生物技术药物制剂 药剂教研室 张娜

本章学习要求： 掌握生物技术的概念和生物技术药物的特点和理化性质。 掌握蛋白质类药物的处方与工艺。 熟悉掌握蛋白质类药物新型给药系统和评价方法。

主要内容 第一节 概 述 蛋白质类药物的结构特点与理化性质 蛋白质类药物的评价方法 第二节 多肽、蛋白质类药物的注射给药 第三节 多肽、蛋白质类药物的非注射制剂 第四节 基因传递系统

第一节 概 述 生物技术或称生物工程（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，细胞工程与酶工程。此外还有发酵工程（微生物工程）与生化工程。

二、 生物技术药物产品 生物技术药物产品，目前国内外已批准上市的约40多种，正在研究的数百种之多，这些药物均属肽类与蛋白质类药物。 1、定义 系指由重组产品、天然生化药物、微生物药物、海洋药物和生物药物的总称。

2、现代生物药物的分类 (1)基因重组多肽、蛋白质类治疗剂(即重组DNA技术)； (2)基因药物(基因治疗剂、基因疫苗、反义药物和核酸)； (3)天然生物药物(动物、植物、微生物和海洋生物药物)； (4)合成和部分合成生物药物。

3、生物技术药物的特点 多数受胃酸及消化酶的降解破坏 其生物半衰期亦较短，需频繁注射给药 即使皮下或肌肉注射，其生物利用度也较低 长期注射易造成患者心理和生理的痛苦 另外，多数多肽和蛋白质类药物不易被亲脂性膜所摄取，很难通过生物屏障。

三、生物技术药物及其制剂的发展前景 1、发展概况 自1982年第一个重组药物：人工胰岛素上市以来，第二代生物技术药物正在取代第一代多肽、蛋白质类替代治疗剂。 第一代重组药物是一级结构与天然产物完全一致的药物； 第二代生物技术药物是应用蛋白质工程技术制造的自然界不存在的新的重组药物。

生物技术药物的发展 到 1998 年为止 , 全球已有 65 个生物技术药物问市 , 另有 2600 多个生物技术药物正处于临床前的研究阶段 , 700多个生物技术药物正进行临床评价 , 其中 200 多种已进入四期临床或最后审批阶段 , 估计 2000 年全球生物技术药物的销售额会超过 200 亿美元 , 而近年内生物技术药品将占新药总数的 20% 以上。 生物技术药物有着广阔的发展前景。

生物技术药物的发展 美国一直稳居生物技术药物研发榜首，已上市 116个药物，治疗数百种疾病，2000年产值超过200亿美元；已有723种生物技术药物正在通过FDA审批。 德国已超过日本，到2001年底已有68种药物上市，正在临床试验的有100多个。 日本多数药物是与美国合作的产物，已上市的有50个药物。 我国已批准上市的品种有21种，主要通过跟踪研究与创仿相结合的方法，目前已步入自主创新阶段，并以“新型生物技术药物和疫苗”作为发展重点。

生物技术药物的发展 目前以生物技术，微电子，新材料，新能源，海洋工程和空间技术等为主要内容的新技术革命浪潮正以万钧之势迅猛发展。 在新技术革命中，生物技术又是各国优先发展的领域。传统的经典制药工业由于基因工程，细胞融合，酶工程，结构修饰等现代生物技术的渗入，使医药产品的发展进入了一个新的时期。尽管这类产品目前还不太多，但它代表了医药产品发展的方向。

生物技术药物的发展 随着生物技术药物的发展，肽和蛋白质药物制剂的研究与开发，已成为医药工业中一个重要的领域，同时给药物制剂带来新的挑战，由于生物技术产品多为多肽和蛋白质类，性能很不稳定，极易变质，因此如何将这类药物制成稳定，安全，有效的制剂，就是摆在我们面前的一大难题。 运用制剂手段将注射用药制成口服或其他途径给药，亦即研究新的给药系统，也是一项十分艰巨的任务。由于这类药物及其制剂疗效独特应用日益广泛，因而具有进一步研究的价值和广阔的发展前景。

表 已上市的部分常见生物技术药物

表 已上市的部分常见生物技术药物

蛋白质类药物的结构特点与理化性质 一、蛋白质的结构特点 (一)蛋白质的组成和一般结构 蛋白质是由许多氨基酸按一定排列顺序通过肽键相连而成的多肽链。 蛋白质的肽链结构包括氨基酸组成，肽链数目，末端组成，氨基酸排列顺序和二硫键的位置等。 组成蛋白质的氨基酸有20多种。 连接氨基酸之间的键称为酰胺键，又称肽键，是蛋白质中氨基酸之间连接最基本的共价键。

蛋白质结构 蛋白质结构可分为一、二、三、四级结构： 一级结构为初级结构，指蛋白质多肽链中的氨基酸排列顺序，包括肽链数目和二硫键位置。 二、三、四级结构为高级结构或空间结构，高级结构和二硫键与蛋白质的生物活性有重要关系。

