第十八章生物技术药物制剂第一节概述一、基本概念和特点生物技术又称生物工程，是利用生物有机体（动物、植物和微生物）或其组成部分（包括器官、组织、细胞或细胞器等）发展各种生物新产品或新工艺的一种技术体系。

生物技术一般包括基因工程（含蛋白质工程）、细胞工程、发酵工程和酶工程。

其中以基因工程为核心以及具备基因工程和细胞工程内涵的发酵工程和酶工程才被称为现代生物技术，以示与传统的生物技术相区别。

生物技术药物是指采用现代生物技术，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的药品。

运用DNA重组技术和单克隆抗体技术生产的蛋白质、多肽、酶、激素、疫苗、单克隆抗体和细胞生长因子等类药物，也称为生物技术药物。

生物技术药物绝大多数是生物大分子内源性物质，即蛋白质或多肽类药物。

临床使用剂量小，药理活性高，副作用少，很少有过敏反应。

但这类药物稳定性差，在酸碱环境或体内酶存在下极易失活；分子量大，时常以多聚体形式存在，很难透过胃肠道黏膜的上皮细胞层，故吸收很少，不能口服给药，一般只有注射给药一种途径，这对于长期给药的病人而言，是很不方便的；另外很多此类药物的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，没有充分发挥其作用。

二、生物技术药物的研究概况生物技术药物多数易受胃酸及消化酶的降解破坏，其生物半衰期也普遍较短，需频繁注射给药，造成患者心理与身体的痛苦。

即使皮下或肌内注射，其生物利用度也较低。

另外多数多肽与蛋白质类药物不易被亲脂性膜所摄取，很难通过生物屏障。

因此生物技术药物的新剂型发展十分迅速，如对药物进行化学修饰，制成前体药物，应用吸收促进剂，添加酶抑制剂，增加药物透皮吸收及设计各种给药系统等。

主要方向是研究开发方便合理的给药途径和新剂型：①埋植剂缓释注射剂，尤其是纳米粒给药系统具有独特的药物保护作用和控释特性，②非注射剂型，如呼吸道吸入直肠给药、鼻腔、口服和透皮给药等。

研究和开发新剂型也是解决生物技术药物生物利用度、稳定性等诸多问题的重要途径。

三、生物技术药物的结构特点与理化性质为了研究生物技术药物制剂或新的给药系统，必须了解其主要组成部分——蛋白多肽类药物的结构与性能。

（一）蛋白多肽类药物的结构特点氨基酸是组成蛋白质的基本单元。

根据电荷不同分为正电性与负电性氨基酸。

蛋白质结构中的化学键包括共价键与非共价键，前者包括肽键（一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的羧基失水而成的酰胺键）和二硫键（二个半胱氨酸的-SH脱氢而成的-S-S-键），后者则包括氢键、疏水键、离子键、范德华力和配位键等。

蛋白质的结构分为四级。

一级结构（初级结构）是指多肽链中氨基酸的排列顺序，其维系键是肽键，蛋白质的一级结构决定其空间结构；二级结构为多肽链的折叠方式，包括（螺旋与（折叠结构等；三级结构是指螺旋或折叠的肽链的空间排列组合方式；每条多肽链都具备固有的三级结构，称为蛋白质的亚基，四级结构则是指二个以上的亚基通过非共价键连接而形成的空间排列组合方式。

