新生物技术药物制剂

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1、第十九章 生物技术药物制剂湖北医药学院药剂教研室李铮铮第一节 绪论l生物医药产业的发展经历了三个 不同的历史阶段，即l天然药物阶段 l化学合成药物阶段 l基因工程药物阶段 生物技术l是指对有机体的操作技术，包括利用活 的有机体来生产或修饰获得产品的所有 技术。l现代生物技术包括：基因工程、细胞工 程、发酵工程和酶工程，其中核心技术 是基因工程技术。生物技术药物l是采用现代生物技术人为地创造条件， 借助生物体（微生物、动物和植物等） 或其组成部分（器官、组织、细胞、酶 等）来产生所需要的医药产品。l生物技术药物的经典定义：是指利用重 组DNA技术获得的蛋白质多肽类药物。人胰岛素的一级结构胰岛素的

2、两 个肽链分别 为21个氨基 酸组成的A链 和30个氨基 酸组成的B链 ，氨基酸排 列有种属差 异。1982年美国Lily公司开发世界上第一个基因工程-重组人胰岛素l先确对某种疾病有预 防和治疗作用的蛋白 质，然后将控制该蛋 白质合成过程的基因 取出来，经过一系列 基因操作，最后将该 基因放入可以大量生 产的受体细胞中去（ 包括细菌、酵母菌、 动物或动物细胞、植 物或植物细胞），在 受体细胞中不断繁殖 ，大规模生产具有预 防和治疗这些疾病的 蛋白质。最近又研 究了以酵酵 母菌母菌为宿 主细胞进 行合成人 胰岛素。可参考文献：人类胰岛素基因的克隆及其真核表达载体的构建、 产人胰岛素毕赤酵母工程菌

3、的构建一、生物技术药物l生物技术药物或生物制品是一个更广义的 概念除了经典的生物药物如蛋白质、多肽、抗 体、DNA、RNA和寡核苷酸等外，还包括疫 苗、组织、血液、血液制品以及由天然来 源提取的细胞疗法等。一 、生物技术药物l全球药物销售统计数据显示，2012年全球 销售居前20名的药物中有8个生物药物， 而其中7个生物药物列于销量前10名的名 单中。一、生物技术药物1、与小分子药物相比，生物药物的药效及 特异性更强，且副作用较小；原因：很多生物药物都具有独特的空间构 象，而且通常它们都是内源性物质，它们 在体内与特定受体结合，这种结合具有很 强的专一性。一、生物技术药物l2、目前小分子药物的

4、研究已经进入了 瓶颈期，生物药物可能会为某些疾病 的患者提供一线生机。二、生物药物开发的近况及挑战l1、生物药物分子体积一般比较大，具有亲 水性和解离特性，导致其膜通透性极差，大 部分生物药物必须采用注射方式给药以保证 足够的生物利用度。由于其血浆半衰期短， 通常需要采取一日多次注射的给药方案。二、生物药物开发的近况及挑战l2、大多数生物药物的物理和化学性质 不稳定，因此在处方设计时需要考虑很 多策略改善其制剂处方，以提高生物药 物在制备、贮存、运输以及给药时的稳 定性，确保它们的有效性和安全性。二、生物药物开发的近况及挑战l例如：l蛋白质药物-集聚-激发机体-免疫应答- 机体分泌抗体清除该蛋

5、白药物 - 改变该蛋白药物的药物动力学行为-产生 副作用二、生物药物开发的近况及挑战l3、与小分子药物制剂相比，生物药物制剂 的研发过程中需要依靠更多不同的分析手段 表征生物药物的特征。l例如：对乙酰氨基酚 与阿达木单抗l（P353)二、生物药物开发的近况及挑战l4、对于核酸类药物如反义寡核苷酸、小干 扰RNA和基因等作用靶点位于细胞内的生物 药物，普通的液体注射剂已经不能满足其递 送要求，很难通过富含脂质的细胞膜到达其 胞内靶点。l研发核心：能高效帮助核酸跨越生物屏障的 递送系统 生物技术药物的经典定义：是指利用重组DNA技术获得的 蛋白质多肽类药物。l蛋白和多肽类药物分子之间的区别 ，描述

