《生物制药工艺学》第13章生化药物制造工艺课件-精选文档.ppt

1、 第第 三三 篇篇本门课程由以下三大部分内容组成本门课程由以下三大部分内容组成基础篇：生物制药工艺基础基础篇：生物制药工艺基础1技术篇：生物分离工程技术技术篇：生物分离工程技术2品种篇：品种篇：重要生物药物制造工艺重要生物药物制造工艺3生物药物的类别生物药物的类别（一）天然生物药物（一）天然生物药物 1.微生物药物微生物药物 microbil medicine 2.生化药物（含海洋药物）生化药物（含海洋药物）Biochemical medicine（Marine medicine）（二）生物技术药物（新生物制品）（二）生物技术药物（新生物制品）1.DNA重组药物（重组药物（DNA recomb

2、inant medicine）基因工程与蛋白质工程药物基因工程与蛋白质工程药物 2.基因药物基因药物（三）合成或半合成生物药物（三）合成或半合成生物药物cpu.edu聚乙二醇化技术原理屏蔽效应屏蔽效应减少酶的降解减少酶的降解降低清除率降低清除率提高溶解度提高溶解度降低免疫反应性降低免疫反应性降低免疫原性降低免疫原性cpu.edu经典案例PEGASYSIFNINTERONPEGASYS分布容积，分布容积，L319880*614清除率，清除率，mL/h11,80016,1701,54080吸收半衰期，吸收半衰期，h2.34.650峰峰/谷比值谷比值无限1001.5-2.0清除半衰期，清除半衰期，h

3、25 4077 第第 十十 三三 章章生化药物的定义、分类、特点生化药物的定义、分类、特点定义定义：具体运用生物化学研究方法，具体运用生物化学研究方法，从生物体中经提取、分离、纯化等手从生物体中经提取、分离、纯化等手段获得的天然存在的生化活性物质或段获得的天然存在的生化活性物质或将上述这些物质加以结构改造或人工将上述这些物质加以结构改造或人工合成创造出的自然界没有的新的活性合成创造出的自然界没有的新的活性物质，通称生化药物物质，通称生化药物(Biochemical medicine)。酶类药物酶类药物辅酶类药物辅酶类药物核苷酸与核酸类药物核苷酸与核酸类药物多肽类药物多肽类药物氨基酸类药物氨基酸

4、类药物蛋白质类药物蛋白质类药物多糖类药物多糖类药物脂类药物脂类药物分分 类类生化药物特性生化药物特性1药理学特性：药理学特性：1 药理活性高，针对性强药理活性高，针对性强毒副作用少，营养价值高毒副作用少，营养价值高2生理副作用常有发生生理副作用常有发生 免疫原反应免疫原反应 过敏反应过敏反应3生化药物特性生化药物特性2化学特性：化学特性：1含量低、杂质多、工艺复杂、含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技术要求高；收率低、技术要求高；结构复杂，生物活性受空间结构复杂，生物活性受空间结构严格限制，稳定性差；结构严格限制，稳定性差；2易染菌、腐败易染菌、腐败33.天然生化药物是新型生物药物的先导物天然

5、生化药物是新型生物药物的先导物:通过合理药物设计，可以创制疗效更高，作用更专一，更易通过合理药物设计，可以创制疗效更高，作用更专一，更易为机体接受，副作用与不良反应更小的新药。为机体接受，副作用与不良反应更小的新药。GLP-1具有明确的降血糖活性，但由于半衰期过短，原形难以直接用于临床先导物分子改构及受体天然激动剂的筛选，代表性药物是Exendin-4化学修饰，代表药物是Novo Nordisk公司 的Liraglutide融合蛋白，代表药物是HGS公司的Albugon（融合白蛋白）生化药物特性生化药物特性GLP-1的结构 人体内源性的GLP-1有两种形式：GLP-1（7-36）-NH2和GL

6、P-1（7-37），前者较后者在C末端缺少一个Gly，但末端是酰胺化的。其N末端的His-Ala结构是人体内DPP-4酶的识别序列，可迅速被切去，酶切后的产物失去降糖活性且是原形多肽的竞争性抑制剂。GLP-1的天然受体激动剂 上图显示的是Exendin-4的分子结构，该分子是源于美洲巨蜥唾液的一种天然多肽，它与GLP-1有53%的序列同源性，是GLP-1受体的天然激动剂。由于N端结构为His-Gly，该分子可有效抵抗DPP-4的酶解，其体内半衰期为3.3-4小时，每天注射两针。GLP-1的结构改造 上图显示的是Novo Nordisk公司基于GLP-1研发的Liraglutide，该分子第34

