生物药物概论

第二章生物药物概论第一节生物药物的来源、特性、分类与制备第二节人体来源的药物第三节动物来源的药物第四节植物来源的药物第五节海洋生物药物第一节生物药物的来源、特性、分类与制备一、生物药物的来源二、生物药物的特性三、生物药物的分类四、生物药物的制备一、生物药物的来源1.生物药物的定义生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用物理学、化学、生物化学、生物技术和药学等学科额原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。2.生物药物的原料来源天然生物材料：人体、动物、植物、微生物和各种海洋生物等人工生物原料：免疫法制得的动物原料、用基因工程技术制得的微生物或其他细胞原料等二、生物药物的特性1.药理学特性（1）治疗的针对性强，治疗的生理、生化机制合理，疗效可靠细胞色素C，治疗缺氧性疾病，效果显著（2）药理活性高ATP直接供能，效果确切、显著（3）毒副作用小，营养价值高生物药物主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类等（4）生理副作用常有发生免疫反应、过敏反应2.在生产、制备中的特殊性（1）原料中的有效物质含量低，杂质种类多且含量高，因此提取、纯化工艺复杂（2）稳定性差，容易被生物因素和理化因素破坏（3）易腐败，对低温、无菌操作要求严格（4）注射用药有特殊要求3.检验上的特殊性理化检验指标、生物活性检验指标三、生物药物的分类生物药物的分类方法有以下三种：1.按药物的化学本质和化学特性分类；2.按原料的来源分类；3.按生理功能和临床用途分类。1.按药物的化学本质和化学特性分类（1）氨基酸及其衍生物类药物（2）多肽和蛋白质类药物（3）酶与辅酶类药物（4）核酸及其降解物和衍生物类药物（5）糖类药物（6）脂类药物（7）细胞生长因子类（8）生物制品类生物药物的有效成分多数是比较清楚的，该分类方法有利于比较一类药物的结构与功能的关系、分离制备方法的特点和检测方法的统一等。因此一般教科书均按此来分类。2.按原料来源分类（1）人体组织来源的生物药物（2）动物组织来源的生物药物（3）植物组织来源的生物药物（4）微生物来源的生物药物（5）海洋生物来源的药物按原料来源分类，有利于对不同原料进行综合利用、开发研究。对于生物技术制药来说，不同原料来源的生物药物对生物技术的要求有所不同。本书讲述生物技术制药，因此按照原料来源分类。3.按生理功能和用途分类生物药物广泛用作医疗用品，在医学、预防医学、保健医学等领域都发挥着重要作用。（1）治疗药物肿瘤、艾滋病、心脑血管疾病、免疫性疾病、内分泌障碍等（2）预防药物传染性疾病：天花、麻疹、百日咳等常见的预防药物：菌苗、疫苗、类毒素等（3）诊断药物免疫诊断试剂、单克隆抗体诊断试剂、酶诊断试剂、放射性诊断药物和基因诊断药物等（4）其他生物医药用品生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料等四、生物药物的制备1.生物药物原料的选择、预处理与保存方法（1）原料选择a.有效成分含量高，原料新鲜；（最重要）b.原料来源丰富，易得，原料产地较近；c.原料中杂质含量少；d.原料成本低等。（2）原料得预处理与保存预处理：动物、植物、微生物原料保存方法：a.冷冻法，-40℃速冻b.有机溶剂脱水法，丙酮c.防腐剂保鲜，乙醇、苯酚等2.生物药物的提取（1）生物组织与细胞的破碎常用的破碎方法：a.磨切法，机械破碎方法b.压力法，加压与减压两种c.反复冻融法，设备简单，活性保持好，但用时较长d.超声波振荡破碎法，局部发热，对活性有损失e.自溶法或酶解法，使用较少（2）提取生物组织与细胞破碎后要立即进行提取。提取时，首先要根据活性物质的性质，选择提取试剂。其次是考虑提取溶剂的用量及提取次数、提取时间。三是注意提取的温度、pH、变性剂等因素。常用的提取试剂有：水、缓冲溶液、盐溶液、乙醇、其他有机溶剂（如氯仿、丙酮等）。3.