术药物.ppt

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第十九章第十九章生物技术药物制剂生物技术药物制剂湖北医药学院药剂教研室湖北医药学院药剂教研室李铮铮李铮铮第一节第一节绪论绪论l生物医药产业的发展经历了三个生物医药产业的发展经历了三个不同的历史阶段，即不同的历史阶段，即l天然药物阶段天然药物阶段l化学合成药物阶段化学合成药物阶段l基因工程药物阶段基因工程药物阶段生物技术生物技术l是指对有机体的操作技术，包括利用活是指对有机体的操作技术，包括利用活的有机体来生产或修饰获得产品的所有的有机体来生产或修饰获得产品的所有技术。

技术。

l现代生物技术包括：

基因工程、细胞工现代生物技术包括：

基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，其中核心技术程、发酵工程和酶工程，其中核心技术是基因工程技术。

是基因工程技术。

生物技术药物生物技术药物l是采用现代生物技术人为地创造条件，是采用现代生物技术人为地创造条件，借助生物体（微生物、动物和植物等）借助生物体（微生物、动物和植物等）或其组成部分（器官、组织、细胞、酶或其组成部分（器官、组织、细胞、酶等）来产生所需要的医药产品。

等）来产生所需要的医药产品。

l生物技术药物的经典定义：

是指利用重生物技术药物的经典定义：

是指利用重组组DNA技术获得的蛋白质多肽类药物。

技术获得的蛋白质多肽类药物。

人胰岛素的一级结构人胰岛素的一级结构胰岛素的两胰岛素的两个肽链分别个肽链分别为为2121个氨基个氨基酸组成的酸组成的AA链链和和3030个氨基个氨基酸组成的酸组成的BB链，链，氨基酸排列氨基酸排列有种属差异。

有种属差异。

1982年美国年美国Lily公司开发世界上第一个基因工程公司开发世界上第一个基因工程-重组人胰岛重组人胰岛素素l先确对某种疾病有预先确对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因白质合成过程的基因取出来，经过一系列取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因操作，最后将该基因放入可以大量生基因放入可以大量生产的受体细胞中去产的受体细胞中去（包括细菌、酵母菌、（包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植动物或动物细胞、植物或植物细胞），在物或植物细胞），在受体细胞中不断繁殖，受体细胞中不断繁殖，大规模生产具有预防大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋和治疗这些疾病的蛋白质。

白质。

最近又研最近又研究了以究了以酵酵母菌母菌为宿为宿主细胞进主细胞进行合成人行合成人胰岛素。

胰岛素。

可参考文献：

人类胰岛素基因的克隆及其真核表达载体的构建、可参考文献：

人类胰岛素基因的克隆及其真核表达载体的构建、产人胰岛素毕赤酵母工程菌的构建产人胰岛素毕赤酵母工程菌的构建一、生物技术药物一、生物技术药物l生物技术药物或生物制品是一个更广义的生物技术药物或生物制品是一个更广义的概念概念除了经典的生物药物如蛋白质、多肽、抗除了经典的生物药物如蛋白质、多肽、抗体、体、DNADNA、RNARNA和寡核苷酸等外，还包括疫和寡核苷酸等外，还包括疫苗、组织、血液、血液制品以及由天然来苗、组织、血液、血液制品以及由天然来源提取的细胞疗法等。

源提取的细胞疗法等。

一一、生物技术药物、生物技术药物l全球药物销售统计数据显示，全球药物销售统计数据显示，2012年全球年全球销售居前销售居前20名的药物中有名的药物中有8个生物药物，个生物药物，而其中而其中7个生物药物列于销量前个生物药物列于销量前10名的名名的名单中。

单中。

一、生物技术药物一、生物技术药物11、与小分子药物相比，生物药物的药效及、与小分子药物相比，生物药物的药效及特异性更强，且副作用较小；特异性更强，且副作用较小；原因：

很多生物药物都具有独特的空间构原因：

很多生物药物都具有独特的空间构象，而且通常它们都是内源性物质，它们象，而且通常它们都是内源性物质，它们在体内与特定受体结合，这种结合具有很在体内与特定受体结合，这种结合具有很强的专一性。

强的专一性。

一、生物技术药物一、生物技术药物l22、目前小分子药物的研究已经进入了、目前小分子药物的研究已经进入了瓶颈期，生物药物可能会为某些疾病瓶颈期，生物药物可能会为某些疾病的患者提供一线生机。

的患者提供一线生机。

二、生物药物开发的近况及挑战二、生物药物开发的近况及挑战l11、生物药物分子体积一般比较大，具有亲、生物药物分子体积一般比较大，具有亲水性和解离特性，导致其膜通透性极差，大水性和解离特性，导致其膜通透性极差，大部分生物药物必须采用注射方式给药以保证部分生物药物必须采用注射方式给药以保证足够的生物利用度。