(二)蛋白质的高级结构 蛋白质的高级结构包括二级，三级与四级结构： 二级结构指蛋白质分子中多肽链骨架的折叠方式，即肽链主链有规律的空间排布，一般有α螺旋结构与β折叠形式。

α螺旋与β折叠

(二)蛋白质的高级结构 三级结构是指一条螺旋肽链，即已折叠的肽链在分子中的空间构型，即分子中的三维空间排列或组合的方式，系一条多肽链中所有原子的空间排部。 四级结构是指具有三级结构的蛋白质的各亚基聚合而成的大分子蛋白质。

蛋白质高级结构示意图

蛋白质的四级结构 胰岛素的四级结构可以由两个以上的分子量为6000或12000的小亚基聚合而成。 所谓亚基就是含有二条或多条多肽链的蛋白质，这些多肽链彼此以非共价链相连，每一条多肽链都有自己的三级结构，此多肽链就是该蛋白质分子的亚单位（亚基）。

二条亚基的四级结构

六条亚基的四级结构

蛋白质分子的空间结构 蛋白质分子的构象又叫空间结构、 高级结构、立体结构、 三维构象等，它是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布。 这种空间排布的变化，仅涉及到氢键等次级键的生成与断裂，但不涉及共价键的生成与断裂。

丰富多彩的蛋白质世界

蛋白质分子的空间结构与生物活性 蛋白质分子只有在其立体结构呈特定的构象（conformation)时才有生物活性， 形成稳定的蛋白质分子构象的作用力有氢键、疏水作用力（hydrophobic force)、离子键、范德华力、二硫键与配位键。 除二硫键为共价键外，其余都是非共价键，维持蛋白质构象是弱作用力。

维持蛋白质构象的作用力 蛋白质分子中二级结构α螺旋、 β折叠的形成依靠氢键，可以说蛋白质分子内部布满了氢键。 疏水作用力也称疏水键，系两个疏水基为了避开水相而群集在一起的作用力，在维持蛋白质三级结构起重要作用，也是形成生物膜的主要作用力。

维持蛋白质构象的作用力 范德华力对稳定和维持三级，四级结构十分重要。 离子键对于维持蛋白质四级结构是不可缺少的。不少蛋白质含有金属离子，而金属离子是通过配位键与蛋白质结合，故结合蛋白质是由氨基酸成分与非氨基酸通过配位组成。

金属离子配位键

二、蛋白质的理化性质 (一)蛋白质的一般理化性质 1、旋光性 蛋白质分子总体旋光性由构成氨基酸各个旋光度的总和决定，通常是右旋，它由螺旋结构引起。 蛋白质变性，螺旋结构松开，则其左旋性增大。

(一)蛋白质的一般理化性质 2、 紫外吸收 大部分蛋白质均含有带苯丙氨酸，酪氨酸与色氨酸，苯核在紫外280nm有最大吸收。氨基酸在紫外230nm显示强吸收。

(一)蛋白质的一般理化性质 3、蛋白质两性本质与电学性质 蛋白质除了肽链N-末端有自由的氨基和C-末端有自由的羧基外，在氨基酸的侧链上还有很多解离基团， 这些解离基团在一定pH条件下都能发生解离而带电。 因此蛋白质是两性电解质，在不同pH条件下蛋白质会成为阳离子，阴离子或二性离子。

(二)蛋白质不稳定的原因 1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 共价键改变引起蛋白质不稳定的化学反应有水解，氧化和消旋化， 此外还有蛋白质的特有反应，即二硫键的断裂与交换。 有时几种反应同时进行

1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 蛋白质在其等电点（IP）时一般最稳定，溶解也最少。 在蛋白质等电点相应的pH所有离子的净电荷为零，因而减少了电荷排斥和蛋白质伸展的趋势。

1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 (1)蛋白质水解 蛋白质可被酸，碱和蛋白酶催化水解，使蛋白质分子断裂，分子量逐步变小，成为分子量大小不等的肽段和氨基酸。 水解分完全水解与不完全水解。

1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 (2)蛋白质的氧化 蛋白质中具有芳香侧链的氨基酸可以在一些氧化剂作用下氧化。 常用氧化剂有分子氧、过氧化氢、过甲酸、 氧自由基等。

1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 (3)外消旋作用(racemization) 某些旋光性物质在化学反应过程中，由于不对称碳原子上的基团在空间位置上发生转移，使D-或L-型化合物转变为D-型和L-型各50%的混合物，彼此旋光值抵消，失去旋光性，这种现象称为外消旋作用。 当蛋白质用碱水解时往往会使某些氨基酸产生消旋作用。

1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 (4) 二硫键及其交换 二硫键（-S-S-）又叫二硫桥或硫硫桥，是很强的化学键。 它是由两个半胱氨酸侧链上的疏基（-SH）脱氢相连而成。 二硫键把同一肽链或不同肽链（肽链间）的不同部分连接起来，对稳定蛋白质的构象起重要作用。

