生物技术药物制剂课程

1、第十九章第十九章 生物技术药物制剂生物技术药物制剂第一节第一节 概概 述述生物技术（生物技术（Biotechnology）是应用生）是应用生物体（包括微生物、动物细胞、植物细物体（包括微生物、动物细胞、植物细胞）或其组成部分（细胞器和酶），在胞）或其组成部分（细胞器和酶），在最适条件下，生产有价值的产物或进行最适条件下，生产有价值的产物或进行有益过程的技术。现代生物技术主要包有益过程的技术。现代生物技术主要包括：基因工程、细胞工程、酶工程，此括：基因工程、细胞工程、酶工程，此外还有发酵工程、生化工程、蛋白质工外还有发酵工程、生化工程、蛋白质工程、程、 抗体工程等。抗体工程等。一、生物技术的基本

2、概念生物技术药物是指采用现代生物技术，生物技术药物是指采用现代生物技术，借助某些微生物、植物或动物来生产所借助某些微生物、植物或动物来生产所需的药品。采用需的药品。采用DNA重组技术或其他生重组技术或其他生物技术研制的蛋白质或核酸类药物，也物技术研制的蛋白质或核酸类药物，也称为生物技术药物。称为生物技术药物。二、生物技术药物的研究概况二、生物技术药物的研究概况生物技术药物产品，目前国内外已批准生物技术药物产品，目前国内外已批准上市的约上市的约4040多种，正在研究的数百种之多种，正在研究的数百种之多，这些药物均属肽类与蛋白质类药物。多，这些药物均属肽类与蛋白质类药物。生物技术产品多为多肽和蛋白

3、质类，性生物技术产品多为多肽和蛋白质类，性质很不稳定，极易变质；这类药物对酶质很不稳定，极易变质；这类药物对酶敏感又不易穿透胃肠粘膜，故只能注射敏感又不易穿透胃肠粘膜，故只能注射给药，使用很不方便。给药，使用很不方便。运用制剂手段将这类药物制成口服制剂运用制剂手段将这类药物制成口服制剂或通过其他途径给药，以提高药物的稳或通过其他途径给药，以提高药物的稳定性和患者使用的顺应性。定性和患者使用的顺应性。三、生物技术药物的结构特点与理化性质三、生物技术药物的结构特点与理化性质蛋白质结构可分为一、二、三、四级结蛋白质结构可分为一、二、三、四级结构：构： 一级结构为初级结构，指蛋白质多一级结构为初级结构

4、，指蛋白质多肽链中的氨基酸排列顺序，包括肽链数肽链中的氨基酸排列顺序，包括肽链数目和二硫键位置。目和二硫键位置。 二、三、四级结构为二、三、四级结构为高级结构或空间结构，高级结构和二硫高级结构或空间结构，高级结构和二硫键与蛋白质的生物活性有重要关系。键与蛋白质的生物活性有重要关系。（一）蛋白质的结构特点（一）蛋白质的结构特点1.蛋白质的组成和一般结构蛋白质的组成和一般结构2.蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构 蛋白质的高级结构包括二级，三级与四蛋白质的高级结构包括二级，三级与四级结构：级结构： 二级结构指蛋白质分子中多肽链骨架的二级结构指蛋白质分子中多肽链骨架的折叠方式，即肽链主链有规律的空间排

5、折叠方式，即肽链主链有规律的空间排布，一般有布，一般有螺旋结构与螺旋结构与折叠形式。折叠形式。 三级结构是指一条螺旋肽链，即已折叠三级结构是指一条螺旋肽链，即已折叠的肽链在分子中的空间构型，即分子中的肽链在分子中的空间构型，即分子中的三维空间排列或组合的方式，系一条的三维空间排列或组合的方式，系一条多肽链中所有原子的空间排部。多肽链中所有原子的空间排部。 四级结构是指具有三级结构的蛋白质的四级结构是指具有三级结构的蛋白质的各亚基聚合而成的大分子蛋白质。各亚基聚合而成的大分子蛋白质。蛋白质高级结构示意图蛋白质高级结构示意图（二）蛋白质的理化性质（二）蛋白质的理化性质（1）旋光性）旋光性（2）紫外

6、吸收）紫外吸收（3）蛋白质两性本质与电学性质）蛋白质两性本质与电学性质1. 蛋白质的一般理化性质蛋白质的一般理化性质2.蛋白质的不稳定性蛋白质的不稳定性（1）由于共价键引起的不稳定性）由于共价键引起的不稳定性 1）蛋白质的水解）蛋白质的水解 2）蛋白质的氧化）蛋白质的氧化 3）外消旋作用（）外消旋作用（racemization） 4）二硫键断裂及其交换）二硫键断裂及其交换（2）由非共价键引起的不稳定性）由非共价键引起的不稳定性引起蛋白质不可逆失活作用的主要类型即引起蛋白质不可逆失活作用的主要类型即聚集聚集（aggregation)，宏观沉淀宏观沉淀，和，和表面表面吸附吸附与与蛋白质变性蛋白质变

