1、生物技术药物 制剂 Biotechnological Drug Preparations 1.概述：概述： 1.1发展前景：发展前景： 21世纪世纪将是生命科学的世纪，生命科学的世纪，现代生物技生物技 术术的发展发展，更促进促进了制药工业制药工业的迅猛发展发展。 20世纪70年代，生物技术不断发展，最成最成 功的是生物技术功的是生物技术用于新药的研制新药的研制，产生了 巨大社会巨大社会和经济效益经济效益。 上市约上市约60余种余种(我国20多种)，在研的数百数百 种种之多 1.2基本概念：基本概念： 生物技术生物技术(biotechnology)：或称生物工程生物工程，是利利 用用生物体生物体
2、(微生物、动植物细胞)或其组成部分(细 胞器和酶)，在最适条件下，生产有价值的产物生产有价值的产物 或进行有益过程的技术进行有益过程的技术。 现代生物技术：现代生物技术：包括包括基因工程、细胞工程与酶工 程、发酵工程、生化工程及衍生出来衍生出来的第二代、 第三代的蛋白质工程、抗体工程、糖链工程蛋白质工程、抗体工程、糖链工程和海海 洋生物技术洋生物技术等。 生物技术药物生物技术药物(biotechnology drugs)：亦称生物工生物工 程药物程药物，采用现代生物采用现代生物 (基因变异基因变异或DNA重组重组)技技 术术，借助某些生物体(包括微生物、动植物细胞) 表达生产的生产的药物药物，
3、主要为蛋白质蛋白质或多肽类分子多肽类分子。 2.生物技术药物的结构特点与性质：生物技术药物的结构特点与性质： 2.1结构：结构：多为肽类肽类及蛋白质蛋白质类类，其结构为 一级结构：一级结构：由由氨基酸氨基酸按一定顺序通过按一定顺序通过肽键相连肽键相连而成。而成。 高级结构：高级结构：包括二、三、四级。是包括二、三、四级。是多肽链多肽链按一定规律按一定规律 折叠折叠、三维的空间三维的空间组合组合及及蛋白质蛋白质的各亚基聚合各亚基聚合而成。而成。 2.2生物技术药物的生物技术药物的特点特点： 药理学特性：药理学特性： 治疗针对性强：治疗针对性强：治疗机制合理，疗效可靠。 药理药理活性高活性高：从大
4、量原料精制出的高活性物质 生物相容性与生物可降解性好，毒副作用小生物相容性与生物可降解性好，毒副作用小： 多为体内内源性生物分子结构与性质相似。 易发生副作用：易发生副作用：发生免疫、过敏反应等。 在生产、制备、贮存及服用过程中的特殊性：在生产、制备、贮存及服用过程中的特殊性： 原料中的有效物质原料中的有效物质含量低含量低； 易染菌、腐败；易染菌、腐败； 分子量大：分子量大：难以透过体内各种生物屏障系统； 稳定性差：稳定性差：易于降解而失活。 蛋白质药物不可逆降解的一般机制蛋白质药物不可逆降解的一般机制 天然蛋白质天然蛋白质 伸展伸展 卷叠卷叠 非 共 价 非 共 价 键 变 化 键 变 化
5、共 价 键 共 价 键 变 化 变 化 聚集聚集 表面吸附表面吸附 宏观沉淀宏观沉淀 变性变性 解折叠等解折叠等 脱酰胺基作用脱酰胺基作用 氧化氧化 二硫键断裂及重排二硫键断裂及重排 外消旋化外消旋化 水解水解(肽水解与脱糖基肽水解与脱糖基)等等 部分或全部伸展蛋白质部分或全部伸展蛋白质 ( 化 学 化 学 稳 定 性 稳 定 性 ) ( 物 理 物 理 稳 定 性 稳 定 性 ) 3.蛋白质类药物制剂的处蛋白质类药物制剂的处 方与工艺：方与工艺： 3.1研制应考虑的问题：研制应考虑的问题： 关键问题：关键问题：稳定性。稳定性。 注射给药：注射给药：采用适当辅料，设计 合理处方与工艺。 非注射
