第十九章 生物技术药物制剂

第19章生物技术药物制剂一、概述生物技术的基本概念生物技术（Biotechnology）是应用生物体（包括微生物、动物细胞、植物细胞）或其组成部分（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程的技术。现代生物技术主要包括：基因工程、细胞工程、酶工程，此外还有发酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程等。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

（二）蛋白质的不稳定性

化学不稳定性：主要指蛋白质分子通过共价键的形成和断裂形成了新的化学实体（Chemicalentity）；物理不稳定性：指蛋白质分子的高级结构的物理转变，无共价键改变。物理不稳定包括变性、聚集、沉淀和表面吸附。1．化学不稳定水解：肽和蛋白质的水解反应主要有肽链的断裂；天冬酰胺和谷氨酰胺的去酰胺反应（尤其C-氨基酸是丝氨酸和甘氨酸）；分子内的氨基分解反应形成二酮哌嗪；分子内天冬氨酸催化的肽基转移作用（蛋白水解作用）。

2．物理不稳定性

由于伸展、非天然的重新折叠、氢键的变化和疏水相互作用力的改变所引起的蛋白质的物理不稳定性可使蛋白质的三维结构发生变化。球状蛋白以减少疏水基团暴露的方式折叠，当蛋白质伸展时，球状结构松散，而且伸展的分子可进一步通过表面吸附，与其它蛋白质分子聚集或通过一些化学反应而失活，变性使蛋白质球状结构丧失。（一）液体剂型蛋白质类药物的稳定化方法

改造蛋白质：如改变蛋白质一级序列或取代反应官能团和化学修饰蛋白质的方法。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，为此本章不加以详细讨论。通过加入辅料，改变液体蛋白类药物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：①加强蛋白质稳定作用力。②使其变性状态不稳定。三．蛋白质类药物制剂的处方设计

1．缓冲液

选择缓冲液是液体蛋白质制剂研制中重要的一步，因为pH值和蛋白质的物理化学稳定性均有关，通常蛋白质的稳定pH范围很窄，准确控制制剂pH值是蛋白质稳定化的第一步，遗憾的是目前在选择缓冲体系方面毫无规律可寻，，现在常用的有磷酸盐、醋酸盐和枸橼酸盐缓冲盐，最常用的是磷酸盐。2.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，糖中蔗糖和海藻糖最常用，避免选用还原糖，因其与氨基酸有相互作用的可能。多元醇常用的有甘油，甘露醇，山梨醇（浓度1%～10%），其中甘油最为常用，糖和多元醇类的稳定作用与其使用浓度密切相关，一般认为0.3M（或5%）浓度是其作为稳定剂使用的最小量，提取分离时糖的浓度可达1mol/L，多元醇可达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。3．表面活性剂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集、沉淀和吸附，或阻止蛋白质的化学降解。可供选择的表面活性剂有二类：非离子型表面活性剂如聚山梨酯类、泊洛沙姆（Poloxamer）等。阴离子表面活性剂如十二烷基硫酸钠。4.盐类盐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、离子相互作用的性质及蛋白质的电荷。低浓度的盐通过非特异性静电作用提高蛋白质的稳定性。高浓度的盐类的作用与Hofmeister感交离子序有关：SO42->HPO42->CH3COO->F->Cl->NO3->I->CNS-,(CH3)4N+>NH4+>K+>Na+>Mg2+>Ca2+>Ba2+5．聚乙二醇类高浓度的PEG类，常作为蛋白质的低温保护剂和沉淀/结晶剂，它可与蛋白质的疏水链作用。研究表明不同分子量的PEG作用不同。如PEG300浓度0.5%或2%可抑制rhKGF的聚集；PEG200、400、600、和1000可稳定BSA和溶菌酶。PEG4000不同浓度（可高达15%）可抑制LMW-UK的热聚集。PEG类的稳定作用的机制仍不清楚。

6．大分子化合物很多大分子化合物已表明具有稳定蛋白质的作用。其稳定机制可能是大分子的表面活性、优先排除、蛋白质-蛋白质相互作用的空间隐蔽、粘度提高限制蛋白质运动及优先吸附等。

7．金属离子一些金属离子如钙、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而且种类具有特异性。通过稳定实验选择金属离子稳定剂及其浓度。8．氨基酸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。如组氨酸、甘氨酸、天冬氨酸钠、谷氨酸及赖氨酸盐酸盐不同程度抑制45℃10mM磷酸钾缓冲液中rhKGF的聚集。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。（二）液体蛋白质制剂处方组成

（1）增溶剂：蛋白质特别是非糖基化蛋白质易于聚集和沉淀，提高其溶解度的方法包括选择合适的pH、离子强度、加入氨基酸如赖氨酸、精氨酸（增溶组织纤溶酶原激活素t-PA）、表面活性剂（如十二烷基硫酸钠增溶IL-2）和HP-β-CD等。（2）抗吸附和抗聚集剂：表面活性剂如聚山梨酯８０（１％）和白蛋白（１％）。（3）缓冲液：选择合适的缓冲液是蛋白质药物制剂的一个重要内容。因蛋白质的溶解度、物理和化学稳定性都依赖于pH，选择时首先考虑维持产品稳定pH的缓冲能力，其次应考虑离子强度，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。（4）抗氧剂：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α－生育酚，常用浓度０.1%以上。此外，可采取在容器内填充惰性气体。（5）防腐剂：对多剂量注射剂需加入防腐剂。常用的防腐剂有：苯酚、苯甲醇、氯丁醇、间甲酚、尼泊金类和汞撒利等。选择防腐剂应充分注意以下问题：抗菌活性、药物的失活、使用浓度、稳定性、溶解度及相容性。（6）等渗调节剂：静脉注射剂必须等渗，常用品种有葡萄糖、氯化钠、氯化钾。用糖比用盐的效果更好。（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.喷雾干燥蛋白质药物制剂四、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

1．注射给药2．口服途径给药3．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）

1．注射给药蛋白质、多肽类药物由于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。2.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，①蛋白质类药物的胃肠道降解。②胃肠粘膜的穿透性差。③形成多聚体。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。3．其它给药途径：包括鼻粘膜、肺部、直肠、口腔粘膜、皮肤给药途径等。4．蛋白质药物的吸收促进

（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）

（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（openlooptype）（1）机械泵（2）渗透压驱动系统2．反馈系统3．控释微球制剂4．脉冲式给药系统缓释微球注射剂冻干固体粉末选择日剂量小的药物材料：PLA、PLGA最常用制备方法：复乳-液中干燥法、低温喷雾提取法、O/W乳化法、凝聚法、聚合法等产品：黄体激素释放激素、曲普瑞林、亮丙瑞林、破伤风类毒素缓释微球注射剂研究存在的问题PLA和PLGA价格昂贵，国内暂无生产制造工艺复杂、条件要求高，产率、包封率较低，不易灭菌，稳定性和重复性差等问题制备中使用二氯甲烷、丙酮、氯仿等有机溶剂，易残留脂质体注射剂脂质体作为载体可以保护药物的生物活性延长半衰期延缓释放无毒，可生物降解，原料易得等提高稳定性材料：磷脂与胆固醇制备方法：机械分散法、两相分散法、表面活性剂法多肽、酶类、免疫佐剂纳米粒注射剂纳米球或纳米囊材料：白蛋白、明胶、甲壳素等制备方法