7、性，这些都是由于与空间，这些都是由于与空间构象有关的非共价键引起。构象有关的非共价键引起。 非共价的静电力，氢键，疏水键的相互作非共价的静电力，氢键，疏水键的相互作用以及蛋白质的水化，可以因温度与用以及蛋白质的水化，可以因温度与pH而发生改变。而发生改变。（三）蛋白质类药物的评价方法（三）蛋白质类药物的评价方法1.液相色谱法液相色谱法2.光谱法光谱法3.电泳电泳4.生物活性测定与免疫测定生物活性测定与免疫测定第二节第二节 蛋白质类药物制剂的处方与工艺蛋白质类药物制剂的处方与工艺一、一、 蛋白质类药物的一般处方组成蛋白质类药物的一般处方组成 目前临床上应用的蛋白质类药物注射剂，目前临床上应用的蛋

8、白质类药物注射剂，一为溶液型注射剂，另一种是冷冻干燥一为溶液型注射剂，另一种是冷冻干燥型注射剂。溶液型使用方便，但需在低型注射剂。溶液型使用方便，但需在低温（温（28C C）下保存。冷冻干燥型比较）下保存。冷冻干燥型比较稳定，但工艺较为复杂。稳定，但工艺较为复杂。二、液体剂型中蛋白质类药物的稳定化二、液体剂型中蛋白质类药物的稳定化在液体剂型中蛋白质药物的稳定化方法分为两类：在液体剂型中蛋白质药物的稳定化方法分为两类：改造其结构；改造其结构；加入适宜辅料加入适宜辅料。蛋白类药物的稳定剂有以下几类：蛋白类药物的稳定剂有以下几类： 1. 缓冲液缓冲液 2. 表面活性剂表面活性剂 6. 大分子化合物大

9、分子化合物 3. 糖和多元醇糖和多元醇 7. 组氨酸、甘氨酸、组氨酸、甘氨酸、 4. 盐类盐类 谷氨酸和赖氨酸的盐酸盐谷氨酸和赖氨酸的盐酸盐等等 5. 聚乙二醇聚乙二醇 8. 金属离子金属离子三、固体状态蛋白质药物的稳定性与工艺三、固体状态蛋白质药物的稳定性与工艺在一些蛋白质药物不能采用溶液型制剂在一些蛋白质药物不能采用溶液型制剂时，往往用冷冻干燥与喷雾干燥的工艺时，往往用冷冻干燥与喷雾干燥的工艺解决这类制剂的稳定性问题，这两种工解决这类制剂的稳定性问题，这两种工艺均可用于热敏感药物的脱水以延缓溶艺均可用于热敏感药物的脱水以延缓溶液中常见的分解作用。液中常见的分解作用。(一一)冷冻干燥蛋白质药

10、物制剂冷冻干燥蛋白质药物制剂冷冻干燥制备蛋白质类药物制剂主要考冷冻干燥制备蛋白质类药物制剂主要考虑两个问题：虑两个问题： 一是选择适宜的辅料，优化蛋白质药物一是选择适宜的辅料，优化蛋白质药物在干燥状态下的长期稳定性。在干燥状态下的长期稳定性。 二是考虑辅料对冷冻干燥过程一些参数二是考虑辅料对冷冻干燥过程一些参数的影响，如最高与最低干燥温度，干燥的影响，如最高与最低干燥温度，干燥时间，冷冻干燥产品的外观等。时间，冷冻干燥产品的外观等。（二）喷雾干燥蛋白质药物制剂（二）喷雾干燥蛋白质药物制剂喷雾干燥的特点是所得产品可以控制颗粒喷雾干燥的特点是所得产品可以控制颗粒大小与形状，生产出流动性很好的球状颗

11、大小与形状，生产出流动性很好的球状颗粒。此项工艺对制备蛋白质类药物的控释粒。此项工艺对制备蛋白质类药物的控释制剂特别是发展新的给药系统是很有用的。制剂特别是发展新的给药系统是很有用的。 在喷雾干燥过程中也可加入稳定剂。在喷雾干燥过程中也可加入稳定剂。 喷喷雾干燥的缺点是操作过程中损失大，特别雾干燥的缺点是操作过程中损失大，特别是小规模生产，水分含量高。是小规模生产，水分含量高。第三节第三节 蛋白质类药物新的给药系统蛋白质类药物新的给药系统要延长蛋白质药物在体内血浆半衰期就需要改变要延长蛋白质药物在体内血浆半衰期就需要改变蛋白质的体内药物动力学性质，可以对蛋白质的蛋白质的体内药物动力学性质，可以

