1、第十九章第十九章 生物技术药物制剂生物技术药物制剂 第一节第一节 概概 述述 生物技术生物技术（Biotechnology）是应用生物是应用生物体或其组成部分体或其组成部分，在最适条件下在最适条件下，生产生产有价值的产物或进行有益过程的技术有价值的产物或进行有益过程的技术。现代生物技术主要包括：基因工程现代生物技术主要包括：基因工程、细细胞工程胞工程、酶工程酶工程、发酵工程发酵工程、生化工程生化工程、蛋白质工程蛋白质工程、抗体工程等抗体工程等。一、生物技术的基本概念一、生物技术的基本概念 生物技术药物是指采用现代生物技术，生物技术药物是指采用现代生物技术，借助某些微生物、植物或动物来生产所借助
2、某些微生物、植物或动物来生产所需的药品。需的药品。采用采用DNA重组技术或其他生物技术研制重组技术或其他生物技术研制的蛋白质或核酸类药物，也称为生物技的蛋白质或核酸类药物，也称为生物技术药物。术药物。生物技术药物的特点生物技术药物的特点 多数受胃酸及消化酶的降解破坏多数受胃酸及消化酶的降解破坏 其生物半衰期亦较短，需频繁注射给药其生物半衰期亦较短，需频繁注射给药 即使皮下或肌肉注射，其生物利用度也较低即使皮下或肌肉注射，其生物利用度也较低 长期注射易造成患者心理和生理的痛苦长期注射易造成患者心理和生理的痛苦 另外，多数多肽和蛋白质类药物不易被亲脂另外，多数多肽和蛋白质类药物不易被亲脂性膜所摄取
3、，很难通过生物屏障。性膜所摄取，很难通过生物屏障。二、生物技术药物的研究概况二、生物技术药物的研究概况 生物技术药物产品，目前国内外已批准上市的约生物技术药物产品，目前国内外已批准上市的约70多种，正在研究的数百种之多。多种，正在研究的数百种之多。生物技术产品多为多肽和蛋白质类，性质很不稳生物技术产品多为多肽和蛋白质类，性质很不稳定，极易变质；这类药物对酶敏感又不易穿透胃定，极易变质；这类药物对酶敏感又不易穿透胃肠粘膜，故只能注射给药，使用很不方便。肠粘膜，故只能注射给药，使用很不方便。运用制剂手段将这类药物制成口服制剂或通过其运用制剂手段将这类药物制成口服制剂或通过其他途径给药，以提高药物的
4、稳定性和患者使用的他途径给药，以提高药物的稳定性和患者使用的顺应性。顺应性。三、生物技术药物的结构特点与理化性质三、生物技术药物的结构特点与理化性质 蛋白质结构可分为一、二、三、四级结构。蛋白质结构可分为一、二、三、四级结构。一级结构为初级结构，指蛋白质多肽链中的氨一级结构为初级结构，指蛋白质多肽链中的氨基酸排列顺序，包括肽链数目和二硫键位置。基酸排列顺序，包括肽链数目和二硫键位置。二、三、四级结构为高级结构或空间结构，高二、三、四级结构为高级结构或空间结构，高级结构和二硫键与蛋白质的生物活性有重要关系。级结构和二硫键与蛋白质的生物活性有重要关系。（一）蛋白质的结构特点（一）蛋白质的结构特点
5、1.蛋白质的组成和一般结构蛋白质的组成和一般结构 蛋白质高级结构示意图蛋白质高级结构示意图 2.蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构 （二）蛋白质的理化性质（二）蛋白质的理化性质（1）旋光性）旋光性（2）紫外吸收）紫外吸收（3）蛋白质两性本质与电学性质）蛋白质两性本质与电学性质 1.蛋白质的一般理化性质蛋白质的一般理化性质（1）旋光性）旋光性 蛋白质分子总体旋光性由构成氨基酸各蛋白质分子总体旋光性由构成氨基酸各个旋光度的总和决定，通常是右旋，它个旋光度的总和决定，通常是右旋，它由螺旋结构引起。由螺旋结构引起。蛋白质变性，螺旋结构松开，则其左旋蛋白质变性，螺旋结构松开，则其左旋性增大。性增大。（2）