蛋白质的二、三、四级结构统称为高级结构，主要是由非共价键和二硫键来维持。

（二）蛋白多肽类药物的理化性质蛋白质大分子是一种两性电解质，在水中表现出亲水胶体的性质，还具有旋光性和紫外吸收等。

蛋白多肽药物结构复杂，特别是保证其生物活性的高级结构主要是由弱相互作用来维持的，因此了解蛋白质的稳定性十分重要。

蛋白质分子中共价键的破坏包括水解、氧化、消旋化以及二硫键的断裂与交换等。

蛋白质分子中非共价键的破坏可导致蛋白质的变性。

影响蛋白质变性的因素包括温度、pH、化学试剂（如盐类、有机溶剂和表面活性剂等），机械应力和超声波，甚至还有空气氧化、表面吸附和光照等。

蛋白多肽药物对界面非常敏感，如果在制备过程中使其暴露于气/液或液/液界面或有较多气泡产生，都可能引起蛋白多肽药物的变性等。

第二节蛋白多肽药物的注射给药目前市售的蛋白多肽药物主要是通过注射给药，可以分成二大类。

一类是普通的注射剂，包括溶液型注射剂、混悬型注射剂和注射用无菌粉末；另一类是缓释、控释型注射给药系统，包括缓释、控释微球制剂和缓释、控释植入剂。

一、蛋白多肽药物的普通注射剂在制备蛋白多肽药物的普通注射剂时，是选择溶液型注射剂还是注射用无菌粉末，主要取决于蛋白多肽药物在溶液中的稳定性。

某些蛋白多肽药物的溶液在加有适当稳定剂并低温保存时可放置数月或二年以上；而其它一些蛋白质（特别是经纯化的）在溶液中活性只能保持几个小时或几天。

（一）处方设计蛋白多肽药物的注射剂，可用于im或iv输注等，对其的要求也与一般注射剂基本相同。

在设计蛋白多肽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。

（二）多肽和蛋白质类药物的稳定化1.缓冲剂 pH对蛋白多肽药物的稳定性和溶解度均有重要的影响。

一般而言，大多数蛋白多肽药物在pH4～10的范围内是比较稳定的，在等电点对应的pH下是最稳定的， pH的控制不但要注意到稳定性问题，也要考虑到溶解度的要求。

2.盐类无机盐类对蛋白质的稳定性和溶解度有比较复杂的影响。

在低浓度下可能以盐溶为主，而高浓度下则可能发生盐析。

3.表面活性剂蛋白多肽药物对表面活性剂是非常敏感的。

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。

4.糖和多元醇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。

常用的糖类包括蔗糖、萄萄糖、海藻糖和麦芽糖；而常用的多元醇有甘油、甘露醇、山梨醇、PEG 和肌醇等。

5.大分子化合物血清蛋白（HAS）可以稳定蛋白多肽药物，可用于人体， HAS可稳定干扰素类、白介素-2、EP0、尿激酶、单抗制剂、组织纤维酶原激活剂、肿瘤坏死因子、球蛋白制剂和乙肝疫苗等。

6.氨基酸一些氨基酸如甘氨酸、精氨酸、天冬氨酸和谷氨胺酰等，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%。

