第六章生物技术药物的药代动力学特点及检测
药代动力学
药物-机体相互作用一方面是药物对机体的作用，产生药效、毒性或副作用，表现为药物的药理作用或毒理作用，决定于特定的化学结构，具有较强的结构特异性。
另一方面是机体对药物的作用：吸收、分布，生物转化和排泄，表现为药物的药代动力学性质。
主要取决于药物的溶解性、脂水分配系数、电荷等药物分子整体的理化性质，结构特异性不强。
药代动力学性质的重要性随着药物化学的发展及人类健康水平的不断提高，对药物的药代动力学性质的要求越来越高：判断一个药物的应用前景特别是市场前景，不单纯是疗效强，毒副作用小；更要具备良好的药代动力学性质。
肽类药物就是最典型的例子。
一般来说，体内的许多生物活性肽如内啡肽等均具有高效低毒的特点，但是，体内不稳定，口服无效。
对药代动力学性质的要求给药方便:口服有效,一次或两次/日(消炎镇痛药、抗高血压药物、抗菌药常用药）靶向分布或靶向活化：抗肿瘤药物起效快：抗过敏药物、镇痛药物药物相互作用少：有利于联合用药，如降脂药与抗高血压药物的合用长期使用不产生耐药性：如抗菌药、抗癌药、抗病毒药。
无蓄积:如果药物或其代谢物不能通过有效途径排出体外,会在体内蓄积,产生毒性.为了表述的方便，常把体内过程分为三个时相：药剂相：片剂或胶囊崩解、溶出，成为可被吸收的形式。
药剂学研究内容。
药代动力相：药物吸收、分布、代谢与排泄。
药代动力学研究内容。
药效相：药物与作用靶点相互作用，通过刺激和放大，引发一系列的生物化学和生物物理变化，导致宏观上可以观察到的活性或毒性。
药理学或毒理学研究内容。
三个时相依次发生，但是可能同时存在：如缓释药物，一部分药物已完成分布、发挥药理作用，但是另一部分还在释放和吸收的过程中。
特别是药代动力相和药效相一般同时存在。
药物的体内过程吸收：药物口服后，进入消化道，在不同部位口腔、胃、肠吸收，进入血液。
分布：进入血液的药物进入作用部位，产生治疗作用或毒副作用。
代谢转化：药物在肝脏或胃肠道通过酶催化的一系列氧化还原反应发生生物转化。
生物技术药物(新型治疗药物)
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概念
生物技术药物药代动力学中文名:生物技术药物，又名“生物药物”
英文名: Biotechnological drugs
生物技术药物（biopharmaceutics）:广义是指所有以生物质为原料的各种生物活性物质及其人工合成类似 物、以及通过现代生物技术制得的药物。狭义指利用生物体、生物组织、细胞及其成分，综合应用化学、生物学 和医药学各学科原理和技术方法制得的用于预防、诊断、治疗和康复保健的制品，而这里特指采用DNA重组技术 或其他现代生物技术研制的蛋白质或核酸类药物。
生物技术药物（新型治疗药物）
新型治疗药物
01 概念
03 药物特点
目录
02 分类 04 中国发展现状
生物技术药物是指采用DNA重组技术或其他创新生物技术生产的治疗药物。如：细胞因子、纤溶酶原激活剂、 重组血浆因子、生长因子、融合蛋白、受体、疫苗和单抗、干细胞治疗技术等。
生物技术药物是生物经济的重要载体。可以医病。生物技术药物包括细胞团子、重组蛋白质药物、抗体、疫 苗和寡核苷酸药物等，主要用于防治肿瘤、心血管疾病、传染病、哮喘、糖尿病、遗传病、心脑血管病、类风湿 性关节炎等疑难病症，在临床上已经开始广泛应用，为制药工业带来了革命性的变化。我国自1986年实施“863” 计划以来，生物技术药物的研究、开发和产业化获得了飞速发展。
中国发展现状
2008年我国医药工业累计实现利润708.9亿元，同比增长28.4%。2009年前2个月，我国医药工业累计完成利 润总额111.65亿元，比同期增长23.18%。尽管由于外销受阻，化学原料药工业的利润仅增长6.9%。但生物制药工 业的盈利水平较高，1-2月的增幅为43.4%，显示出生物技术产业高增长、高回报的特征。生物技术药物是人类健 康永恒的需求，生物技术药物产业是永不衰落的朝阳产业。发展生物技术药物产业要 “与时俱进”，要依靠“新 思路，采用新手段”。
