生物技术药物给药系统研究进展 |
| 发布时间：2005-09-13 |
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生物技术药物是指采用DNA重组技术或单克隆抗体技术或其他生物新技术研制的蛋白质、抗体或核酸类药物。自1982年世界第一个基因工程药物——人胰岛素在美国面世以来，迄今已有40余种生物技术药物在世界各国上市；正在研究的蛋白质、多肽类药物近千种。目前，美、英、日、韩等国正研究利用转基因动物（羊、猪、鼠、猴、蚕等）代替制药厂生产人血红蛋白、脱氨酶、抗胰蛋白酶、血液因子IX等；美、韩、荷兰等国正研究利用转基因植物（西红柿、烟草、马铃薯等）代替制药厂生产人胰岛素、白介素－2、人血红蛋白、人血清蛋白、抗艾滋病药物等。此类药物最大特点是：（1）结构复杂，理化性质不稳定，口服给药易受胃肠道pH、菌群及酶系统破坏，稳定性差；（2）分子量大，生物膜穿透性差，吸收困难，生物利用度低；（3）药理活性高；（4）生物半衰期短，体内清除率高。如普通胰岛素（INS）t1/2为9～10min，皮下注射给药，每天需3～4次。因此，生物技术药物给药存在诸多困难和不便。
针对生物技术药物生物半衰期短的问题，通过对其分子进行化学修饰，可改变其体内清除速率或药物释放速度，达到延长其生物半衰期的目的。目前，聚乙二醇（PEG）修饰最有希望。PEG与蛋白质连接，分子变大而不易被肾小球滤过，或由于蛋白质与代谢和排泄所必需的细胞受体的相互作用受到空间位阻等机制，使药物的t1/2延长。如将腺苷酸脱氨酶（ADA）采用PEG修饰，形成PEG－ADA，用于治疗ADA缺乏而引起的免疫缺损综合征患者，在美国已获FDA批准。研究和开发新型给药系统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。在此，对生物技术药物给药系统研究所取得的进展，综述如下。
1 注射途径新型给药系统
1.1胰岛素纳米囊（INS-NC）缓释给药系统
胰岛素为胰岛素依赖性糖尿病患者的首选药物，皮下注射的t1/2为9～10min，需频繁给药。尹宗宁等以氰基丙烯酸丁酯为单体经乳化聚合法制成注射用胰岛素纳米囊（INS－NC）缓释给药系统，使胰岛素在体内缓慢释放达到长效目的。Damage等报道，载有胰岛素的生物降解聚异丁基氰丙烯酸酯（PICA）纳米囊，经皮下注射降血糖作用可维持 24h。
1.2醋酸亮丙瑞林聚丙交酯－乙交酯（PLGA）控释微球
醋酸亮丙瑞林临床用于治疗前列腺癌，普通注射液需每天注射给药。Ogawa等于1988年采用生物降解型高分子材料PLGA，与醋酸亮丙瑞林制成控释微球，粒径为5～100μm，平均粒径为20μm，含药量为10%，供肌内注射，可控制释放达30d之久，是首个获FDA批准的蛋白质类药物微球制剂。
1.3脉冲式控释给药系统
肝炎、破伤风、白喉等疾病的预防药物（疫苗或类毒素）均为抗原蛋白，其中乙肝疫苗已用生物技术研制成功。使用这些疫苗全程免疫至少需进行三次接种。由于种种原因，全球不能完成全程免疫接种而发生辍种率达70%，WHO疫苗发展规划主要目标之一就是研制脉冲式给药系统。Aguado于1993 年采用PLGA与破伤风类毒素制成脉冲式控释微球给药系统，一次注射，可在l～14d、1～2月与9～12月内分三次脉冲释放，达到全程免疫目的。
1.4无针头注射剂
无针头粉末注射剂也称粉末喷射剂（powder jet）和无针头药液注射剂，是一种新型的气动力注射给药系统。英国粉末喷射制药公司（Powder Jet Pharmaceuticals）近年正在开发两种类型的粉末喷射给药系统：皮肤粉末喷射剂（dermal powder jet）和口腔粘膜粉末喷射剂（oral powder jet）。粉末喷射给药系统释药原理和剂型特点是采用手持喷射器具，利用氦气喷射将经皮释药的药物粉末瞬时加速至750m/s，经皮进入体内。注射部位疼痛与注射体积有关，若体积足够小则用药时基本无痛感。据预测目前所有上市药品中有10%的药物适用于粉末喷射给药，蛋白质、多肽和基因工程药物尤为适用。与其他给药途径相比，粉末喷射剂中的蛋白质、多肽类药物更为稳定，且可提高生物利用度。最近该公司正与 Kymed公司合作开发可重复使用的多剂量“填充式”无针头注射器。在蛋白质、多肽类药物方面，已在降钙素和胰岛素两个药物的临床前研究中获得成功。英国韦斯顿医学公司（Wenston Medical）和生物喷射公司（Bioject）研制的无针头药液注射剂即将上市。
