天然药物化学第11章天然药物研究开发.ppt

1、第十一章 天然药物研究开发,一、概述,回归自然，保护环境,国内著名植物药研究单位,（一）天然药物的开发和应用现状：,1、国外天然药物研制现状,各国情况不同，西欧和美国植物来源药物约占 25，前苏联和东欧国家占32，我国占42-45。,各国对天然药物的要求也同，美国仅允许用纯天然有效化学成份；欧洲允许用天然药物有效部位形成的制剂；日本、韩国、东南亚和南亚允许东西方两种医药体系共存，日本和我国台湾则大量使用我国传统的复方制剂。,在允许使用天然药方面各国又有不同政策，对一些有毒天然药有不同程度的限制，在些国家限用乌头、马钱子等药物，有些国家甚至限用黄连和黄连素，对重金属和农药残留量则限制很严。,在天

2、然药物的研究开发中，欧美重视开发治疗肿瘤，心血管疾病、神经精神疾病（如早老性痴呆症）和艾滋病药物，亚洲除上述疾病外，对治疗消化系统疾病、骨质疏松症、炎症、传染性疾病的天然药亦很重视。“保健药”近年在亚洲特别是华人世界很风行。,2、 国外研制开发天然药物的做法有三种：,（1）将传统验方按传统用法（以汤药为主）制成颗粒剂和胶囊出售。,（2）投资调查收集发展中国家使用的单味药或复方药，再从中寻找有效药物成分。,（3）对一个地区的植物不论是否有记载，都加以收集进行生物活性筛选,3、我国天然药的研究与开发,（1）资源普查情况与新药开发优势,普查结果表明，云南具有植物药、动物药的资源优势，植物药达6157

3、种，动物372种，在全国名列第一。云南省不仅动植物种类丰富，同时有25个民族在用药。,昆明植物研究所,从天然药物开发和应用的技术水平分析，有下面几种情况：原料药，这在我国的市场上占了很大比例，亦即传统意义上的中药；制剂或提取物，通过一些简单的加工制成，中成药大多来源于此；纯天然有效化学成分，美国的FDA即如此要求，但近年来也逐渐放松管制。,在国际市场，植物药及其制品的成效额约为300亿美元，而我国中药出口额仅占其中的3.3左右，约10亿美元，其中主要为中药材和中药饮片。,中药出口的主要对象则集中的东南亚、日本、韩国、我国港澳台地区及北美和西欧华人居住地。,我国港澳台地区的中药出口额占国际市场成

4、交额的31.4，日本占28，东南亚占19。韩国仅高丽参一项创汇近2亿美元，日本仅救心丹一个品种创汇近1亿美元，欧洲一个银杏制剂的销售额达5亿美元。,新药:未曾在中国境内上市销售的药品,（二）新药种类,1、未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物质中提取的有效成分及其制剂。 2、新发现的药材及其制剂。3、新的中药材代用品。4、药材新的药用部位及其制剂。,5、未在国内上市销售的从植物、动物、矿物等物 质中提取的有效部位及其制剂。6、未在国内上市销售的中药、天然药物复方制剂。7、改变国内已上市销售中药、天然药物给药途径 的制剂。8、改变国内已上市销售中药、天然药物剂型的制剂。9、已有国家标准的中药、

5、天然药物。,第一种形式： 经过文献、民间调研或现代药理实验，发现某种动植物、矿物或微生物的药用价值，然后开发新药（新药材及其炮制品）,二、天然药物的研究开发程序,（一）从天然药物或中药中开发新药的主要形式：,第二种形式： 根据动植物的亲缘关系，开发替代资源。 解决现有贵重药材资源不足的问题。 黄连、黄柏三颗针； 人参人参茎叶,第三种形式： 复方药的开发。临床验方、现有中药、中成药剂型的改良。目前用的多数是复方制剂。,第四种形式： 开发有效部位（有效成分基本明确的成分组群，质量易于控制，疗效稳定）。 如：地奥心血康、银杏叶制剂。,第五种形式： 中药西制。有效成分先导化合物 单体新药。 青蒿素蒿甲

