生物学”对生物制药工艺的有效教学显得尤为必要。基因工程已经成为现代生物制药的一个重要手段，虽然在“微生物学”等课程中都会讲述一些微生物基因工程制药的内容，但制药工业中以单抗为代表的分子生物学内容已经飞速发展，有必要在“分子生物学”课程中进行系统的讲解。

最后是有关药物本身的基础知识。“生物制药工艺学”课程本身提供了药物的相关分类及临床应用基础知识，另外也要加强药理学、药剂学、免疫学及生物技术药物等知识的系统性学习。这些知识既是理解药物和人体相互作用的基础，也是进一步技术创新的源泉。

1.2 基础技术（单元操作、分析检测等）

相关课程有：化工原理、仪器分析、生物工程设备等。

在具有本行业的基础知识后，接下来要进入药物生产的环境中，掌握相关的制药技术，学习如何成为一个操作人员。

“化工原理”不仅讲述了物料在生产加工过程中的传质、传热、传动及反应过程，还讲述了传质过程中的各种单元操作，如蒸馏、萃取、干燥、吸附分离、膜分离等方法，是一个操作人员从会操作到明白为什么这样操作的主要理论知识依据，也是生物制药工艺学中工艺形成的主要依据。

“仪器分析”和“生物工程设备”分别介绍了制药工艺中非常重要的分析仪器和工艺设备。尤其是“生物工程设备”课程，有助于学生理解生物制药工艺的技术路线选择。比如发酵液的固液分离，应该选择离心设备、膜过滤设备还是流化床设备，需要学生对设备和分离提取技术有一个宏观综合的概念。分析仪器虽然不一定与制药工艺直接关联，但作为一个操作工以上层次的技术人员，需要对工艺步骤进行及时的分析，对产品质量也需要时刻放在心上。

1.3 工艺技术（上游、中游、下游工艺术，及制剂技术等）

相关课程：发酵工艺学、分离工程、动物细胞培养、生化工程；药剂学；酶工程等。

生物制药工艺传统上可以分为上游、中游和下游技术。上游工艺技术主要以得到适合于批量生产的生物体为主要目的，比如菌种的筛选保存、扩大培养等等。中游技术一般指以生物反应为核心的技术模块，比如发酵、生物反应、动物细胞培养、植物组织培养等等，这些工艺过程既需要技术上的指导，也需要设备和操作的完美配合。“发酵工艺学”较为详细的介绍了菌种、发酵的工艺技术和设备要求，是生物制药工艺有效教学体系的核心课程之一。

下游工艺传统上指的是产品化学成分的得到，也就是分离纯化技术，但是随着制药行业的变迁，我们有必要把制剂也归于下游技术，或者在下游技术之外再加一个制剂技术。“生物分离工程”是下游工艺的标志性课程，也是生物制药工艺有效教学的重要课程。

“生化工程”则是在以上基础上的提高，主要是从理论上阐明工艺技术、设备和操作为什么要配合、应该如何配合，对于培养技术员以上层次的应用型人才是一门非常好的课程；酶工程技术作为当代制药行业绿色化的一面旗帜，其本身的应用较广，不限于制药行业，“酶工程”课程讲述了一个较为完整的与酶相关的工艺技术过程，也是一门应用性较强的课程。

随着国内制药行业的技术和产品升级，越来越多的厂家从原料药的制造转型到制剂的生产。对于生物制药专业，与制剂相关的课程可以作为生物制药工艺有效教学的主要课程之一。

1.4 工艺设计（产品开发、工厂设计等）

相关课程有：生物制药工艺学、GMP 等。

不同工厂的设备生产能力、精度以及工人熟练程度等因素都大不相同，甚至同一个工厂在不同的时期的工艺也可能不同。在这个层次上需要有实践经验的教师把相关内容和理念穿插到教学过程中来实现。“生物制药工艺学”介绍了各种生物药物，以及这些药物的制造工艺，可以作为主要课程，但应补充对工艺设计的总体介绍；“生物技术药物”以介绍药物为主，附带提到了药品的制造工艺，可以作为“生物制药工艺学”的替代课程；工厂设计和毕业设计环节有对工艺过程进行生产线设计的任务，“GMP”“制药设备与车间设计”等课程可以作为工艺设计的指导性和选修性课程。[2]

