二十二章生物技术药物制剂

第二十二章生物技术药物制剂基本要求：１、掌握蛋白、多肽类药物的概念、结构特点以及稳定性特点。２、熟悉蛋白、多肽类药物制剂的制备和质量评价方法。３、了解蛋白、多肽类药物的传递系统和新的给药途径。重点：生物技术药物制剂的特点，蛋白、多肽类药物的稳定性特点。难点：蛋白、多肽类药物的理化性质与稳定性特点一、生物药物概述化学药物、生物药物与中草药是人类防病、治病的三大药源。1、生物药物——是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。2、广义的生物药物——包括从动物、植物、微生物等生物体中制取的各种天然生物活性物质及其人工合成或半合成的天然物质类似物。由于抗生素发展迅速，已成为制药工业的独立门类，所以生物药物主要包括生化药品与生物制品及其相关的生物医药产品（biologicalmedicinalproducts）。1、生化药物——是运用生物化学的理论、方法和研究成果，从生物体分离、纯化得到的一些重要生理活性物质，如氨基酸、多肽、蛋白质、酶与辅酶、维生素、激素、糖类、脂类、核酸、核苷酸及其衍生物等。2、生物制品——用微生物及微生物代谢产物或动物血清制成的用于预防、诊断和治疗的制品。⑴狭义的疫苗亦称为病毒性疫苗，是用减毒的活病毒或立克次体及灭活的强毒病毒或立克次体制备的一类用于自动免疫的生物制品。广义的疫苗包括病毒性疫苗、细菌性疫苗（菌苗）和类毒素等由微生物所制备的用于自动免疫的生物制品。生物制品的定义暂时称之为用生物学方法（包括基因工程方法）和生化方法制成的，具有免疫学反应或平衡生理作用的药物制剂。1、生化药物：2、生物制品：3、生物技术药物：4、生物工程在医药上的开发应用1.生化药物：早期的生物药物多数来自动物脏器，有效成分也不明确，曾有脏器制剂之称。二十世纪20年代，对动物脏器的有效成分逐渐有所了解。纯化胰岛素、甲状腺素、各种必需氨基酸、必需脂肪酸、以及多种维生素开始用于临床或保健。50年代起开始应用发酵法生产氨基酸类药物，到90年代初，已有生化药物500多种，还有100多种临床诊断试剂。截止到2000年2月，美国FDA已批准生物技术药物76个，欧美已批准的有84种。2.生物制品：早在10世纪，我国民间就有种牛痘预防天花的实践。所谓种牛痘就是用降低了毒力的天花病毒接种到人体上，引起轻型感染。1796年英国医生琴纳发明了预防天花的牛痘苗，从此用生物制品预防传染病的方法才得到肯定。30年代中期建立了小鼠和鸡胚培养病毒的方法，从而用小鼠脑组织或鸡胚制成黄热病、流感、乙型脑炎、森林脑炎和斑疹伤寒等疫苗。50年代，在离体细胞培养物中繁殖病毒的技术取得突破，从而研制成功小儿麻痹、麻疹、腮腺炎等新疫苗。80年代后期，应用基因工程技术己研制成功乙肝疫苗、狂犬病疫苗、口蹄病疫苗和AIDS病疫苗。预计基因工程疫苗的品种将会迅速增多。同时各种免疫诊断制品和治疗用生物制品也迅速发展。3.生物技术药物：自1982年人胰岛素成为用DNA重组技术生产的第一个生物医药产品以来，以基因重组为核心的生物技术所开发研究的新药数目一直居首位。此外，应用酶工程技术、细胞工程技术和基因工程技术生产抗生素、氨基酸和植物次生代谢产物也已步入产业化阶段。定义生物技术也称生物工程，指在适宜条件下，应用生物体（包括微生物、动物及植物细胞）或其组成部分（细胞器和酶），生产有价值的产物或进行有益过程的技术。现代生物工程主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程（微生物工程）和生化工程等。生物技术药物是指采用现代生物技术，借助某些微生物、植物或动物生产所得的药品。采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物，也称为生物技术药物。生物技术药物的结构特点生物技术药物是指采用现代生物技术，借助某些微生物、植物或动物生产所得的药品。采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物，也称为生物技术药物。