生物技术药物制剂

第十九章生物技术药物制剂§19-1概述一、生物技术药物的基本概念生物技术或称生物工程，是应用生物体或其组成部分，在最适条件下，生产有价值的产物或进行有益过程的技术。生物技术药物是以细胞及其组成分子为起始材料，应用生物技术制备的生物活性物质。多肽、蛋白质类药物的特点①与体内正常生理物质十分接近，药理活性高、针对性强，毒性低；②稳定性差，在酸碱环境或体内酶存在下极易失活；③分子量大，很难透过胃肠道粘膜的上皮细胞层，吸收很少，不能口服给药，一般只有注射给药一种途径；④生物半衰期较短，作用持续时间较短。研究开发生物技术药物制剂的主要任务研究新的生物技术药物给药系统；对于普通注射剂，关键是提高其稳定性；对于半衰期短的药物，则研究其长效制剂；对于需长期给药的药物，则研究可减少给药次数的新剂型；非注射给药系统亦是主要研究方向。二、生物技术药物的结构特点与理化性质（一）蛋白质的结构特点一般将蛋白质分子结构分为一级结构与构象两类。蛋白质的构象就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。（一）蛋白质的结构特点蛋白质的一级结构为初级结构，系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。二级结构指蛋白质分子中多肽链骨架的折叠方式，一般有α螺旋结构和β折叠形式。蛋白质的三级结构即多肽链在二级结构的基础上，由氨基酸残基侧链的相互作用使多肽链进一步盘旋和折叠，导致整个分子形成很不规则的特定构象。每条多肽链都具备固有的三级结构，称为蛋白质的亚基。蛋白质的四级结构是由两个或两个以上亚基之间相互作用聚合而成的更复杂的构象。（一）蛋白质的结构特点（二）蛋白质的理化性质1、蛋白质的一般理化性质（1）旋光性：通常为右旋（2）紫外吸收（3）蛋白质的两性电离和等电点蛋白质分子在溶液中可因解离而带电，取决于其分子组成中碱性和酸性氨基酸的含量，又受溶液pH的影响。蛋白质的溶液pH大于等电点，该蛋白质颗粒带负电，反之则带正电荷人体体液中许多蛋白质的等电点在pH5左右，所以在体液中以负离子形式存在。1、蛋白质的一般理化性质2、蛋白质的不稳定性（1）由于共价键引起的不稳定性包括蛋白质的水解、氧化、外消旋作用、二硫键断裂及其交换等。（2）由非共价键引起的不稳定性主要表现为聚集、宏观沉淀、表面吸附和变性。2、蛋白质的不稳定性①变性蛋白质的严密结构在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失，称为蛋白质的变性。变性蛋白质只有空间构象的破坏，一般认为蛋白质变性本质是次级键的破坏，不涉及一级结构的变化。蛋白质的变性也可认为是从肽链的折叠状态变为伸展状态。变性蛋白质和天然蛋白质最明显的区别是溶解度降低、粘度增加、结晶性破坏、生物学活性丧失、易被蛋白酶分解。引起蛋白质变性的物理因素有加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等；化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐等。2、蛋白质的不稳定性②凝聚与沉淀③表面吸附蛋白质易吸附于相界面，多因蛋白质疏水性和静电引起。吸附常引起失活。2、蛋白质的不稳定性（三）蛋白质类药物的评价方法1、液相色谱法2、光谱法3、电泳4、生物活性测定与免疫测定§19-2蛋白质类药物制剂的处方与工艺一、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，一类为溶液型注射剂，另一类是冻干粉注射剂。液体剂型中蛋白质类药物的稳定化方法分为两类①改造其结构②加入适宜辅料二、液体剂型中蛋白质类药物的稳定化蛋白质类药物的稳定剂1、缓冲液因为蛋白质的物理化学稳定性与pH值有关，通常蛋白质的稳定pH值范围很窄，应采用适当的缓冲系统，以提高蛋白质在溶液中的稳定性。2、表面活性剂表面活性剂倾向于排列在相界面，可使蛋白质分子离开界面，从而抑制蛋白质发生表面吸附和变性。由于离子型表面活性剂会引起蛋白质的变性，所以常加入非离子型表面活性剂。蛋白质类药物的稳定剂蛋白质类药物的稳定剂3、糖和多元醇糖类（如蔗糖、葡萄糖、海藻糖）与多元醇（如甘露醇、山梨醇）属于非特异性蛋白质稳定剂，其稳定作用与浓度密切相关。4、盐类低浓度盐通过非特异性静电作用提高蛋白质稳定性。蛋白质类药物的稳定剂5、聚乙二醇类高浓度的PEG类常作为蛋白质的低温保护剂和沉淀结晶剂，PEG的屏障作用可保护蛋白质不易被蛋白酶水解。