生物技術(shù)藥物制劑課程

1、第十九章 生物技術(shù)藥物制劑,第一節(jié) 概 述,生物技術(shù)（Biotechnology）是應(yīng)用生物體（包括微生物、動物細胞、植物細胞）或其組成部分（細胞器和酶），在最適條件下，生產(chǎn)有價值的產(chǎn)物或進行有益過程的技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)主要包括：基因工程、細胞工程、酶工程，此外還有發(fā)酵工程、生化工程、蛋白質(zhì)工程、 抗體工程等。,一、生物技術(shù)的基本概念,生物技術(shù)藥物是指采用現(xiàn)代生物技術(shù)，借助某些微生物、植物或動物來生產(chǎn)所需的藥品。采用DNA重

2、組技術(shù)或其他生物技術(shù)研制的蛋白質(zhì)或核酸類藥物，也稱為生物技術(shù)藥物。,二、生物技術(shù)藥物的研究概況,生物技術(shù)藥物產(chǎn)品，目前國內(nèi)外已批準上市的約40多種，正在研究的數(shù)百種之多，這些藥物均屬肽類與蛋白質(zhì)類藥物。生物技術(shù)產(chǎn)品多為多肽和蛋白質(zhì)類，性質(zhì)很不穩(wěn)定，極易變質(zhì)；這類藥物對酶敏感又不易穿透胃腸粘膜，故只能注射給藥，使用很不方便。運用制劑手段將這類藥物制成口服制劑或通過其他途徑給藥，以提高藥物的穩(wěn)定性和患者使用的順應(yīng)性。,三、生物技術(shù)藥物的

3、結(jié)構(gòu)特點與理化性質(zhì),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為一、二、三、四級結(jié)構(gòu)： 一級結(jié)構(gòu)為初級結(jié)構(gòu)，指蛋白質(zhì)多肽鏈中的氨基酸排列順序，包括肽鏈數(shù)目和二硫鍵位置。 二、三、四級結(jié)構(gòu)為高級結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)和二硫鍵與蛋白質(zhì)的生物活性有重要關(guān)系。,（一）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點,1.蛋白質(zhì)的組成和一般結(jié)構(gòu),2.蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)包括二級，三級與四級結(jié)構(gòu)： 二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈骨架的折疊方式，即肽鏈主鏈有規(guī)律的空間排布，一般有α螺旋結(jié)構(gòu)與

4、β折疊形式。 三級結(jié)構(gòu)是指一條螺旋肽鏈，即已折疊的肽鏈在分子中的空間構(gòu)型，即分子中的三維空間排列或組合的方式，系一條多肽鏈中所有原子的空間排部。 四級結(jié)構(gòu)是指具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的各亞基聚合而成的大分子蛋白質(zhì)。,蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)示意圖,（二）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì),（1）旋光性（2）紫外吸收（3）蛋白質(zhì)兩性本質(zhì)與電學(xué)性質(zhì),1. 蛋白質(zhì)的一般理化性質(zhì),2.蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定性,（1）由于共價鍵引起的不穩(wěn)定性 1）蛋白質(zhì)的水解

5、 2）蛋白質(zhì)的氧化 3）外消旋作用（racemization） 4）二硫鍵斷裂及其交換,（2）由非共價鍵引起的不穩(wěn)定性,引起蛋白質(zhì)不可逆失活作用的主要類型即聚集（aggregation)，宏觀沉淀，和表面吸附與蛋白質(zhì)變性，這些都是由于與空間構(gòu)象有關(guān)的非共價鍵引起。 非共價的靜電力，氫鍵，疏水鍵的相互作用以及蛋白質(zhì)的水化，可以因溫度與pH而發(fā)生改變。,（三）蛋白質(zhì)類藥物的評價方法,1.液相色譜法2.光譜法3.電

6、泳4.生物活性測定與免疫測定,第二節(jié) 蛋白質(zhì)類藥物制劑的處方與工藝,一、 蛋白質(zhì)類藥物的一般處方組成 目前臨床上應(yīng)用的蛋白質(zhì)類藥物注射劑，一為溶液型注射劑，另一種是冷凍干燥型注射劑。溶液型使用方便，但需在低溫（2~8°C）下保存。冷凍干燥型比較穩(wěn)定，但工藝較為復(fù)雜。,二、液體劑型中蛋白質(zhì)類藥物的穩(wěn)定化,在液體劑型中蛋白質(zhì)藥物的穩(wěn)定化方法分為兩類：①改造其結(jié)構(gòu)；②加入適宜輔料。蛋白類藥物的穩(wěn)定劑有以下幾類： 1.

