生物制药工艺学》第13章生化药物制造工艺

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1、 第 三 篇 本 门 课 程 由 以 下 三 大 部 分 内 容 组 成基 础 篇 ： 生 物 制 药 工 艺 基 础1 技 术 篇 ： 生 物 分 离 工 程 技 术2 品 种 篇 ： 重 要 生 物 药 物 制 造 工 艺3 生 物 药 物 的 类 别（ 一 ） 天 然 生 物 药 物 1.微 生 物 药 物 microbil medicine 2.生 化 药 物 （ 含 海 洋 药 物 ） Biochemical medicine（ Marine medicine）（ 二 ） 生 物 技 术 药 物 （ 新 生 物 制 品 ） 1.DNA重 组 药 物 （ DNA recombinant

2、 medicine） 基 因 工 程 与 蛋 白 质 工 程 药 物 2. 基 因 药 物（ 三 ） 合 成 或 半 合 成 生 物 药 物 聚 乙 二 醇 化 技 术 原 理屏 蔽 效 应减 少 酶 的 降 解 降 低 清 除 率 提 高 溶 解 度 降 低 免 疫 反 应 性 降 低 免 疫 原 性 经 典 案 例 PEGASYSIFN INTERON PEGASYS分 布 容 积 ， L 3198 80* 614清 除 率 ， mL/h 11,80016,170 1,540 80吸 收 半 衰 期 ， h 2.3 4.6 50峰 / 谷 比 值 无 限 100 1.5-2.0清 除 半

3、衰 期 ， h 25 40 77 第 十 三 章 生 化 药 物 的 定 义 、 分 类 、 特 点定 义 ： 具 体 运 用 生 物 化 学 研 究 方 法 ，从 生 物 体 中 经 提 取 、 分 离 、 纯 化 等 手段 获 得 的 天 然 存 在 的 生 化 活 性 物 质 或将 上 述 这 些 物 质 加 以 结 构 改 造 或 人 工合 成 创 造 出 的 自 然 界 没 有 的 新 的 活 性物 质 ， 通 称 生 化 药 物 (Biochemical medicine)。 酶 类 药 物辅 酶 类 药 物核 苷 酸 与 核 酸 类 药 物多 肽 类 药 物氨 基 酸 类 药 物

4、蛋 白 质 类 药 物多 糖 类 药 物脂 类 药 物分 类 生 化 药 物 特 性1 药 理 学 特 性 ：1 药 理 活 性 高 ， 针 对 性 强毒 副 作 用 少 ， 营 养 价 值 高2 生 理 副 作 用 常 有 发 生 免 疫 原 反 应 过 敏 反 应3 生 化 药 物 特 性2 化 学 特 性 ：1 含 量 低 、 杂 质 多 、 工 艺 复 杂 、收 率 低 、 技 术 要 求 高 ；结 构 复 杂 ， 生 物 活 性 受 空 间结 构 严 格 限 制 ， 稳 定 性 差 ；2 易 染 菌 、 腐 败3 3.天 然 生 化 药 物 是 新 型 生 物 药 物 的 先 导 物

5、 : 通 过 合 理 药 物 设 计 ， 可 以 创 制 疗 效 更 高 ， 作 用 更 专 一 ， 更 易为 机 体 接 受 ， 副 作 用 与 不 良 反 应 更 小 的 新 药 。GLP-1具 有 明 确 的降 血 糖 活 性 ， 但 由于 半 衰 期 过 短 ， 原形 难 以 直 接 用 于 临 床 先 导 物 分 子 改 构 及 受 体 天 然 激 动 剂 的筛 选 ， 代 表 性 药 物 是 Exendin-4化 学 修 饰 ， 代 表 药 物 是 Novo Nordisk公 司 的 Liraglutide 融 合 蛋 白 ， 代 表 药 物 是 HGS公 司 的 Albugon（

6、 融 合 白 蛋 白 ） 生 化 药 物 特 性 GLP-1的 结 构 人 体 内 源 性 的 GLP-1有 两 种 形 式 ： GLP-1（ 7-36） -NH2和GLP-1（ 7-37） ， 前 者 较 后 者 在 C末 端 缺 少 一 个 Gly， 但 末 端是 酰 胺 化 的 。 其 N末 端 的 His-Ala结 构 是 人 体 内 DPP-4酶 的 识别 序 列 ， 可 迅 速 被 切 去 ， 酶 切 后 的 产 物 失 去 降 糖 活 性 且 是 原形 多 肽 的 竞 争 性 抑 制 剂 。 GLP-1的 天 然 受 体 激 动 剂 上 图 显 示 的 是 Exendin-4的