蛋白质类药物的分离纯化方法（1）沉淀法原理：使蛋白质胶体颗粒的表面水化膜或表面电荷破坏，从而沉淀蛋白质常用方法：盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、与靶物质结合沉淀法（如抗体-抗原）等（2）按分子大小分离的方法超滤法和透析法（即膜分离方法）、凝胶层析法、超速离心法等。其中膜分离法可用于生物大分子物质的浓缩、分级和脱盐。（3）按分子所带电荷进行分离的方法原理：氨基酸、多肽、蛋白质、酶均为两性电解质，具有等电点，在离开等电点的pH时便会带正或负电荷。因此可以利用电学性质进行分离。主要方法：离子交换柱层析法、电泳法、等电聚焦法等。（4）亲和层析法大部分生物活性物质都有其作用的靶物质，如酶与底物（或抑制剂）、抗原与抗体、激素与受体等，它们之间有特异的亲和作用，利用该性质设计的特异层析分离技术称为亲和层析。亲和层析分离专一性强，操作简便，是当前应用很广泛的分离方法。另外，最近出现的新方法还有疏水层析等。4.核酸类药物的分离纯化方法提取法：先提取核酸和蛋白质复合物，再解离核酸与蛋白质，然后分离RNA与DNA。发酵法：生产单核苷酸。5.糖类药物的分离纯化方法由于各种糖类药物的性质和原料来源不同，没有统一规范的提取和纯化工艺。这里只介绍多糖和粘多糖的一般分离纯化方法。（1）提取方法：非降解法和降解法非降解法：适用于从含一种粘多糖的动物组织中提取粘多糖，溶剂为水或盐溶液。降解法：适用于从组织中提取结合比较牢固的粘多糖。碱降解和酶降解。（2）分离方法：沉淀法和离子交换层析法乙醇沉淀法：4～5倍体积的乙醇可以使任何结缔组织中的粘多糖完全沉淀。离子交换层析法：粘多糖的聚阴离子能够很好地被阴离子交换剂吸附和分离，如DowexI-X2离子交换树脂、DEAE-离子交换纤维素等。洗脱可用NaCl溶液进行梯度洗脱。6.脂类药物的分离纯化方法（1）提取方法脂类自然状态下是以结合形式存在的。非极性脂是与其他脂质分子或蛋白质分子的疏水区相结合的。提取脂质药物就是要选择适当的溶剂来破坏这种结合键，将脂质溶解出来。常用的溶剂有组合溶剂，醇是其中的主要成分，此外还有氯仿、甲醇、水等。（2）纯化方法沉淀法：由于不同脂质在丙酮中的溶解度不同，故常用它进行沉淀。吸附层析法：常用的吸附剂有硅胶、氧化铝等。它是通过极性和离子力等把各种化合物结合到固体吸附剂上。洗脱一般是采用极性逐渐增大的洗脱液来进行，非极性的先流出，极性的后流出。离子交换层析法：脂质分子的存在有非解离、两性离子和酸式解离三种状态。根据它们在一定pH条件下的解离情况，选择适当的离子交换剂可将它们提纯。7.氨基酸类药物的分离纯化方法（1）氨基酸的生产方法a.蛋白质水解法酸水解：水解迅速、完全，产物全部是L-型氨基酸，缺点是色氨酸全部被破坏，丝氨酸等部分被破坏。碱水解：易产生消旋作用，较少应用。酶水解：水解不够完全。b.发酵法选育特异产生某种氨基酸的菌株，经过发酵后，从培养液中提取纯氨基酸。c.化学合成法得到DL-型氨基酸，尚需要对异构体拆分。d.酶促合成法技术工艺简单，转化率高，副产物少，易提纯。（2）氨基酸的分离方法a.沉淀法依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异进行沉淀分离。用特殊试剂沉淀某种氨基酸。b.吸附法利用吸附剂根据氨基酸吸附力的差异进行氨基酸分离的方法。c.离子交换法氨基酸是两性电解质，在一定pH条件下，不同氨基酸带电性质及解离状态是不相同的，因此在离子交换剂上被吸附的强度不同。常用的离子交换剂为强酸型阳离子交换树脂，洗脱主要用pH梯度洗脱。第二节人体来源的药物一、人体来源药物的特点与研究意义二、人体来源药物的种类与用途三、人体来源药物的制备实例四、人体来源药物的研究前景一、人体来源药物的特点与研究意义1.人体来源的生物药物的特点（1）安全性好（2）效价高，疗效可靠（3）稳定性好2.研究意义（1）资源的有限性：由于受到法律的严格保护或伦理的制约，人体来源的药物原料是有限的。现能用于生产的原料主要有血液、胎盘、尿液等少数几个原料品种。（2）研究的重要意义：对医学和药学具有重大意义。