生物技术药物多为蛋白质类和多肽类，其结构相当复杂，性质很不稳定。蛋白质类药物制剂4.生物工程在医药上的开发应用生物技术是应用基因工程（含蛋白质工程）、细胞工程、发酵工程和酶工程，以生物体为依托发展各种生物产业的技术，现在所称的生物技术是以基因工程为核心以及具备基因工和细胞工程内涵的发酵工程和酶工程，以区别于传统的生物技术。生物技术作为高技术领域之一，已经越来越为人们所重视。自七十年代初，以DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志，生物技术诞生了。由于生物技术对解决人类面临的重大问题如：粮食、健康、环境、能源等将开辟广阔的前景，所以各国政府竟相制定发展计划，国家实行优惠政策，政府和企业界巨资投入，促进生物技术的发展。尤其是在医药领域。随着生物技术的不断发展、人类基因组计划的实施、利用转基因动植物生产贵重药品、基因治疗、动物克隆技术的发展、生物芯片的研制、胚胎干细胞的美好应用前景等在医学上的开发应用，必将对医学产生全面、深远和革命性的影响。1995年底，美国药品研究与制造者协会（PRMA）调查统计，美国已批准上市的共有24种基因工程药品和疫苗。1997年7月已达到40种。年产值约100亿美元左右。还有100多种基因工程药物已进入临床试验阶段。全球拥有数十个年销售额在10亿美元左右的基因工程产品。我国基因工程制药产业是在80年代末开始的。1989年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物——重组人干扰素α1b，这是我国自主研制成功的拥有自主知识产权的第一个基因工程新药。从此以后，我国基因工程药物的研究开发迅速发展。据统计，截止到1998年底，我国已批准的基因工程药品和疫苗产品约15种目前我国已批准上市的基因工程新药21种，已批准的进口基因工程药品19种。二、生物药物的特点所谓疾病——主要是机体受到内外环境的改变而使代谢失常，导致起调控作用的酶、激素及核酸、蛋白质等生物活性物质自身或环境发生障碍。根据其构效关系进行结构的修饰和改造使之更有效、更专一、更合理地为机体所接受。在机体需要时（如生病时），应用这些活性物质作为药物来补充调整、增强、抑制、替换或纠正人体的代谢失调，势必比较地有效和合理。所以生物药物在医疗上具有药理活性高、针对性强、毒性低、副作用小、疗效可靠及营养价值高等特点。生物药物对热、酸、碱、重金属及pH变化和各种理化因素都较敏感，生物材料又易腐败、染菌、被微生物的活动所分解或被自身的代谢酶所破坏，甚至机械搅拌、压片机冲头的压力、金属器械、空气、日光等对生物活性都会发生影响。为此，要确保生物药物的有效药理作用，就要从原料制造、工艺过程、制剂、贮存、运输和使用各个环节严加控制。为了保证全部制品的质量，必须严格遵守GMP要求，并对制品的有效期，贮存条件和使用方法做出明确规定。尤其对有效成分的检测，除应用一般化学方法外，更应根据制品的特异生理效应或专一生化反应拟定其生物活性检测方法。通常采用一个国际上认可的标准品作为测试时的参考标准。这种标准品在国际上有统一规定的制法和规格，依照这样规定的制法和规格，就可以复制成相应的副品，供有关生产单位使用。有关国际专业组织曾公布和制定了一些主要激素类药物的标准品。鉴于生物药物多数是生物活性分子,其化学性质与生物学性质都很不稳定，在生产过程中又易受到微生物污染，从其他生物体制取的生物药物对人体往往是异源物质，所以对制品的均一性、有效性、安全性和稳定性等都有严格的要求。三、生物药物的分类按其化学本质和化学特征进行分类。（一）生化药物1、氨基酸类药物全世界的氨基酸总产量已逾百万吨／年。年产值达几十亿美元。应用于医药、食品、饲料工业，还供合成高效无残毒农药及甜味剂。氨基酸类药物有两类。个别氨基酸制剂复方氨基酸制剂2、多肽和蛋白质类药物⑴活性多肽是由多种氨基酸按一定顺序连接起来的多肽链化合物，分子量一般较小，多数无特定空间构象。