6、给药：非注射给药：还需解决生物利用生物利用 度问题度问题。 3.2一般处方组成：一般处方组成： 分类：分类：多为多为注射剂注射剂，有 溶液型注射剂：溶液型注射剂：使用方便，但不稳定， 需低温贮存。 冻干型注射剂：冻干型注射剂：较稳定，但工艺复杂。 处方组成：处方组成：主药、pH的缓冲剂的缓冲剂、渗透渗透 压调节剂压调节剂及稳定剂稳定剂。 如：如：-2b干扰素干扰素 有Na2HPO4, NaH2PO4, NaCl，聚山梨酯。 3.3液体剂型中蛋白质药物的稳定化：液体剂型中蛋白质药物的稳定化： 影响稳定性及溶解度的因素：影响稳定性及溶解度的因素： pH值：值：多数蛋白质降解反应与pH有关 在在pH
7、410稳定稳定。所以 采用采用pH缓冲系统：缓冲系统：调节pH值。 如：如： -2b干扰素干扰素采用磷酸盐缓冲系统。 表面活性剂：表面活性剂：抑制蛋白质界面聚集而变抑制蛋白质界面聚集而变 性性，常用常用少量非离子型非离子型表面活性剂表面活性剂；离离 子型子型可引起蛋白质变性。变性。 盐类：盐类：除影响影响蛋白质的稳定性稳定性外外，对蛋白蛋白 质的质的溶解度溶解度与聚集聚集影响较大影响较大。 盐溶盐溶(salting in)：少量盐增溶。 盐析盐析(salting out)：高盐使聚集沉降。 对蛋白质构象的影响：对蛋白质构象的影响：某些可提高稳定性提高稳定性， 如 ；某些降低稳定性降低稳定性，如
8、 。 环糊精：环糊精：包合，增加增加蛋白质蛋白质稳定性稳定性及溶解溶解 度度。 小分子稳定剂和抗氧化剂：小分子稳定剂和抗氧化剂：组成蛋白质的 氨基酸氨基酸如蛋氨酸、半胱氨酸、组氨酸等易 被氧化，加入蔗糖蔗糖等稳定剂及EDTA等螯螯 合剂合剂。 2 4 SO SCNCa 、 2 聚乙二醇类：聚乙二醇类： 作用：作用：高浓度PEG常作为蛋白质的低温保护剂低温保护剂 和沉淀结晶剂沉淀结晶剂，分子量不同作用不同。 例：例： PEG300：抑制抑制重组人角化细胞生长因子聚集聚集 PEG200、400、600和1000：可稳定稳定牛血清蛋 白(BSA)和溶菌酶。 大分子化合物稳定剂：大分子化合物稳定剂：
9、作用：作用：通过其表面活性、蛋白质-蛋白质互相作 用的空间位阻空间位阻及提高黏度提高黏度限制限制蛋白质运动运动或优优 先吸附先吸附于大分子以起起到稳定作用稳定作用。 例：例：人血白蛋白人血白蛋白在蛋白类药物中作稳定剂作稳定剂。 其他其他稳定蛋白质的稳定蛋白质的添加剂添加剂： 作用：作用：阻止聚结、增加溶解度阻止聚结、增加溶解度； 品种：品种：糖、盐、多元醇、氨基酸、 金属离子、各种聚合物等。 例如：例如：蔗糖、葡萄糖、甘氨酸、 精氨酸、谷氨酰胺、NaCl、甘露 醇、山梨醇及钙、镁、锌等。 3.4固体蛋白质药物制剂的固体蛋白质药物制剂的 稳定性与工艺：稳定性与工艺： 概述：概述：生物技术药物因稳
10、定性因稳定性 等问题不能用溶液剂型，不能用溶液剂型，用固用固 体剂型体剂型。 固体制剂制备方法：固体制剂制备方法：冷冻干燥、 空气干燥和喷雾干燥。 4.蛋白质类药物蛋白质类药物新型给药系统新型给药系统： 4.1概述：概述： 生物技术药物的缺点：生物技术药物的缺点：不稳定不稳定，口服易破坏； t1/2短短；吸收差、易酶解吸收差、易酶解而生物利用度低。 解决方法：解决方法：除前述方法外,研制新型给药系统研制新型给药系统。 4.2注射途径新型给药系统：注射途径新型给药系统： 注射给药的问题：注射给药的问题：t1/2短短。 解决途径：解决途径： 化学修饰以抑制其药理清除：化学修饰以抑制其药理清除：PE
11、G、糖基修、糖基修 饰饰，如腺苷酸脱氨酶(ADA)采用PEG-ADA.。 控制药物释放速度。控制药物释放速度。 脉冲式给药。脉冲式给药。 新型给药系统：新型给药系统： 控释微球制剂：控释微球制剂：用聚丙交酯-乙交酯 (PLGA)为材料，生物可降解微球微球，控制 释放达30天。 脉冲式给药系统：脉冲式给药系统： 概述：概述：许多疫苗需多次接种，为提高接种率， 多剂量多剂量疫苗研制成单剂量疫苗研制成单剂量是WHO目标。 例如：例如：破伤风类毒素破伤风类毒素 释放系统：释放系统：用丙交酯-乙交酯聚合物(PLGA) 不同比例不同比例、不同分子量不同分子量制成不同大小不同大小，不不 同时间释放同时间释放