二、人体来源药物的种类与用途1.人血液成分制品血液制剂是在输血疗法的基础上发展起来的。输血的真正开始应该是从维也纳大学病理解剖学会的青年助理KarlLandsteiner（1868-1943）发现血型开始的。使用柠檬酸盐进行抗凝血研究的成功及血液低温保存的成功，为血库或血站的诞生创造了基本条件。人血成分制品可分为全血制品、血液成分制品、血浆成分制品和体液细胞内成分制品等。血液成分制品包括红细胞、白细胞、血小板和血浆。这些成分制品系指单用物理方法自全血中分离制备的成分。主要分离方法为离心、过滤等。（1）红细胞制剂a.压积红细胞：是心脏病、慢性肾病和肝病患者补充血红蛋白的首选品种，对于骨髓功能衰竭性贫血、术前及术后需要补充血红蛋白者及其他原因造成的低血红蛋白者都十分有效。b.少含白细胞的压积红细胞：生产率较高，这种制剂对于需要经常输血的慢性病人特别适用。c.冰冻贮藏红细胞：一般在-80℃～-196℃下低温长期保存。优点是稀有血型的红细胞可以贮备多年，重融后回收良好。缺点是贮藏维持费昂贵。该品种特别适于给肾脏移植患者输用。（2）白细胞浓缩液输注白细胞疗法，一般在肿瘤病人经细胞药物治疗后，处于骨髓细胞抑制期间遭受感染且各种抗菌素治疗无效情况下采用，疗效显著。白细胞（粒细胞）成分需用单采粒细胞技术（即将所有其他血液成分全部回输给供体）自供血者血循环中采集。用过滤法或离心法得到的细胞存活率较低。改进的连续离心法可将粒细胞得率提高一倍。白细胞是生产干扰素（IFNα）的重要原料。干扰素（IFN）系指由干扰素诱生剂诱导有关生物细胞所产生的一类高活性、多功能的诱生蛋白质，可用于提高人体的免疫功能。人白细胞干扰素已可以完全纯化。用于制备干扰素的白细胞在使用时现制备。一般是将抗凝后的全血离心，然后取出白细胞层（灰黄色）。白细胞有几个组织相容的HLA位点（humanleucocytelocusA，人白细胞A位点）。由于HLA抗原致敏，以及存在凝集抗体和细胞毒抗体，使输入体内后存活率很差。因此应输注HLA组织抗原相容的白细胞，但不易获得供体。此外离体白细胞保存问题尚未解决。（3）血小板制剂血小板的分离和使用在国外已经比较普遍，我国尚未推广使用。血小板制剂的适应症为白血病、淋巴瘤及其他肿瘤因治疗而导致的骨髓抑制症状。许多再生障碍性贫血病人往往需要长时间输注。此外，对血小板缺乏性出血有纠正作用，但对免疫性或原发性血小板缺乏性紫癜则无效。输入剂量可根据病人体重计算。设每份血小板浓缩液含有总数为8×1010的血小板，则每10kg体重输注1份。人体输注血小板往往会很快产生抗体，使输入的血小板遭到破坏，还会引起短期的粒细胞减少。采用单人的血小板，最好应用HLA相容的单人血小板输注，可延迟、减少这种破坏作用。（4）新鲜冰冻血浆（FFP）新鲜冰冻血浆能有效地保存血浆中各种生物活性成分的功能。FFP产品规定自采血到血浆冰冻的时间不超过8h，在-30℃以下保存。FFP可在许多临床疾病中应用，包括先天性或获得性凝血因子缺乏症、免疫球蛋白缺乏症等。2.血浆的综合利用项目含量血浆占人体体重的量8％血浆占全血的量50％血浆中水分占血浆的量92％血浆中蛋白质占血浆的量6％～7％白蛋白＋IgG占血浆总蛋白的量65％IgA+IgM+Fg+C3+Tr+α2M+Hp+α1AT+Hpx+α1AG占血浆总蛋白的量25％其他百余种微量蛋白成分含量占血浆总蛋白的量10％表2-1血浆情况表（1）转输蛋白类这是一类能在血液循环中对机体的营养物质、代谢产物、激素、药物等进行转输的血浆蛋白。蛋白名称Mr(×103)正常含量/mg·dl-1功能白蛋白（albumin）663500～5500转输脂肪酸、色素、阳离子、药物、Vc前白蛋白（prealbumin）54.9825结合转输甲状腺素结合蛋白和视黄醇结合蛋白α-类脂蛋白（αLp）－360转输脂质、胆固醇、激素等β-类脂蛋白（βLp）－400转输脂质、胆固醇、激素触珠蛋白（Hp）100170～235转输循环中游离血红蛋白血红蛋白结合蛋白（HpX）5180转输游离血红素转铁蛋白（Tr）76.5295将铁转输给网织