沈阳药科大学 药剂学 中药制剂现代化生物技术药物制剂PPT课件

一、一、生物技术与生物技术药物的基本概念生物技术与生物技术药物的基本概念生物技术（生物技术（BiotechnologyBiotechnology）是）是应用生物体（包括微生物，动、应用生物体（包括微生物，动、植物细胞）或生物体的组成部分植物细胞）或生物体的组成部分（细胞器和酶），在最适条件下，（细胞器和酶），在最适条件下，生产有价值的产物或进行有益过生产有价值的产物或进行有益过程的技术。程的技术。第五节第五节 生物技术药物制剂生物技术药物制剂第1页/共25页现代生物技术主要包括三大工程：现代生物技术主要包括三大工程：基因工程、细胞工程、酶工程（此基因工程、细胞工程、酶工程（此外还有发酵工程、生化工程、蛋白外还有发酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程等）。质工程、抗体工程等）。以生物技术生产出的药物就称为生物技以生物技术生产出的药物就称为生物技术药物，例如基因工程药物（如干扰素、术药物，例如基因工程药物（如干扰素、白细胞介素、胰岛素、碱性成纤维细胞白细胞介素、胰岛素、碱性成纤维细胞生长因子生长因子 、尿激酶、人促红细胞生成素、尿激酶、人促红细胞生成素等）绝大多数是肽类或蛋白质类物质，等）绝大多数是肽类或蛋白质类物质，其稳定性极差，因而如何将生物技术药其稳定性极差，因而如何将生物技术药物制成适宜的制剂是一个很艰巨的科研物制成适宜的制剂是一个很艰巨的科研课题。课题。第2页/共25页二、蛋白质类药物的结构与稳定性二、蛋白质类药物的结构与稳定性 （一）蛋白质（类药物）的组成和结构（一）蛋白质（类药物）的组成和结构 第3页/共25页（二）蛋白质的不稳定性（二）蛋白质的不稳定性 蛋白质的不稳定性可分为两种：即化学不稳定和物理不稳定。1化学不稳定化学不稳定 化学不稳定是指蛋白质分子出现了共化学不稳定是指蛋白质分子出现了共价键的形成和断裂形成了新的化学实体价键的形成和断裂形成了新的化学实体（Chemical entityChemical entity），例如：肽类和），例如：肽类和蛋白质的水解主要是发生了肽链的断裂。蛋白质的水解主要是发生了肽链的断裂。第4页/共25页2物理不稳定性物理不稳定性 物理不稳定是指蛋白质分子的高级结物理不稳定是指蛋白质分子的高级结构发生物理转变，但并无共价键的改构发生物理转变，但并无共价键的改变。物理不稳定包括变性、聚集、沉变。物理不稳定包括变性、聚集、沉淀和表面吸附。淀和表面吸附。 例如：由于伸展、非天然的重新折叠、例如：由于伸展、非天然的重新折叠、氢键的变化和相互作用力的改变可使氢键的变化和相互作用力的改变可使蛋白质的三维结构发生变化。加热也蛋白质的三维结构发生变化。加热也可以使蛋白质变性失活可以使蛋白质变性失活。第5页/共25页（一）液体剂型蛋白质类药物的稳定化（一）液体剂型蛋白质类药物的稳定化 有两种稳定化的方法：改造蛋白质结构：例如改变蛋白质一级序改造蛋白质结构：例如改变蛋白质一级序列或取代反应官能团，其主要原理是提高列或取代反应官能团，其主要原理是提高蛋白质伸展自由能。该方法不属制剂范畴，蛋白质伸展自由能。该方法不属制剂范畴，本章不加以讨论本章不加以讨论改变与蛋白质接触的溶剂的性质：通过加改变与蛋白质接触的溶剂的性质：通过加入辅料，改变溶剂的性质是药物制剂中常入辅料，改变溶剂的性质是药物制剂中常用的稳定化方法，其稳定化的机理有两种：用的稳定化方法，其稳定化的机理有两种：加强蛋白质稳定作用力。使其变性状加强蛋白质稳定作用力。