6、醚； 地高辛-甲基地高辛,从天然药物或中药中筛选追踪得到活性化合物只是一类创新药物研究的前期阶段。不少天然活性化合物因为存在某些缺陷而难以直接开发利用： (1)药效不理想； (2)存在一定的毒副作用； (3)含量太低，难以从天然原料中取材； (4)或因结构过于复杂，合成也十分困难； (5)水溶性差、生物利用度差等等 因此，我们只能以它们为先导化合物,在经过一系列的化学修饰或结构改造后，对得到的衍生物进行定量构-效关系的比较研究，才有可能发现比较理想的活性化合物，并开发成新药。,三、从天然药物或中药中开发新药的三个阶段：,1. 临床前研究 原料保障供应研究 有效成分研究 药效学研究 制剂工业化研

7、究,2. 临床研究 3. 试生产,天然药物活性成分研究方法,从天然药物或中药中开发创新药物关键： 能否从天然药物或中药中分离得到有药用价值或潜在药用价值的活性化合物。,实地调查 文献调查 资源调查,原植物鉴定与处理,成分的预试验,提取和分离,活性筛选,一、原生生物活性成分研究,有效部位,有效成分,结构鉴定,结构修饰,药理、毒理研究,分离,有效成分,临床试验,新药,按一类新药研究途径,活性筛选,二、药物活性筛选,（一）药物的筛选有两种方法： 1分离纯化得到纯品化合物，然后再进行活性测试。 优点： (1)目标清楚，方法简捷，指标明确，标准同一。 (2)分得标准品后可进行多种药理活性的测试。 缺点：

8、 (1)如果选择的分离方法不当，活性化合物丢失的可能性极大。 (2)对于极微量活性化合物，这种方法很容易漏检,（一）药物的筛选有两种方法：,2在活性筛选方法的指导下进行化合物的分离提取(Bioassay Directed Separation)。 在供试样品的活性确定以后，选用简易、灵敏、可靠的活性测试方法作指导；在分离的每一阶段对分离所得的各个组分进行活性定量研究和评价，跟踪其中活性的部分。,缺点： (1)活性测试的样品及工作量均大大增加； (2)要求分离工作者与活性测试人员两个方面的配合。,优点： (1)由于分离过程中，没有化合物类型的框框限制，只以活性为指标进行追踪，故发现新化合物的可能

9、性很大。 (2)如果分离过程的某一阶段，如因分离方法或材料选择不当，导致活性化合物的分解变化或流散时，还能迅速查明原因，并可采取相应的措施进行补救。对天然活性化合物的分离来说，这是一种较好的方法。,（二）药物的筛选体系 1体外活性测试 离体组织器官、细胞、酶、分子等水平的体外实验体系 体内活性测试 整体动物实验 3. 二者结合,（三）药物的筛选技术 1高通量筛选 （high throughput screening technology） 20世纪80年代后期发展起来的用于寻找新药的高新技术, 高通量药物筛选的基本特点是对大量样品的随机筛选,这种方式正是发现创新药物的基本要求。因此，高通量药物

10、筛选也就成为发现新药、开发创新药物的主要方式之一。,高通量药物筛选是在传统的筛选技术基础上，应用先进的分子生物学、细胞生物学、计算机、自动化控制等高新技术，建立的一套更适合于药物筛选的技术体系。它以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对实验获得的数据进行分析处理，在同一时间内对数以千、万计的样品进行检测，并以相应的数据库支持整个技术体系的正常运转。,2高内涵筛选（High Content Screening，HCS） 指在保持细胞结构和功能完整性的前提下，同时检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、

11、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导各个环节的影响，在单一实验中获取大量相关信息，确定其生物活性和潜在毒性。,2高内涵筛选 （High Content Screening，HCS） 从技术层面而言，高内涵筛选是一种应用高分辨率的荧光数码影像系统，在细胞水平上检测多个指标的多元化、功能性筛选技术，旨在获得被筛样品对细胞产生的多维立体和实时快速的生物效应信息。高内涵筛选技术的检测范围包括：靶点激活、细胞凋亡、分裂指数、蛋白转位、细胞活力、细胞迁移、受体内化、细胞毒性、细胞周期和信号转导等。,3计算机药物虚拟筛选,在药物设计中，一般把基于分子对接的数据库搜索方法称为计算机药物虚拟筛选。计算机药物虚拟筛选技