6、紫外吸收）紫外吸收 大部分蛋白质均含有带苯丙氨酸，酪氨大部分蛋白质均含有带苯丙氨酸，酪氨酸与色氨酸，苯核在紫外酸与色氨酸，苯核在紫外280nm有最大有最大吸收。氨基酸在紫外吸收。氨基酸在紫外230nm显示强吸收。显示强吸收。（3）蛋白质两性本质与电学性质）蛋白质两性本质与电学性质 蛋白质除了肽链蛋白质除了肽链N-末端有自由的氨基和末端有自由的氨基和C-末端有自由的羧基外，在氨基酸的側链末端有自由的羧基外，在氨基酸的側链上还有很多解离基团，这些解离基团在一上还有很多解离基团，这些解离基团在一定定pH条件下都能发生解离而带电。因此条件下都能发生解离而带电。因此蛋白质是两性电解质，在不同蛋白质是两性
7、电解质，在不同pH条件下条件下蛋白质会成为阳离子，阴离子或二性离子。蛋白质会成为阳离子，阴离子或二性离子。2.蛋白质的不稳定性蛋白质的不稳定性（1）由于共价键引起的不稳定性）由于共价键引起的不稳定性 1）蛋白质的水解）蛋白质的水解 2）蛋白质的氧化）蛋白质的氧化 3）外消旋作用（）外消旋作用（racemization）4）二硫键断裂及其交换）二硫键断裂及其交换（2）由非共价键引起的不稳定性）由非共价键引起的不稳定性 引起蛋白质不可逆失活作用的主要类型即引起蛋白质不可逆失活作用的主要类型即聚集聚集（aggregation)，宏观沉淀宏观沉淀，和，和表面表面吸附吸附与与蛋白质变性蛋白质变性，这些都
8、是由于与空间，这些都是由于与空间构象有关的非共价键引起。构象有关的非共价键引起。（三）蛋白质类药物的评价方法（三）蛋白质类药物的评价方法 1.液相色谱法液相色谱法 2.光谱法光谱法 3.电泳电泳 4.生物活性测定与免疫测定生物活性测定与免疫测定 1、液相色谱法、液相色谱法 是评价蛋白质的纯度与稳定性有力的工具。是评价蛋白质的纯度与稳定性有力的工具。通常采用反相高压液相色谱法通常采用反相高压液相色谱法RP-HPLC、离子交、离子交换色谱换色谱(IEC)与分子排阻色谱与分子排阻色谱(SEC)。反相色谱是以非极性固定相与含水的极性流动相反相色谱是以非极性固定相与含水的极性流动相为基础的分析方法。为基
9、础的分析方法。应用反相应用反相HPLC，由于有机溶剂，疏水的相互作，由于有机溶剂，疏水的相互作用及分离时所用低用及分离时所用低pH值，会使蛋白质变性。然而值，会使蛋白质变性。然而该方法对几种蛋白质特别有用，并被广泛地用于该方法对几种蛋白质特别有用，并被广泛地用于胰岛素制剂的质量分析。胰岛素制剂的质量分析。2、光谱法、光谱法 通过对蛋白质吸收、辐射、散射光的定量分析可通过对蛋白质吸收、辐射、散射光的定量分析可以提供有价值的信息，了解蛋白质的量、构象和以提供有价值的信息，了解蛋白质的量、构象和聚集傾向。聚集傾向。用于评价蛋白质药物的光谱方法有紫外可见吸收用于评价蛋白质药物的光谱方法有紫外可见吸收光
10、谱光谱(UV)、旋光色散、旋光色散(ORD)、圆二色谱、圆二色谱(CD)、荧、荧光、红外光、红外IR和拉曼和拉曼(Raman)光谱。光谱。紫外吸收常用于测定溶液中蛋白质的浓度。紫外吸收常用于测定溶液中蛋白质的浓度。光散射可用测定制剂中蛋白质的聚集数量。光散射可用测定制剂中蛋白质的聚集数量。3、电泳、电泳 电泳技术是根据在电场的作用下，蛋白质在载体电泳技术是根据在电场的作用下，蛋白质在载体凝胶上产生特征性迁移，以此来分离混合蛋白质。凝胶上产生特征性迁移，以此来分离混合蛋白质。在蛋白质的分析中广泛使用十二烷基硫酸钠在蛋白质的分析中广泛使用十二烷基硫酸钠-聚丙聚丙烯胺凝胶电泳烯胺凝胶电泳(SDS-P
11、AGE)，等电点聚焦，等电点聚焦(IEF)和和新的毛细管电泳新的毛细管电泳(EC)法。法。SDS-PAGE电泳用于测定蛋白质亚单位组成和分电泳用于测定蛋白质亚单位组成和分子量。子量。EC优点是：分辨率高、灵敏度高、分析时间短、优点是：分辨率高、灵敏度高、分析时间短、易于自动化。易于自动化。4、生物活性测定与免疫测定、生物活性测定与免疫测定 生理活性检测是利用体内模型或体外组织或细生理活性检测是利用体内模型或体外组织或细胞对活性蛋白质多肽的特异生物学反应，通过胞对活性蛋白质多肽的特异生物学反应，通过剂量剂量(或浓度或浓度)效应曲线进行定量（绝对量或比效应曲线进行定量（绝对量或比活性单位）。活性单