使其变性状态不稳定。常加入的辅料有：态不稳定。常加入的辅料有：三蛋白质类药物制剂的处方设计三蛋白质类药物制剂的处方设计 第6页/共25页1缓冲液缓冲液因为因为pHpH值与蛋白质的物理稳定性、值与蛋白质的物理稳定性、化学稳定性均有关，并且蛋白质的稳化学稳定性均有关，并且蛋白质的稳定定pHpH范围通常很窄，所以准确控制范围通常很窄，所以准确控制pHpH值是蛋白质制剂稳定化的第一步。值是蛋白质制剂稳定化的第一步。遗憾的是目前在选择缓冲体系方面遗憾的是目前在选择缓冲体系方面尚毫无规律可寻，目前常用的缓冲液尚毫无规律可寻，目前常用的缓冲液有磷酸盐、醋酸盐和枸橼酸盐缓冲液，有磷酸盐、醋酸盐和枸橼酸盐缓冲液，其中最常用的是磷酸盐缓冲液其中最常用的是磷酸盐缓冲液。第7页/共25页2. 糖和多元醇糖和多元醇 糖和多元醇属于非特异性蛋白质稳定剂，其稳定机制是优先排除。糖和多元醇属于非特异性蛋白质稳定剂，其稳定机制是优先排除。 蔗糖和海藻糖是最常用的糖（但不能使用还原糖，因为它与氨基酸有相互作用的可能）蔗糖和海藻糖是最常用的糖（但不能使用还原糖，因为它与氨基酸有相互作用的可能）。 甘油、甘露醇、山梨醇（浓度甘油、甘露醇、山梨醇（浓度1%-10%1%-10%）是常用的多元醇，其中最常用的为甘油。）是常用的多元醇，其中最常用的为甘油。 糖和多元醇类的稳定作用与其使用浓度密切相关，在处方中，一般认为最小使用量是糖和多元醇类的稳定作用与其使用浓度密切相关，在处方中，一般认为最小使用量是0.3M0.3M或或5%5%浓度；但在提取分离时，糖的浓度可达浓度；但在提取分离时，糖的浓度可达1M1M，多元醇可达，多元醇可达10%10%。 不同糖和多元醇对蛋白质稳定程度不同，这主要取决于蛋白质的种类。不同糖和多元醇对蛋白质稳定程度不同，这主要取决于蛋白质的种类。第8页/共25页3表面活性剂表面活性剂表面活性剂可降低蛋白质溶液的表面表面活性剂可降低蛋白质溶液的表面张力，抑制蛋白质在疏水性表面的聚张力，抑制蛋白质在疏水性表面的聚集、沉淀和吸附，或阻止蛋白质的化集、沉淀和吸附，或阻止蛋白质的化学降解。学降解。可供选择的表面活性剂有两类：可供选择的表面活性剂有两类：非离子型表面活性剂：如聚山梨酯类、非离子型表面活性剂：如聚山梨酯类、泊洛沙姆（泊洛沙姆（PoloxamerPoloxamer）等；）等；阴离子表面活性剂：如十二烷基硫酸阴离子表面活性剂：如十二烷基硫酸钠钠。 第9页/共25页4 . 盐类盐类盐即可以起到稳定蛋白质的作用，盐即可以起到稳定蛋白质的作用，也可以破坏蛋白质的稳定性，还也可以破坏蛋白质的稳定性，还有可能毫无影响，这主要取决于有可能毫无影响，这主要取决于盐的种类、浓度、离子相互作用盐的种类、浓度、离子相互作用的性质及蛋白质的电荷。的性质及蛋白质的电荷。一般低浓度的盐通过非特异性静一般低浓度的盐通过非特异性静电作用可以提高蛋白质的稳定性。电作用可以提高蛋白质的稳定性。第10页/共25页5聚乙二醇类聚乙二醇类 高浓度的高浓度的PEG PEG 类，常作为蛋白质的低温保护剂和沉淀类，常作为蛋白质的低温保护剂和沉淀/ /结晶剂，它可与蛋白质的结晶剂，它可与蛋白质的疏水链作用。疏水链作用。 研究表明：研究表明：PEG4000PEG4000不同浓度（可高达不同浓度（可高达15%15%）可抑制）可抑制LMW-UKLMW-UK的热聚集。的热聚集。PEGPEG类的稳类的稳定作用的机制仍不清楚。定作用的机制仍不清楚。 