新药设计与开发汇总课件

新药设计与开发-靶向药物设计张倩（201231519）1、靶向药物的概念v靶向药物：利用对某些组织细胞具有特殊的亲和力 的分子做载体，与药物偶联后将起定向输送到作用 的靶器官部位的一种药物。v偶联物本身无活性。v偶联物中药物与载体之间的化学键在血浆中稳定，转运过程中不被释放。v偶联物应能通过靶细胞的生物屏障。v偶联无本身应为无抗原性。靶向药物技术的国内外现状及发展趋势v靶向药物的概念是EhrlichP在1906年提出的，至今已100多年了。（由于人类长期对疾病认识的局限、未能在细胞水平和分子水平上了解药物作用、靶向药物的材料和制备方面的困难，直到分子生物学、细胞生物学和材料科学等方面的飞速进步，才给靶向药物的发展开辟了新天地。）v上个世纪70年代末80年代初，人们开始比较全面地研究第二代控制释放产品，即靶向药物，包括它们的制备、性质、体内分布、靶向性评价以及药效与毒理。（一）国外的发展状况 靶向药物是上世纪后期医药领域的一个热门课题，主要是一些微粒载体如脂质体、微球、微囊、胶团、乳剂、微乳等。新的工艺、设备、优秀的载体物质、辅料的诞生及应用，使靶向药物得以迅速发展，对各种微粒载体的机制、制备方法、特性、体内分布和代谢规律有了比较清楚的认识，有的已经上市，如脂质体、微球。（二）国内的发展状况中国自80年代开始对靶向药物技术进行研究。处于药剂学前沿领域的靶向药物，从给药途径，靶向的专一性，持效性，药物类型和临床运用方面都有突破性的进展。特别是近年来材料学及药物技术的发展，推动了中药靶向药物的发展，从而使中药更好的发挥了防病治病，健康保健，特别在治疗癌症等疑难杂症等方面的作用，为中医药进入国际市场奠定了一定的基础。靶向药物的优点v提高药物对靶组织的靶向性v降低药物对于正常细胞的毒性v减少剂量，增加药物的生物利用度v避免肿瘤化疗时细胞的多重耐药v提高生物大分子药物的生物稳定性v改善药物的分散性v提高药物在体内的作用时间，改善药物在体内半衰期短等缺陷v靶向药物克服了传统药物需要频繁用药的麻烦，而且释药平稳、疗效明显、毒副作用小，同时研制药物新剂型投资少、研制周期短、难度小，因此靶向药物有着更加广阔的发展前景。2、靶向药物的分类：2、1按照通常的分类方法，可分为：v（1）被动靶向药物，亦称自然靶向。由靶向载体药物微粒在体内被单核-巨噬细胞系统的巨噬细胞（尤其是肝的Kupffer细胞）摄取，并通过正常生理过程运送至肝、脾等器官，故具有淋巴系统的选择性和靶向性。被动靶向药物主要有脂质体、微球、纳米囊和纳米球等。v（2）主动靶向药物，指用经过修饰的药物载体作为导弹，将药物定向地运送到靶区浓集发挥药效。如载药微粒表面经修饰，连接特定的配体或单克隆抗体制成的主动靶向药物，既能避免巨噬细胞的摄取，防止在肝内浓集，改变了微粒在体内的分布而到达特定的靶部位。主动靶向药物包括经过表面修饰的药物载体及前体药物两大类药物。目前研究较多的为修饰的药物载体，包括长循环脂质体、免疫脂质体和免疫纳米球等。v（3）物理化学靶向药物，应用物理化学方法使靶向药物在特定部位发挥药效。如应用磁性材料与药物制成磁导向药物，在足够强的体外磁场引导下，通过血管到达并定位于特定靶区；使用对温度敏感的载体制成热敏感药物，使热敏感药物在靶区释放；也可利用对pH值敏感的载体制备pH值敏感药物，使药物在特定的pH值靶区内释药。