1、蛋白质药物由于共价键破坏引起不稳定性 蛋白质分子中二硫键的数目愈多，则结构稳定性和抗拒外界因素的能力也愈强。 蛋白质分子中二硫键断裂接着重排能够改变蛋白质的三级结构，因此影响其生物活性。

2 、由非共价键引起的不稳定性 引起蛋白质不可逆失活作用的三种主要类型 聚集（aggregation)，宏观沉淀，和表面吸附与蛋白质变性， 这些都是由于与空间构象有关的非共价键引起。 非共价的静电力，氢键，疏水的相互作用以及蛋白质的水化，可以因温度于pH而发生改变。

2 、由非共价键引起的不稳定性 蛋白质的不可逆失活，一般以自然状态开始可逆的伸展，随着温度的增加，溶液中的蛋白质分子在熔融温度(Tm)从天然的状态转变为伸展状态。 溶液pH可以影响静电的相互作用。 Tm为50%分子伸展时的温度。

2 、由非共价键引起的不稳定性 (1)蛋白质的聚集与沉淀 蛋白质聚集(凝集，aggregation)是蛋白质分子结合的微观过程。 蛋白质沉淀(precipitation)指可见蛋白质颗粒的生成。 不可逆的聚集往往是由于蛋白质伸展所致。

2 、由非共价键引起的不稳定性 蛋白质溶液振摇可以导致聚集与沉淀， 这是由于空气氧化，界面变性，吸附于容器 或机械应力所致。

2 、由非共价键引起的不稳定性 (2)蛋白质的吸附 蛋白质和多肽吸附于容器、滤器或输液系统材料的表面， 当蛋白质溶液浓度较低时，由于吸附药物损失相对就较高。

2 、由非共价键引起的不稳定性 (3)蛋白质的变性 蛋白质在受到一些物理因素或化学试剂影响会导致蛋白质性质发生变化， 破坏蛋白质分子三维结构有关氢键及其他弱键(二级结构以上的高级结构的破坏)，导致蛋白质生物活性的丧失(抗原性改变，生物功能丧失)同时还伴随一些物化常数的变化。 如发生溶解度的降低、旋光值改变、 光吸收系数的增大、粘度改变、 聚集，沉淀等。 但蛋白质的一级结构即肽键没有被破坏, 这种现象称为蛋白质的变性(denaturation)。

2 、由非共价键引起的不稳定性 天然蛋白质在体内条件下， 具有呈现全部生物功能所需要的精确的构象。 变性作用是天然蛋白质分子结构的松解， 蛋白质的变性也可以说是从肽链的折叠（refolding)状态变到伸展（unfolding)状态。 天然蛋白质在体内条件下， 具有呈现全部生物功能所需要的精确的构象。 变性作用是天然蛋白质分子结构的松解， 即由原来有规则，紧密结构变成 无规则，松散结构。

2 、由非共价键引起的不稳定性 变性可以分可逆变性和不可逆变性。 除去变性因素，蛋白质构象可以恢复原状的，叫可逆变性。 盐析

影响蛋白质变性的因素 ①温度的影响： 蛋白质在50~60°C的溶液中，经过一定时间，往往发生变性。 有些蛋白质热变性是可逆的，有些是不可逆的。 不可逆热变性往往发生沉淀和聚集现象。 一般来说，热变性仅涉及非共价键的变化。

影响蛋白质变性的因素 ②pH对蛋白质构象的影响： 大多数蛋白质，仅在pH4-10的范围内是稳定的，超过这个范围，就发生变性，

影响蛋白质变性的因素 脱水 ③有机溶剂的影响： 大多数蛋白质水溶液在加入一定量的有机溶剂后蛋白质就开始析出沉淀。

影响蛋白质变性的因素 ④盐的影响：盐对蛋白质构象稳定性的影响是很复杂的。 蛋白质水溶液中加入少量无机盐会增加蛋白质表面负荷，增强蛋与水的作用从而使蛋白质在水中溶液度增大，这种现象称为盐溶（salting in)。 在高盐浓度情况下，本来与蛋白质结合的自由水与盐解离产生的离子进形配位，蛋白质表面水层被破坏，最终导致蛋白质之间的相互作用增加而发生聚集，这种现象叫盐析（salting out)。

影响蛋白质变性的因素 ⑤ 表面活性剂对蛋白质构象的影响： 长链的脂肪酸（如月桂酸）或相应的表面活性剂（如十二烷基硫酸钠）很容易与蛋白质反应， 常常引起蛋白质解离，在很低的浓度下，就能引起蛋白质变化。

蛋白质类药物的评价方法 一、液相色谱法 液相色谱法是评价蛋白质的纯度与稳定性有力的工具。 在蛋白质分析中通常采用反相高压液相色谱法RP-HPLC、离子交换色谱IEC与分子排阻色谱SEC。 反相色谱是以非极性固定相与含水的极性流动相为基础的分析方法。 应用反相HPLC，由于有机溶剂，疏水的相互作用及分离时所用低pH值，会使蛋白质变性。 然而该方法对几种蛋白质特别有用，并被广泛地用于胰岛素制剂的质量分析。