由于其血浆半衰期短，足够的生物利用度。

由于其血浆半衰期短，通常需要采取一日多次注射的给药方案。

通常需要采取一日多次注射的给药方案。

二、生物药物开发的近况及挑战二、生物药物开发的近况及挑战l2、大多数生物药物的物理和化学性质、大多数生物药物的物理和化学性质不稳定，因此在处方设计时需要考虑很不稳定，因此在处方设计时需要考虑很多策略改善其制剂处方，以提高生物药多策略改善其制剂处方，以提高生物药物在制备、贮存、运输以及给药时的稳物在制备、贮存、运输以及给药时的稳定性，确保它们的有效性和安全性。

定性，确保它们的有效性和安全性。

二、生物药物开发的近况及挑战二、生物药物开发的近况及挑战l例如：

例如：

l蛋白质药物蛋白质药物-集聚集聚-激发机体激发机体-免疫应免疫应答答-机体分泌抗体清除该蛋白药物机体分泌抗体清除该蛋白药物-改变该蛋白药物的药物动力学行为改变该蛋白药物的药物动力学行为-产生产生副作用副作用二、生物药物开发的近况及挑战二、生物药物开发的近况及挑战l3、与小分子药物制剂相比，生物药物制剂、与小分子药物制剂相比，生物药物制剂的研发过程中需要依靠更多不同的分析手段的研发过程中需要依靠更多不同的分析手段表征生物药物的特征。

表征生物药物的特征。

l例如：

对乙酰氨基酚例如：

对乙酰氨基酚与阿达木单抗与阿达木单抗l（P353）二、生物药物开发的近况及挑战二、生物药物开发的近况及挑战l4、对于核酸类药物如反义寡核苷酸、小干、对于核酸类药物如反义寡核苷酸、小干扰扰RNA和基因等作用靶点位于细胞内的生物和基因等作用靶点位于细胞内的生物药物，普通的液体注射剂已经不能满足其递药物，普通的液体注射剂已经不能满足其递送要求，很难通过富含脂质的细胞膜到达其送要求，很难通过富含脂质的细胞膜到达其胞内靶点。

胞内靶点。

l研发核心：

能高效帮助核酸跨越生物屏障的研发核心：

能高效帮助核酸跨越生物屏障的递送系统递送系统生物技术药物的经典定义：

生物技术药物的经典定义：

是指利用重组是指利用重组DNA技术获得的技术获得的蛋白质多肽类药物。

蛋白质多肽类药物。

l蛋白和多肽类药物分子之间的区别，蛋白和多肽类药物分子之间的区别，描述蛋白质的构象结构？

描述蛋白质的构象结构？

第二节第二节蛋白多肽类药物制剂蛋白多肽类药物制剂l一、蛋白多肽类药物的生产一、蛋白多肽类药物的生产l蛋白类药物通常是利用哺乳动物细胞（中国蛋白类药物通常是利用哺乳动物细胞（中国地鼠卵巢细胞系）以及细菌（如大肠杆菌）地鼠卵巢细胞系）以及细菌（如大肠杆菌）或酵母细胞来进行制备。

或酵母细胞来进行制备。

l蛋白质产率是评价这一过程的效率的重要指蛋白质产率是评价这一过程的效率的重要指标。

标。

二、蛋白多肽类药物的结构与理化性质二、蛋白多肽类药物的结构与理化性质多肽多肽分子量质量分子量质量5KD，由大约少于，由大约少于50个氨基酸所个氨基酸所组成的肽链为多肽。

组成的肽链为多肽。

蛋白质蛋白质分子量质量分子量质量5KD，具有，具有三维机构的大分三维机构的大分子称为蛋白质。

子称为蛋白质。

二、蛋白多肽类药物的结构与理化性质二、蛋白多肽类药物的结构与理化性质l大部分蛋白质都具有三维结构大部分蛋白质都具有三维结构l蛋白质天然折叠形成的结构称为其天然构象。

蛋白质天然折叠形成的结构称为其天然构象。

蛋白质分子构象分为四级。

蛋白质分子构象分为四级。

l一级结构是指氨基酸残基按照特定顺序通过一级结构是指氨基酸残基按照特定顺序通过肽键连接形成的长链。

肽键连接形成的长链。

蛋白质二级结构蛋白质二级结构氨基酸长链通过规律性重复出现氨基酸长链通过规律性重复出现的局部结构折叠形成二级结构的局部结构折叠形成二级结构蛋白质高级结构蛋白质高级结构l氢键或二硫键进一步相互交联形成的链折氢键或二硫键进一步相互交联形成的链折叠称为三级机构，它是控制蛋白质基本功叠称为三级机构，它是控制蛋白质基本功能的结构，疏水作用和离子相互作用等弱能的结构，疏水作用和离子相互作用等弱相互作用力相互作用力通常对三级机构起到稳定化作通常对三级机构起到稳定化作用。