2 非注射途径新型给药系统
非注射途径新型给药系统的研究，有益于提高患者的顺从性及开拓药物新用途和市场，具有巨大的经济、社会效益和技术价值。
2.1口服给药系统
蛋白质和多肽类药物口服给药主要存在4个问题：（1）在胃内易被酸催化降解；（2）易被胃肠道内酶水解；（3）胃肠道粘膜的穿透性差；（4）肝脏的首过效应。将某些酶抑制剂和吸收促进剂与肽类药物共用，在一定程度上可促进药物的吸收。胰岛素口服给药是人们关注的热点，目前主要研究成果有：
2.1.1胰岛素微乳（W/O微乳或W/O/W复乳）
动物降糖试验及用于人的临床研究取得较满意效果，已有多项专利及有关报道。
2.1.2胰岛素PICA纳米囊
Damge等于1988年将胰岛素制成PICA 纳米囊缓释给药系统，平均粒径为220nm，包封率达54.9%，糖尿病大鼠灌胃2d，血糖降低50%～60%，持续20d。实验还证明：该生物降解纳米囊可防止胰岛素被胃肠酶水解，促进胰岛素穿过肠上皮细胞，主要吸收部位在回肠。近年来，Lowe及张强等亦进行了有关研究，目前主要集中在药效与毒理学方面的研究。
2.1.3胰岛素偶氮聚合物包衣给药系统
Saffran等将胰岛素用蔗糖稀释制成微丸，再用偶氮聚合物包衣，可保护胰岛素不受胃肠酸解与酶解，到达大肠后受内生菌群作用包衣分解，药物释放，在结肠被吸收，此法亦适用于肽类药物后叶加压素。
此外，胰岛素肠溶软胶囊、胰岛素微球、胰岛素脂质体的研究亦取得进展。
2.2经皮离子导入给药系统
经皮离子导入给药系统是利用外加电场将药物离子或带电荷的蛋白质及多肽类药物由电极定位导入皮肤或粘膜，进入组织或血液循环的一种给药方法。该法较好地克服了蛋白质和多肽类药物分子带电、亲水性强、分子量大等不利于透皮吸收的缺点。目前研究并取得进展的蛋白质和多肽类药物有：人胰岛素（DNA重组）、人生长激素、凝血因子VIII C、干扰素α-2a、干扰素α-2b、生长激素和组织纤维蛋白溶酶原激活剂等。此外，电穿孔法、超声波法、激光皮肤导入法等经皮给药系统研究亦取得进展。
2.3鼻腔给药系统
鼻腔粘膜中小动脉、小静脉和毛细淋巴管分布丰富，鼻腔粘膜穿透性较高而酶相对较少，对蛋白质类药物分解作用低于胃肠粘膜，有利于药物吸收并直接进入体循环。采用吸收促进剂（如甘胆酸盐、十二烷基硫酸钠等）可提高生物利用度。目前已有一些蛋白质和多肽类药物鼻腔给药系统上市，如：布舍瑞林、去氨加压素（DDAVP）、降钙素、催产素等。目前胰岛素鼻腔给药系统研究已取得进展，大鼠鼻腔喷入粒径为45μm的胰岛素微球，Tmax为8min， 30～40min后，血糖分别下降40%和64%，维持4 h，相对生物利用度（F）为30%。
2.4口腔粘膜给药系统
口腔粘膜较鼻粘膜厚，面颊部血管丰富，药物吸收经颈静脉、上腔静脉进入体循环，不经消化道且可避免肝脏首过作用。Aungst等认为增加口腔粘膜吸收的方法主要集中在改进药物膜穿透性和抑制药物代谢两方面。干扰素目前的给药方式只限于注射给药，由于其体内生物半衰期较短。但若大剂量给药则易带来毒副作用，使其临床应用受到限制。近年来，干扰素非注射给药新剂型研究在国外已很活跃，如澳大利亚开发研制的人血白细胞干扰素舌下含片。最新报道国内姚文兵等研制了重组干扰素α-2a口腔贴片，通过口胶粘膜给药，释药缓慢，目前已完成制剂、稳定性和口腔粘膜贴片抗流感病毒的药效学研究。目前，口腔粘膜给药系统研究的药物主要有硝酸甘油、硝酸异山梨酯、硫酸吗啡、硝苯地平、甲睾酮、胰岛素、普罗瑞林、布舍瑞林等。
2.5直肠给药系统
直肠内水解酶活性比胃肠道低，pH近中性，药物破坏少，药物吸收后基本上可避免肝脏首过作用，同时不像口服给药受胃排空及食物等影响。因此蛋白质和肽类药物直肠给药是一条可选择的途径。目前吗啡、盐酸普索洛尔、胰岛素、生长激素、胃泌素等药物直肠给药系统研究已取得进展。