12、术是利用计算机强大的计算能力，从已经建立的大规模化合物的三维结构数据库中搜寻与靶标生物大分子活性部位或结合部位相匹配的化合物，目的是从几十到上百万个分子中，发现有苗头的化合物，集中目标攻关。,（三）血清药化学和血清药理学,进展小，一般不深入研究,1、高投资、高风险、高投入、高回报。 2、 关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法 有时体外活性测试方法所得结果与药物实际在体内的作用并不平行，故实践中也应予以注意。 3、确保供试材料具有活性 这是追踪分离活性化合物的前提，可采用多项指标、体内外进行测试加以确认。,（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项,例 美国国立癌症研究中心筛选抗肿瘤活性植物或

13、动 物粗提取物方法,本方法的优点是： 活性低或含量少的化合物不至于丢失 增加了检出新化合物的机会； 可能分离得到不同作用机制的化合物,（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项 3.在众多生物活性中力求找出最本质的作用 天然药物或中药在临床治疗上可能作用于多个靶点，因而具有多种疗效，即表现出多方面的活性。研究者应当力求找出其中最本质的作用，选择建立反映临床治疗作用特点、且效果与之平行的活性测试体系，才有可能追踪分离出目的活性成分或甚至有效成分。,（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项 4注意正确比较并判断各个馏分的活性,分离过程中总是按“等剂量不等强度原则”对每一 阶段得到的馏分进行活性定量评

14、估，并与母体作比较，追踪活性最强馏分。 分离过程中常配合采用各种分离手段以求获得良好的分离效果，并应尽量避免采用可能导致活性成分分解或不可逆吸附的方法或试剂。,（四）追踪分离天然活性化合物时的注意事项 5传统天然药物多为汤剂，但目前我们应用的有很多脂溶性成分。,（1）成分互溶、助溶； （2）提高剂量。,天然药物化学研究方法,例：大黄泻下活性成分的研究,1.初步提取分离 生大黄粗粉依次用正己烷、氯仿、丙酮、乙醇、水提取，回收溶剂后，得各部分浸膏。,2.活性筛选 各部分浸膏以大白鼠口服后观察其致泻作用作为活性追踪指标。结果如下,3.水溶性部分分离,水提取物70g,离子成分,流出液,水溶物,正丁醇部

15、分,加水1000ml，研磨均匀， 过强酸型阳离子交换树脂,正丁醇萃取,溶于乙醇,乙醇不溶物,乙醇可溶物,番泻苷A,丙酮重结晶,天然药物化学成分的预试验,预试就是利用各类化学成分的溶解特征、化学反应特征来初步判断某类化学成分有无的预备性试验。 以便制定提取分离方法。,化学成分的预试方法有两类: 一类为单项预试法，即根据工作的需要有重点地从某植物中检查某一类成分。如水蒸气蒸馏法直接检查挥发油类成分；用微量升华法检查葸醌类升华成分；利用强心苷的特征反应和动物实验检查植物中强心苷的存在；利用皂苷的发泡性和溶血性能检查皂苷的存在。 另一类方法为系统预试，系统预试的目的在于尽可能详尽而全面的检查植物中存在

16、的成分。,化学成分的预试操作方法： 1.圆形滤纸层析法与薄层层析法 2.试管法 3.纸片斑点法,预试溶液的制备1、水提取液糖、多糖、有机酸、皂苷、酚类、鞣质、氨基酸、多肽、蛋白质2、乙醇提取液酚类、鞣质、有机酸、香豆素、强心苷、黄酮、蒽醌、甾体3、5%HCl-乙醇提取液生物碱4、石油醚提取液甾体、萜类、脂肪油,A 水提取液,B 中性醇提取液 C 酸性醇提取液,D 石油醚提取液,石油醚10ml ， 放置2-3h，过滤,石油醚10ml ， 放置2-3h，过滤,鉴别注意事项 1根据各成分不同性质，选用适宜的溶剂提取，以保证成分都能被提取出来。 2检品提取液的浓度应足以达到各该反应的灵敏度。 3检品提

