1、第十九章 生物技術藥物制劑2021/7/20 星期二1第一節 概 述生物技術（Biotechnology）是應用生物體或其組成部分，在最適條件下，生產有價值的產物或進行有益過程的技術。現代生物技術主要包括：基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、生化工程、蛋白質工程、 抗體工程等。一、生物技術的基本概念2021/7/20 星期二2生物技術藥物是指采用現代生物技術，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。2021/7/20 星期二3生物技術藥物的特點多數受胃酸及消化酶的降解破壞其生物半衰期亦較短，需頻繁注射給藥即使皮

2、下或肌肉注射，其生物利用度也較低長期注射易造成患者心理和生理的痛苦另外，多數多肽和蛋白質類藥物不易被親脂性膜所攝取，很難通過生物屏障。2021/7/20 星期二4二、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70多種，正在研究的數百種之多。生物技術產品多為多肽和蛋白質類，性質很不穩定，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，以提高藥物的穩定性和患者使用的順應性。2021/7/20 星期二5三、生物技術藥物的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，

3、指蛋白質多肽鏈中的氨基酸排列順序，包括肽鏈數目和二硫鍵位置。 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2021/7/20 星期二6蛋白質高級結構示意圖2.蛋白質的高級結構 2021/7/20 星期二7（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2021/7/20 星期二8（1）旋光性蛋白質分子總體旋光性由構成氨基酸各個旋光度的總和決定，通常是右旋，它由螺旋結構引起。蛋白質變性，螺旋結構松開，則其左旋性增大。2021/7/20 星期二9（2）紫外

4、吸收 大部分蛋白質均含有帶苯丙氨酸，酪氨酸與色氨酸，苯核在紫外280nm有最大吸收。氨基酸在紫外230nm顯示強吸收。2021/7/20 星期二10（3）蛋白質兩性本質與電學性質蛋白質除了肽鏈N-末端有自由的氨基和C-末端有自由的羧基外，在氨基酸的側鏈上還有很多解離基團，這些解離基團在一定pH條件下都能發生解離而帶電。因此蛋白質是兩性電解質，在不同pH條件下蛋白質會成為陽離子，陰離子或二性離子。2021/7/20 星期二112.蛋白質的不穩定性（1）由于共價鍵引起的不穩定性 1）蛋白質的水解 2）蛋白質的氧化 3）外消旋作用（racemization） 4）二硫鍵斷裂及其交換2021/7/20

5、 星期二12（2）由非共價鍵引起的不穩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。2021/7/20 星期二13（三）蛋白質類藥物的評價方法1.液相色譜法2.光譜法3.電泳4.生物活性測定與免疫測定2021/7/20 星期二141、液相色譜法 是評價蛋白質的純度與穩定性有力的工具。通常采用反相高壓液相色譜法RP-HPLC、離子交換色譜(IEC)與分子排阻色譜(SEC)。反相色譜是以非極性固定相與含水的極性流動相為基礎的分析方法。應用反相HPLC，由于有機溶劑，疏水的相互作用及分離時所用低pH

6、值，會使蛋白質變性。然而該方法對幾種蛋白質特別有用，并被廣泛地用于胰島素制劑的質量分析。2021/7/20 星期二152、光譜法 通過對蛋白質吸收、輻射、散射光的定量分析可以提供有價值的信息，了解蛋白質的量、構象和聚集傾向。用于評價蛋白質藥物的光譜方法有紫外可見吸收光譜(UV) 、旋光色散(ORD)、圓二色譜(CD)、熒光、紅外IR和拉曼(Raman)光譜。紫外吸收常用于測定溶液中蛋白質的濃度。光散射可用測定制劑中蛋白質的聚集數量。2021/7/20 星期二163、電泳 電泳技術是根據在電場的作用下，蛋白質在載體凝膠上產生特征性遷移，以此來分離混合蛋白質。在蛋白質的分析中廣泛使用十二烷基硫酸鈉