药代动力学实验流程
下面是一般药代动力学实验的流程：
1. 实验设计：确定研究目的、选择合适的动物模型、设计给药方案（包括剂量、途径和时间）以及采样时间点。
2. 动物准备：选择合适的动物种类和性别，根据实验要求对动物进行分组，并在实验前适应环境。
3. 给药：按照设计的给药方案给动物施以药物，可以通过口服、静脉注射、皮下注射等方式进行。
4. 样品采集：在设定的时间点采集血液、尿液、粪便等生物样本，用于分析药物的浓度。
5. 样品处理：将采集的生物样本进行处理，如离心、萃取、净化等，以准备进行药物浓度分析。
6. 药物浓度分析：采用适当的分析方法，如高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GC）、质谱法（MS）等，测定生物样本中的药物浓度。
7. 数据分析：将测得的药物浓度数据进行处理和分析，计算药物的药代动力学参数，如消除半衰期、血药浓度-时间曲线下面积（AUC）、清除率等。
8. 结果解释：根据药代动力学参数，评估药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，以及药物的有效性和安全性。
9. 报告撰写：撰写实验报告，包括实验目的、方法、结果、结论等内容，并对实验结果进行讨论和解释。
型的不同而有所调整。
在进行实验前，应仔细设计实验方案，并确保实验操作的科学性和准确性。
生物药剂学和药物动力学
生物药剂学和药物动力学生物药剂学和药物动力学是药物科学中重要的两个分支，它们分别涉及生物制剂的研发与应用、药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程。
本文将从生物药剂学和药物动力学的基本概念入手，深入探讨它们的研究内容、重要性以及未来发展趋势。
生物药剂学介绍什么是生物药剂学？生物药剂学是研究生物制剂的制备、储存、输送和应用的科学，生物制剂是指由生物大分子（如蛋白质、核酸、多肽等）或其修饰物组成的药物。
相较于化学制剂，生物制剂具有较高的复杂性和特异性，因此在其生产、贮存和使用过程中有着独特的问题和挑战。
生物药剂学的研究内容1.生物制剂的制备：包括重组蛋白的表达、纯化和修饰、核酸的合成与修饰等技术。
2.生物制剂的质量控制：包括活性、纯度、稳定性等方面的检测与评价。
3.生物制剂的储存与输送：包括制剂的稳定性、保存条件、运输方式等方面的探讨。
4.生物制剂的应用：包括药物治疗、疫苗接种等方面的应用研究。
生物药剂学的重要性1.生物制剂是当今医药领域的热点之一，其应用范围广泛，包括癌症治疗、自身免疫病的治疗、传染病疫苗接种等，因此对生物制剂的研究具有非常重要的意义。
2.生物制剂的复杂性和特异性要求对其在制备、储存、输送和应用过程中进行严格的控制和管理，保证其安全性和有效性。
3.随着生物技术和制剂技术的不断进步，生物制剂领域的研究前景非常广阔，对生物药剂学的研究发展有着重要的促进作用。
药物动力学介绍什么是药物动力学？药物动力学是研究药物在体内吸收、分布、代谢和排泄的规律以及与时间、剂量等因素的关系的科学，它揭示了药物在体内的命运和作用过程。
药物动力学的研究成果对药物的合理使用和临床疗效评价具有重要意义。
药物动力学的研究内容1.药物的吸收：包括口服、注射、吸入等途径对药物吸收的影响，以及影响吸收的生理因素和药物本身的性质。
2.药物的分布：包括药物在体内组织器官中的分布规律，以及影响分布的因素和机制。
3.药物的代谢：包括药物在体内的代谢途径、代谢产物的生成规律，以及影响代谢的因素和机制。
生物技术药物的药代动力学研究进展
生物技术药物的药代动力学研究进展摘要：本文介绍了生物技术药物药代动力学的特点和基本机制，概述了生物技术药物药代动力学的研究方法。
关键词：生物技术药物药代动力学方法学1．简介近年来，生物技术药物飞速发展，为了正确评价各种生物制品在人体内的疗效及安全性,必须研究生物因子在动物体内和人体内的吸收、分布、代谢和排泄的规律。
