生物技術藥物制劑課程

1、第十九章 生物技術藥物制劑,第一節(jié) 概 述,生物技術（Biotechnology）是應用生物體（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，生產有價值的產物或進行有益過程的技術。現(xiàn)代生物技術主要包括：基因工程、細胞工程、酶工程，此外還有發(fā)酵工程、生化工程、蛋白質工程、 抗體工程等。,一、生物技術的基本概念,生物技術藥物是指采用現(xiàn)代生物技術，借助某些微生物、植物或動物來生產所需的藥品。采用DNA重

2、組技術或其他生物技術研制的蛋白質或核酸類藥物，也稱為生物技術藥物。,二、生物技術藥物的研究概況,生物技術藥物產品，目前國內外已批準上市的約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類藥物。生物技術產品多為多肽和蛋白質類，性質很不穩(wěn)定，極易變質；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性。,三、生物技術藥物的

3、結構特點與理化性質,蛋白質結構可分為一、二、三、四級結構： 一級結構為初級結構，指蛋白質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、四級結構為高級結構或空間結構，高級結構和二硫鍵與蛋白質的生物活性有重要關系。,（一）蛋白質的結構特點,1.蛋白質的組成和一般結構,2.蛋白質的高級結構 蛋白質的高級結構包括二級，三級與四級結構： 二級結構指蛋白質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螺旋結構與

4、β折疊形式。 三級結構是指一條螺旋肽鏈，即已折疊的肽鏈在分子中的空間構型，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。 四級結構是指具有三級結構的蛋白質的各亞基聚合而成的大分子蛋白質。,蛋白質高級結構示意圖,（二）蛋白質的理化性質,（1）旋光性（2）紫外吸收（3）蛋白質兩性本質與電學性質,1. 蛋白質的一般理化性質,2.蛋白質的不穩(wěn)定性,（1）由于共價鍵引起的不穩(wěn)定性 1）蛋白質的水解

5、 2）蛋白質的氧化 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變性，這些都是由于與空間構象有關的非共價鍵引起。 非共價的靜電力，氫鍵，疏水鍵的相互作用以及蛋白質的水化，可以因溫度與pH而發(fā)生改變。,（三）蛋白質類藥物的評價方法,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) 蛋白質類藥物制劑的處方與工藝,一、 蛋白質類藥物的一般處方組成 目前臨床上應用的蛋白質類藥物注射劑，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，但工藝較為復雜。,二、液體劑型中蛋白質類藥物的穩(wěn)定化,在液體劑型中蛋白質藥物的穩(wěn)定化方法分為兩類：①改造其結構；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)蛋白質藥物的穩(wěn)定性與工藝,在一些蛋白質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)冷凍干燥蛋白質藥物制劑,冷凍干燥制備蛋白質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，冷凍干燥產品的外觀等。,（二）噴霧干燥蛋白質藥物制劑,噴霧干燥的特點是所得產品可以控制顆粒大小與形狀，生產出流動性很好的球狀顆粒。此項工藝對制備蛋白質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，水分含量高。,第三節(jié) 蛋白質類藥物新的給藥系統(tǒng),要延長蛋白質藥物在體內血漿半衰期就需要改變蛋白質的體內藥物動力學性質，可以對蛋白質的分子進行化學修飾以抑制其藥理清除，或通過控制蛋白質進入血流的釋放速度，從而達到延長蛋白質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的材料。,常用于制備多肽、蛋白質等生物大分子藥物微球的方法： 1、噴霧干燥法 2、復乳液干燥法 3、低溫噴霧干燥法 4、超臨

11、界萃取法,肝炎、破傷風、白喉等疾病所用預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) 對藥物進行化學修飾或制成前體藥物； (2) 應用吸收促進劑； (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血液循環(huán)。 為了提高蛋白質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),蛋白質類口服給藥主要存在的問題： (1)在胃內酸催化降解； (2)在胃腸道內的酶水解； (3)對胃腸道粘膜的透過性差； (4)在肝的首過效應。,蛋白質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)脂質體等。,(三)直腸給藥系統(tǒng),直腸內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。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。 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|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