7、-聚丙烯胺凝膠電泳( SDS) ，等電點聚焦(IEF)和新的毛細管電泳(EC )法。SDS電泳用于測定蛋白質亞單位組成和分子量。EC優點是：分辨率高、靈敏度高、分析時間短、易于自動化。2021/7/20 星期二174、生物活性測定與免疫測定 生理活性檢測是利用體內模型或體外組織或細胞對活性蛋白質多肽的特異生物學反應，通過劑量(或濃度)效應曲線進行定量（絕對量或比活性單位）。用理化方法代替生物活性測定時，需建立兩種方法之間的相關性。免疫測定優點是可用于定量化學分析不能檢測的情況。2021/7/20 星期二18第二節 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

8、白質類藥物注射劑，一為溶液型注射劑，另一種是凍干燥粉注射劑。溶液型使用方便，但需在低溫（28C）下保存。凍干粉型比較穩定，但工藝較為復雜。2021/7/20 星期二19二、液體劑型中蛋白質類藥物的穩定化在液體劑型中蛋白質藥物的穩定化方法分為兩類：改造其結構；加入適宜輔料。蛋白類藥物的穩定劑有以下幾類： 1. 緩沖液 2. 非離子表面活性劑 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2021/7/20 星期二20三、固體狀態蛋白質藥物的穩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

9、的工藝解決這類制劑的穩定性問題，這兩種工藝均可用于熱敏感藥物的脫水以延緩溶液中常見的分解作用。2021/7/20 星期二21(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，優化蛋白質藥物在干燥狀態下的長期穩定性。 二是考慮輔料對冷凍干燥過程一些參數的影響，如最高與最低干燥溫度，干燥時間，冷凍干燥產品的外觀等。2021/7/20 星期二22（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。對制備蛋白質類藥物的控釋制劑特別是發展新的給藥系統是很有用的。 在噴霧干燥過程中也可加入穩定劑。 噴霧干燥的

10、缺點是操作過程中損失大，特別是小規模生產，水分含量高。2021/7/20 星期二23第三節 蛋白質類藥物新的給藥系統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。一、新型注射（植入）給藥系統2021/7/20 星期二24（一）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

11、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。2021/7/20 星期二25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、超臨界萃取法2021/7/20 星期二26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。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，就是將多劑疫苗發展為單劑疫苗，其中之一就是研制成脈沖式給藥系統。(二)脈沖式給藥系統2021/7/20 星期二27二、

12、非注射途徑新的給藥系統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。 蛋白質類藥物非注射途經系統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。2021/7/20 星期二28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； (4) 采用離子電滲法皮膚給藥。 2021/7/20 星期二29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

13、皮細胞的體積，使細胞間轉運更易進行；(3) 抑制藥物的水解。2021/7/20 星期二30(一)鼻腔給藥系統鼻腔粘膜中動靜脈和毛細淋巴管分布十分豐富，鼻腔呼吸區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。 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。2021/7/20 星期二31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、?；悄懰猁}、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

14、基硫酸鈉、檸檬烯、?；请p氫褐霉素鈉、殼聚糖等。2021/7/20 星期二32(二)口服給藥系統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。2021/7/20 星期二33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。2021/7/20 星期二34(三)直腸給藥系統直腸內水解酶活性比胃腸道低，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

15、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。2021/7/20 星期二35(四)口腔粘膜給藥系統口腔粘膜較鼻腔粘膜厚，但無角質層，面頰部血管豐富，藥物吸收后可經頸靜脈、上腔靜脈直接進入全身，可避免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。 2021/7/20 星期二36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。2021/7/20 星期二37(五)經皮給藥系統皮膚的穿透性低是多肽和蛋白質藥物經皮吸收的主要障礙，但皮膚的水解酶活性相當低，為多肽和蛋白質藥物經皮吸收創造了有利條件。2021/7/20 星期二38(六)肺