12、对蛋白质的分子进行分子进行化学修饰化学修饰以抑制其药理清除，或通过以抑制其药理清除，或通过控控制蛋白质进入血流的释放速度制蛋白质进入血流的释放速度，从而达到延长蛋，从而达到延长蛋白质类药物血浆半衰期的目的。这方面的研究有白质类药物血浆半衰期的目的。这方面的研究有控释微球制剂控释微球制剂与与脉冲式给药系统脉冲式给药系统。一、新型注射（植入）给药系统一、新型注射（植入）给药系统（一）控释微球制剂（一）控释微球制剂为了达到蛋白质类药物控制释放，可将为了达到蛋白质类药物控制释放，可将其制成生物可降解的微球制剂，目前已其制成生物可降解的微球制剂，目前已经实际应用的生物可降解材料有聚乳酸经实际应用的生物可

13、降解材料有聚乳酸（PLAPLA）或聚丙交酯）或聚丙交酯- -乙交酯（乙交酯（PLGAPLGA，聚，聚乳酸乙醇共聚物），改变丙交酯与乙交乳酸乙醇共聚物），改变丙交酯与乙交酯的比例或分子量，可得到不同时间生酯的比例或分子量，可得到不同时间生物降解性质的材料。物降解性质的材料。常用于制备多肽、蛋白质等生物大分子常用于制备多肽、蛋白质等生物大分子药物微球的方法：药物微球的方法： 1、喷雾干燥法、喷雾干燥法 2、复乳液干燥法、复乳液干燥法 3、低温喷雾干燥法、低温喷雾干燥法 4、超临界萃取法、超临界萃取法肝炎、破伤风、白喉等疾病所用预防药物即疫苗或肝炎、破伤风、白喉等疾病所用预防药物即疫苗或类毒素均为抗

14、原蛋白，其中乙肝疫苗已能用生物技类毒素均为抗原蛋白，其中乙肝疫苗已能用生物技术制造。使用这些疫苗全程免疫至少进行三次接种，术制造。使用这些疫苗全程免疫至少进行三次接种，才能确证免疫效果，由于种种原因，全世界不能完才能确证免疫效果，由于种种原因，全世界不能完成全程免疫接种而发生辍种率达成全程免疫接种而发生辍种率达70%，因此为了提，因此为了提高免疫接种的覆盖率，减少一些重大疾病的死亡率，高免疫接种的覆盖率，减少一些重大疾病的死亡率，世界卫生组织疫苗发展规化主要目标之一，就是将世界卫生组织疫苗发展规化主要目标之一，就是将多剂疫苗发展为单剂疫苗，其中之一就是研制成脉多剂疫苗发展为单剂疫苗，其中之一就

15、是研制成脉冲式给药系统。此项研究，目前正在研究中。冲式给药系统。此项研究，目前正在研究中。(二二)脉冲式给药系统脉冲式给药系统二、非注射途径新的给药系统二、非注射途径新的给药系统蛋白质和多肽类药物非注射途径包括鼻腔、蛋白质和多肽类药物非注射途径包括鼻腔、口服、直肠、口腔、透皮、眼内和肺部给口服、直肠、口腔、透皮、眼内和肺部给药，其中鼻腔似乎最有前景，然而口服给药，其中鼻腔似乎最有前景，然而口服给药是目前最受欢迎的给药途经。药是目前最受欢迎的给药途经。 蛋白质类蛋白质类药物非注射途经系统存在的主要问题是药物非注射途经系统存在的主要问题是药药物穿透粘膜能力差物穿透粘膜能力差，易受酶的降解易受酶的降

16、解，以至，以至生物利用度很低。生物利用度很低。为了提高这类药物制剂的生物利用度，一为了提高这类药物制剂的生物利用度，一般采用以下方法：般采用以下方法： (1) 对药物进行化学修饰或制成前体药物；对药物进行化学修饰或制成前体药物； (2) 应用吸收促进剂；应用吸收促进剂； (3) 使用酶抑制剂；使用酶抑制剂； (4) 采用离子电渗法皮肤给药。采用离子电渗法皮肤给药。 吸收促进剂作用机制：吸收促进剂作用机制：(1)增强药物的热力学运动，使药物不易增强药物的热力学运动，使药物不易聚集，溶解性增加，易于吸收；聚集，溶解性增加，易于吸收； (2)改变上皮细胞的体积，使细胞间转运改变上皮细胞的体积，使细胞