用。

蛋白质多肽类药物的活性与其蛋白质多肽类药物的活性与其机构的完整性密切相关机构的完整性密切相关l为什么蛋白类药物需要在制剂为什么蛋白类药物需要在制剂中保持正确的折叠构象？

维持中保持正确的折叠构象？

维持蛋白质构象结构稳定性的作用蛋白质构象结构稳定性的作用力包括哪些？

力包括哪些？

三、蛋白多肽类药物的稳定性三、蛋白多肽类药物的稳定性l蛋白质多肽类药物，其生物活性的保蛋白质多肽类药物，其生物活性的保持不仅取决于它的持不仅取决于它的化学稳定性化学稳定性，还取，还取决于其决于其物理稳定性物理稳定性，即其空间构象的，即其空间构象的稳定性。

稳定性。

化学不稳定性化学不稳定性表现为新化学键的形成或原化学键的断裂表现为新化学键的形成或原化学键的断裂导致其一级机构的变化。

导致其一级机构的变化。

变化过程包括蛋白质或多肽的水解、脱酰变化过程包括蛋白质或多肽的水解、脱酰胺、氧化、外消旋、二硫键断裂等胺、氧化、外消旋、二硫键断裂等l物理不稳定性物理不稳定性l即其化学组成（一级结构）不变，而高即其化学组成（一级结构）不变，而高级结构（二级及二级以上结构）发生改级结构（二级及二级以上结构）发生改变的过程。

变的过程。

l物理不稳定性包括变性（去折叠）、聚物理不稳定性包括变性（去折叠）、聚集、沉淀和表面或界面吸附等。

集、沉淀和表面或界面吸附等。

三、蛋白多肽类药物的稳定性三、蛋白多肽类药物的稳定性

（一）化学不稳定性

（一）化学不稳定性1、脱酰胺反应、脱酰胺反应（P355）Glu谷氨酰胺谷氨酰胺Asp天冬酰胺天冬酰胺侧链上的酰胺基被水解，形成游离羧酸根，攻侧链上的酰胺基被水解，形成游离羧酸根，攻击肽键，形成丁二酰亚胺中间体，进一步水击肽键，形成丁二酰亚胺中间体，进一步水解成天冬氨酸或者异天冬氨酸。

解成天冬氨酸或者异天冬氨酸。

天冬氨酸的氨基侧链被羧基取代，故被称为脱天冬氨酸的氨基侧链被羧基取代，故被称为脱酰胺基作用。

酰胺基作用。

三、蛋白多肽类药物的稳定性三、蛋白多肽类药物的稳定性

（一）化学不稳定性

（一）化学不稳定性l2、氧化反应、氧化反应l蛋白质多肽氨基酸链中甲硫氨酸，半胱氨蛋白质多肽氨基酸链中甲硫氨酸，半胱氨酸、组氨酸、色氨酸、和酪氨酸的侧链都酸、组氨酸、色氨酸、和酪氨酸的侧链都是可能发生氧化反应的位点。

是可能发生氧化反应的位点。

l引发氧化反应的因素除了空气中的氧，还引发氧化反应的因素除了空气中的氧，还包括离子、自由基、光照等。

包括离子、自由基、光照等。

三、蛋白多肽类药物的稳定性三、蛋白多肽类药物的稳定性

（一）化学不稳定性

（一）化学不稳定性3、二硫键断裂或交换、二硫键断裂或交换巯基、二硫键和它们之间的相互作用对大部分巯基、二硫键和它们之间的相互作用对大部分蛋白的性质都具有重要影响。

蛋白的性质都具有重要影响。

4、其他、其他水解、外消旋、异构化等，常见，但选择适当水解、外消旋、异构化等，常见，但选择适当的条件来阻滞或避免。

的条件来阻滞或避免。

三、蛋白多肽类药物的稳定性三、蛋白多肽类药物的稳定性

（二）物理不稳定性

（二）物理不稳定性1、变性去折叠：

、变性去折叠：

蛋白质内部的疏水残基相互作蛋白质内部的疏水残基相互作用决定用决定2、聚集：

、聚集：

部分变性的蛋白质分子间结合形成的部分变性的蛋白质分子间结合形成的3、表面界面吸附：

、表面界面吸附：

活性蛋白质或部分去折叠的活性蛋白质或部分去折叠的蛋白质在表面上的吸附，在界面上重新定位和排布蛋白质在表面上的吸附，在界面上重新定位和排布4、