在实际的课程安排中，上述各种技术和工艺内容往往不能与各门课程一一对应，有些内容可能会在不同的课程中都有体现，需要注意侧重点和深度的不同。比如有关发酵的知识，在“微生物学”“发酵工艺学”“生物制药工艺”等课程中都会涉及，它们分别强调了有关发酵的基本知识、基本理论和操作以及在制药工业中的具体应用。

各种技术内容要在各门课程中科学合理有序的推进和体现。原则上可以按照上述基本知识、基本技术、工艺技术和工艺设计的次序进行安排。同时在课程内容上应与时俱进。比如微生物学、细胞生物学的教学内容可以多一些体现生物制药的新趋势，尤其是动物细胞培养，其对应的单抗药物已在全球十大畅销药中占据了半壁以上江山。

上述课程体系在实验课的教学上更需要系统化，尽量使各门课程的实验内容可以构成完整的生物制药实验技能体系。

2 课程教学方法

为达到生物制药工艺有效教学的目的，课堂教学方法上也需要有更多的创新。生物制药工艺的教学不仅要考虑到理论知识的教学，还要更多的考虑实验和实践内容的教学；不仅要考虑学生在校期间的知识能力学习，也要为他们在实践工作中的提升埋下思维的种子。

（1）将更多的理论知识融合到实践内容中来讲解。生物制药工艺课程体系中有许多课程概念多、理论知识抽象、公式冗杂、内容枯燥，对于缺乏实践知识和经验的学生来说有相当大的难度，采用传统教学方法教学效果自然不太理想。但这些课程中有许多内容是可以结合实验课来讲解的，在理论课上显得非常高深的知识面对实物时会有非常直观的认知；许多关于操作和设备运行的知识也更适合在实践中进行教学。这需要我们做出一些大胆的尝试，打破理论课和实验课的界限，也打破教室和实验室的界限。[3]

（2）更多的行业执业者型教师。学院派和行业派教师各有自己的特长，两者所教授的重点也有所不同，将两者结合更有利于应用型人才的培养。相对而言，学院派教师更擅长将知识讲透，行业派教师则更侧重于将学生教会。生物制药工艺的有效教学需要两种风格的教师共同协作达成。行业执业者型教师可以参与到教学环节中，或者单独授课。根据以往的实践，我们最要注意的是避免两种教学类型强硬融合造成的混乱，导致学生对知识、操作以及教师留下不良的印象。

（3）更多的教学方式。传统的课堂灌输式教学仍是必不可少，但是新的教学方式如网上课程、远程教学、慕课等，都是对传统教学方法非常好的补充。对于生物制药工艺的有效教学，工艺不同层次可以采取不同的教学手段。如一些小实验可以走进理论课教室，理论课可以走进实验室，而工程课则可以走进工程现场，工艺课则在条件允许的情况下走进生产车间。实验课则尽量带有任务性，以激发学生的主动性。

3 生物制药工艺有效教学硬件和软件

为提高生物制药工艺教学的实效性，教学环节需尽量接近真实情景。

3.1 进一步完善教室的多媒体设备，跟踪视频新技术，课堂教学中的单元操作、工程设备、工艺现场可以采用视频等方式再现

多媒体教室已经成为高校的一个标配，同时许多课程我们都可以在网上找到视频资源，比如“化工原理”“仪器分析”“生化工程”等等，这为制药工艺的有效教学提供了一个很好的方式。拓宽这些在线课程，增加一些单元操作、工程设备讲解和工艺现场的视频讲解，可以提高在常规教室理论课教学的效率，进一步提高生物制药工艺教学的有效性。

3D全息投影、远程互动、虚拟现实等设备和技术也都已经常规化，将会在不远的未来走进教室，也将增加教学的趣味性和有效性。

3.2 实验室及实训室建设

实践环节可通过虚拟仿真教学、工厂见习等方式予以强化，更重要的是构建实验室和实训体系。首先要创造一个实训的环境，各个实验室和实训室应该有足够人份的仪器，以使每个学生都能参与到实验任务中；其它的实验器材和试剂、材料也要足够，尽量使学生自己准备所需的实验物品。