蛋白质类药物的评价方法 二、光谱法 通过对蛋白质吸收、辐射、散射光的定量分析可以提供有价值的信息，了解蛋白质的量、构象和聚集倾向。 用于评价蛋白质药物的光谱方法有紫外可见吸收光谱UV 、旋光色散ORD、圆二色谱CD、荧光、红外IR和拉曼Raman光谱。 紫外吸收常用于测定溶液中蛋白质的浓度。 光散射可用测定制剂中蛋白质的聚集数量， 散射强度是单位体积散射中心数的函数。

蛋白质类药物的评价方法 三、电泳 电泳技术是根据在电场的作用下，蛋白质在载体凝胶上产生特征性迁移，迁移率是所带净电荷和它的大小函数，以此来分离混合蛋白质。 在蛋白质的分析中广泛使用十二烷基硫酸钠-聚丙烯胺凝胶电泳（SDS-PAGE），等电点聚焦(isoclectric focusing，IEF)和毛细管电泳（EC）法。 SDS-PAGE电泳用于测定蛋白质亚单位组成和分子量。 EC优点是：分辨率高、灵敏度高、分析时间短、易于自动化。

蛋白质类药物的评价方法 四、生物活性测定与免疫测定 生理活性检测是利用体内模型或体外组织或细胞对活性蛋白质多肽的特异生物学反应，通过剂量(或浓度)效应曲线进行定量（绝对量或比活性单位）。 用理化方法代替生物活性测定时，需建立两种方法之间的相关性。 免疫测定优点是可用于定量化学分析不能检测的情况。

蛋白质类药物制剂的评价 1、制剂中药物的含量测定； 2、制剂中药物的活性测定； 3、制剂中药物的体外释药速率测定； 4、制剂的稳定性研究（物理和化学稳定性）； 5、体内药动学研究； 6、刺激性和生物相容性研究。

生物技术药物的特点 1．蛋白质或多肽类药物大多为内源性物质，临床使用剂量小，药理活性高，副作用小，很少有过敏反应； 2．蛋白质或多肽类药物稳定性差，在酸碱环境或体内酶存在下极易失活； 3．蛋白质或多肽类药物分子量大，还时常以多聚体形式存在，很难透过胃肠道粘膜的上皮细胞层，故吸收很少，不能口服给药，一般只有注射给药一种途径； 4．蛋白质或多肽类药物体内生物半衰期较短，从血中消除较快，因此在体内的作用时间较短，往往不能充分发挥其作用。

生物技术药物给药系统的研究开发 （1）对于蛋白质或多肽类药物的普通注射剂，关键是提高其稳定性； （2）对于体内生物半衰期较短的蛋白质或多肽类药物，需要研究其长效制剂，以延长作用时间； （3）对于需要长期给药的蛋白质或多肽类药物，要研究可减少给药次数的新剂型； （4）研究开发生物技术药物的非注射给药新剂型，如鼻腔给药系统、肺部给药系统及口服给药系统等。 （5）基因传递系统需要解决安全性、靶向性等问题。

第二节 多肽、蛋白质药物的注射给药 一、 蛋白质类药物的一般处方组成 目前临床上应用的蛋白质类药物注射剂， 一为溶液型注射剂， 第二节 多肽、蛋白质药物的注射给药 一、 蛋白质类药物的一般处方组成 目前临床上应用的蛋白质类药物注射剂， 一为溶液型注射剂， 另一种是冷冻干燥型注射剂。 溶液型使用方便，但需在低温（2~8°C）下保存。冷冻干燥型比较稳定，但工艺较为复杂。

1. 溶液型注射剂 在设计多肽 、蛋白质药物的溶液型注射剂时，一般要考虑加入缓冲剂和稳定剂 ; 有时还可加入防腐剂。 多肽 、蛋白质药物溶液型注射剂一般要求在 2～8 ℃下保存 ，不能冷冻或振摇，取出后在室温下一般要求在6～12h内使用。 在多肽、蛋白质药物的溶液型注射剂中常用的稳定剂包括缓冲剂、盐类、表面活性剂类、及糖类、氨基酸和人血清白蛋白 (HSA) 等。

溶液型蛋白质类药物的稳定化方法 （1）缓冲剂 （2）盐类 一般说来pH值和离子强度对蛋白质的稳定性及溶解度都有很大影响，通常在蛋白质药物溶液配制中采用适当的缓冲系统是很必要的。 （2）盐类 盐类除了影响蛋白质的稳定性外，其浓度对蛋白质的溶液度与聚集均有很大影响。

（2）盐类 在低浓度下可能以盐溶为主 , 而高浓度下则可能发生盐析。 在适当的离子和浓度下 , 无机盐可增加蛋白质的表面电荷 , 促进了蛋白质与水的作用 , 从而增加其溶解度； 相反 , 无机盐可通过与水的更强的作用 , 破坏蛋白质的表面水层 , 促进了蛋白质之间的相互作用而使其产生聚集等。 在多肽、蛋白质药物的溶液型注射剂中常用的盐类有 NaCl 和 KCl 等。