7、 緩沖液 2. 表面活性劑 6. 大分子化合物 3. 糖和多元醇 7. 組氨酸、甘氨酸、 4. 鹽類 谷氨酸和賴氨酸的鹽酸鹽等 5. 聚乙二醇 8. 金屬離子,三、固體狀態(tài)蛋白質(zhì)藥物的穩(wěn)定性與工藝,在一些蛋白質(zhì)藥物不能采用溶液型制劑時，往往用冷凍干燥與噴霧干燥的工藝解決這類制劑的穩(wěn)定性問題，這兩種工藝均可用于

8、熱敏感藥物的脫水以延緩溶液中常見的分解作用。,(一)冷凍干燥蛋白質(zhì)藥物制劑,冷凍干燥制備蛋白質(zhì)類藥物制劑主要考慮兩個問題： 一是選擇適宜的輔料，優(yōu)化蛋白質(zhì)藥物在干燥狀態(tài)下的長期穩(wěn)定性。 二是考慮輔料對冷凍干燥過程一些參數(shù)的影響，如最高與最低干燥溫度，干燥時間，冷凍干燥產(chǎn)品的外觀等。,（二）噴霧干燥蛋白質(zhì)藥物制劑,噴霧干燥的特點是所得產(chǎn)品可以控制顆粒大小與形狀，生產(chǎn)出流動性很好的球狀顆粒。此項工藝對制備蛋白質(zhì)類藥物的控釋制劑特別是發(fā)展

9、新的給藥系統(tǒng)是很有用的。 在噴霧干燥過程中也可加入穩(wěn)定劑。 噴霧干燥的缺點是操作過程中損失大，特別是小規(guī)模生產(chǎn)，水分含量高。,第三節(jié) 蛋白質(zhì)類藥物新的給藥系統(tǒng),要延長蛋白質(zhì)藥物在體內(nèi)血漿半衰期就需要改變蛋白質(zhì)的體內(nèi)藥物動力學(xué)性質(zhì)，可以對蛋白質(zhì)的分子進行化學(xué)修飾以抑制其藥理清除，或通過控制蛋白質(zhì)進入血流的釋放速度，從而達到延長蛋白質(zhì)類藥物血漿半衰期的目的。這方面的研究有控釋微球制劑與脈沖式給藥系統(tǒng)。,一、新型注射（植入）給藥系統(tǒng),（一）

10、控釋微球制劑,為了達到蛋白質(zhì)類藥物控制釋放，可將其制成生物可降解的微球制劑，目前已經(jīng)實際應(yīng)用的生物可降解材料有聚乳酸（PLA）或聚丙交酯-乙交酯（PLGA，聚乳酸乙醇共聚物），改變丙交酯與乙交酯的比例或分子量，可得到不同時間生物降解性質(zhì)的材料。,常用于制備多肽、蛋白質(zhì)等生物大分子藥物微球的方法： 1、噴霧干燥法 2、復(fù)乳液干燥法 3、低溫噴霧干燥法 4、超臨

11、界萃取法,肝炎、破傷風(fēng)、白喉等疾病所用預(yù)防藥物即疫苗或類毒素均為抗原蛋白，其中乙肝疫苗已能用生物技術(shù)制造。使用這些疫苗全程免疫至少進行三次接種，才能確證免疫效果，由于種種原因，全世界不能完成全程免疫接種而發(fā)生輟種率達70%，因此為了提高免疫接種的覆蓋率，減少一些重大疾病的死亡率，世界衛(wèi)生組織疫苗發(fā)展規(guī)化主要目標之一，就是將多劑疫苗發(fā)展為單劑疫苗，其中之一就是研制成脈沖式給藥系統(tǒng)。此項研究，目前正在研究中。,(二)脈沖式給藥系統(tǒng),二、非注

