第六章药品的冷冻干燥

SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology第六章药品的冷冻干燥药品冷冻干燥的基本问题纤维蛋白原的冷冻干燥脂质体的冷冻干燥SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology6.1药品冷冻干燥的基本问题1.药物的新剂型任何一种药物在临床使用前都必须制成适合于患者的安全、有效、稳定的给药形式，即剂型（Dosageform）。从药物剂型发展来看,剂型大致可以分为以下几代：•第一代是简单加工供口服和外用的膏丹丸散；•第二代是机械化、自动化生产的片剂、注射剂、胶囊剂与气雾剂等；•第三代是缓释、控释的剂型，以形成缓释、控释的给药系统（Drugdeliverysystem,DDS）；•第四代是靶向剂型，以形成靶向给药系统；•第五代是能在发病高峰期间在体内自动释药的剂型。•冷冻干燥技术在上述的第二代至第五代的药物剂型制备中被广泛地应用；特别是在包合技术、脂质体制备技术、微囊化技术起着重要的作用。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology2.生物药品（1）定义和分类•药品大致上可以分为3类：化学药物（也称合成药物）；生物药物（生化药物）；和中药（天然药物）。•生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织为起始材料，采用生物学工艺或分离纯化技术制备，并以生物学技术和分析技术控制中间产物和成品质量，所制成的生物活化制剂。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology按照所采用的生物学工艺，可以大致将生物药品分成四类：•采用发酵工程制成的药品。这些是指利用微生物代谢过程生产的药品，如抗生素、维生素、有机酸、辅酶、酶抑制剂、激素、免疫调节物质，以及其他生理活性物质。•采用基因工程制成的药品。这些是指利用重组DNA生产的蛋白质和多肽类药品，如干扰素、胰岛素、白细胞介素-2等。•采用细胞工程制成的药品。这些是指利用动、植物的细胞培养生产的药品，如人类生理活性因子、疫苗、单克隆抗体等。•采用酶工程制成的药品。这些是包括药用酶，和将酶或细胞固定化后生产的药品。如蛋白酶、尿急酶、L-天冬酰胺酶、维生素C等。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology•生物药品正处于快速发展阶段，据2002年统计，已经临床使用的133种生物药物。•按照药物的临床用途,生物药品包括菌苗、疫苗、毒素、类毒素、血清、血液制品、免役制剂、细胞因子、抗原、单克隆抗体及基因工程产品（DNA重组产品、体外诊断试剂）等。•目前主要生物药品产品有：人血白蛋白、促红细胞生成素（EPO）、白介素、干扰素类、单克隆抗体、疫苗类、集落刺激因子、人生长激素、胰岛素、细胞因子、受体类药物、凝血Ⅷ因子等；疫苗以乙肝病毒疫苗为主，此外还有用于检测诊断的PCR技术的试剂、克隆用的探针等实验用品。正在开发生物药物有：肿瘤疫苗、多肽药物、生物技术体外诊断试剂等。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology（2）生物药品的特点•成分复杂，而且很难精确确定；•由于大多是由多种蛋白质等组成，而且具有活性，因此受温度等的影响很大，不稳定，易变性和失活；生产过程参数变化对产品的质量影响很大；•易被微生物等污染和破坏。对于大多数生物药品来说，冷冻干燥都是它们生产过程的一项极为重要的制剂手段。根据1998年的统计，约有14%的抗生素类药品需要冻干，约有92%的生物大分子类药品需要冻干，约有52%其它生物制剂需要冻干。实际上，近年来开发出的生物药品都是运用冷冻干燥制成药剂的；而且冷冻干燥处于制药流程的最后阶段，它的优劣对药品的品质起着关键的作用。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology3.新剂型药物和生物药品冷冻干燥的基本程序•药品准备和预冻为了有利于干燥和冻干后能形成稳定的多孔结构，药品溶液必须保持一定的浓度。对于激素、酶、疫苗等剂量相对较小的热敏型药品，为了增加冻干品结构的牢固和外观的平整，大多需要添加赋形剂。对于大分子生物蛋白类药品或具有生物膜结构缓释类药品，为防止冻干过程中蛋白质的变性或膜结构的破坏，需要加入适当的冻干保护剂。药品预冻终了温度，要低于药品溶液的玻璃化转变温度Tg或共晶点温度Te。•一次干燥过程（升华干燥过程）冻结层的温度要低于共晶点温度Te或玻璃化转变温度Tg；干燥层的温度要低于塌陷温度Tc。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology•二次干燥过程（解吸干燥过程）干燥层的温度要低于塌陷温度Tc或玻璃化转变温度Tg。•装封过程一般可在冻干室内直接利用加塞系统，把瓶塞压紧；也可通过向冻干室内充入氮气后进行密封包装。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology4.生物药品冷冻干燥的关键问题1）干燥过程物料温度的控制和对干燥进程的判断•在干燥过程中，物料温度的确定和控制是十分重要的。