制备栓塞性药物阻断靶区的血供与营养，起到栓塞和靶向化疗的双重作用，也属于物理化学靶向药物。2.2按靶向部位分类2.2.1、脑靶向给药：v(1)脑部靶向性的嵌合肽技术v血脑屏障(BBB)上具有受体介导的转运系统，能够与特异的配体结合(如胰岛素、转铁蛋白等)，实现内源性极性物质和大分子物质通过BBB的转运。通过筛选BBB上受体的模拟配体，得到既能够被转运又不影响内源性配体转运的多肽，以此作为药物载体，具有较好的脑部靶向性。目前已经制备了抗小鼠转铁蛋白受体(TFR)的单克隆抗体8D3，并且成功的将Abetal40转运进入脑内。v(2)PEG偶联的免疫脂质体法v脂质体是球状的类脂双分子层，具有空腔，可以将药物分子装载与其中，运输到靶器官后，与质膜融合，将药物释放进入细胞。如果在脂质体表面偶联上数以千计的PEG2000分子链，网状内皮系统对其的摄取就会大大降低，在血液中的驻留时间也会延长，但是偶联了PEG的脂质体不能够通过BBB和脑细胞膜。v(3)纳米粒子技术v纳米粒子是一类直径在11000nm之间的固态胶体颗粒，用于运载药物的纳米粒子，通常是一些高聚化合物，能与药物交联吸附并携带其通过各种细胞膜，甚至BBS，但是通过的机理不是很清楚。2.2.2肝靶向给药肝靶向药物设计理论v目前国内外肝靶向给药系统已成为研究的热点之一，主要通过以下几种机制实现肝靶向的药物运输：载体传导途径如类脂乳、胆酸、脂质体微球等，尤其是内源性载体，利用其特异性、可溶性优势包裹或携带药物进入肝组织；v含糖基的大分子化合物通过肝实质细胞或非肝实质细胞受体的介导途径，如去唾液酸糖蛋白受体介导系统(肝实质细胞)、甘露糖受体介导系统(肝非实质细胞)；v聚阳离子化合物在肝细胞膜上经独特的静电作用途径，如二乙胺葡萄糖与肝细胞膜表面产生静电作用，使肝的摄取量增加；v聚阴离子化合物通过肝非实质细胞(内皮细胞和Kupfer细胞)的清除介导途径，如丁二酯脂蛋白强阴离子化合物。2.2.3肺靶向给药肺靶向药物的设计原理v肺靶向给药系统的设计可根据肺的生理结构及特点，主要通过以下几种机制来达到肺的靶向性给药。控制粒子大小通过控制药物粒子的大小，使药物在肺被截留，在肺泡2-Lm的粒子不能完全到达此部位。在肺泡管2-tm的粒子有高度的v沉积率，6-tm以上的粒子不能完全到达肺泡管。酶一底物反应由于肺内存在多种酶系，当药物用具有生物活性物质的载体包裹后，血液循环将其运输至肺，被肺截留，在肺部达到靶向治疗的作用。巨噬细胞的吞噬作用肺内有大量的巨噬细胞，当药物微粒随血液循环进入肺时，被巨噬细胞吞噬，使药物浓集于肺部。2.2.4、结肠靶向药物设计理论根据结肠的生理结构及生理特点，下面把结肠靶向药物的研究分为以下4种类型。v2.2.4.1、pH依赖型释药系统v人体胃肠道的pH逐渐升高，其中胃液pH为l一3、小肠液pH为657、结肠pH为78，结肠pH相对较高，是pH依赖型结肠靶向药物研究的生理学基础。目前，pH依赖结肠靶向药物主要通过vpH敏感材料进行包衣的方法实现，理想的包衣材料必须在酸性胃液中不溶解，在回肠末端中性或弱碱性条件下溶解或溶蚀。pH依赖型结肠靶向药物的靶向性受包衣材料溶解度、衣膜厚度及药物在胃肠各段停留时间的影响。vpH依赖型结肠靶向药物也存在其本身固有的缺点，即不同个体胃肠道pH、药物在胃肠道内停留时间有差异，使得该药物具有较大的个体差异。