研究表明：不同分子量的研究表明：不同分子量的PEGPEG作用不同，如作用不同，如PEG300PEG300浓度浓度0.5%0.5%或或2%2%可抑制可抑制rhKGFrhKGF的的聚集；聚集；PEG200PEG200、400400、600600、和、和10001000可稳定可稳定BSABSA和溶菌酶。和溶菌酶。第11页/共25页6大分子化合物大分子化合物有关研究已表明：很多大分有关研究已表明：很多大分子化合物具有稳定蛋白质的子化合物具有稳定蛋白质的作用，其稳定机制可能是大作用，其稳定机制可能是大分子的表面活性、优先排除、分子的表面活性、优先排除、蛋白质蛋白质- -蛋白质相互作用的空蛋白质相互作用的空间隐蔽、提高粘度限制蛋白间隐蔽、提高粘度限制蛋白质运动及优先吸附等。质运动及优先吸附等。 第12页/共25页7金属离子金属离子一些金属离子如钙、镁、锌与蛋白质一些金属离子如钙、镁、锌与蛋白质结合，使整个蛋白质结构更加紧密、结合，使整个蛋白质结构更加紧密、结实、稳定，从而使蛋白质稳定。结实、稳定，从而使蛋白质稳定。不同金属离子的稳定作用的浓度不同，不同金属离子的稳定作用的浓度不同，而且种类也具有特异性。而且种类也具有特异性。要通过具体的实验来选择金属离子稳要通过具体的实验来选择金属离子稳定剂及其浓度。定剂及其浓度。 第13页/共25页8氨基酸氨基酸一些氨基酸单独或与其它辅料并用，一些氨基酸单独或与其它辅料并用，通过优先排除机制稳定蛋白质。通过优先排除机制稳定蛋白质。如组氨酸、甘氨酸、天冬氨酸钠、谷如组氨酸、甘氨酸、天冬氨酸钠、谷氨酸及赖氨酸盐酸盐可以不同程度的氨酸及赖氨酸盐酸盐可以不同程度的抑制抑制rhKGFrhKGF在在4545、10mM10mM磷酸钾缓冲液磷酸钾缓冲液中的聚集。中的聚集。某些氨基酸也可抑制蛋白质的化学降某些氨基酸也可抑制蛋白质的化学降解，如甲硫氨酸是一种有效的抗氧剂。解，如甲硫氨酸是一种有效的抗氧剂。 第14页/共25页（二）液体蛋白质制剂的处方组成（二）液体蛋白质制剂的处方组成 液体蛋白质制剂的处方组成一般如下：液体蛋白质制剂的处方组成一般如下： 活性组分、抗吸附和抗聚集剂、增溶剂、活性组分、抗吸附和抗聚集剂、增溶剂、缓冲液、防腐剂（多剂量剂型）、抗氧缓冲液、防腐剂（多剂量剂型）、抗氧剂、等渗调节剂和剂型载体材料。剂、等渗调节剂和剂型载体材料。 （1 1）抗吸附和抗聚集剂：）抗吸附和抗聚集剂： 常使用表面活性剂如聚山梨酯（）常使用表面活性剂如聚山梨酯（）和白蛋白（）。和白蛋白（）。 第15页/共25页（2）增溶剂o蛋白质特别是非糖基化蛋白质易于蛋白质特别是非糖基化蛋白质易于聚聚集和沉淀，增加其溶解度的方法包括：集和沉淀，增加其溶解度的方法包括：选择合适的选择合适的pHpH、调节离子强度；、调节离子强度；加入氨基酸，如赖氨酸、精氨酸（用加入氨基酸，如赖氨酸、精氨酸（用于组织纤溶酶原激活素于组织纤溶酶原激活素t-PAt-PA的增溶）；的增溶）；加入表面活性剂，如十二烷基硫酸钠加入表面活性剂，如十二烷基硫酸钠（用于（用于IL-2IL-2的增溶）；的增溶）；加入加入HP-CDHP-CD等。等。 第16页/共25页（3）缓冲液 因为蛋白质的溶解度、物理和化学稳定性都依赖于因为蛋白质的溶解度、物理和化学稳定性都依赖于pHpH，所以首先应选择维持产，所以首先应选择维持产品稳定的缓冲液，其次还应考虑离子强度（因离子强度影响制剂的稳定性和等渗）。品稳定的缓冲液，其次还应考虑离子强度（因离子强度影响制剂的稳定性和等渗）。常用的有磷酸盐、枸橼酸盐、醋酸盐缓冲液等。常用的有磷酸盐、枸橼酸盐、醋酸盐缓冲液等。（4）抗氧剂 常用的抗氧剂有抗坏血酸、亚硫酸氢钠、常用的抗氧剂有抗坏血酸、亚硫酸氢钠、单巯基甘油、半胱氨酸和单巯基甘油、半胱氨酸和生育酚，常用生育酚，常用浓度浓度.1%.1%以上。