生物技术药物制剂概述论文.doc

-生物技术药物制剂概述 zzu摘要：当前生物技术药物正赶超传统化学制药，成为当今最活跃和发展最迅速的领域。生物技术药物由于其结构和理化性质的特殊性，给药途径与体内作用过程与小分子药物有很大的不同，在制剂研究中有其特殊的重点和难点。本文综述了生物技术药物在药物研究中的进展，以及其现有的制剂技术，并对未来的发展做出了展望。关键词：生物技术；制剂技术；药物 自20世纪80年代以来，随着现代生物技术的飞速发展，特别是随着分子克隆、基因重组以及生物工程和细胞大规模培养等关键技术的突破，已经有越来越多的生物技术药物进入临床应用，成为防病、治病药物的一个重要部分。最早期的生物技术药物，主要是指应用基因变异或DNA重组等技术1，借助某些生物体（包括微生物、植物细胞、动物细胞）表达生产的药物，主要为蛋白或多肽类分子。但随着研究的不断深入，生物技术药物的结构或应用范围不断扩展，基于寡核苷酸、重组病毒、细胞等药物也都陆续上市，并展现出了巨大的发展前景。一 蛋白及多肽类药物制剂1.1 蛋白及多肽类药物制剂结构与性质 蛋白和多肽类具有相同的化学组成，是由多种氨基酸按一定顺序通过酰胺键相连形成的肽链。其蛋白与多肽的区别是：分子量小于5kD的肽链一般称为多肽，分子量大于5kD的程蛋白；蛋白药物的三维结构比较固定和明确，而且结构变化对其活性的影响非常大，而多肽药物在水溶液中有较为灵活的构象。 与小分子药物一样，蛋白药物的活性与其结构密切相关，但不同的是，小分子药物药效的稳定型几乎完全取决于其化学性质，而蛋白类药物，其活性的保持不仅仅取决于其氨基酸组成的稳定性，还取决于其高级结构的稳定性2。1.2 蛋白及多肽类药物的注射制剂多肽和蛋白类药物的注射剂最为常见。注射剂一般为多肽或蛋白的溶液但在某些特使情况下也可以是分子的聚集体或微晶的混悬液。由于大部分注射剂的稳定性对温度敏感，所以一般要求冷藏条件下（28）贮存。如控释黄体激素释放激素(LHRH)微球注射剂是研究最深入、最成功的新制剂,首次上市的控释多肽微球注射剂为1986年由法国lpsen生物技术公司生产的LHRH类似物曲普瑞林(tryptorelin)微球注射剂。每注射一针, 可缓释药物达1mo。美国Genetech公司研制的IFN- r 微囊制剂可缓释达1mo3。一般在蛋白和多肽药物的处方前研究中，可以通过对氨基酸序列和结构的分析，结合加速实验，找出其中最容易被降解的热点序列。对这些热点序列的研究思路：改变化学结构提高稳定性：运用定点突变等手段对热点序列氨基酸进行替换，在保证生物活性的前提下，用较稳定的氨基酸替换易降解的氨基酸，或者引入特定的分子内二硫键一稳定结构。采用制剂手段提高稳定性：通过处方的设计和优化，抑制或延缓蛋白分子的化学降解和物理变性。1.3 蛋白及多肽类药物的冻干制剂 注射液是蛋白和多肽药物注射给药的首选制剂，但由于有的蛋白分子在水溶液中十分脆弱，很难保证在长期的贮存中不降解或不变性，所以需要制成固体制剂，是蛋白分子在介质中的热运动机相互作用的几率大大降低。提高其物理稳定性。 一般药物的固体制剂可以通过冷冻干燥、空气干燥、喷雾干燥等多种方法制得，但由于蛋白药物的稳定性对温度极为敏感，所以一般情况下采用冷冻干燥制备蛋白或多肽药物的冻干针粉。1.4 蛋白及多肽类药物的长效、缓释制剂由于蛋白和多肽药物的分子量较大，稳定性差，所以大多需要注射给药。但很多蛋白和多肽分子的体内循环半衰期较短，有的甚至不足一小时，所以必须通过频繁注射才能维持足够的血药浓度和药效。所以很多研究者都在研究蛋白和多肽药物的长效或缓释制剂。开发蛋白与多肽药物的长效、缓释制剂，一个非常成功的方案是：在蛋白或多肽分子上连接分子量较高的聚乙二醇分子，如果连接后的分子量超过20kD，则其通过肾小球滤过排出的量就大大减少，进而延长其在体内的驻留时间。另一思路则是：注射后能缓慢持续释放的药物制剂，有些蛋白分子在特定条件下形成晶体，能够在一定时间内缓慢溶解和释放。