（3）表面活性剂 离子型表面活性剂常会引起蛋白质变性。 少量的非离子型的表面活性剂 ( 主要是聚山梨酯类 ) 具有防止蛋白质聚集的作用。 可能的机理是表面活性剂倾向性地分布于气 / 液或液 / 液界面 , 防止蛋白质在界面的变性等。 聚山梨酯类可用于单抗制剂和球蛋白制剂等。

（4）糖类 糖类与多元醇等可增加蛋白质药物在水中的稳定性 , 这可能与糖类促进蛋白质的优先水化有关。 常用的糖类包括庶糖、葡萄糖、海藻糖和麦芽糖； 常用的多元醇有甘油 、甘露醇、山梨醇、 PEG 和肌醇等。

（5）血清蛋白 HAS 易被吸附 , 可减少蛋白质药物的损失； 血清蛋白可以稳定多肽 、蛋白质药物 可部分降低产品中痕量蛋白质酶等对蛋白类药物的破坏； 可保护蛋白质的构象； 也可作为冻干保护剂,如在白介素－2、干扰素和组织纤溶酶原激活素(t-PA) 等制剂中。 血清蛋白可以稳定多肽 、蛋白质药物 人血清蛋白（ HAS） 可用于人体 , 在一些市售的生物技术药物制剂中已被用作稳定剂 , 用量为 0.1%～0.2% 。

（5）血清蛋白 HAS 可稳定 HAS易干扰多肽、蛋白质药物的分析, 对产品纯度的影响应予以注意。 干扰素类 白介素-2 EPO 尿激酶 单抗制剂、 组织纤维酶原激活剂 肿瘤坏死因子 球蛋白制剂 乙肝疫苗 HAS 可稳定

（6）氨基酸 一些氨基酸如甘氨酸、精氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺等 , 可以增加蛋白质药物在给定 pH 下的溶解度 , 并可提高其稳定性 , 用量一般为 0.5%～5%, 其中 , 甘氨酸比较常 用。 氨基酸除了可降低表面吸附和保护蛋白质的构象之外 , 还可防止多肽、蛋白质药物热变性与聚集。 氨基酸类可稳定干扰素、 EPO 、尿激酶和门冬酰胺酶等。

2. 注射用无菌粉末 设计多肽、蛋白质药物的注射用无菌粉末（冷冻干燥制剂更为常用）时，一般可考虑加入填充剂、缓冲剂和稳定剂等。 多肽、蛋白质药物注射用无菌粉末在临用时加注射用水或专门的稀释液溶解 , 如人生长激素(hGH) 冻干制剂配有 2.5ml 的稀释液 ( 装于 5 ml安瓿中 ), 其中含 0.3% 的防腐剂 ( 甲酚 ) 和 1.7% 的等张调节剂 ( 甘油 ),pH 为 7.5 。 溶解后一般也要求在 2～8 ℃下保存 ,不能冷冻或振摇 , 并按要求在规定时间内使用 , 有的还需要避光。 设计多肽、蛋白质药物的注射用无菌粉末（冷冻干燥制剂更为常用）时，一般可考虑加入填充剂、缓冲剂和稳定剂等。

固体状态蛋白质药物的 稳定性与工艺 在一些蛋白质药物不能采用溶液型制剂时， 往往用冷冻干燥与喷雾干燥的工艺解决这类制剂的稳定性问题， 固体状态蛋白质药物的 稳定性与工艺 在一些蛋白质药物不能采用溶液型制剂时， 往往用冷冻干燥与喷雾干燥的工艺解决这类制剂的稳定性问题， 这两种工艺均可用于热敏感药物的脱水以延缓溶液中常见的分解作用。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 冷冻干燥制备蛋白质类药物制剂主要考虑两个问题： 一是选择适宜的辅料，优化蛋白质药物在干燥状态下的长期稳定性。 二是考虑辅料对冷冻干燥过程一些参数的影响，如最高与最低干燥温度，干燥时间，冷冻干燥产品的外观等。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 关于蛋白质类药物添加剂的选择，首先要认识到虽然冻干可以使蛋白质药物稳定，但不应忽略有些蛋白质药物在冻干过程中反而失去活性。 另外，高浓度的盐、缓冲组分的结晶或缓冲液 pKa对温度敏感而导致pH变化，浓缩时蛋白质有限的溶液度等均能导致蛋白质药物失活。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 在选择冻干制剂的缓冲体系时，要考虑到温度对pH和缓冲系统溶液度的影响。 冻干状态与溶液状态的稳定机制不同，冻干状态的稳定机制可能是除去水化层后，辅料作为水的替代物结合在蛋白质上。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 单剂量的蛋白质药物的量一般很少，冻干过程中和除去水分后，瓶内只剩很少的物质，也不会形成冻干饼块，因此用填充剂来改善产品的外观。 甘露醇是最常使用的填充剂，它还可作冻干保护剂。 其他羟基醇如山梨醇、蔗糖、葡萄糖、右旋糖酐也可用作增容填充剂。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 糖类与多元醇还具有冻干保护剂的作用。 在冷冻干燥过程中随着周围的水被除去蛋白质容易发生变性 , 而糖类和多元醇等多羟基化合物可代替水分子 , 使蛋白质与之产生氢键（水置换假说）。 这对蛋白质药物的稳定是十分有利的。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 溶液中的成分也可以影响冷冻干燥过程中与热有关的工艺参数。 冻干过程中与热有关的性质有：制剂的冷冻温度，有可能使饼状物熔化或坍塌的温度，有可能使产品发生降解的温度。