12、的疫苗微球微球。 药物释放：药物释放：一次注射分三次释放一次注射分三次释放，达全程达全程 免疫。免疫。 亮丙瑞林微球亮丙瑞林微球 亮丙瑞林随聚丙交酯亮丙瑞林随聚丙交酯-乙交酯乙交酯(PLGA)的降解而不断释放。的降解而不断释放。 注射后疫苗释放时间注射后疫苗释放时间 脉冲式控释微球给药系统示意图脉冲式控释微球给药系统示意图 含有疫苗的含有疫苗的 生物可降解生物可降解 不同时间释不同时间释 放放微球微球 114天释放天释放 12月释放月释放 912月释放月释放 4.3非注射给药系统：非注射给药系统： 必要性：必要性：注射给药使用不便。非注射给药非注射给药 增加顺应性增加顺应性，使用方便使用方便，
13、利于开拓市场利于开拓市场。 给药途径：给药途径：口服、鼻腔、口腔、直肠、透 皮及肺部给药等。 问题：问题：吸收差吸收差，易酶解易酶解。 解决办法：解决办法： 应用吸收促进剂吸收促进剂； 应用酶抑制剂酶抑制剂； 皮肤给药皮肤给药采用离子电渗法离子电渗法等促渗法促渗法； 结构修饰结构修饰或制成前体药物前体药物。 鼻腔给鼻腔给药药： 特点：特点：鼻粘膜血管及淋巴丰富血管及淋巴丰富；穿透性高穿透性高而酶酶 较少较少，避免首过效应避免首过效应。 主要剂型：主要剂型：滴鼻剂、喷鼻剂等。 已上市药物：已上市药物：降钙素、催产素、去氨加压素、 布舍瑞林等。 直肠直肠给给药药： 特点：特点：酶活性低，酶活性低，
14、pH近中性；大部分避免肠肝近中性；大部分避免肠肝 首过效应首过效应；干扰因素少。 剂型：剂型：栓剂。 举例：举例：胰岛素胰岛素加吸收促进剂制成栓剂，吸收达 27.5%。 一些肽类、蛋白质药物鼻腔给药加促进剂的生物利用度一些肽类、蛋白质药物鼻腔给药加促进剂的生物利用度 肽和蛋白质药物直肠给药的生物利用度肽和蛋白质药物直肠给药的生物利用度 口腔粘膜吸收：口腔粘膜吸收： 特点：特点：血管丰富，避免首过效应血管丰富，避免首过效应。 剂型：剂型：粘膜粘附制剂、舌下片等。 举例：举例：普鲁瑞林、布舍瑞林、胰岛素胰岛素等。 肺部给药：肺部给药： 特点：特点：易于吸收，可避免首过效应易于吸收，可避免首过效应。
15、 剂型：剂型：气雾剂、雾化剂及粉雾剂。 主要问题：主要问题：分子大小限制；长期用药后安全性 评估；吸收促进的措施；稳定蛋白质的方法等 经皮给药系统：经皮给药系统： 特点：特点：水解酶活性低水解酶活性低，但穿透性低穿透性低。 改进措施：改进措施：离子导入、超声致孔、微针离子导入、超声致孔、微针等技术 使大分子多肽和蛋白质能透过皮肤能透过皮肤。 促进剂对胰岛素口腔粘膜给药的影响促进剂对胰岛素口腔粘膜给药的影响 口服吸收：口服吸收： 特点：特点：使用方便。 主要问题：主要问题： 酸催化降解；酸催化降解； 胃肠道酶降解；胃肠道酶降解； 肝首过效应；肝首过效应； 胃肠道黏膜透过性差胃肠道黏膜透过性差。
16、解决方案：解决方案： 酶抑制剂：酶抑制剂：如抑肽酶(aprotinin)与精氨酸后叶 加压素同用效果较好。 吸收促进剂：吸收促进剂：胆酸钠使粘膜孔径可逆地变大。 制剂技术。制剂技术。 肠肝首肠肝首 过效应过效应 不稳定性不稳定性 胰岛素：胰岛素：口服给药口服给药是重点重点。主要有 微乳制剂：微乳制剂：制成微乳制成微乳，疗效较好。 纳米粒纳米粒(nanoparticles)：制成聚氰基丙聚氰基丙 烯酸异丁酯烯酸异丁酯纳米囊纳米囊，实验可防止胃肠 酶的水解。 偶氮芳香聚合物偶氮芳香聚合物(azoaromatic polymer) 包衣制剂：包衣制剂： 结果：结果：大鼠灌胃，血糖明显下降，持续 9h