v2.2.4.2 时间依赖型释药系统v胃的排空有很大的个体差异，但小肠的转运时间相对恒定，一般为34h，是时间依赖型结肠靶向药物研究的生理学基础。时间依赖型药物一般采用包衣的方法来延缓药物的释放时间，使药物在回肠末端释药。v2.2.4.3 微生物酶降解释药系统v结肠中存在大量的菌群，能产生各种酶，降解结肠中的食物或药物，目前，偶氮降解酶和多糖酶已广泛用于结肠靶向酶解系统研究中。v用于结肠靶向给药的多糖有壳聚糖、果胶、葡聚糖、直链淀粉及硫酸软骨素等，这类多糖受结肠微生物酶降解，具有良好的结肠靶向性，但是这些多糖易被消化道消化液溶解，必须与其它化合物交联，提高其疏水性，才能顺利到达结肠。LorenzoLamosa硌等用壳聚糖制成微球后，用肠溶聚合物包衣制成结肠靶向药物，具有良好的结肠靶向性。v2.2.4.4压力依赖型释药系统v人体胃肠道蠕动产生压力，在胃和小肠中，因有大量的消化液存在，缓冲了药物所受的压力，而在结肠中，水分被大量的吸收，肠道蠕动对药物产生直接压力，容易使药物破裂，这是开发压力依赖型结肠靶向药物的生理学基础。2.2.5、骨髓靶向药物设计理论 骨髓是人体最重要的免疫器官，也是最大的造血器官，因为存在骨髓一血屏障，药物很难达到骨髓，因此治疗骨髓疾病的药大多疗效难以保证，另一方面，目前大多抗肿瘤药、抗病毒药都具有严重的骨髓抑制不良反应，如何研制骨髓靶向给药及保护骨髓正常生理功能是医药工作者面临的问题。v根据骨髓一血屏障的生理结构及特点以及药物的转运方式，可以从控制粒径、筛选载体材料、胶体微粒表面修饰及介导主动靶向几个方面来克服骨髓一血屏障。(1)控制药物粒径：有研究报道粒径小于100nm的微粒可以进入骨髓，粒径越小越容易。(2)筛选载体材料：通过载体的筛选，制备粒径适宜的微球，有利于药物到达靶部位.(3)胶体微粒表面修饰：研究表明，骨髓可选择性捕获v造血干细胞维持髓内高浓度，乳腺癌、前列腺癌、肾癌可选择性向骨髓转移，说明骨髓存在表面特异的识别因子，因此可以通过胶体微粒的表面修饰来提高微粒在骨髓的分布。(4)介导主动靶向：为提高骨髓主动靶向的特异性，可利用单克隆抗体、特定受体介导或选择能与骨髓窦内皮糖基特异结合的配体与药物或微粒制成偶联，实现主动靶向给药。2.2.6、淋巴靶向给药系统设计理论基础淋巴系统是许多疾病的发病部位，如癌症、艾滋病、转移性结核、丝虫病及某些癌症转移的主要途径，淋巴结是病菌和癌细胞入侵的关键之处，淋巴转移是恶性肿瘤最常见的转移途径，是引起术后复发和死亡的主要因素，全身化疗和放疗对恶性肿瘤淋巴转移灶的疗效差或无明显作用，由于淋巴细胞具有吞噬大分子物质和颗粒物质的特性，将抗癌药物与载体材料通过物理化学方法制v成微粒或大分子物质，局部注射给药后，通过淋巴引流到淋巴结转移灶，达到对淋巴结转移灶靶向和缓释给药的目的。淋巴系统从组织问隙转移物质，物质穿过组织间隙达到毛细淋巴管，通过内皮细胞开放间隙进入淋巴，缓慢地穿过1个或多个淋巴结(部分物质被截留)，汇入胸导管等中央区域，最后回到血液系统。组织问隙有着丰富的毛细血管及毛细淋巴管，血流速度为淋巴流速的v500倍，因此小分子药物难以选择性的长时间浓集于淋巴系统，大分子物质及载药微粒静脉注射难以越过血管屏障进入淋巴系统，但局部注射可被毛细淋巴管选择性地吸收。