17、取液的酸碱度（pH）值应不致影响鉴别反应中所需要的pH值。相差甚大时应事先调节。,4提取液较深时，常影响观察鉴别反应的效果，此时可适当稀释，或进一步提纯。 5鉴别反应时应注意防止多类成分的相互干扰，以免出现假阳性，或颜色不正等情况。最好在化学鉴别的同时，做空白试验和对照试验（用已知含某类成分的中草药或纯品做阳性对照）。,6在鉴别试验中，如果某一类成分的几个鉴别反应结果不一致时（即有的呈阳性反应，有的呈阴性）则应进行全面分析。首先应注意呈阳性反应的试验是否属于该类成分的专一反应，否则应检查其他类成分能否产生该反应，从多方面加以判断。 中草药化学成分一般鉴别试验屯只是一个初步判断，最后确证尚需进一

18、步提纯，以鉴定后才能予以肯定。,我国天然药物化学研究还存在的问题,1）中药化学活性成分研究很少 2）活性成分研究的思路和方法不当 3）很少尊重中医药传统经验 4）急功近利，急于求成 5）开发存在难点： 难于建立适当的活性评价模型 中药制剂作用的多样性 中医与西医哲学思想的差异,课 堂 练 习,一、选择题,（一）单项选择题,1进行天然药物化学成分预试验时，欲想检查黄酮类的存在，供试液应选择（ ） A中性醇提取液 B酸性醇提取液 C水提取液 D酸水提取液 E 石油醚提取液,A,2系统预试验的基本过程是（ ） A提取分离根据溶解性确定成分类型 B制备供试液试管或点滴反应根据反应结果综合分析确定成分类

19、型 C制备供试液色谱分析根据色谱结果确定成分类型 D制备供试液分析极性根据极性不同确定成分类型 E提取分离用某一特定的试管反应结果确定是否属于某类成分,B,3试管预试液乙醇部分可检查的成分为（ ） A黄酮、蒽醌、酚类 B多糖、甾类、苷类 C蛋白质、香豆素、生物碱类 D挥发油、蒽醌、酚类等 E氨基酸、鞣质、皂苷,A,4试管预试液水提取部分可检查的成分为（ ） A油脂 B多糖 C强心苷 D生物碱 E香豆素,5寻找某天然药物新的活性成分是属于（ ） A验证性研究 B系统研究 C引伸性研究 D单项预试验 E以上都不是,B,B,7文献、信息的查阅和收集是下列哪项的重要工作（ ） A. 设定研究方案之前

20、B. 了解前人是否有过研究以避免重复 C了解研究程度 D贯穿整个研究工作过程 E了解目前达到的水平及发展动态,D,（二）多项选择题,1水提预试液可检查的成分有（ ） A生物碱 B皂苷类 C蛋白质类 D多糖类 E强心苷类,BCD,2为了提高预试验的准确性，可考虑采用的方法有 （ ） A尽量采用专属性强的检出试剂，多选择几种检出试剂 B尽量将不同类型的成分分离，必要时配合色谱预试 C选择合适的提取溶剂，采用极性递增的提取方法制备供试液 D检出时，作对照试验或空白试验 E根据植物形态特征和供试液制备方法，分析判断某部位中可能含有的类型成分,ABCDE,3在研究疗效确切的某天然药物糖浆剂中的活成成分时，经过提取分离后，未筛选出活性成分，其原因可能是（ ） A活性成分受某种因素影响，结构发生了改变 B助溶或共溶成分的分离，活性成分因溶解度下降而被遗弃 C协同作用物质被去除 D动物实验模型建立不合适 E糖浆未除尽,BCD,4天然药物化学成分的预试验，一般（ ） A测定各类成分的物理化学常数 B利用各类成分的检识反应 C可采用试管反应和色谱试验 D应用高效液相色谱 E测UV和IR光谱进行检识,5从中药中获得的有效成分可以作为 ，合成一系列衍生物，再进行药理活性筛选