7、分 子 结 构 ， 该 分 子 是 源 于 美洲 巨 蜥 唾 液 的 一 种 天 然 多 肽 ， 它 与 GLP-1有 53%的 序 列 同 源性 ， 是 GLP-1受 体 的 天 然 激 动 剂 。 由 于 N端 结 构 为 His-Gly，该 分 子 可 有 效 抵 抗 DPP-4的 酶 解 ， 其 体 内 半 衰 期 为 3.3-4小 时 ，每 天 注 射 两 针 。 GLP-1的 结 构 改 造 上 图 显 示 的 是 Novo Nordisk公 司 基 于 GLP-1研 发 的Liraglutide， 该 分 子 第 34位 Lys突 变 为 Arg， 第 26位 Lys软 脂酸 修

8、 饰 后 可 与 体 内 的 白 蛋 白 结 合 。 与 白 蛋 白 偶 合 后 的 分 子 一方 面 可 以 有 效 的 抵 抗 酶 解 ， 另 一 方 面 可 显 著 延 长 体 内 半 衰 期(12.6小 时 )， 该 药 物 在 临 床 上 可 实 现 每 天 注 射 一 针 。 GLP-1的 结 构 改 造 上 图 显 示 的 是 采 用 PEG修 饰 GLP-1的 结 构 ， 通 过 对 GLP-1第 34位 Lys进 行 选 择 性 修 饰 可 显 著 提 高 GLP-1对 DPP-4的 抵抗 能 力 （ 酶 解 半 衰 期 自 9.6min延 长 至 88.1min） ， 而

9、其 生 物学 活 力 保 持 良 好 （ PEG-GLP-1生 物 学 活 力 是 GLP-1原 形 多 肽的 93%） 。 80-90年 代70-80年 代50-70年 代 有 机 溶 剂 分 级 分 离 、 等 电 沉 淀-粗 提 物 100余 种离 子 交 换 层 析 、 凝 胶 层 析 、 超 滤 等 技 术-提 高 了 产 品 的 纯 度 和 收 率 350余 种多 种 层 析 技 术 、 超 速 离 心 等-高 纯 度 的 生 化 药 物 500多 种 生 化 药 物 的 资 源植 物动 物动 物 脏 器血 液 、 分 泌 物 及 其 它 代 谢 物微 生 物海 洋 生 物 毒 蜥

10、Exendin-4是 自 毒 蜥 唾 液 中 提 取 的一 种 多 肽 ， 研 究 发 现 该 多 肽 与 人 体内 的 GLP-1在 序 列 上 有 53 的 同 源性 ， 同 GLP-1一 样 具 有 促 进 胰 岛 素分 泌 、 抑 制 胰 高 血 糖 素 分 泌 及 保 护胰 岛 细 胞 等 作 用 。 2005年 经 FDA批 准 用 于 二 型 糖 尿 病 的 治 疗 。Exenatide是 Exendin-4的 人 工 合 成品 。 Exenatide 麻 省 Transmolecular公 司 的科 学 家 将 放 射 性 I 131附 着于 自 蝎 子 毒 液 中 提 取 的

11、 一 种多 肽 制 成 药 物 ， 研 究 发 现 该药 物 具 有 靶 向 性 ， 对 晚 期 神经 胶 质 瘤 有 较 好 疗 效 ， 患 者只 需 要 从 外 部 注 射 这 种 化 合物 ， 而 无 需 再 进 行 化 疗 或 放射 治 疗 。 该 药 物 目 前 仍 处 于临 床 研 究 阶 段 。蝎 毒 肽 微 生 物1 利 用 微 生 物 作 为 工 具微 生 物 的 代 谢 物 2 微 生 物 菌 体3 海 洋 生 物1 海 藻 类 ： 已 知 的 海 藻 有 1万 多 种海 洋 动 物 类 ： 腔 肠 动 物 类 、 节肢 动 物 类 、 软 体 动 物 类 、 鱼 类 、爬

12、 行 动 物 类 、 海 洋 哺 乳 动 物 类2 海 洋 微 生 物 ：3 僧 袍 芋 螺齐 考 诺 肽 （ ziconotide）最 初 由 僧 袍 芋 螺 中 提 取 ，现 已 人 工 合 成 ， 是 一 种神 经 细 胞 钙 通 道 阻 断 剂 。作 为 一 种 非 阿 片 类 镇 痛药 物 ， 用 于 治 疗 严 重 的慢 性 神 经 性 疼 痛 ， 其 鞘内 注 射 剂 经 FDA批 准 于2005年 上 市 。 齐 考 诺 肽 （ ziconotide） Didemnin B是 一 种 由 7个 氨 基 酸 和 2个 羧酸 组 成 的 带 有 分 枝 的 环 缩 肽 ,既 能 抑