2.6肺部给药系统
肺部药物吸收迅速，仅次于静脉注射。肺由细支气管、肺泡管和肺泡组成，肺泡数目可达3～4亿，总面积约25～100m2，超过体表面积25倍。肺泡与血液循环间仅有两层细胞膜相隔，每层仅有0.5～1μm，肺泡内的物质极易转移到血液中。美国由In-hale Therapeutics、Pfizer和HMR三家公司合作研制吸入型胰岛素，并已在多国进行Ⅲ期临床研究。 Aradigm/诺和诺德公司研制开发的吸入型胰岛素用Aradigm专有AERx系统，该系统可产生胰岛素微细气雾，并将胰岛素输送至肺部，使胰岛素能沉积在肺部。该系统通过一个手持电子吸入装置，在引导患者达到最佳呼吸流量时，启动药物输送。该产品已进入Ⅱ期临床研究。目前，蛋白质和多肽类药物肺部给药系统倍受关注。据报道，亮丙瑞林（9个氨基酸）、胰岛素（51个氨基酸）、生长激素（192个氨基酸）等3种治疗用多肽类药物的肺部吸收相对生物利用度（F）为10%～25%。
2.7电磁激动控释给药系统（magnetism－activated drug delivery system）
该系统是在骨架型埋植系统中包埋磁性粒子，利用外加磁场调节药物释放速度。研究表明，将胰岛素磁激动系统埋植于糖尿病小鼠体内，在不施加外来电磁场时，由于胰岛素的被动扩散，小鼠血糖浓度有一定下降；而施加外来磁场后，小鼠血糖浓度又降低约30%。电磁场对药物释放的促进作用与电磁场的性质及聚合物的机械性质密切相关。
2.8超声激动控释系统（ultrasonic－activated drug delivery system）
该系统是以一些生物降解或非生物降解型高分子材料为骨架的埋植系统，通过调节超声波强度和频率，可同步调节药物释放速度。研究表明，超声波可使牛胰岛素锌从EVA骨架系统中的释放速度提高15倍；SD大鼠背部皮下植入含10%对氨基马尿酸（PHA）骨架系统，在超声波作用下，药物尿排泄量明显增加，停止施用，则尿排泄迅速恢复到原有水平，且鼠皮在超声波施用前后无任何变化。
2.9螺线管泵植入输注给药系统
该系统包括植入泵、外部遥控器等，通常称为编程植入治疗系统（PIMS）。其中植人式编程输入电磁泵（IPIP）每个脉冲释放药液2μl，能耗小于2μW，药液贮库容积为10ml。该系统填充胰岛素一次可维持治疗3个月，糖尿病患者尤为适用。可提供编程基础速度，还可提供由外部遥控器调节的6种不同输入脉冲。该泵以锂电池为动力，电池寿命长达10 年。
2.10自动反馈输注给药系统
该系统是在植人式输注器基础上发展起来的，由传感器（酶电极葡萄糖传感器或电化学葡萄糖传感器）、微电脑、药物贮库和输注泵组成。和传统输控系统的不同点在于：生物传感器可将体内某些指标反馈到微电脑，从而实现完全意义上按需输入药物量。目前治疗糖尿病的胰岛素自动反馈输注给药系统已用于人体研究。
一种更为新颖的胰岛素“机械－化学”泵自动反馈输注给药系统（mechanochemical pump self－regulated insulin difusion device）将血糖变化经氧化酶作用转化为机械力，从而达到自动反馈输注药物的目的。该系统有三个独立的小室组成：Ⅰ室为药物贮库；Ⅱ室则充以液体；Ⅲ室装有固定葡萄糖氧化酶 pH敏感性聚合物。当葡萄糖浓度增加时，该聚合物发生膨胀，产生的推动力即为葡萄糖敏感泵的动力源。Ⅰ室以单向阀与外界相连，当室内压力大于外界压力时，阀门打开，胰岛素释放出来；Ⅱ室也通过一单阀与体液相连，当室内压力低于外界压力时阀门打开；Ⅲ室与体液通过具有一定孔径的筛网相连，只允许小分子通过，蛋白质类大分子物质则被截住。
3 结语
随着科学技术的飞速发展，药剂学近十年来取得了令人瞩目的进展，与多学科理论及先进技术相结合，使药物制剂研究、开发和生产已从经验模式走上了科学化、现代化的道路。我们应借鉴国际先进技术，选准主攻方向，研究开发现代生物技术药物和新型给药系统，赶超国际先进水平，造福人类。 |
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