17、。 机制：机制：包衣层在大肠大肠菌丛的作用而分解 释放胰岛素结肠吸收结肠吸收结肠定位结肠定位。 胰岛素肠溶软胶囊：胰岛素肠溶软胶囊：装入软胶囊，再 包肠衣，生物利用度达12.7%。 RS、S、L为聚丙烯酸树脂的为聚丙烯酸树脂的RS、S、L等型号等型号 生物黏附材料与肠溶材料的联合应用技术：生物黏附材料与肠溶材料的联合应用技术： 各种材料的作用：各种材料的作用： 肠溶材料：肠溶材料：对药物的保护作用保护作用； 生物黏附材料：生物黏附材料：肠粘膜黏附，促进促进药物的吸收作用吸收作用 举例：举例： 处方：处方：胰岛素，卡波姆934， CMC-Na，果胶，胆酸 盐，5%EC丙酮液。 制备：制备：胰岛素
18、,卡波姆934, CMC-Na,果胶, 胆酸盐混合 压成微片，用5%EC丙酮液包衣，装入肠溶胶囊。 体外实验：体外实验：肠壁黏附性强，人工肠液4h内释放90%； 大鼠口服：大鼠口服：与皮下注射效果相当，生物利用度15% 20%。 胰岛素微球制剂：胰岛素微球制剂：与抑肽酶制成微球制成微球。动 物试验有效性最大达3.61.0%。 AP为抑肽酶；为抑肽酶；L,S为不同的基质材料为不同的基质材料 胰岛素脂质体：胰岛素脂质体：用用大豆甾醇大豆甾醇(ss) 代替胆胆 固醇固醇(ch)制备胰岛素脂质体胰岛素脂质体，生物利用生物利用 度高达度高达31.6%。 新型吸收促进剂的应用：新型吸收促进剂的应用： 氨基
19、酸衍生物类：氨基酸衍生物类：N-8-(2-羟 苯基)-氨基辛酸钠(SNAC)； 将将SNAC与胰岛素形成非共价与胰岛素形成非共价 键结合的物理复合物：键结合的物理复合物：2025 分钟分钟内达峰浓度达峰浓度，而注射注射速效 胰岛素45分钟达峰分钟达峰。 5.寡核苷酸及基因类药物制剂：寡核苷酸及基因类药物制剂： 5.1基因治疗及基因类药物：基因治疗及基因类药物： 基因治疗：基因治疗：将聚核糖核酸聚核糖核酸分子DNA、RNA 等作为药物治疗疾病作为药物治疗疾病，是一种从从基因层次基因层次 干预疾病干预疾病发生源头发生源头的全新的治疗方法治疗方法，以 基因或基因表达通路作为靶点靶点，通过调节调节 靶
20、细胞中基因表达基因表达而实现药效实现药效作用。 基因药物：基因药物：以聚核糖核酸聚核糖核酸结构为骨架骨架包括 各种cNDA表达系统、反义寡核苷酸、核 酶、小干扰RNA以及小RNA等等。 5.2寡核苷酸及基因类药物的结构和性质：寡核苷酸及基因类药物的结构和性质： 结构：结构：从药物分子化学性质的角度分析，化学 组成均为聚核苷酸结构聚核苷酸结构 DNA：为聚脱氧核糖核酸； RNA：为聚核糖核酸； 还有：硫代聚核苷酸、cNDA还包含几千个碱基对。 性质：性质：易易于酶降解酶降解、稳定性差稳定性差、由于分子量大分子量大、 带有大量负电荷，水溶性好水溶性好，几乎没有脂溶性。 体内过程机制：体内过程机制：
21、与小分子药物不同，因 作用靶点：作用靶点：在细胞内细胞内甚至细胞核内；细胞核内； 药物输送：药物输送：必须跨越细胞膜跨越细胞膜和核膜核膜的壁垒；壁垒； 手段：手段：必须借助基因输送载体基因输送载体。 5.3寡核苷酸及基因类药物的寡核苷酸及基因类药物的输送载体输送载体设计：设计： 药物输送技术体系：药物输送技术体系： 物理转染技术：物理转染技术： 种类：种类：电脉冲导入、粒子轰击导入等； 特点：特点：通过物理作用导入，限于体表限于体表组织。 病毒载体系统：病毒载体系统： 种类：种类：反转录病毒、腺病毒和腺相关病毒等； 特点：特点：细胞转染活性较高转染活性较高，但受病毒天然感染天然感染趋向 性和免