(1)冷冻干燥蛋白质药物制剂 在冻干过程中还应考虑药物的含水量与饼状物的物理状态(无定性或晶形)，其物理状态与冷冻过程的温度及添加剂有关。无定形的水分含量一般较高。 水分的增加会降低饼状物的物理稳定性并可能导致贮藏过程中饼状物的坍塌。此外水分也可以影响蛋白质的化学稳定性。 DSC是表征与优化冻干工艺有用的技术。

(2)喷雾干燥蛋白质药物制剂 喷雾干燥的特点是所得产品可以控制颗粒大小与形状，生产出流动性很好的球状颗粒。此项工艺对制备蛋白质类药物的控释制剂特别是发展新的给药系统是很有用的。 在喷雾干燥过程中也可加入稳定剂。 喷雾干燥的缺点是操作过程中损失大，特别是小规模生产，水分含量高。

二、新型注射给药系统 要延长蛋白质药物在体内血浆半衰期就需要改变蛋白质的体内药物动力学性质，可以对蛋白质的分子进行化学修饰以抑制其药理清除达到延长蛋白质类药物血浆半衰期的目的。 PEG化 除了化学修饰外，用控制药物释放 来延长药物在体内的作用时间， 达到提高疗效的目的。 这方面的研究有控释微球制剂与脉冲式给药系统。

（一）控释微球制剂 为了达到蛋白质类药物控制释放，可将其制成生物可降解的微球制剂 目前已经实际应用的生物可降解材料有聚乳酸（PLA）或聚乳酸乙醇共聚物（PLGA） 聚丙交酯-乙交酯

（一）控释微球制剂 首次经FDA批准的蛋白质类药物微球制剂就是醋酸亮丙瑞林PLGA微球。

PLGA微球 O/W液中干燥法 O/O液中干燥法

A B C (A) PLGA 15000 (B) PLGA 20000 (C) PLGA 30000

PLA微球光镜照片（×160）

PLA微球电镜照片(×2000)

国外开发的LHRH及其类似物缓释注射剂 药物 生物 半衰期 剂型 商品名 骨架 缓释时 开发公司       　 国外开发的LHRH及其类似物缓释注射剂 药物 生物 半衰期 剂型 商品名 骨架 缓释时 开发公司 LHRH 亮丙瑞林 (leuprorelin) 活性 /min   材料 间/月 1 8 15 16 微球 Prostap SR， PLGA Abott/武田 Enantone， 75∶25 Lucrin， Lupron， Tap-144 SR PLA 3 武田(1996年 向欧美提出 新药申请)

国外开发的LHRH及其类似物缓释注射剂 曲普瑞林 (triptorelin) 100 30 微球 Decapeptyl PLCG 1 Ipsen/   50∶50 Ferring 布舍瑞林 (buserelin) 25 80 注射埋 Hoechst 植剂 75∶25 高舍瑞林 (goserelin) 75 Zoladex ICI 那法瑞林 (nafarelin) 200 144 PLCA Syntex/South Res.Inst.(Ⅱ 期临床)

研究中的其它多肽、蛋白质药物微球注射剂 药物 适应证 剂型 骨架 研究进展 材料 促红细胞生成 肾功能不全 微球 PLGA 体外缓释   　研究中的其它多肽、蛋白质药物微球注射剂 药物 适应证 剂型 骨架 研究进展 材料 促红细胞生成 肾功能不全 微球 PLGA 体外缓释 素(EPO) 贫血 50∶50 2周 γ-干扰素 肉芽瘤 (rhIFN-γ) 7 d 白介素(IL-α) 肿瘤免疫 动物体内 治疗 缓释7 d 75∶25   人粒细胞巨噬细 骨髓移植 胞集落刺激因子 缓释9 d (GM-CSF) 人生长激素 生长不良 (rhGH) 缓释30 d 生长抑素 生长激素分 注射埋 (somatostatin) 泌亢进 植剂 缓释250d

此类制剂尽管有发展前景，但仍存在许多问题， 主要是由于体内多聚物降解而产生酸性环境使蛋白分子不稳定， 因而在其他类型的生物技术产品的应用上受到限制。

常用于制备多肽、蛋白质等生物大分子药物微球的方法： 1、喷雾干燥法 2、复乳液中干燥法 3、低温喷雾干燥法 4、超临界萃取法

超临界萃取法 超临界流体既具有对溶质有较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散和动运的特点。 更为重要的是在临界点附近，压力和温度微小的变化都可以引起流体密度很大的变化，并相应地表现为溶解度的变化。