12、位）。用理化方法代替生物活性测定时，需建立两种用理化方法代替生物活性测定时，需建立两种方法之间的相关性。免疫测定优点是可用于定方法之间的相关性。免疫测定优点是可用于定量化学分析不能检测的情况。量化学分析不能检测的情况。第二节第二节 蛋白质类药物制剂的处方与工艺蛋白质类药物制剂的处方与工艺 一、一、蛋白质类药物的一般处方组成蛋白质类药物的一般处方组成 目前临床上应用的蛋白质类药物注射剂，目前临床上应用的蛋白质类药物注射剂，一为一为溶液型注射剂溶液型注射剂，另一种是，另一种是冻干燥粉注冻干燥粉注射剂射剂。溶液型使用方便，但需在低温（溶液型使用方便，但需在低温（28C）下保存。冻干粉型比较稳定，但工
13、艺较为下保存。冻干粉型比较稳定，但工艺较为复杂。复杂。二、液体剂型中蛋白质类药物的稳定化二、液体剂型中蛋白质类药物的稳定化 在液体剂型中蛋白质药物的稳定化方法分为两类：改在液体剂型中蛋白质药物的稳定化方法分为两类：改造其结构；造其结构；加入适宜辅料加入适宜辅料。蛋白类药物的稳定剂有以下几类：蛋白类药物的稳定剂有以下几类：1.缓冲液缓冲液 2.非离子表面活性剂非离子表面活性剂 6.大分子化合物大分子化合物 3.糖和多元醇糖和多元醇 7.组氨酸、甘氨酸、组氨酸、甘氨酸、4.盐类盐类 谷氨酸和赖氨酸的盐酸盐等谷氨酸和赖氨酸的盐酸盐等 5.聚乙二醇聚乙二醇 8.金属离子金属离子 三、固体状态蛋白质药物
14、的稳定性与工艺三、固体状态蛋白质药物的稳定性与工艺 在一些蛋白质药物不能采用溶液型制剂在一些蛋白质药物不能采用溶液型制剂时，往往用时，往往用冷冻干燥冷冻干燥与与喷雾干燥喷雾干燥的工艺的工艺解决这类制剂的稳定性问题，这两种工解决这类制剂的稳定性问题，这两种工艺均可用于热敏感药物的脱水以延缓溶艺均可用于热敏感药物的脱水以延缓溶液中常见的分解作用。液中常见的分解作用。(一一)冷冻干燥蛋白质药物制剂冷冻干燥蛋白质药物制剂 冷冻干燥制备蛋白质类药物制剂主要考冷冻干燥制备蛋白质类药物制剂主要考虑两个问题：虑两个问题：一是选择适宜的辅料一是选择适宜的辅料，优化蛋白质药物，优化蛋白质药物在干燥状态下的长期稳定
15、性。在干燥状态下的长期稳定性。二是考虑辅料对冷冻干燥过程一些参数二是考虑辅料对冷冻干燥过程一些参数的影响的影响，如最高与最低干燥温度，干燥，如最高与最低干燥温度，干燥时间，冷冻干燥产品的外观等。时间，冷冻干燥产品的外观等。（二）喷雾干燥蛋白质药物制剂（二）喷雾干燥蛋白质药物制剂 喷雾干燥的特点是所得产品可以控制颗粒大小喷雾干燥的特点是所得产品可以控制颗粒大小与形状，生产出流动性很好的球状颗粒。与形状，生产出流动性很好的球状颗粒。对制备蛋白质类药物的控释制剂特别是发展新对制备蛋白质类药物的控释制剂特别是发展新的给药系统是很有用的。的给药系统是很有用的。在喷雾干燥过程中也可加入稳定剂。在喷雾干燥过
16、程中也可加入稳定剂。喷雾干燥的缺点是操作过程中损失大，特别是喷雾干燥的缺点是操作过程中损失大，特别是小规模生产，水分含量高。小规模生产，水分含量高。第三节第三节 蛋白质类药物新的给药系统蛋白质类药物新的给药系统 要延长蛋白质药物在体内血浆半衰期就需要改变要延长蛋白质药物在体内血浆半衰期就需要改变蛋白质的体内药物动力学性质，可以对蛋白质的蛋白质的体内药物动力学性质，可以对蛋白质的分子进行分子进行化学修饰化学修饰以抑制其药理清除，或通过以抑制其药理清除，或通过控控制蛋白质进入血流的释放速度制蛋白质进入血流的释放速度，从而达到延长蛋，从而达到延长蛋白质类药物血浆半衰期的目的。这方面的研究有白质类药物血浆半衰期的目的。这方面的研究有控释微球制剂控释微球制剂与与脉冲式给药系统脉冲式给药系统。一、新型注射（植入）给药系统一、新型注射（植入）给药系统（一）控释微球制剂（一）控释微球制剂 为了达到蛋白质类药物控制释放，可将为了达到蛋白质类药物控制释放，可将其制成其制成生物可降解的微球制剂生物可降解的微球制剂，目前已，目前已经实际应用的生物可降解材料有经实际应用的生物可降解材料有聚乳酸聚乳酸（PLA）或