7、位Lys突变为Arg，第26位Lys软脂酸修饰后可与体内的白蛋白结合。与白蛋白偶合后的分子一方面可以有效的抵抗酶解，另一方面可显著延长体内半衰期(12.6小时)，该药物在临床上可实现每天注射一针。GLP-1的结构改造 上图显示的是采用PEG修饰GLP-1的结构，通过对GLP-1第34位Lys进行选择性修饰可显著提高GLP-1对DPP-4的抵抗能力（酶解半衰期自9.6min延长至88.1min），而其生物学活力保持良好（PEG-GLP-1生物学活力是GLP-1原形多肽的93%）。80-90年代年代70-80年代年代50-70年代年代有机溶剂分级分离、等电沉淀有机溶剂分级分离、等电沉淀-粗提物粗提

8、物 100余种余种离子交换层析、凝胶层析、超滤等技术离子交换层析、凝胶层析、超滤等技术-提高了产品的纯度和收率提高了产品的纯度和收率 350余种余种多种层析技术、超速离心等多种层析技术、超速离心等-高纯度的生化药物高纯度的生化药物 500多种多种生化药物的资源生化药物的资源植植 物物动动 物物动物脏器动物脏器血液、分泌物及其它代谢物血液、分泌物及其它代谢物微微 生生 物物海海 洋洋 生生 物物毒蜥Exendin-4是自毒蜥唾液中提取的是自毒蜥唾液中提取的一种多肽，研究发现该多肽与人体一种多肽，研究发现该多肽与人体内的内的GLP-1在序列上有在序列上有53的同源的同源性，同性，同GLP-1一样具

9、有促进胰岛素一样具有促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌及保护分泌、抑制胰高血糖素分泌及保护胰岛胰岛细胞等作用。细胞等作用。2019年经年经FDA批准用于二型糖尿病的治疗。批准用于二型糖尿病的治疗。Exenatide是是Exendin-4的人工合成的人工合成品。品。Exenatide麻省麻省Transmolecular公司的公司的科学家将放射性科学家将放射性I131附着附着于自蝎子毒液中提取的一种于自蝎子毒液中提取的一种多肽制成药物，研究发现该多肽制成药物，研究发现该药物具有靶向性，对晚期神药物具有靶向性，对晚期神经胶质瘤有较好疗效，患者经胶质瘤有较好疗效，患者只需要从外部注射这种化合只需要从外

10、部注射这种化合物，而无需再进行化疗或放物，而无需再进行化疗或放射治疗。该药物目前仍处于射治疗。该药物目前仍处于临床研究阶段。临床研究阶段。蝎蝎 毒毒 肽肽微微 生生 物物1利用微生物作为工具利用微生物作为工具微生物的代谢物微生物的代谢物 2微生物菌体微生物菌体3海海 洋洋 生生 物物1海藻类：海藻类：已知的海藻有已知的海藻有1万多种万多种海洋动物类：海洋动物类：腔肠动物类、节腔肠动物类、节肢动物类、肢动物类、软体动物类、鱼类、软体动物类、鱼类、爬行动爬行动 物类、海洋哺乳动物类物类、海洋哺乳动物类2海洋微生物：海洋微生物：3僧袍芋螺齐考诺肽齐考诺肽（ziconotide）最初由僧袍芋螺中提取，

11、最初由僧袍芋螺中提取，现已人工合成，是一种现已人工合成，是一种神经细胞钙通道阻断剂。神经细胞钙通道阻断剂。作为一种非阿片类镇痛作为一种非阿片类镇痛药物，用于治疗严重的药物，用于治疗严重的慢性神经性疼痛，其鞘慢性神经性疼痛，其鞘内注射剂经内注射剂经FDA批准于批准于2019年上市年上市。齐考诺肽（齐考诺肽（ziconotide）Didemnin B是一种由是一种由7个氨基酸和个氨基酸和2个羧个羧酸组成的带有分枝的环缩肽酸组成的带有分枝的环缩肽,既能抑制蛋既能抑制蛋白质的合成白质的合成,也能抑制也能抑制DNA、RNA的合的合成成,对黑色素瘤对黑色素瘤B16细胞周期作用的研究细胞周期作用的研究表明表