此外，可采取在容器内填以上。此外，可采取在容器内填充惰性气体的办法防止蛋白质的氧化。充惰性气体的办法防止蛋白质的氧化。 第17页/共25页（5）防腐剂 对多剂量使用的注射剂需加入防对多剂量使用的注射剂需加入防腐剂。常用的防腐剂有：苯酚、苯甲腐剂。常用的防腐剂有：苯酚、苯甲醇、氯丁醇、间甲酚、尼泊金类和汞醇、氯丁醇、间甲酚、尼泊金类和汞撒利等。撒利等。（6）等渗调节剂： 静脉注射剂必须等渗，常用的静脉注射剂必须等渗，常用的有葡萄糖、氯化钠、氯化钾，用糖比有葡萄糖、氯化钠、氯化钾，用糖比用盐的效果更好些。用盐的效果更好些。第18页/共25页（三）固体状态蛋白质类药物的稳定性与制备工艺（三）固体状态蛋白质类药物的稳定性与制备工艺 1冷冻干燥蛋白质药物制剂冷冻干燥蛋白质药物制剂 产品的外观、含水量等质量方面及经济成本均有较大的影响。2喷雾干燥蛋白质制剂喷雾干燥蛋白质制剂 喷雾干燥工艺是将液体经雾化后，与热空气接触，由于表面积很大，水分迅速汽化，干燥时间短，所得产品粒子大小可控制且流动性较好。因此。喷雾干燥的缺点是损失大，回收率不高，水分含量高。 第19页/共25页四、蛋白质类药物的释放系统四、蛋白质类药物的释放系统 （一）蛋白质类药物的给药途径及吸收促进（一）蛋白质类药物的给药途径及吸收促进 1注射给药注射给药 2。口服途径给药。口服途径给药 3。其它给药途径。其它给药途径 4蛋白质药物的吸收促进（提高蛋白质药物生物利用度的方法）蛋白质药物的吸收促进（提高蛋白质药物生物利用度的方法） 第20页/共25页1注射给药注射给药 由于蛋白质、多肽类药物口服吸收的限制因素，临床多采用注射途径给药，包括静脉注射、肌肉注射、皮下注射、腹腔注射。 但蛋白质、多肽类药物一般体内血浆半衰期较短，清除率高，如t-PA体内半衰期只有几分钟，因此，注射途径给药往往需通过其它方法延长体内半衰期。最简单的方法是静脉注射给药改为肌肉注射或皮下注射。采取此法时应注意随之引起的蛋白质降解和体内配置的变化。因为肌肉注射和皮下注射较静脉注射相比延长了药物在给药部位的滞留时间，同时也增加了药物降解的几率。 第21页/共25页2。口服途径给药。口服途径给药 口服给药途径方便、简单、易于被患者所接受，但蛋白质类药物的口服给药存在以下限制: 蛋白质类药物的胃肠道降解。胃肠粘膜的穿透性差。形成多聚体难以吸收。 蛋白质药物口服在胃中首先受到胃蛋白酶及肽酶的水解生成小肽，小肽进一步受肠酶水解。在肠粘膜上的肽酶有亮氨酸氨基肽酶、氨基多肽酶、氨基三肽酶、丝氨酸羧肽酶及一些蛋白酶。最终将蛋白质分解成氨基酸或小肽（二肽或三肽），这种机制对人体完全吸收利用蛋白质是积极的，但对蛋白质类药物的吸收是一个天然障碍。 第22页/共25页3。其它给药途径。其它给药途径 其它途径给药方式包括鼻粘膜、肺部、直肠、口腔粘膜、皮肤给药系统等。 （1）提高吸收屏障的通透性： （2）降低吸收部位和吸收途径肽酶的活性： （3）分子结构修饰防止降解（4）延长作用时间（如：生物粘附技术）4蛋白质药物的吸收促进蛋白质药物的吸收促进 第23页/共25页（二）蛋白质类药物控制释放的方法及靶向给药体系（二）蛋白质类药物控制释放的方法及靶向给药体系 1开放式控释方法（开放式控释方法（open loop type）：）： （1）机械泵 （2）渗透压驱动系统 2反馈系统反馈系统 3控释微球制剂系统控释微球制剂系统 4脉冲式给药系统脉冲式给药系统 第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页