13、 制 蛋白 质 的 合 成 ,也 能 抑 制 DNA、 RNA的 合成 ,对 黑 色 素 瘤 B16细 胞 周 期 作 用 的 研 究表 明 ,它 可 杀 伤 各 期 细 胞 ,尤 以 G1至 S期 细胞 敏 感 ， 它 可 快 速 完 全 介 导 HL-60细 胞凋 亡 。 目 前 Didemin B已 能 够 人 工 全 合成 ,该 药 完 成 了 临 床 期 实 验 ,最 有 希 望开 发 成 治 疗 癌 症 的 新 药 。 此 外 第 二 代didemnins-脱 氢 didemnins B(aplidine)现也 已 进 入 临 床 实 验 。 海 鞘 来 源 的 抗 癌 肽 Did

14、emnin B 海 兔 体 内 存 在 着 多 种 结 构 独 特 、生 理 功 能 各 异 的 次 生 代 谢 产 物 ,如 萜 类 、 毒 素 、 甾 体 、 大 环 内酯 及 肽 类 等 ,其 中 肽 类 化 合 物 尤为 引 人 注 目 。 其 中 Dolastatin15和 Dolastatin10已 经 完 成 全 合 成 ,并 正 在 美 国 进 行 期 和 期 临床 试 验 ,主 要 用 于 小 细 胞 肺 癌 、卵 巢 癌 、 黑 色 素 瘤 和 前 列 腺 癌等 实 体 瘤 的 治 疗 。 海 兔 来 源 的 抗 癌 作 用 肽 第 一 节氨 基 酸 类 药 物 氨 基 酸

15、 类 的 分 类1 蛋 白 质 氨 基 酸 ： 编 码 氨 基 酸非 蛋 白 氨 基 酸 ： D型 氨 基 酸 、 -氨 基 酸 、 -氨 基 酸 等2 衍 生 氨 基 酸 ： 谷 氨 酰 胺 、 硫 酸 甘氨 酸 、 磷 葡 精 氨 酸 等 3 氨 基 酸 的 生 产 方 法蛋 白 水 解 法 ： 胱 氨 酸 、 半 胱 氨 酸 发 酵 法 ： 苏 氨 酸 、 异 亮 氨 酸 、 缬 氨 酸 、 精 氨 酸 、 组 氨 酸 、 脯 氨 酸 、 鸟 氨 酸 、 瓜 氨 酸 、 赖 氨 酸 、 亮 氨 酸 等化 学 合 成 法 ： 甘 氨 酸 、 蛋 氨 酸 、 丙 氨 酸 、 苯 丙 氨 酸

16、、 丝 氨 酸 等酶 法 ： 丙 氨 酸 、 天 冬 氨 酸 、 色 氨 酸 等 水 解 氨 基 酸 分 离 精 制 氨 基 酸蛋 白 质 酸 水 解 法碱 水 解 法酶 水 解 法 溶 解 度 法特 殊 试 剂 吸附 法吸 附 法离 子 交 换 法 结 晶重 结 晶蛋 白 质 水 解 法 微 生 物 ， 植 物 细胞 ， 动 物 细 胞 化 学 合 成 ， 生 物合 成 ， 天 然 存 在底 物 ( )生 物 反 应 器含 L-AA反 应 液酶 转 化 法 生 产 L-AA流 程 结 构 分 子 量 等 电 点 性 质 溶 解 性L-AspL-Ala L-Asp和 L-Ala的 结 构 与

17、性 质 HOOC CHNH 2 COOHCH2 CHNH 2 COOHH3C 133.1089.09 2.776.0 酸 性 氨 基 酸中 性 氨 基 酸 溶 于 水 和 盐酸 ， 不 溶 于乙 醇 和 乙 醚在 水 中 有 一定 溶 解 性 ，不 溶 于 丙 酮及 乙 醚 HOOC CH COOHCH HOOC CHNH 2 COOHCH2 CHNH 2 COOHH3C +CO2 天 冬 氨 酸 酶L-Asp脱 羧 酶酶 转 化 反 应 工 艺 路 线固 定 化 L-Asp脱 羧 酶转 化 液 B延 胡 索 酸 + NH3固 定 化 天 冬 氨 酸 酶转 化 液 A L-Asp粗 品 L-A

18、sp精 品L-Ala粗 品 L-Ala精 品 酶 转 化 反 应 工 艺 路 线 HOOCCHCHCOOH 天冬氨 酸酶HOOCCH2CHCOOH NH 2L-Asp脱羧酶 CH3CHCOOH CO2 NH2 延胡索酸NH3固定化天冬氨酸酶 转化液分离 L-Asp粗品精制 L-Asp固定化L-Asp脱羧酶 转化液 L-Ala粗品 L-Ala精制 浓缩结晶 以 延 胡 索 酸 为 原 料 ， 通 过 酶 转 化 法 生 产 L-Asp和 L Ala 泵储罐反应产物离心机母液回收固定化酶柱子晶体 L-AspL-Asp延胡索酸氨盐工 艺 路 线 氨 基 酸 输 液 的 组 方 原 理 与 配 方 模 式