而与传统的药物相比生物技术药物具有种族特异性、免疫原性和非预期的多向活性等特点,使得其在体内的药代动力学的研究受到诸多因素的限制。
蛋白多肽类药物因其生理活性强、疗效高,而日益受到人们的重视。
对于蛋白质类药物来说,最重要的一个特性是,这类药物蛋白质与内源性的蛋白质结构相似,由共同的氨基酸组成,微量的需要被测定的生物因子及蛋白质存在于大量的内源性蛋白质中。
蛋白多肽类药物的药动学有其特征，吸收方面来看，一般而言，小分子肽的吸收是由被动扩散或载体转运完成的，脂溶性多肽可通过膜脂扩散,高度亲脂性的药物则能通过淋巴系统被吸收;水溶性分子则可通过水合孔和/或细胞间隙扩散,通过内吞或胞饮过程摄取入细胞，还有一些细胞转运肽(cell penetrating peptide)可通过非耗能途径穿过真核细胞的质膜,这些多肽已被成功地用于在细胞内转运比自身的相对分子质量大许多倍的大分子物质。
由于大多数蛋白多肽类药物具有相对分子质量大和水溶性的特点,若无主动的转运或消除机制,它们大多保留在细胞间隙。
蛋白多肽类药物的主要代谢途径是体内广泛存在的蛋白多肽酶使其失活。
不同的给药途径、给药方案、体内蛋白结合、种属特异性、内源性物质等对蛋白多肽类药物的体内药物动力学有至关重要的影响。
因此, 设计合适的实验方案、选择正确的药代动力学研究方法和可靠的测定方法至关重要。
2．药代动力学的研究方法2．1 同位素示踪法同位素示踪法是通过目标蛋白质多肽上标记同位素,从而鉴别目标蛋白质和内源性多肽的方法。
所使用的同位素有Ｈ3、Ｃ14、Ｓ32、Ｉ125等,Ｉ125其因比放射性高、半衰期适宜、标记制备简单而最为常用。
生物技术药物药代动力学研究的方法学和实验设计
生物技术药物药代动力学研究的方法学和实验设计3汪小凤 郑 青33(暨南大学医学生物技术研究开发中心 广州 510630)摘要 生物技术药物由于自身具有的特点,使得其在体内的药代动力学机制比传统药物更为复杂。
近年来,对于这类药物在体内的代谢机制的研究日趋增加,研究方法也日趋成熟。
概述了生物技术药物的药代动力学研究方法以及实验设计的特点。
关键词 生物技术药物 药代动力学 方法学 实验设计收稿日期:2003209216 修回日期:20032112243国家863计划(2001AA215131,2002AA2Z 3318)资助项目,广东省自然科学基金资助项目(010424)33通信作者,电子信箱:qz01cn @ 近年来,生物高新技术产品的医学应用得到飞速的发展,我国对生物技术药物的研究开发也极为重视,已进入从基础研究转向临床应用的新阶段。
为了正确评价各种生物制品在人体内的疗效及安全性,必须研究生物因子在动物体内和人体内的吸收、分布、代谢和排泄的规律。
而与传统的药物相比,生物技术药物具有种族特异性、免疫原性和非预期的多向活性等特点,使得其在体内的药代动力学的研究受到诸多因素的限制。
尤其是对于蛋白质类药物来说,最重要的一个特性是,这类药物蛋白质与内源性的蛋白质结构相似,由共同的氨基酸组成,微量的需要被测定的生物因子及蛋白质存在于大量的内源性蛋白质中,因此,设计合适的实验方案、选择正确的药代动力学研究方法和可靠的测定方法至关重要。
1 药代动力学机制由于生物技术药物,特别是由氨基酸组成的生物因子类蛋白多肽药物与传统的药物相比,具有相对分子量大、不易透过生物膜、易在体内降解等特点,因此,其在生物体内的药代动力学机制有其特殊性及复杂性。
根据生物技术药物在体内吸收、分布、代谢、排泄的特殊性,设定合适的给药途径是关键。
生物技术类药物的稳定性和渗透性是影响吸收的两个主要的因素。
酶解和非酶解都可引起蛋白质多肽类药物的不稳定性。
生物技术制药重点及名词解释