超临界萃取法 在制备微粒中根据聚合物及药物的溶解特性 又分为 超临界溶液快速膨胀（rapid expansion of supercritical solution，RESS）技术 和气体反溶剂（gas antisolution,GAS）技术。

RESS技术 RESS技术是将固体物质在一定的温度和压力下溶解在超临界流体中形成溶液， 然后将此高压溶液从一个细小的喷嘴(内径为几十微米，长约几个)喷射到常压的空间中， 由于超临界流体在减压的过程中变成了气体， 溶解在其中的溶质就沉淀析出，产生直径从几百纳米到几个微米左右的颗粒。

GAS技术 GAS技术是将溶质先溶解在某种有机溶剂中， 然后将此溶液与超临界流体混合。 由于有机溶剂可溶于超临界流体而溶质不溶， 于是溶质析出形成微粒。

控释微球制剂 由于微球的注射剂量有限 , 在制备多肽、蛋白质药物缓释微球时 , 应选择日剂量小的药物 ； 微球的释药模式与药物的临床需求应基本吻合 ； 微球中药物的包封率要高 , 释药时突释作用应较小 ( 这是一个难题 ), 释药模式要恒定 , 释药时间要达到要求。

(二)脉冲式给药系统 肝炎、破伤风、白喉等疾病所用预防药物即疫苗或类毒素均为抗原蛋白，其中乙肝疫苗已能用生物技术制造。使用这些疫苗全程免疫至少进行三次接种，才能确证免疫效果 由于种种原因，全世界不能完成全程免疫接种而发生辍种率达70% 因此为了提高免疫接种的覆盖率，减少一些重大疾病的死亡率，世界卫生组织疫苗发展规化主要目标之一，就是将多剂疫苗发展为单剂疫苗， 其中之一就是研制成脉冲式给药系统。

脉冲式给药系统示意图

研究中的一次性注射疫苗微球 抗原 微球骨架材料 粒径/μm 体内释药模式 动物及用药途径 BSA 乙烯醋酸乙 0.3 初始突释，以后   　 研究中的一次性注射疫苗微球　 抗原 微球骨架材料 粒径/μm 体内释药模式 动物及用药途径 BSA 乙烯醋酸乙 0.3 初始突释，以后 小鼠皮下埋植 酯(EVAC) 连续释药   γ-核糖核 EVAC 兔皮下埋植 酸酶A 聚TTH-亚氨 0.5克微球(内 连续释药后期 基碳酸盐 含BSA 50mg) 减慢 卵清蛋白 PLGA50∶50 5.34 小鼠腹腔注射 34 kDa SEB PLGA 1～10 50∶50 20～50

白喉类毒素 PLA 30～100 初始突释，以 小鼠气管滴注至 49kDa 后连续释药 肺、皮下注入 MN-rgp120 PLGA 20～100 脉冲释药 豚鼠皮下注入 HSD白喉 PLGA 65∶35 5～90 连续释药 大鼠、猴肌注 类毒素   PLGA 50∶50 0.37～0.50 小鼠皮下、肌注 34kDa 及鼻腔用药 各种多肽 0.45～0.60 小鼠腹腔、肌内 抗原 50∶50 1.21～3.20 注射 6.24～32.1 　注：BSA：牛血清白蛋白；SEB：葡萄球菌肠毒素β类毒素；MN-rgp120：人免疫缺陷病毒(HIV-1)预防疫苗的蛋白亚单位

(三)主要发展方向 注射型给药系统主要以生物降解材料为载体， 天然聚合物：明胶、葡聚糖、白蛋白、甲壳素等。 合成聚合物：PLA、聚丙交酯、聚己内酯、聚羟丁酸等。

(1)埋植型缓控释给药系统(棒状结构) 如：布舍瑞林+PLA熔融混合→ 挤出条状物(直径为1mm)→ 切割成单剂量(含3.6mg药物/段)→ 灭菌→ 密封于一次性注射器内(供皮下或肌肉注射，缓控释作用可达1年以上)。

(2)微球型缓控释注射给药系统 一般皮下或肌肉注射，粒径<500um。 主要制备技术：相分离法、复乳-液中干燥法、喷雾干燥法、喷雾冷冻法、熔融挤出法等(缓释作用可达1~3个月)。

(3)纳米型给药系统 粒径<200nm，皮下或肌肉注射缓控释，静脉和动脉给药靶向性） 主要剂型有：脂质体、微乳和复乳、脂质纳米粒、纳米球和纳米囊。

第三节 多肽、蛋白质药物非注射制剂 蛋白质和多肽类药物非注射途径包括鼻腔、口服、直肠、口腔、透皮、眼内和肺部给药，其中鼻腔似乎最有前景，然而口服给药是目前最受欢迎的给药途经。 蛋白质类药物非注射途经系统存在的主要问题是 药物穿透粘膜能力差，易受酶的降解，以至生物利用度很低。

为了提高这类药物制剂的生物利用度，一般采用以下方法： (1)对药物进行化学修饰或制成前体药物； (2)应用吸收促进剂； (3)使用酶抑制剂； (4)采用离子电渗法皮肤给药。