更多研究则是利用高分子材料在体内缓慢降解的特点，将药物包裹于微球或其他形状的植入物中，随着材料在体内的降解，将药物释放出来。其中最常见的生物可降解材料有聚乳酸（PLA）和聚丙交酯-乙交酯（PLGA）4。1.5 蛋白及多肽类药物的非注射制剂1.5.1口服给药制剂 口服给药是常用的一种用药途径,口服控、缓释制剂减少了用药次数,延长了有效血药浓度,使不良反应减少,是较理想的制剂,已有十多种类型。蛋白质、多肽类药物的控、缓释制剂较为多用的仍是制成微球、微囊。如用喷雾干燥法制备的壳聚糖微球用于多肽类鼻腔给药或口服给药,可提高药物的吸收。口服结肠释药系统(OCDDS)也是近年来研究较多的给药方法。结肠的蛋白酶活性低于胃和小肠,pH近中性,可减少蛋白质、多肽类药物的降解5。结肠内容物缓慢的转运速度使药物在该处保留时间延长,有利于药物的吸收。OCDDS采用特殊技术,将药物输送到结肠释放,发挥疗效。1.5.2鼻腔给药 鼻腔粘膜血管丰富,且有较大的表面积,作为药物吸收部位还能避免首过效应,具有起效快,生物利用度高等特点。例如:促甲状腺释激素放激素(TRH)静注剂量为500Lg,作用时间90min;鼻腔给药剂量为5mg,作用可持续4h以上6。喷雾剂为其缓释剂型,但因生物利用度较低,有待进一步研究。1.5.3肺部给药 肺也是血流丰富的器官,表面积大,无首过效应。有动物实验表明,一些多肽药物经肺给药的生物利用度很高,可达20%50%。但并非所有的多肽类药物都适合这种给药方式,需逐一研究。粉雾剂是其缓释的主要剂型,目前还没有制剂上市。1.5.4经皮肤或黏膜给药剂型 蛋白多肽类药物经皮肤或黏膜给药具有诸多优点,它可以避免胃肠道因素对药物的影响,可延长药物的作用时间,单次给药即可满足多天的治疗,且使用方便,可随时中断给药。但是皮肤角质层对大多数药物分子,尤其是对大分子的蛋白多肽类药物分子具有天然的屏障作用。目前应用较多的一种技术为离子导入技术(iontophoresis) ,即借助电流控制离子化药物释放速度和释放时间,并促进药物进入皮肤。药物离子电导入受许多因素的影响,如药物因素、电流电压、离子强度、皮肤阻抗等,皮肤角质层的阻抗会形成极化电流,排斥药物离子相反向电极移动,近年来用脉冲直流电流和超声导入代替连续直流电流,较好地解决了这个问题。目前胰岛素、肝素、雌二醇等许多采用离子导入技术的蛋白多肽类药物已应用于临床或正在进行研究。二 寡核苷酸及基因类药物制剂将聚核糖核酸分子DNA、RNA等作为药物治疗疾病的概念最早是在20世纪70年代提出并尝试的，被通称为基因治疗。基因治疗是一种是一种从基因层次干预疾病发生源头的全新治疗方法，具有巨大的应用潜力。广义的基因药物包括各种cDNA表达系统（包括plasmid DNA等各种表示系统）、反义寡核苷酸、核酶、小干扰RNA以及小RNA等，都是以核糖核酸结构为骨架，以基因或基因通路为作用靶点，通过调节靶细胞中的基因表达，而实现药效作用。其中，除了经典的将外源性cDNA导入体内并表达一治疗基因缺陷性疾病的用途，近年来基于生物体内siRNA和microRNA作用机制发展了一系列候选药物，更受到了极大的重视。反义寡核苷酸（ASODN）通过细胞膜受体介导或内吞作用进入细胞，与靶m NA杂交形成mRNA-DNA双链，利用其空间位阻以阻止病变蛋白的继续表达，RNA -DNA 双链可激活Rnase H，后者对RNA链进行降解破坏，从而在基因水平阻断疾病的发生。ASODN还可作用于RNA合成的启动过程，通过对双链DNA的一个特殊部分进行攻击，形成三链，从而抑制转录的进行7。ASODN还可作用于前信使RNA(pre-mRNA)抑制转录后过程，从而达到治疗疾病的目的，是一类“治本”的药物。与常规药物相比，ASODN的作用特点有：缩短新药的研发周期,降低新药的研发成本；具有高度的特异性。三 特殊技术的应用3.1 智能型给药系统(IDDS) 一种按信息自动调节药物释放量的给药系统。