6、大分子化合物很多大分子化合物具有稳定蛋白质的作用，其机制可能是通过大分子的表面活性、蛋白质-蛋白质相互作用的空间隐蔽以及提高粘度来限制蛋白质运动或通过优先吸附于大分子以起到稳定作用。蛋白质类药物的稳定剂7、氨基酸如甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸等的盐酸盐能不同程度地抑制蛋白质的聚集。蛋白质类药物的稳定剂8、金属离子一些金属离子，如钙、镁、锌与蛋白质结合，使整个蛋白质结构更加紧密、结实、稳定。不同金属离子的稳定作用视离子的种类、浓度不同而不同。蛋白质类药物的稳定剂三、固体状态蛋白质药物的稳定性与工艺（一）冷冻干燥蛋白质药物制剂目前广泛应用冷冻干燥技术来解决蛋白质的稳定性问题。然而在冷冻干燥的预冻、升华干燥、再干燥和贮存过程中，蛋白质可能存在一定程度的变性。因此在冷冻干燥过程中，一般应加入保护剂并优化冷冻干燥工艺条件。（一）冷冻干燥蛋白质药物制剂保护剂在冷冻干燥过程中使蛋白质保持稳定的机理目前有两种观点一种认为具有粘性的保护剂包围在蛋白质分子的周围，阻止蛋白质的伸展和沉淀；（一）冷冻干燥蛋白质药物制剂另一种认为由于蛋白质分子中存在大量氢键，结合水通过氢键与蛋白质分子联结，当蛋白质在冷冻干燥过程中失去水分时，保护剂（如蔗糖、海藻糖、甘露醇等）能通过氢键与蛋白质分子相连，这样可以保护氢键的联结位置不直接暴露在周围环境中，从而减少蛋白质的变性。大多数研究者赞成后一种观点。在再干燥过程中，对剩余水分的适度控制有利于提高冻干蛋白质药品的质量。一般剩余水分越低，越容易长期稳定地保存。但蛋白质冻干品的水分并非越低越好，过度干燥将使蛋白质分子表面的氢键和极性基团暴露而变性。（二）喷雾干燥蛋白质药物制剂（一）冷冻干燥蛋白质药物制剂§19-3蛋白质类药物新型给药系统蛋白质、多肽药物一般注射给药，基本剂型是注射液和冻干粉针，但常需频繁注射。因此可以自行给药的制剂（如非注射给药）一直是研究热点，同时注射给药系统（如缓释控释）也在不断创新，以便给药更为方便、有效、持久。多肽、蛋白质类药物在理化性质、生物活性、生物半衰期及免疫原性等方面具有特殊性。因此其剂型设计的难点是如何提高稳定性、延长疗效和增加吸收。§19-3蛋白质类药物新型给药系统一、新型注射（植入）给药系统（一）控释微球制剂制备多肽、蛋白质类药物微球的常用方法1、复乳液中干燥法2、低温喷雾提取法3、喷雾干燥法4、超临界萃取法（二）脉冲式给药系统二、非注射给药系统（一）鼻腔给药系统鼻腔给药是多肽和蛋白质类药物在非注射剂型中最有希望的给药途径之一。鼻腔部位存在丰富的毛细血管和淋巴管，鼻腔粘膜的穿透性较高而酶相对较少。鼻腔给药的方式有滴鼻给药法和喷雾给药法，采用后一种方法可获得较高的生物利用度。鼻腔给药存在的问题有刺激性、对纤毛的损害或妨碍、大分子药物吸收仍较少或吸收不规律等，尤其是长期用药还有待于评价；鼻腔中的酶不能完全忽视。（一）鼻腔给药系统（二）口服给药系统蛋白质类口服给药主要存在以下问题①在胃内经酸催化降解；②被胃肠道内的酶降解；③对胃肠道粘膜的透过性差；④有首过效应。因此，蛋白质类药物必须加吸收促进剂或酶抑制剂。目前研究较多的胰岛素口服制剂常用的剂型有微乳、纳米囊、肠溶软胶囊、微球、脂质体等。（二）口服给药系统（三）直肠给药系统直肠中环境比较温和，pH近中性，酶活性很低；可避免肝脏的首过效应。（四）口腔粘膜给药系统口腔粘膜给药容易给药至吸收部位；对刺激的耐受性较好；口腔吸收的药物可直接进入体循环，避免药物在胃肠道中的破坏或肝脏首过效应。但对于大分子药物，必须加吸收促进剂或酶抑制剂。（五）经皮给药系统皮肤的水解酶活性相当低，这对多肽与蛋白质类药物经皮给药创造了有利条件，但皮肤的穿透性低是多肽和蛋白质类药物透皮吸收的主要障碍，利用一些特殊的方法和手段，如离子导入法、声导入技术等，能显著增加多肽、蛋白质药物的经皮吸收。（六）肺部给药系统§19-4蛋白质类药物制剂的评价方法1、制剂中药物的含量测定2、制剂中药物的活性测定3、制剂中药物的体外释药速率测定4、制剂的稳定性研究5、体内药动学研究6、刺激性及生物相容性研究思考题1、生物技术药物与传统的化学合成药物相比具有哪些特点？2、生物技术药物制剂学研究的主要任务是什么？3、设计蛋白质类药物液态制剂的处方时，可采取的稳定化方法有哪些？4、保护剂在冷冻干燥过程中使蛋白质保持稳定的机理是什么？5、蛋白质、肽类药物很少或不能经胃肠道吸收的原因是什么？思考题