12、射途徑新的給藥系統(tǒng),蛋白質(zhì)和多肽類藥物非注射途徑包括鼻腔、口服、直腸、口腔、透皮、眼內(nèi)和肺部給藥，其中鼻腔似乎最有前景，然而口服給藥是目前最受歡迎的給藥途經(jīng)。 蛋白質(zhì)類藥物非注射途經(jīng)系統(tǒng)存在的主要問題是藥物穿透粘膜能力差，易受酶的降解，以至生物利用度很低。,為了提高這類藥物制劑的生物利用度，一般采用以下方法： (1) 對藥物進行化學(xué)修飾或制成前體藥物； (2) 應(yīng)用吸收促進劑； (3) 使用酶抑制劑；

13、 (4) 采用離子電滲法皮膚給藥。,吸收促進劑作用機制：(1)增強藥物的熱力學(xué)運動，使藥物不易聚集，溶解性增加，易于吸收； (2)改變上皮細胞的體積，使細胞間轉(zhuǎn)運更易進行；(3)增加生物膜的流動性，使藥物容易穿過，或引起膜磷酯排列的混亂或是促進膜中蛋白的瀝濾； (4)抑制藥物的水解。,(一)鼻腔給藥系統(tǒng),鼻腔給藥對多肽蛋白質(zhì)藥物在非注射劑型中是一個較有希望的給藥途經(jīng)。由于鼻腔粘膜中動靜脈和毛細淋巴管分布十分豐富，鼻腔

14、呼吸區(qū)細胞表面具有大量微小絨毛，鼻腔粘膜的穿透性較高而酶相對較少，對蛋白質(zhì)類藥物的分解作用比胃腸道粘膜為低，因而有利于藥物的吸收并直接進入體內(nèi)血液循環(huán)。 為了提高蛋白質(zhì)類藥物鼻腔給藥的生物利用度，可采用吸收促進劑。,鼻腔給藥常用吸收促進劑有：,(1)膽酸鹽類：甘膽酸鹽、膽酸鹽、去氧膽酸鹽、牛磺膽酸鹽、葡萄糖膽酸鹽、鵝去氧膽酸鹽、烏索去氧膽酸鹽等。 (2)脂肪酸及其酯類：癸酸酯、辛酸酯、月桂酸酯等。 (3)其它：十二烷基硫酸鈉、檸檬烯

15、、?；请p氫褐霉素鈉、殼聚糖等。,(二)口服給藥系統(tǒng),蛋白質(zhì)類口服給藥主要存在的問題： (1)在胃內(nèi)酸催化降解； (2)在胃腸道內(nèi)的酶水解； (3)對胃腸道粘膜的透過性差； (4)在肝的首過效應(yīng)。,蛋白質(zhì)類口服給藥主要劑型： (1)微乳制劑； (2)納米囊； (3)腸溶軟膠囊； (4)微球制劑； (5)脂質(zhì)體等。,(三)直腸給藥系統(tǒng),直腸內(nèi)水解酶活性比胃腸道

16、低，pH接近中性，且藥物吸收后可基本上避免肝的首過效應(yīng)。直腸給藥常用吸收促進劑有： 水楊酸、5-甲氧基水楊酸、去氧膽酸鈉、DL-苯基苯胺乙醚乙酸乙酯(DL-phenylalanine ethyl acetoacetate)、聚氧乙烯(PEO-9-月桂基醚)、烯胺類(enamine)衍生物如D-甘氨酸鈉、 D-亮氨酸鈉、 D-苯丙氨酸鈉等。,(四)口腔粘膜給藥系統(tǒng),口腔粘膜較鼻腔粘膜厚，但無角質(zhì)層，面頰部血管豐富，藥物吸收后可經(jīng)頸靜脈、

17、上腔靜脈直接進入全身，可胃腸消化液降解和肝的首過效應(yīng)。 口腔粘膜吸收主要改進藥物的膜穿透性和抑制藥物的代謝。,口腔粘膜給藥常用吸收促進劑有： 甘膽酸鈉、去氧膽酸鈉、梭鏈孢酸鈉、聚氧乙烯(9)月桂基醚、聚氧乙烯(9)辛基醚、十二烷基硫酸鈉、磷脂酰肌醇等。,(五)經(jīng)皮給藥系統(tǒng),皮膚的穿透性低是多肽和蛋白質(zhì)藥物經(jīng)皮吸收的主要障礙，但皮膚的水解酶活性相當?shù)停瑸槎嚯暮偷鞍踪|(zhì)藥物經(jīng)皮吸收創(chuàng)造了有利條件。,(六)肺部給藥系統(tǒng),目前肺部給藥系統(tǒng)存在的主