6、蛋白质的构象结构？第二节 蛋白多肽类药物制剂l一、蛋白多肽类药物的生产l蛋白类药物通常是利用哺乳动物细胞（中国 地鼠卵巢细胞系）以及细菌（如大肠杆菌） 或酵母细胞来进行制备。l蛋白质产率是评价这一过程的效率的重要指 标。二、蛋白多肽类药物的结构与理化性质多肽 分子量质量5KD，由大约少于50个氨基酸所 组成的肽链为多肽。 蛋白质分子量质量5KD ，具有 三维机构的大分 子称为蛋白质。二、蛋白多肽类药物的结构与理化性质l大部分蛋白质都具有三维结构l蛋白质天然折叠形成的结构称为其天然构象 。蛋白质分子构象分为四级。l一级结构是指氨基酸残基按照特定顺序通过 肽键连接形成的长链。蛋白质二级结构氨基酸长

7、链通过规律性重复出现 的局部结构折叠形成二级结构蛋白质高级结构l氢键或二硫键进一步相互交联形成的链折 叠称为三级机构，它是控制蛋白质基本功 能的结构，疏水作用和离子相互作用等弱 相互作用力 通常对三级机构起到稳定化作 用。蛋白质多肽类药物的活性与其 机构的完整性密切相关l为什么蛋白类药物需要在制剂 中保持正确的折叠构象？维持 蛋白质构象结构稳定性的作用 力包括哪些？三、蛋白多肽类药物的稳定性l蛋白质多肽类药物，其生物活性的保 持不仅取决于它的化学稳定性，还取 决于其物理稳定性，即其空间构象的 稳定性。化学不稳定性 表现为新化学键的形成或原化学键的断裂 导致其一级机构的变化。 变化过程包括蛋白质

8、或多肽的水解、脱酰 胺、氧化、外消旋、二硫键断裂等l物理不稳定性l即其化学组成（一级结构）不变，而高 级结构（二级及二级以上结构）发生改 变的过程。l物理不稳定性包括变性（去折叠）、聚 集、沉淀和表面或界面吸附等。三、蛋白多肽类药物的稳定性（一）化学不稳定性 1、脱酰胺反应 (P355） Glu谷氨酰胺 Asp天冬酰胺 侧链上的酰胺基被水解，形成游离羧酸根，攻 击肽键，形成丁二酰亚胺中间体，进一步水 解成天冬氨酸或者异天冬氨酸。 天冬氨酸的氨基侧链被羧基取代，故被称为脱 酰胺基作用。三、蛋白多肽类药物的稳定性（一）化学不稳定性l2、氧化反应l蛋白质多肽氨基酸链中甲硫氨酸，半胱氨 酸、组氨酸、色

9、氨酸、和酪氨酸的侧链都 是可能发生氧化反应的位点。l引发氧化反应的因素除了空气中的氧，还 包括离子、自由基、光照等。三、蛋白多肽类药物的稳定性（一）化学不稳定性 3、二硫键断裂或交换 巯基、二硫键和它们之间的相互作用对大部分 蛋白的性质都具有重要影响。 4、其他水解、外消旋、异构化等，常见，但选择适当 的条件来阻滞或避免。三、蛋白多肽类药物的稳定性（二）物理不稳定性 1、变性去折叠：蛋白质内部的疏水残基相互作 用决定 2、聚集：部分变性的蛋白质分子间结合形成的 3、表面界面吸附：活性蛋白质或部分去折叠的 蛋白质在表面上的吸附，在界面上重新定位和排布 4、沉淀：肉眼可见的蛋白质从溶液镇南关析出的

10、过 程，这种行为不可逆的。“颗粒形成”（二）物理不稳定性1、变性去折叠蛋白质的物理稳定通常是有蛋白质内部的疏 水残基间相互作用决定的，当这些疏水残基 暴露在溶剂中时，它们会与疏水性界面相互 作用，或者引起这些失活的蛋白质在局部富 集，从而导致蛋白聚集及沉淀。（二）物理不稳定性2、聚集蛋白质聚集是由部分变性的蛋白质分子间结合 形成的。 变性剂：十二烷基硫酸钠、盐酸胍和尿素可以 用来确定蛋白质聚集是否为共价聚集 非共价聚集：蛋白质聚集物可以在变性剂中溶 解，反之则为共价（化学）聚集（二）物理不稳定性3、表面界面吸附表面界面诱发的蛋白质不稳定性过程始于 蛋白质或部分去折叠的蛋白质在表面上的吸 附，随