12、明,它可杀伤各期细胞它可杀伤各期细胞,尤以尤以G1至至S期细期细胞敏感胞敏感，它可快速完全介导，它可快速完全介导HL-60细胞细胞凋亡。目前凋亡。目前Didemin B已能够人工全合已能够人工全合成成,该药完成了临床该药完成了临床期实验期实验,最有希望最有希望开发成治疗癌症的新药。此外第二代开发成治疗癌症的新药。此外第二代didemnins-脱氢脱氢didemnins B(aplidine)现现也已进入临床实验。也已进入临床实验。海鞘来源的抗癌肽海鞘来源的抗癌肽 Didemnin B海兔体内存在着多种结构独特、海兔体内存在着多种结构独特、生理功能各异的次生代谢产物生理功能各异的次生代谢产物,如

13、萜类、毒素、甾体、大环内如萜类、毒素、甾体、大环内酯及肽类等酯及肽类等,其中肽类化合物尤其中肽类化合物尤为引人注目。其中为引人注目。其中 Dolastatin15和和Dolastatin10已经完成全合成已经完成全合成,并正在美国进行并正在美国进行期和期和期临期临床试验床试验,主要用于小细胞肺癌、主要用于小细胞肺癌、卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌等实体瘤的治疗。等实体瘤的治疗。海兔来源的抗癌作用肽海兔来源的抗癌作用肽第一节第一节氨基酸类药物氨基酸类药物氨基酸类的分类氨基酸类的分类1蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸：编码氨基酸：编码氨基酸非蛋白氨基酸：非蛋白氨基酸：D型氨基酸、型氨

14、基酸、-氨基酸、氨基酸、-氨基酸等氨基酸等2衍生氨基酸：衍生氨基酸：谷氨酰胺、硫酸甘谷氨酰胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等氨酸、磷葡精氨酸等 3氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法蛋白水解法：蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸胱氨酸、半胱氨酸 发酵法：发酵法：苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨 酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜酸、组氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜 氨酸、赖氨酸、亮氨酸等氨酸、赖氨酸、亮氨酸等化学合成法：化学合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨甘氨酸、蛋氨酸、丙氨 酸、苯丙氨酸、丝氨酸等酸、苯丙氨酸、丝氨酸等酶法：酶法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等水解水解氨基

15、酸分离氨基酸分离 精制精制氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质酸水解法酸水解法碱水解法碱水解法酶水解法酶水解法溶解度法溶解度法特殊试剂吸特殊试剂吸附法附法吸附法吸附法离子交换法离子交换法结晶结晶重结晶重结晶蛋白质水解法蛋白质水解法微生物，植物细微生物，植物细胞，动物细胞胞，动物细胞化学合成，生物化学合成，生物合成，天然存在合成，天然存在底底 物物()生物反应器生物反应器含含L-AA反应液反应液酶转化法生产酶转化法生产L-AA流程流程结结 构构分子量分子量等电点等电点性性 质质溶解性溶解性L-AspL-Ala L-Asp和和L-Ala的结构与性质的结构与性质HOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOH

16、H3C133.1089.092.776.0酸性氨基酸酸性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸溶于水和盐溶于水和盐酸，不溶于酸，不溶于乙醇和乙醚乙醇和乙醚在水中有一在水中有一定溶解性，定溶解性，不溶于丙酮不溶于丙酮及乙醚及乙醚HOOCCHCOOHCHHOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C+CO2天冬氨酸酶L-Asp脱羧酶酶转化反应酶转化反应工艺路线工艺路线固定化 L-Asp脱羧酶转化液B延胡索酸+NH3固定化 天冬氨酸酶转化液AL-Asp粗品L-Asp精品L-Ala粗品L-Ala精品 酶转化反应酶转化反应 工艺路线工艺路线 HOOCCHCHCOOH 天冬氨酸酶HOOCCH2CHCOOH NH2L-Asp脱羧酶CH3CHCOOH CO2 NH2延胡索酸NH3固定化天冬氨酸酶转化液分离L-Asp粗品精制 L-Asp固定化L-Asp脱羧酶转化液 L-Ala粗品 L-Ala精制 浓缩结晶 以延胡索酸为原料，通过酶转化法生产以延胡索酸为原料，通过酶转化法生产L-Asp和和LAla 泵泵储罐反应产物离心机离心机母母液液回回收收固定化酶柱子晶体 L-AspL-Asp延胡索延胡索酸氨盐酸氨盐工工 艺艺 路路 线线氨基酸输液的组方原理与配方模式氨基酸输液的组方原理与配方模式