7.其它在制备蛋白多肽药物的注射用无菌粉末（冷冻干燥制剂更常用）时，一般要考虑加入填充剂、缓冲剂和稳定剂等。

由于单剂量的蛋白多肽药物剂量一般都很小，因此为了冻干成型需要加入填充剂。

常用的填充剂包括糖类与多元醇，如甘露醇、山梨醇、蔗糖、萄萄糖、乳糖、海藻糖和右旋糖酐等，但以甘露醇最为常用。

糖类和多元醇等还具有冻干保护剂的作用。

也可将一些稳定剂（如盐类和氨基酸类）直接用作填充剂。

防腐剂和等张调节剂等可加入至稀释液中，在临用时用于溶解冻干制剂，或减少这些辅料与药物的接触时间。

一些常用蛋白多肽药物的注射用无菌粉末（冷冻干燥制剂）的处方举例见表。

表蛋白多肽药物注射用无菌粉末的处方举例（三）制备工艺及影响因素蛋白多肽药物注射剂的制备工艺与一般注射剂基本相同，主要包括配液、过滤、灌封或灌装后冻干。

要特别注意使蛋白质变性的各种影响因素，如温度、pH、盐类、振动或机械搅拌、超声波分散和表面吸附等。

（四）质量控制与稳定性评价蛋白多肽药物与一般药物一样需要进行一些常见质量指标的检测。

但生物技术药物由于来源复杂，没有统一的质量控制批标。

原则上生物技术药物的质控应贯穿从原料至最终包装的整个过程，包括在线与最终产品二部分，而且要根据每个产品的具体要求，使其质控充分反映产品的特性。

利用蛋白多肽药物的结构特点，可进行一些较特殊的理化分析和检测。

例如通过光谱法、液相色谱法及电泳法进行分析。

除了用理化手段进行测定外，蛋白多肽药物常需用生物学方法进行生物活性的测定，如生物活性测定和免疫测定等。

在进行蛋白多肽药物的稳定性评价时，一般不能用高温加速实验的方法来预测药物在室温下的有效期，因为蛋白多肽药物在高温和室温下的变化过程可能是不一致的。

2010年版中国药典规定，蛋白多肽类药物注射剂应进行装量、装量差异、渗透压摩尔浓度、可见异物、不溶性微粒、无菌等检查。

二、蛋白多肽药物的缓释、控释型注射制剂（一）蛋白多肽药物的微球注射制剂蛋白多肽类药物一般剂量很小，但需要长期给药，这就为缓释微球制剂的应用提供了机会。

将蛋白多肽类药物包封于微球载体中，通过皮下或肌肉给药，使药物缓慢释放，改变其体内转运的过程，延长药物在体内的作用时间（可达1～3个月），大大减少给药次数，明显提高病人用药的顺应性。

现在蛋白多肽药物的微球注射制剂已经有了很成功的应用。

目前用于制备缓释微球和骨架材料主要是PLGA和PLA，其中又以PLGA更常用。

二者均被FDA批准的可用于人体的生物降解性材料。

目前国内已有生产。

制备蛋白多肽药物缓释微球的方法较多，包括相分离法、喷雾干燥法、熔融-挤出法、复乳-液中干燥法和低温喷雾提取等，但后二种方法比较常用，都可得到很高的包封率。

对蛋白多肽药物缓释微球注射剂的质量评价包括：微球的形态，微球的平均粒径及粒径分布，微球中蛋白多肽药物的生物活性的测定，包封率和载药量，体外释药动力学，稳定性，微球中蛋白多肽药物的状态，高级结构是否发生变化，与载体之间的相互作用，体内药动和体内药效研究以及降解产物测定、鉴别试验、酸度、装量检查、无菌检查、微生物限度检查等等。

（二）疫苗微球注射制剂疫苗微球注射剂是蛋白质药物微球制剂的一个特列。

传统的疫苗接种一般需要多次才能完成，而且相隔时间很长，因此辍种率极高。

科学家们希望研究出含疫苗的缓释微球注射剂，一次注射后可在体内长时间连续释放（最多可达数月），以便在体内长时间地维持较高的抗体水平；或者一次注射不同微球的混合物，使其在不同时间分别以脉冲模式释放，产生类似传统接种的效果。

（三）缓释、控释植入剂可注射给药的植入剂是植入制剂近年的研究成果。

一般的制备过程是将药物与PLGA混合熔融，然后经多孔装置挤出成为条状，切割成一定的长度，条状物一般直径在1mm左右，含有单剂量药物。

将其灭菌处理后直接装入特制的一次性注射器内（针头较粗），再封装在相应的塑料袋中。

临床应用时取出直接作皮下或肌肉注射，药物随骨架材料的降解而释放，可以有很好的长效作用。

注射型植入剂无需要手术植入或取出，使用方便，制备简单；但副作用往往比微球制剂大，如注射部位容易产生硬结，有时皮下注射的条状植人剂可能滑落出来等。

已上市的典型品种是Zenica公司生产的Zoladek，每支注射剂含3.6mg的高舍瑞林。

其它用于注射的蛋白多肽药物的给药系统还有计算机控制的输注泵（如市售的胰岛素输注泵，价格极贵），以及脂质体、纳米粒、乳剂、微乳、大分子共轭物等，多数正处在不同的研究阶段。

第三节蛋白多肽药物的非注射制剂蛋白多肽药物的非注射制剂可以大体上分为黏膜制剂和经皮制剂二大类。

一、蛋白多肽药物的黏膜制剂蛋白多肽药物的黏膜给药途径包括口服、口腔、舌下、鼻腔、肺部、结肠、直肠、阴道、子宫和眼部等。

其中结肠、直肠、阴道、子宫和眼部等长期给药不方便；口服给药研究最早最多，也最具有挑战性；鼻腔和肺部给药已展显出较好的应用前景。