22、疫系统干扰免疫系统干扰，造成转染的靶组织特异性不高特异性不高， 有一定的安全隐患安全隐患； 非病毒载体系统：非病毒载体系统： 种类：种类：高分子聚合物、脂质体等药剂学载体药剂学载体系统； 特点：特点：安全安全、毒性小，具有较好较好的的生物相容性生物相容性和生 物可降解性，无免疫源性无免疫源性等。 非病毒载体系统：非病毒载体系统： 非病毒载体非病毒载体的构建和影响因素：的构建和影响因素： 构建：构建： 复合物：复合物：DNA、RNA等带有大量负电负电荷，与 带正正电荷的载体材料载体材料复合。 脂质复合物：脂质复合物：与阳阳离子脂质脂质体复合； 聚阳离子复合物：聚阳离子复合物：与阳阳离子聚合物聚合
23、物复合； 复合过程影响因素：复合过程影响因素：电荷相互作用电荷相互作用与载体的电载体的电 荷荷电离状态、密度、载体的空间结构及DNA与 阳离子聚合物阳离子聚合物之间的电荷比、电荷相互作用条电荷相互作用条 件件如浓度、混合速度、溶液离子强度等； 非病毒载体的体内过程：非病毒载体的体内过程：部分局部给药，大部 分静脉注射给药静脉注射给药 静注给药的体内过程：静注给药的体内过程：为保证DNA装载率, 载体载体多 带有过量正电荷带有过量正电荷而吸附于血浆吸附于血浆带负电的蛋白表面蛋白表面形 成聚集聚集,在肝脾或肺毛细血管截留截留或激活激活补体系统而 被免疫细胞清除清除。 措施：措施：用PEG修饰修饰防
24、止被清除，在载体表面连接靶连接靶 向分子向分子提高转染效率。 细胞转染和基因药物的释放机理：细胞转染和基因药物的释放机理： 阳离子脂质载体作用机制：阳离子脂质载体作用机制：阳离子脂质分子阳离子脂质分子与内吞内吞 体中的阴离子脂质分子相互作用，影响影响了内吞体的 膜结构膜结构，并将DNA、RNA分子释放到细胞质释放到细胞质中； 阳离子聚合物作用机制：阳离子聚合物作用机制：依靠聚阳离子的“质子海质子海 绵绵”作用，导致内吞体破裂内吞体破裂，载体进入细胞质。 5.4细胞治疗和组织工程应用中的细胞治疗和组织工程应用中的制剂研究制剂研究： 细胞治疗：细胞治疗：以细胞细胞或组织组织作为活性物质活性物质导
25、入体内治疗疾病治疗疾病，如树突状细胞、干细胞 以及由组织组成的皮肤、骨组织等； 细胞与组织导入体内的手段：细胞与组织导入体内的手段：载体系统载体系统； 确保产品质量和疗效的制剂研究：确保产品质量和疗效的制剂研究： 载体系统的研究：载体系统的研究：通过材料的选择材料的选择、处方的优处方的优 化化以及工艺工艺和稳定性的保证稳定性的保证； 加入加入细胞生长因子：细胞生长因子：为确保确保细胞和组织在体内 的活性活性在产品中加入细胞生长因子细胞生长因子，并要求其 在体内以一定一定的浓度浓度和持续时间持续时间释放。 6.蛋白质药物的评价方法：蛋白质药物的评价方法： 含量测定：含量测定：根据处方组成确定测定
26、方法。 制剂中药物制剂中药物活性活性测定：测定：是评价制剂工艺可评价制剂工艺可 行性的重要方面行性的重要方面。其方法有酶联免疫测定酶联免疫测定 法法、体内外药效学方法体内外药效学方法(如细胞病变抑制法) 和放射免疫测定法放射免疫测定法。 体外释药速率测定：体外释药速率测定：药物在溶出介质中不 稳定，多采用测定制剂中未释放药物量测定制剂中未释放药物量。 制剂稳定性研究：制剂稳定性研究：物理、化学稳定性研究 体内药动学研究；体内药动学研究； 刺激性及生物相容性研究。刺激性及生物相容性研究。 7.要求：要求： 了解了解生物技术药物新的给药系统； 生物技术药物及其制剂的发展前景； 掌握掌握生物技术药物定义；生物技术 的基本概念；生物技术药物制剂的处 方与工艺； 重点掌握重点掌握生物技术药物的结构特点 与性质。蛋白质药物新型给药系统蛋白质药物新型给药系统， 尤其是口服给药系统。