其次要根据实验课程与内容体系，梳理实验室体系中的必要教学环节和设备，尤其是需要整理综合实验的教学内容，清楚制约实验教学的软件和硬件因素，注重培养学生的动手能力和开阔其视野。比如动物细胞培养罐和层析技术的缺失，将使学生失去对单克隆抗体药物的直观认识。一个好的完善的从菌种到发酵再到提取和产品的工艺过程再现，则可以帮助学生加深对工艺的理解，以及树立积极的工作价值观。

另外要实现对生物制药工艺的有效教学，需要有一定数量的教师从事相关的科研工作。教师科研室的实验装备和课题某种程度上才是真正反映了该专业在生物制药工艺教学上的有效性。

理想的体系包括且不限于以下实验室：（1）微生物实验室，应具有足够设备器材以使每位学生接受常规的微生物实验培训。（2）细胞培养实验室，应具有一套单抗生产的流程，可以进行细胞的保存、培养、发酵，以及蛋白分离纯化、检测设备。（3）发酵实训室，应具有足够的培养箱、摇床、发酵罐，可以进行菌种、发酵技术培训，可以进行发酵过程工艺技术控制实训。（4）分离提取实训室，应具有各类分离纯化的设备，可以进行各种分离提取技术实训，比如离子交换、膜技术、离心分离、层析技术、结晶等操作。（5）分析检测实验室（QC 实验室），应具有相关仪器，可以进行药品质量各项指标检测的实训，能够写出基本药物的质量检测报告。（6）制剂实验室，应可以进行基本的片剂、针剂和冻干剂型制作，以及一些中成药剂型制作。（7）中试车间，应具有基本完整的公斤级从菌种到发酵，以及分离提取的小型生产线，具有精烘包房间。至少可以进行模拟生产及工艺设计的教学。（8）虚拟仿真实验室，应可以进行一些实验技术及工艺流程的仿真操作与培训；可以进行工程现场的远程在线教学。

3.3 师资与文化氛围建设

（1）师资素质。 对于生物制药工艺的有效教学，教师师资素质是首要因素。要达到使学生领悟“工艺”的层次，与工艺相关课程的教师自身需有理论、实践及教学的经验；或者能有效发掘利用网络资源，能组织相关教师和专家给予学生及时有效的解答。其他相关课程的任课教师能够在授课时启发学生知识和应用的联系。

（2）文化氛围。创造一个学生主动学，教师乐于教的教学环境，让学生在学习过程中明白生物制药知识是如何通过工艺的实践形成经济价值的。

4 产学研结合机制研究

（1）企业教师或导师。许多学校生物制药专业的教师其经历无法构成完整的生物制药体系，在一些课程中聘请企业或社会教师、导师显然是有效的。一些相关专业如医学、管理、市场等领域的专家也可以成为生物制药工艺有效教学的有益扩充。

（2）校内导师。推广和深化校内导师制，打破导师和学生之间的隔阂，使得学生有更多的机会参与了解生物制药工艺的全过程，是对课堂教学非常有益的补充。

（3）工厂见习和生产实习。工厂见习可以在生物制药工艺的教学过程中使学生得到直观的认知，使他们知道，工艺技术是知识转化为生产力的必要环节。而生产实习则是让学生直接参与到制造过程中，为他们过渡到相关行业的就业提供一个平台。工厂见习和生产实习需要引入实质性机制比如 “双师制”和顶岗实习以避免形式化，有效延伸生物制药工艺及相关课程的教学效果。

（4）学生科研探索。除了正常的课程教学，以学生为主体的任务型科研探索也是提升生物制药工艺教学效果，发掘优秀学生的一个有效途径。

5 结语

生物制药工艺教学是生物制药人才培养的核心内容之一，掌握生物制药工艺是专业人员从业的基本条件，是从事产品生产、开发、销售、管理等工作的基础。提高生物制药工艺教学效率不仅仅是教师的责任，也需要学生、企业、学校的共同努力。