最近发现，某些多肽也有一定构象，只是其构象的坚固性远不如蛋白质，其特点是构象的浮动性很大，有时甚至在几种构象中进行摆动或在发挥某种生物功能时才出现某种构象。⑵蛋白质类药物有单纯蛋白质结合蛋白类（包括糖蛋白、脂蛋白、色蛋白等）3、酶与辅酶类药物酶类药物有下列几类：（1）助消化酶类（2）消炎酶类（3）心血管疾病治疗酶（4）抗肿瘤酶类（5）其它酶类超氧化物歧化酶（SOD）用于治疗类风湿性关节炎和放射病PEG—腺苷脱氨酶（PEG—AdenaseBovine）用于治疗严重的联合免疫缺陷症。（6）辅酶类药物辅酶或辅基在酶促反应中起着递氢、递电子或基因转移作用，对酶的催化作用的化学反应方式起着关键性决定作用。多种酶的辅酶或辅基成分具有医疗价值。4、核酸及其降解物和衍生物（1）核酸类免疫RNA（iRNA）是一种高度特异性的免疫触发剂，可用于肿瘤的免疫治疗。（2）多聚核苷酸多聚胞苷酸、多聚次黄苷酸、双链聚肌胞（polyI：C），聚肌苷酸及巯基聚胞苷酸是干扰素诱导剂，具有刺激吞噬作用，调整免疫功能的作用，用于抗病毒、抗肿瘤。（3）核苷、核苷酸及其衍生物较为重要的核苷酸类药物有混合核苷酸、混合脱氧核苷酸注射液、经人工化学修饰的核苷酸、核苷或其碱基衍生物是有效的核酸抗代谢物，常用于治疗肿瘤和病毒感染。5、多糖类药物来源有动物、植物、微生物和海洋生物，它们在抗凝、降血脂、抗病毒、抗肿瘤、增强免疫功能和抗衰老方面具有较强的药理作用。6、脂类药物脂类药物包括许多非水溶性的、能溶于有机溶剂的小分子生理活性物质，主要有：（1）磷脂类脑磷脂、卵磷脂多用于肝病、冠心病和神经衰弱症。（2）多价不饱和脂肪酸和前列腺素。（3）胆酸类（4）固醇类（5）卟啉类7、细胞生长因子与组织制剂细胞生长因子是在体内对动物细胞的生长有调节作用，并在靶细胞上具有特异受体的一类物质。它们不是细胞生长的营养成分。已发现的细胞生长因子均为多肽或蛋白质。（二）生物制品生物制品有预防用制品、治疗用制品和诊断用制品。预防用制品可分为菌苗（如卡介苗、霍乱菌苗、百日咳菌苗、鼠疫菌苗等）、疫苗（如乙肝疫苗、流感疫苗、乙型脑炎疫苗、狂犬疫苗、痘苗、斑疹伤寒疫苗等）及类毒素（如白喉类毒素、破伤风类毒素）。治疗用制品有特异性治疗用品与非特异性治疗用品诊断用制品主要指免疫诊断用品，如结核菌素、锡克试验毒素及多种诊断用单克隆抗体等。随着生物科学的迅速发展，生物制品在品种上从原来的疫苗发展到菌苗和类毒素等，性质上从减毒活苗发展到灭活疫苗和死菌苗，并由自动免疫制剂发展到抗毒素等被动免疫制剂，用途上从预防制剂发展到治疗和诊断制剂。由于基因工程的发展，生物制品也不再只限于来自天然材料加工而成的产品，尚可来自人工合成的化合物。应用范围也不局限于传染病等，例如对肿瘤的诊断与治疗等也有不少新品种的诞生与应用。四、生物药物的用途（－）作为治疗药物对许多常见病和多发病，生物药物都有较好的疗效。（二）作为预防药物以预防为主的方针是我国医疗卫生工作的一项重要战略。许多疾病，尤其是传染病（如细菌性和病毒性传染病）的预防比治疗更为重要。通过预防，许多传染病得以控制，直到根绝。（三）作为诊断药物生物药物用作诊断试剂是其最突出又独特的另一临床用途，绝大部分临床诊断试剂都来自生物药物。诊断用药有体内（注射）和体外（试管）二大使用途径。（1）免疫诊断试剂利用高度特异性和敏感性的抗原抗体反应，检测样品中有无相应的抗原或抗体。（2）酶诊断试剂利用酶反应的专一性和快速灵敏的特点，定量测定体液内的某一成分变化作为病情诊断的参考。（3）器官功能诊断药物利用某些药物对器官功能的刺激作用、排泄速度或味觉等以检查器官的功能损害程度。（4）放射性核素诊断药物放射性核素诊断药物有聚集于不同组织或器官的特性，故进入体内后，可检测其在体内的吸收、分布、转运，利用及排泄等情况，从而显出器官功能及其形态，以供疾病的诊断。（5）诊断用单克隆抗体（McAb）McAb的特点之一是专一性强，一个B细胞所产生的抗体只针对抗原分子上的一个特异抗原决定簇。（四）用作其它生物医药用品生物药物应用的另一个重要发展趋势就是渗入到生化试制、生物医学材料，营养、食品及日用化