17、间转运更易进行；更易进行；(3)增加生物膜的流动性，使药物容易穿增加生物膜的流动性，使药物容易穿过，或引起膜磷酯排列的混乱或是促过，或引起膜磷酯排列的混乱或是促进膜中蛋白的沥滤；进膜中蛋白的沥滤； (4)抑制药物的水解。抑制药物的水解。(一一)鼻腔给药系统鼻腔给药系统鼻腔给药对多肽蛋白质药物在非注射剂型中是一鼻腔给药对多肽蛋白质药物在非注射剂型中是一个较有希望的给药途经。由于鼻腔粘膜中动静脉个较有希望的给药途经。由于鼻腔粘膜中动静脉和毛细淋巴管分布十分丰富，鼻腔呼吸区细胞表和毛细淋巴管分布十分丰富，鼻腔呼吸区细胞表面具有大量微小绒毛，鼻腔粘膜的穿透性较高而面具有大量微小绒毛，鼻腔粘膜的穿透性较

18、高而酶相对较少，对蛋白质类药物的分解作用比胃肠酶相对较少，对蛋白质类药物的分解作用比胃肠道粘膜为低，因而有利于药物的吸收并直接进入道粘膜为低，因而有利于药物的吸收并直接进入体内血液循环。体内血液循环。 为了提高蛋白质类药物鼻腔给药为了提高蛋白质类药物鼻腔给药的生物利用度，可采用吸收促进剂。的生物利用度，可采用吸收促进剂。鼻腔给药常用吸收促进剂有：鼻腔给药常用吸收促进剂有：(1)胆酸盐类：甘胆酸盐、胆酸盐、去氧胆胆酸盐类：甘胆酸盐、胆酸盐、去氧胆酸盐、牛磺胆酸盐、葡萄糖胆酸盐、鹅去酸盐、牛磺胆酸盐、葡萄糖胆酸盐、鹅去氧胆酸盐、乌索去氧胆酸盐等。氧胆酸盐、乌索去氧胆酸盐等。 (2)脂肪酸及其酯类：

19、癸酸酯、辛酸酯、月脂肪酸及其酯类：癸酸酯、辛酸酯、月桂酸酯等。桂酸酯等。 (3)其它：十二烷基硫酸钠、柠檬烯、牛磺其它：十二烷基硫酸钠、柠檬烯、牛磺双氢褐霉素钠、壳聚糖等。双氢褐霉素钠、壳聚糖等。(二二)口服给药系统口服给药系统蛋白质类口服给药主要存在的问题：蛋白质类口服给药主要存在的问题： (1)在胃内酸催化降解；在胃内酸催化降解； (2)在胃肠道内的酶水解；在胃肠道内的酶水解； (3)对胃肠道粘膜的透过性差；对胃肠道粘膜的透过性差； (4)在肝的首过效应。在肝的首过效应。蛋白质类口服给药主要剂型：蛋白质类口服给药主要剂型： (1)微乳制剂；微乳制剂； (2)纳米囊；纳米囊； (3)肠溶软胶

20、囊；肠溶软胶囊； (4)微球制剂；微球制剂； (5)脂质体等。脂质体等。(三三)直肠给药系统直肠给药系统直肠内水解酶活性比胃肠道低，直肠内水解酶活性比胃肠道低，pH接近中性，接近中性，且药物吸收后可基本上避免肝的首过效应。且药物吸收后可基本上避免肝的首过效应。直肠给药常用吸收促进剂有：直肠给药常用吸收促进剂有： 水杨酸、水杨酸、5-甲氧甲氧基水杨酸、去氧胆酸钠、基水杨酸、去氧胆酸钠、DL-苯基苯胺乙醚乙酸苯基苯胺乙醚乙酸乙酯乙酯(DL-phenylalanine ethyl acetoacetate)、聚、聚氧乙烯氧乙烯(PEO-9-月桂基醚月桂基醚)、烯胺类、烯胺类(enamine)衍衍生物如生物如D-甘氨酸钠、甘氨酸钠、 D-亮氨酸钠、亮氨酸钠、 D-苯丙氨酸苯丙氨酸钠等。钠等。(四四)口腔粘膜给药系统口腔粘膜给药系统口腔粘膜较鼻腔粘膜厚，但无角质层，口腔粘膜较鼻腔粘膜厚，但无角质层，面颊部血管丰富，药物吸收后可经颈静面颊部血管丰富，药物吸收后可经颈静脉、上腔静脉直接进入全身，可胃肠消脉、上腔静脉直接进入全身，可胃肠消化液降解和肝的首过效应。化液降解和肝的首