因此寻找合适载体及合适给药途径，实现毛细淋巴管选择性吸收，使药物浓集于淋巴结中缓慢释放。药物向淋巴系统转运的途径根据给药途径不同而不同，有以下几种机制：药物从血液向淋巴系统的转运静脉v注射时，药物由毛细血管进入淋巴管必须通过毛细血管壁和毛细淋巴管壁2个屏障，毛细血管壁孔径较小，是药物透过的主要限制因素，故淋巴液中的药物浓度不会高于血药浓度；药物从组织间隙向淋巴系统转运肌肉、皮下注射或器官内、肿瘤内组织间隙注射给药时，相对分子质量在5000以下的小分子物质，如葡萄糖、尿素、肌酸等可通过毛细血管和毛细淋巴管2种途径转运，由v于血流量大大超过淋巴流量，药物几乎全部由血管转运，如相对分子质量在5OO0以上的大分子物质，如蛋白、脂蛋白等难以进入血管，而经淋巴转运的趋向性随分子质量的增大而增强；药物从消化道向淋巴系统的转运口服或直肠给药时，药物通过粘膜上皮细胞等吸收屏障，经胃肠道吸收只有2以下的药物有淋巴趋向性，进入淋巴系统。v由于淋巴靶向给药方式的限制，该系统所选用的药物及载体应具有以下特点：药物被包裹或偶联后做成的药物，疗效不降低；局部刺激性小；良好的生物相容性，无抗原性，毒副作用低；理化性质稳定；具有亲淋巴性；具有缓释作用，释放的药物能在靶区提供治疗所需浓度。3、化学结构改造的方法？v制成前体药物v化学传递系统3.1 制成前体药物一些药物与适当的载体反应制备成前体药物，给药后药物就会待在特定部位释放，达到靶向给药的目的，脑是人高级神经活动最复杂的部分，但由于血脑屏障的存在，使得大部分治疗药物不能有效透过血脑屏有OH,NH,COOH,结构的脂溶性差得药物可通过酯化，酰胺化，醚化，环化等化学反应制成脂溶性大的前体药物，进入CNS后，其亲脂性基团通过生物转化而释放出活性药物。3.2 化学传递系统v化学传递系统是一种输送药物透过生理屏障到达靶部位，再经生物转化释放药物的药物传递系统。化学传递系统通常将含OH,NH,COOH结构的药物共价连接于二氢吡啶载体（Q），药物（D）与靶向剂二氢吡啶结合为DQ结合物，建立了二氢吡啶二氢吡啶锚盐氧化还原脑内定向转释递药系统。4、靶点内涵v靶点（target）：具有重要的生理或病理功能，能够与药物相结合并产生药理作用的生物大分子及其特定的结合位点。这些生物大分子主要是蛋白质，也有一些核酸或其他物质。v 类型:基因位点、受体、酶、离子通道、核酸等生物大分子靶点特征:1.生物大分子;2.有结合位点;3.这个生物大分子和其他物质结合后发生结构变化,而且这个变化通常是可逆的;4.这个生物大分子通过结构变化可以发挥生理和病理的调节作用;5.这个物质结构变化的生理效应在机体复杂调控体系中占有主导作用。药物靶点与药物作用对疾病治疗有效，毒副反应小。靶点在药物研究中的意义v1.是药物发现途径中关键的第一步；v2.新颖的靶点意味着新的作用环节和机制，这样的新药有较强的竞争力；v3.新的靶点也很容易成为竞相开发的众矢之的。靶点的研究现状v治疗药物的靶点约500个45%28%11%5%2%2%7%靶点分类：基因性靶点:与疾病特异性相关的基因或基因产物。1.这些基因或基因产物带有变异2.能引起更高的疾病风险机制性靶点:通过生物学观察发现，影响某一个分子机制就足以获得显著的治疗效果。43一、基因性靶点药物优点：1.选择性强：药物能选择性的调节疾病相关基因或基因产物。2.副作用少：对机体中其他的基因或分子机制没有影响。