11、后吸附的蛋白质分子在界面（气/液界 面或固/液界面）上重新定位和排布。（二）物理不稳定性4、沉淀 蛋白质聚集主要可溶性聚集物，而沉淀指 的是肉眼可见的蛋白质从溶液中析出的过程 。不可逆的 这种情况叫做“颗粒形成”。胰岛素结霜就 是一个发生蛋白质沉淀的典型例子，指的是 胰岛素在容器壁上形成了细小的沉淀颗粒。三、蛋白多肽类药物的稳定性（三）影响蛋白多肽类药物分子稳定性的因素 （P357)温度、pH、表面界面作用、盐类、金属离 子、螯合剂、摇晃剪切力、非水溶剂、蛋白 质浓度、蛋白质纯度三、蛋白多肽类药物的稳定性（四）蛋白多肽类药物稳定性的分析方法监测蛋白质和多肽药物的不稳定性是开发蛋 白质多肽类药物

12、制剂过程中的主要工作之一 。l列举一些用于稳定蛋白多肽类药物分 子的药用辅料，并简述这些辅料的稳 定化机制？四、蛋白多肽类药物制剂及其稳定化方法（一）蛋白多肽类药物制剂的稳定化方法 1、替换容易发生降解的氨基酸； 2、加入稳定剂改变蛋白质的外在环境； 3、通过干燥手段固化蛋白质，减少其降解 概 率四、蛋白多肽类药物制剂及其稳定化方法常用的稳定剂l缓冲液 ：磷酸盐缓冲液、枸橼酸盐缓冲液 l糖类及多元醇 ：蔗糖、海藻糖、葡萄糖 l表面活性剂 ： 聚山梨醇酯类、普朗尼克l盐类 ： NaCl 、Kcll聚合物 ：血清白蛋白、聚乙二醇，羟丙基-CD l金属离子：Ca2+ 、Mg2+、Zn2+l 氨基酸

13、: 组氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸 l 抗氧剂：维生素C、硫磺盐、枸橼酸四、蛋白多肽类药物制剂及其稳定化方法l蛋白质的干燥冷冻干燥过程中可能使蛋白质变性的因素及其变 性机制 1、低温 2、浓度效应 3、冰-水界面的形成 4、冷冻过程中的pH变化 5、冷冻过程中的聚合物相分离 6、脱水化作用l低温保护剂：海藻糖、蔗糖、麦芽糖等 糖和多元醇；羟丙基甲基纤维素、白蛋 白等聚合物l冻干保护剂：海藻糖、蔗糖、麦芽糖等 糖和多元醇类；白蛋白、右旋糖酐等聚 集物四、蛋白多肽类药物制剂及其稳定化方法l（二）蛋白质和多肽类药物制剂开发过 程简介l1、建立分析方法表征蛋白质和多肽药物 分子的物理化学性质l2、确定目标生

14、物药物的产品特征l3、制剂稳定性试验五、蛋白质和多肽类药物的递送l注射剂 通过延长蛋白质和多肽类药物的血 浆半衰期或溶出度，从而降低注射频率l制剂手段：l化学修饰：PEG化、糖基化、乙酰化、氨基 酸替换、蛋白融合l贮库给药系统：微粒递药系统、原位贮库递 药系统、植入递药系统l蛋白质结晶或沉淀五、蛋白质和多肽类药物的递送l非注射型 运用非注射的其他给药途径l制剂手段l口服递药 肺部递药 透皮递药 鼻腔递药l口腔递药第三节 寡核苷酸及基因类药物制剂l一、寡核苷酸及基因类药物的结构和性质l化学组成均为聚核苷酸结构，其中DNA分子为脱氧 核苷酸的聚合物，RNA分子为核苷酸的聚合物。分子量大，带有大量的

15、负电荷，水溶性好，几乎没有 脂溶性。 作用靶点都是在细胞内，药物递送必须跨越细胞膜和 核膜的壁垒。 - 必须借助基因递送载体？二、寡核苷酸及基因类药物的 递送载体设计l目前基因治疗领域主要有三类不同的药 物递送技术体系：l1、物理转染技术l2、病毒载体系统l3、非病毒载体系统（一）非病毒载体的构建和表征由于DNA、RNA分子等带有大量的负电荷， 所以能够与带正电的载体材料相互复合，形 成电荷相互作用复合物l脂质复合物：阳离子脂质体与DNA形成的复 合物l聚阳离子复合物：阳离子聚合物与DNA形成 的复合物（二）非病毒载体的体内送过程l静脉注射给药重视子载体在递送过程 中的稳定性l载体分子表面上涌PEG修饰l将基因药物导入特定的靶细胞中 （三）细胞传染和基因药物的释放l阳离子脂质载体l阳离子聚合物疫苗制剂l减毒活性病原体疫苗：传统疫苗，模拟 病原体对机体的感染过程，有效。l失活疫苗：炎症反应少，安全性高l亚单位疫苗：炎症反应更少少，致病性 组分保存在失活疫苗中谢谢！谢谢！