若药品物料温度过高，物料会出现熔融、塌陷或皱缩问题；但若药品物料温度过低，不仅增加了制冷系统的负担，耗费更多能量，而且极大地降低了升华速率。•对于一次干燥过程与二次干燥过程的判断也是十分重要的问题。若一次干燥过程过早地进入二次干燥过程，将导致物料溶化；但一次干燥时间过长，耗时、耗能太大。二次干燥过程过早结束，残余水分会过高，样品无法长期贮存；但二次干燥时间过长，不仅耗时、耗能，而且有会使物料中的活性成分因过度脱水而变性失活。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology2)预冻过程中的降温速率•在水溶液的冻结过程中，先出现冰；当溶液温度降至共晶温度时，溶质才开始析出。在原先冰晶的形成与生长的情况下，溶质的析出形成了网状结构。不同的物料、不同降温速率，冰晶形成的大小不同，溶质形成的网状结构也不同；由此造成不同的升华速率、和干燥后物料的不同。所以说，预冻过程在很大程度上决定了干燥过程的快慢和冻干产品的质量。•不同生物制剂最佳的降温速率各不相同。如蛋白多肽类药物的冻干，慢速冻结通常是有利的；而对于病毒、疫苗快速降温通常是有利的；然而对于脂质体药物，较快或较慢的降温速率均不利。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology3）冻干保护剂种类与浓度不同生物制剂中活性成分的分子结构各不相同，所要求的冻干保护剂种类与浓度也各不相同，保护剂的种类与浓度决定着冻干产品的有效性和稳定性。到目前为止，还没有找到一种通用的冻干保护剂，能适用于各种生物制剂的冻干。生物药品冻干常用的冻干保护剂蛋白质氨基酸醇碳水化合物其它单糖双糖多聚糖人血清蛋白白明胶甘氨酸精氨酸丙胺酸甘露醇聚乙二醇PEG葡萄糖果糖乳糖麦芽糖蔗糖海藻糖右旋糖苷HP－βCD矿物质表面活性剂多聚物缓冲盐SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology5.冷冻干燥生物药品可能产生的变性及其防止•关于在冻干过程中蛋白质变性的一种学说为“界面变性”假说。假说认为：药品中蛋白的变化程度与冰晶与蛋白分子接触的界面总面积有关。接触界面面积越大，蛋白药品在冻干过程中活性损失越大。用“界面变性”假说可以解释以下几个关于蛋白质冻干中常见的现象。•1）快速冻结大多对蛋白类药品冻干不利，是因为快速冻结过程中，冰晶与冻结浓缩的溶液间界面面积增大，使变性蛋白质量增大。•2）低温回火常有利于蛋白类药品的冻干，是因为低温回火促使冰晶生长，冰界面面积减小。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology•3）冻干过程中浓度较高的蛋白溶液冻干后稳定性相对较好，是因冰界面处蛋白处于饱和状态。蛋白结构链伸展较少。•4）表面活性剂有利于蛋白类品药的冻干，是因为表面活性剂占据了冰界面处蛋白的位置，减少了冰晶与蛋白间的界面面积。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology6.3纤维蛋白原的冷冻干燥1.纤维蛋白胶-纤维蛋白粘合剂纤维蛋白胶又称纤维蛋白粘合剂。临床研究资料表明，纤维蛋白胶能快速有效控制外科手术过程中血液的流失，尤其在控制缓慢出血，体液渗出，针线处渗血，淋巴液渗出及实质性脏器的出血等方面具有显著特点。在临床手术和内窥镜治疗中有极高的实用价值和广阔的应用前景。目前它在组织相容性、无毒性和临床有效性等方面的性能优于其他任何一种生物或人工合成的外用止血剂。动物试验证实纤维蛋白胶具有五个主要的药理作用：①止血作用；②粘合加固作用，并促进缝合伤口的愈合；③封闭体内空腔及促进神经修复；④粘附作用，提高皮肤移植成功率；⑤减少渗出液，抗粘连作用。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology•目前，美国Immuno公司的纤维蛋白胶要求贮藏在2-8℃，而不是常温；国内有的纤维蛋白胶产品，在常温下的贮藏期不到一个月；有的纤维蛋白胶产品完全复水的时间长达30分钟，不能满足临床应用的要求。•临床应用需要冻干的纤维蛋白原复水时间短，贮藏稳定性好。我们和解放军海军411医院药学专科中心一起对纤维蛋白原的冷冻干燥进行了研究。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology2.纤维蛋白原•纤维蛋白原是纤维蛋白胶二元成份之一。由两个相同的亚基组成，每个亚基均含Aα、Bβ和γ三条肽链。•纤维蛋白胶的作用机制是在凝血酶（thrombin）的作用下，纤维蛋白原(纤原)分子裂解出纤维蛋白肽A和肽B，导致纤维蛋白单体形成；同时凝血酶也激活因子Ⅷ（factorⅧ），因子Ⅷ参与纤维蛋白的交叉联结，使纤维蛋白形成稳定的、非脆性凝块。•纤维蛋白原是一种水溶性活性蛋白，溶液状态下不稳定，易氧化变质，长时间放置会凝沉、变黄；纤维蛋白原热稳定性差，受热易变性。生产过程中，纤维蛋白原需进行冷冻干燥，然后在真空下密封保存。SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineeringUniversityofShanghaiforScienceandTechnology3.纤维蛋白原的冷冻干燥1)纤维蛋白原的制备•血浆的制备：取抗凝剂(3.8%柠檬酸钠+0.9%氯化钠+