局限：1.患者数量少：基因变异引起的疾病通常具有种族性和家族性。2.通常疾病都是由多种因素引起的，每个致病基因的作用很小。针对基因性靶点进行药物设计的主要流程：45二、机制性靶点及药物设计方法优势：1.可应用于多基因引起的疾病。2.可应用于非基因突变引起疾病。步骤：5、实例46主要内容5.1瘦素的研究5.2抗消化性溃疡药物的研究5.3阿霉素的研究47瘦素是由肥胖基因编码的蛋白质激素,主要由脂肪组织合成,通过受体介导,作用于靶组织,抑制食欲并参与调节能量代谢、神经内分泌和免疫反应等。肥胖、糖尿病等疾病的发生与瘦素及其受体功能异常有密切关系。5.1基因性靶点及药物设计实例：瘦素的研究1.发现编码瘦素的基因v1950年，Ingalls等发现一株近亲繁殖的小鼠食欲亢进，过度肥胖，其体重可以达到正常小鼠的3倍，并且患有糖尿病。进一步的研究证明，这种小鼠的肥胖是由于一个基因发生了隐性突变引起的，遂将此基因命名为肥胖基因（ObeseGene，ObGene）。48vob基因编码瘦素（Leptin，LP），是一种在脂肪组织合成分泌的蛋白类激素，主要功能是调控进食、能量及体重。瘦素和其他激素一样，需要与特异的受体结合才能发挥其生物学作用。502.ob基因缺陷动物模型确证靶点：67g不注射瘦素注射瘦素大小相同，ob基因缺陷缺乏缺乏Leptin引起肥胖引起肥胖35g瘦素的作用v通过与神经系统的瘦素受体（OB-R）结合发挥作用。vLP能够增加有机体的能量消耗。vLP直接作用于脂肪组织消耗体脂。51药物设计v1.瘦素类似物：短肽类物质仅对瘦素基因突变的患者有效。家族性相关基因缺陷肥胖v2.瘦素增敏剂蛋白酪氨酸磷酸酶5253基于症状的途径新药设计基于症状的途径新药设计实例实例：5.2机制性靶点及药物设计实例：抗消化性溃疡药物的研究5455 胃酸的分泌机制56针对胃酸机制进行药物设计的代表药物：5、3阿霉素v蒽环类抗肿瘤抗生素是近30年来研究较多发展较快的一类抗癌药物，阿霉素(adriamycin，doxorubicin，DOX)是其中最常用、最重要的抗生素之一。阿霉素是从Streptomycespeuceriusvar.caesius的发酵液中提取的一种糖苷类抗生素。其抗菌谱广，对乏氧细胞有效，又为放射增敏，故在肿瘤治疗中占有重要地位。阿霉素大分子前体药物药物:聚合物-阿霉素轭合物v聚合物-药物轭合物是药物修饰的主要策略之一，可以在分子水平提高药物的溶解度，透过性和稳定性，因此提高药物的生物活性。聚合物-抗肿瘤药物通常包括药物，聚合物和连接二者的间段，此种设计可以将药物以较高的浓度传递至肿瘤组织，并且增加效应。聚合物胶束的粒径对于实现肿瘤靶向也是很重要的因素，由于此种聚合物胶束的粒径通常在10100nm之间，并且由于聚合物胶束水溶性的表面，使得其能够避免被MPS所吞噬。HPMA-阿霉素轭合物v阿霉素甘氨酸-苯丙氨酸-亮氨酸-甘氨碳HPMA共聚物(简称PK1)和半乳糖胺阿霉素甘氨酸-苯丙氨酸-亮氨酸-甘氨酸HPMA共聚物(简称PK2)(图2)是首先进入临床评价的HPMA-药物轭合物。vPK1是将阿霉素通过一个四肽片段与HPMA形成的轭合物，其在血液中稳定，可在溶酶体中通过水解酶催化降解。PK1在降低阿霉素的相关副作用方面显示了非常有希望的临床前活性。