胰岛素智能型给药系统,它是按患者体内血糖浓度的高低自动调节胰岛素释放量,使该血糖水平始终保持在正常范围的给药系统,有以下两种类型8。 （1）将胰岛素与糖分子结合(最好为麦糖基胰岛素)再与刀豆蛋白(ConA)结合后包封于一个多孔的半透膜内,该膜可允许葡萄糖分子和胰岛素分子通过,ConA不能,当血糖高出正常值,血中葡萄糖进入半透膜内,将胰岛素从结合部位换下来,游离胰岛素透过半透膜进入血液降低血糖水平。 （2）将胰岛素用一复合膜包封,该复合膜的外侧含葡萄糖氧化酶,内侧为对pH(葡萄糖醛酸)或H2O2敏感的高分子如N,N-二甲氨基乙酯等。当血糖水平升高时葡萄糖氧化酶使之氧化成H2O2或生成葡萄糖醛酸使pH下降,改变了敏感高分子材料的亲水性,使之通透性变大,胰岛素的释放量增加。3.2 毫微粒(nanoparticle) 毫微球和毫微囊的总称。为固态胶体微粒,直径在10nm1000nm之间,也称纳米粒。一般静注给药,近年来有口服和眼部给药的报道。制备纳米控释系统的载体材料都是高分子化合物,以合成的可生物降解的聚合物如聚氰基丙烯酸烷烃酯(PACA),聚丙交酯乙交酯(PLGA)等和天然的大分子体系如蛋白质、明胶等为主。在此介绍一种医药上最有应用前途的生物可降解聚合物聚氰基丙烯酸烷烃酯毫微球的制备方法)乳化聚合法。 将不溶性单体于水中乳化,在水中OH离子自发诱导下,发生非离子型聚合,其速度取决于介质的pH值。为减慢反应速度,一般反应在pH小于315的酸性介质中进行。这种方法制备的毫微粒直径约200nm左右,升高介质pH值及稳定剂浓度也可使粒径小于30nm。初生态的微粒很软且易聚集成团,所以在介质中加入稳定剂是十分重要的。常用稳定剂有:吐温(tween)类、葡聚糖(dextran)类和泊洛沙姆(poloxamer)类,其对粒径有较大影响。3.3 纳米技术 纳米控释系统有许多优越性:可缓释药物延长作用时间,减少用药次数,从而减轻不良反应;提高药物稳定性;起到靶向作用等,能够克服多肽类药物的缺点,并可使该类药物口服有效。如报道的用氰基丙烯酸酯包裹胰岛素(PACA胰岛素)的纳米颗粒用于糖尿病动物模型,口服1次可维持13wk的降血糖效果。Gautier等制备的聚氰基丙烯酸异己酯包裹生长激素释放因子(GRF)的纳米粒可缓慢释放GRF,使其稳定血浆水平能够维持近24h,而游离的GRF注射后100min便几乎检测不到9。四 展望 随着改构点突变技术、DNA改组技术、融合蛋白技术、定向进化技术、基因插入及基因打靶等技术的研发与应用，使生物技术药物研发已进入蛋白质工程药物新时期，新品种如改构胰岛素、改构CPA、改构血液因子等迅速增加。开发方便合理给药途经和新剂型，如埋植剂、缓释注射剂、非注射剂（呼吸道吸入、直肠给药，鼻腔，口腔或透皮给药物）是目前与今后生物技术药物新剂型研发的主攻方向10。 我国生物技术药物研发也已开始进入自主创新时期，且以“新型生物技术药物与疫苗”为研发重点，用于新的适应证治疗与预防。我国的生物技术制药业的发展与世界生物技术药物的进步，并和美、日、欧盟国家生物技术药物制药业的铁三角发展密不可分，其发展面临着许多机遇。参考文献：1吕文明.浅析生物技术药物的现状及应用 .Vol.4 2007 NO.542李国栋、王捷频.蛋白质、多肽类药物制剂的研究现状.Vol.19 2001 No.6.3瞿 文,陈庆华,赵瑞钦,等.丙氨瑞林生物可降解缓释微球注射剂的研究J.中国医药工业杂志,2000,31(1):14.4秦淑惠.蛋白及多肽类药物的长效、缓释制剂.2006.NO.3-3.5郑宁、高永良。蛋白多肽类药物制剂学研究进展。Vol.4No.4.April,20046曾衍霖.蛋白质及多肽类药物的药剂学进展J.中国新药杂志,2007,6(1):13.7于凤波、王思玲.反义寡核苷酸类药物及给药系统的研究. 2006 Vol.27 No.7.8侯惠民,王 浩.现代药物制