生物技术制药第一章绪论★生物技术与生物技术药物的概念生物技术药物的分类✦按用途分类：治疗药物、预防药物、作为诊断药物(免疫诊断试剂、酶诊断试剂、器官功能诊断药物、放射性核素诊断药物、诊断用单克隆抗体(McAb)、诊断用DNA芯片)✦按作用类型分类：细胞因子类药物、激素类药物、酶与辅酶类药物、疫苗、单克隆抗体药物、反义核酸药物、RNA干扰（RNAi）药物、基因治疗药物✦按生化特性分类：多肽类药物、蛋白质类药物、核酸类药物、聚乙二醇(PEG）化多肽或蛋白质药物★生物技术药物的特性✦理化性质特性：相对分子量大、结构复杂、稳定性差✦药理学作用特性:活性与作用机制明确、作用针对性强、毒性低、体内半衰期短、有种属特异性、可产生免疫原性✦生产制备特性：药物分子在原料中的含量低、原料液中长存在降解目标产物的杂质、制备工艺条件温和、分离纯化困难、产品易受有害物质污染✦质量控制特性：质量标准内容的特殊性、制造项下的特殊规定、检定项下的特殊规定（原液、半成品及成品检定等等)第二章基因工程制药蛋白类药物的特点：结构确证不完全性、具有种属特异性、多功能性、免疫原性临床前安全性评价的特殊性：蛋白类药物安全性担忧的性质和来源；受试物的纯度；相关动物的选择；给药剂量的选择；免疫原性；遗传毒性和致癌性（一般不进行常规的遗传毒性实验）；药代动力学真核细胞表达制品的安全性问题：生产细胞DNA残留的影响、生产用血清的影响基因工程药物稳定性研究的相关问题：药物浓度、温度、湿度和水分、氧、光照、pH基因工程药物的缺陷：生物利用度低，半衰期短；异体蛋白具有免疫原性基因工程菌的修饰改造方法:构建突变体、构建融合蛋白、PEG修饰（降低免疫原性、增加水溶性、延长t1/2) 基因工程制药基本环节♦上游阶段:制备目的基因→构建重组质粒→构建工程细胞♦下游阶段：培养工程细胞→分离纯化产物→除菌→半成品、成品检定→包装基本工具：目的基因、各种酶(切割酶、连接酶、修饰酶等)、载体、宿主细胞➢酶切结果：5’粘性末端、3’粘性末端、平头末端➢1U核酸内切酶的酶活性:指在最佳反应条件下反应1小时，完全水解1mg标准DNA所需的酶量➢影响限制性内切酶反应的因素：♦DNA样品的纯度：♦DNA的甲基化程度：核酸限制性内切酶不能够切割甲基化的核苷酸序列。
盘点生物技术药物研发的几大特点
盘点⽣物技术药物研发的⼏⼤特点当前，⽣物技术药物已经成为了全球炙⼿可热的新药研发领域，2019年全球销售Top10的药品中，7个即为⽣物技术药物。
近年来，⽣物技术药物在全球在研药物整体中的⽐例逐年上升，有数据显⽰，预计到2022年，全球⽣物技术药物市场将达3260亿美元。
⽣物技术药物美迪西全球众多国家纷纷重点投⼊于⽣物技术药物的研发，美迪西⽣物药临床前研究业务板块拥有成熟的技术平台及丰富的成功案例。
公司陆续建成了抗体药物⼀站式研发外包产业化平台、⽣物技术药物⾮⼈灵长类安全评价专业技术服务平台、⾮⼈灵长类动物实验研究技术服务平台、同位素代谢研究专业技术服务平台等⽤于⽣物技术药物研发的技术平台，可以快速⾼质量开发⽣物技术药物。
应⽤上述技术平台，公司在抗体药物偶联物（ADC）及疫苗、激素、多肽、单抗等⽣物药领域具有丰富的临床前研究经验，且相应研究数据资料成功通过了药物监管部门的临床试验申请。
⽬前⽣物技术药物是具有巨⼤投资价值的医药细分领域，⽣物技术药物⽆疑是当前和未来⼀段时间制药⾏业的热门领域。
然⽽⽣物药与传统的⼩分⼦化药相⽐各⽅⾯更具复杂性。
类型多样，形式复杂随着⽣物技术药物发展的⽇新⽉异，⽣物技术药物越来越呈现多样化的趋势，除了抗体类药物、重组蛋⽩药物、多肽药物、核酸药物等分⼦类型的药物外，还有近⼏年炙⼿可热的CAR-T、溶瘤病毒等细胞基因治疗类药物等。
抗体药物不仅只有传统的单抗药物，还有抗体⽚段药物以及双特异性抗体药物，甚⾄还有多特异性抗体药物，双或多特异性抗体的靶点多样，关键结构的组成形式也复杂多变；如重组蛋⽩药物有着不同的重组融合形式，还可以有不同的药物修饰形式，不同形式的修饰也会引起药物的吸收代谢与功效等的不同；细胞基因治疗药物近年的研发热潮风靡全球，除了以CAR-T形式出现以外，还在此基础上出现CAR-NK、TCR-T等形式的药物，不仅溶瘤病毒成为了热点，⽽且溶瘤菌也成为了重要的创新药物形式，可谓形式复杂多变。
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影响蛋白肽类药物吸收因素
药物稳定性； 细胞渗透性：MW1000，鼻粘膜》肠粘膜