肿瘤细胞表面具有肝脏唾液酸敏感糖蛋白的受体识别位点，PK2利用这一特点，将载有半乳糖胺残基的N-(2-羟丙基)聚甲基丙烯酰胺(可被肝脱唾液酸糖蛋白受体识别)与阿霉素连接形成的复合物。多糖-阿霉素轭合物v多糖作为一种可生物降解的药物载体，近年来引起广泛关注。由生物粘附性的多糖两亲化合物作为纳米粒的载体，在水溶液中有很高的稳定性，能延长滞留时间因而可以增加药物的吸收。由于其良好的物理化学性质，由多糖与药物结合形成的大分子前体药物，与原药相比具有很好的生物药剂学性质和治疗效果。木葡聚糖是一种水溶性的、生物可降解的天然多糖，可以作为药物载体使用。v合成的木葡聚糖-阿霉素前体药物药物，该聚合物形成了粒径为142nm，载药量为23.8%的纳米粒。体外细胞毒性试验结果表明，该纳米粒对HepG2的毒性与游离阿霉素相近。在人癌症异种嫁接裸鼠模型中，相比于没有靶向作用的纳米粒或游离药物，此纳米粒有更高的治疗作用。研究结果证实木葡聚糖-阿霉素能够改善转染率，并具有肝特异性。v支链淀粉是一种天然的、非离子、线性的同多糖，具有生物可降解性、低的免疫原性、多功能性和良好的溶解性。vAnna发明了一种可生物降解的叶酸化和非叶酸化的支链淀粉-阿霉素轭合物，用于肿瘤的治疗。v体外研究表明:在叶酸受体过度表达的KB肿瘤细胞中，细胞对叶酸化的支链淀粉阿霉素轭合物的摄取明显高于非叶酸化的支链淀粉阿霉素轭合物。v药代动力学研究表BALB/c(系)小鼠尾静脉注射4h后，与淀粉结合的阿霉素有相当于质量分数为40%的药物存在于血液中，而游离阿霉素在30min内已有80%被清除。v结果表明:轭合物具有被动靶向的性质，叶酸修饰的聚合物能够有选择的被细胞摄取而降低副作用。肿瘤细胞外激活的前体药物v肿瘤细胞外激活的前体药物是通过将药物与一定的侧链结合形成的具有肿瘤特异靶向作用的前体药物。可以通过肿瘤细胞外的特定条件(实体肿瘤释放的特异性的酶)裂解释放原药。vN-琥珀酰-丙氨酸-L-亮氨酸-L-丙氨酸-L-亮氨酸-阿霉素(CPI-0004Na)(图8)是一种具有肿瘤细胞外激活作用的阿霉素的前体药物。CPI-0004Na 在体外实验中不进入细胞并且在全血中稳定，可以被肿瘤细胞外肽酶激活为L-亮氨酸-阿霉素，并扩散进入细胞。vL-377202N-N-(4-Carboxybutyryl)-4(R)-hydroxy-L-prolyl-L-alanyl-L-seryl-L-cyclohexylglycyl-L-glutaminyl-L-seryl-L-leucyldoxorubicin)是阿霉素的前体药物。v该前体药物可通过前列腺癌细胞分泌的丝氨酸前列腺特异性抗原水解为L-亮氨酸阿霉素进入细胞，并活化为阿霉素发挥作用。v体外实验证实，L-377202对PSA阳性的肿瘤细胞的毒性高于前列腺特异阴性抗原的肿瘤细胞，尽管还存在轻微的系统和心脏毒性，L-377202对前列腺癌的抗肿瘤活性远远高于阿霉素。目前，L-377202在美国已经进入/期临床研究阶段。6、总结v靶向给药的研究还面临许多实质性的挑战提高药物在靶组织的生物利用度；提高TDDS对靶组织、靶细胞作用的特异性；使生物大分子更有效地在作用靶点释放，并进入靶细胞内；体内代谢动力学模型；质量评价项目和标准，体内生理作用等问题都是研究的重点随着靶向给药系统研究的深入，新的靶向给药途径、新的载药方法将会不断出现，遇到的问题会逐步解决