吸收促进剂作用机制 (1)增强药物的热力学运动，使药物不易聚集，溶解性增加，易于吸收； (2)改变上皮细胞的体积，使细胞间转运更易进行； (3)增加生物膜的流动性，使药物容易穿过，或引起膜磷酯排列的混乱或是促进膜中蛋白的沥滤； (4)抑制药物的水解。

(一)鼻腔给药系统 鼻腔给药对多肽蛋白质药物在非注射剂型中是一个较有希望的给药途经。 由于鼻腔粘膜中动静脉和毛细淋巴管分布十分丰富，鼻腔呼吸区细胞表面具有大量微小绒毛，鼻腔粘膜的穿透性较高而酶相对较少，对蛋白质类药物的分解作用比胃肠道粘膜为低，因而有利于药物的吸收并直接进入体内血液循环。 为了提高蛋白质类药物鼻腔给药的生物利用度，可采用吸收促进剂。

鼻腔给药常用吸收促进剂 (1)胆酸盐类：甘胆酸盐、胆酸盐、去氧胆酸盐、牛磺胆酸盐、葡萄糖胆酸盐、鹅去氧胆酸盐、乌索去氧胆酸盐等。 (2)脂肪酸及其酯类：癸酸酯、辛酸酯、月桂酸酯等。 (3)其它：十二烷基硫酸钠、柠檬烯、牛磺双氢褐霉素钠、壳聚糖等。

(二) 肺部给药系统 肺部具有巨大的可供吸收的表面积和十分丰富的毛细血管 , 从肺泡表面到毛细血管的转运距离极短 , 而且肺部的酶活性较胃肠道低 ,没有胃肠道那么苛刻的酸性环境 , 在肺部吸收的药物可直接进入血液循环 , 故可避开肝脏的首过效应。 现在人们已越来越多地意识到 , 肺部对那些在胃肠道难以吸收的药物 ( 如大分子药物 ) 来说可能是一个很好的给药途径。

早在 1987 年就有人进行了糖尿病患儿的胰岛素吸入治疗； 1993 年以来很多人进行过糖尿病患者的胰岛素雾化吸入治疗 , 有人证实胰岛素吸入的生物利用度达 15 % 左右 , 有人证实胰岛素吸入可以调节餐后高血糖。

近年来胰岛素的肺部给药 系统又取得了较大进展 , 如 Aradigm 公司开发了可精确控制给药量的雾化吸人装置 (AERx), 在健康志愿者和糖尿病患者身上达到了与皮下注射相似的降糖效果 , 而且重现性较好； Dura和 Inhale 公司则开发了胰岛素的粉末吸入装置 , 在餐后高血糖的控制与长期给药的疗效方面都获得了较好的结果 , 与皮下注射给药进行了二个月的比较 , 对血糖的控制几乎相同 , 而且粉末吸入组没有出现肺部的损害。 这些研究显示了多肽、蛋白质药物肺部给药系统的光明前景。

(二) 肺部给药系统 目前肺部给药系统存在的主要问题： (1)长期给药后安全性评估； (2)肺吸收分子大小的限制； (3)促进吸收的措施； (4)稳定的蛋白质药物的处方设计等。

(三)口服给药系统 蛋白质类口服给药主要存在的问题： (1)在胃内酸催化降解； (2)在胃肠道内的酶水解； (3)对胃肠道粘膜的透过性差； (4)在肝的首过效应。

蛋白质类口服给药主要剂型： (1)微乳制剂； (2)纳米囊； (3)肠溶软胶囊； (4)微球制剂； (5)脂质体等。

(四)口腔粘膜给药系统 口腔粘膜较鼻腔粘膜厚，但无角质层，面颊部血管丰富，药物吸收后可经颈静脉、上腔静脉直接进入全身，可胃肠消化液降解和肝的首过效应。 口腔粘膜吸收主要改进药物的膜穿透性和抑制药物的代谢。

口腔粘膜给药常用吸收促进剂有： 甘胆酸钠、去氧胆酸钠、 梭链孢酸钠、聚氧乙烯(9)月桂基醚、 聚氧乙烯(9)辛基醚、 十二烷基硫酸钠、磷脂酰肌醇等。

(五)直肠给药系统 直肠内水解酶活性比胃肠道低，pH接近中性， 且药物吸收后可基本上避免肝的首过效应。

直肠给药常用吸收促进剂有： 水杨酸、5-甲氧基水杨酸、 去氧胆酸钠、 DL-苯基苯胺乙醚乙酸乙酯(DL-phenylalanine ethyl acetoacetate)、 聚氧乙烯(PEO-9-月桂基醚)、 烯胺类(enamine)衍生物如D-甘氨酸钠、 D-亮氨酸钠、 D-苯丙氨酸钠等。

（六） 经皮给药系统 皮肤的穿透性低是多肽和蛋白质药物经皮吸收的主要障碍， 但皮肤的水解酶活性相当低，为多肽和蛋白质药物经皮吸收创造了有利条件。

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