第九章 生物技术药物制剂
第一节概述
一、生物技术的基本概念
1、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。
2、现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程与酶工程、发酵工程(微生物工程)与生 化工程。
二、生物技术药物的结构特点与理化性质
(一)蛋白质的结构特点 蛋白质的组成和一般结构(一、二、三、四级结构)(二)蛋白质的理化性质
1.蛋白质的一般理化性质：旋光性、紫外吸收、蛋白质两性本质与电学性质
(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。
(2)紫外吸收：大部分蛋白质均含有带苯核的苯丙氨酸、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。
(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，如赖氨酸的-氨基，谷氨酸的γ羧基等。这些基团在一定 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。
2.蛋白质的不稳定性
(1)由于共价键引起的不稳定性：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
(2)由非共价键引起的不稳定性：聚集(aggregation)、宏观沉淀、表面吸附与蛋白质变性
(三)蛋白质类药物的评价方法： 多种分析方法：液相色谱法、光谱法、电泳、生物活性测定与免疫测定
第二节 蛋白质类药物制剂的处方与工艺(注射剂型)
一、蛋白质类药物的一般处方组成：一类为溶液型注射剂，另一类是冻干粉注射剂
二、液体剂型中蛋白质类药物的稳定化：①改造其结构;②加入适宜辅料 蛋白类药物的稳定剂：缓冲液、表面活性剂、糖和多元醇、盐类、聚乙二醇类、大分子化合物、组氨酸、甘氨酸、谷氨酸和赖氨酸的盐酸盐等、金属离子
1.缓冲液 因为蛋白质的物理化学稳定性与pH值有关，通常蛋白质的稳定pH值范围很窄，应采用适当的缓冲系统，以提高蛋白质在溶液中的稳定性。例如红细胞生成素采用枸橼酸钠-枸橼酸缓冲剂，而α-N3干扰素则用磷酸盐缓冲系统，人生长激素在5mmol/L的磷酸盐缓冲液可减少聚集。缓冲盐类除了影响蛋白质的稳定性外，其浓度对蛋白质的溶解度与聚集均有很大影响。组织溶纤酶原激活素在最稳定的pH条件下，药物的溶解度不足以产生治疗效果，因此加入带正电荷的精氨酸以增加蛋白质在所需pH值下的溶解度。
2.表面活性剂 由于离子型表面活性剂会引起蛋白质的变性，所以在蛋白质药物，如α-2b干扰素、G-CSF、组织溶纤酶原激活素等制剂中均加入少量非离子表面活性剂，如吐温80来抑制蛋白质的聚集，其机理可能是因为表面活性剂倾向于排列在气—液界面上，从而使蛋白质离开界面来抑制蛋白质的变性。
3.糖和多元醇 糖和多元醇属于非特异性蛋白质稳定剂。蔗糖、海藻糖、甘油、甘露醇、山梨醇(浓度1%~10%)最常用。糖和多元醇的稳定作用与其浓度密切相关，不同糖和多元醇的稳定程度取决于蛋白质的种类。还原糖与氨基酸有相互作用，因此避免使用。
4.盐类 盐可以起到稳定蛋白质的作用，有时也可以破坏蛋白质的稳定性，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。如SO42-、HPO42-、CHCOO-、(CH3)N+、NH4+、K+、Na+等能增加溶液的离子强度，提高疏水作用，降低疏水基团的溶解度，使蛋白质发生盐析。此外它们使水分子聚集在蛋白质周围被优先水化，所有这些都使蛋白质更加紧密稳定。经常使用的盐NaCl在稳定蛋白质中起关键作用，实验表明它能提高牛血清白蛋白(BSA)的变性温度和热焓。
5.聚乙二醇类 高浓度的聚乙二醇类常作为蛋白质的低温保护剂和沉淀结晶剂。研究表明不同分子量的PEG作用不同，如PEG300浓度0.5%或2%可抑制重组人角化细胞生长因子(rhKGF)的聚集;PEG200、400、600和1000可稳定BSA和溶菌酶。
6.大分子化合物 研究表明很多大分子化合物具有稳定蛋白质的作用。其机制可能是通过大分子的表面活性、蛋白质-蛋白质相互作用的空间隐蔽以及提高粘度来限制蛋白质运动或通过优先吸附于大分子以起到稳定作用，人血清白蛋白(HAS)已在许多蛋白质类生物技术来源的药物制剂中作稳定剂。近年来也有采用环糊精制成包合物来增加蛋白质药物的溶解度，例如用2-羟丙基--环糊精是较有前途的稳定剂，其本身又是增溶剂可静脉注射，可用来抑制hGH的界面变性，抑制rhKGF的聚集，稳定白介素-2和牛胰岛素等。
7.组氨酸、甘氨酸、谷氨酸和赖氨酸的盐酸盐等 可不同程度地抑制45℃ 10 mM磷酸盐缓冲液中rhKGF的聚集。
8.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。不同金属离子的稳定作用视离子的种类、浓度不同而不同，应通过稳定性实验选择金属离子的种类和浓度。
三、固体状态蛋白质药物的稳定性与工艺 (一)冷冻干燥蛋白质药物制剂：在蛋白质类药物冻干过程中常加入某些冻干保护剂来改善产品的外观和稳定性，如甘露醇、山梨醇、蔗糖、葡萄糖、右旋糖酐等。 (二)喷雾干燥蛋白质药物制剂：操作过程中损失大(特别是小规模生产)，水分含量高。
第三节 蛋白质类药物新型给药系统
一、新型注射(植入)给药系统
(一)控释微球制剂：复乳液中干燥法、低温喷雾提取法、喷雾干燥法、超临界萃取法
1.复乳液中干燥法
将药物与保护剂(多为水溶性高分子聚合物)溶于水作为水相，将聚酯(如PLA、PLGA等)类高分子材料溶于二氯甲烷作为油相，两者在一定温度下(低于40℃)高速搅拌得W/O型初乳，冰浴冷却至10℃以下，倒至一定浓度的PVA水溶液中，经高速搅拌得W/O/W型复乳，一定温度下搅拌蒸去有机溶剂固化微球(或减压去有机溶剂)，离心水洗，真空干燥即得。该方法是制备多肽、蛋白质等生物大分子药物微球的常用方法，其特点为药物包封率较高，药物活性损失小，设备和工艺简单，但首日突释明显，较难放大生产，目前用此法研究制备的药物有γ干扰素、白细胞介素、亮丙瑞林、人生长激素、环孢素以及促红细胞生长素(EPO)等。
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