Correlation between MW and the cumulative recovery of sc rINF alpha-2a, cytochrome c, inulin and 5-fluoro-2 deoxyuridine (FUDR) in the efferent lymph in sheep
生物技术药物
重组蛋白多肽类 单克隆抗体及其片断 寡核苷酸 疫苗制剂 基因治疗药物（核酸制剂） 干细胞药物？
蛋白肽类药物药代动力学
吸收 分布 代谢与排泄
蛋白肽类药物吸收
小分子多肽：被动吸收 大分子多肽：
水溶性：细胞间隙
脂溶性：膜脂扩散
胞饮 淋巴系统吸收：po干扰素；高度脂溶性？
第六章 生物技术药物的药 代动力学特点及检测
Cumulative Revenues of Selected Biotechnology Companies (Amgen, Genentech, Chiron, Genzyme and Biogen)
Selected Blockbuster Protein Pharmaceuticals
ELISA法
优点
高度的灵敏度: ng－ pg/ml; 较高的特异性; 易于操作、快速、不使 用同位素、无辐射源, 适用于批处理; 试剂使用寿命长； 目前最常用的检测方法。
缺点
待测蛋白多肽的免疫活 性而非生物活性; 不能区别具有抗原决定 族的代谢物片断； 不能同时测定代谢物片 断; 不同来源抗体结合性不 一； 受一些因素的干扰
Available oral forms: cyclosporine (30%) and desmopressin (0.16%); Absorption enhancers; encapsulation in microparticles or nanoparticles.
蛋白肽类药物的分布
小分子药物代谢
蛋白肽类药物代谢与排泄（消除： elimination)
蛋白水解酶（溶酶体、蛋白酶、组织蛋白 酶、氨肽酶、二肽酶）: throughout body
Proteoses Peptisases
受体介导清除(receptor-mediated endocytosis): t-PA－liver－low density lipoprotein receptor-mannoseasialogglycoprotein receptor; insulin 蛋白水解酶稳定：环孢菌素－P450?
酶联免疫吸附测定法 (Enzyme-linked immunosobant assay,ELISA); 放射免疫测定法 (Radioimmunoassay,RIA); 免疫放射定量法 (IRMA);
ELISA法
一抗（种族特异性） 抗原（待测药物） 二抗（酶偶联） 显色酶底物 酶标仪
Proteases in the lung Local effects Effect of molecular weight?
Plasma bioavailability of therapeutic peptides versus MW after pulmonary administration
蛋白肽类药物分布：血脑屏障
血脑屏障：
缺乏特异转运系统； 存在蛋白分解酶； 外排作用泵
提高血脑屏障对蛋白多肽类药物摄取的方 法：
脂质体
鼻腔给药； 脊髓管灌注或泵连续输注。
Ziconotide cerebrospinal CSF concentration as a kg）后食蟹猴 (n=7-8/组)的血清生长激素浓度
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -10 0
血药浓度-时间曲线
受试药品 参比药品
ng/ml
10 小时
20
30
普通ELISA 、高灵敏度ELISA（additional 增色放大系统）和化学发光 ELISA 法(luminol/过氧化氢底物)灵敏度和线性范围比较 (From 汤仲明，2002）
蛋白肽类药物代谢与排泄
肾脏
肾小球：<30 Kd, eg.,IFN, IL-2, 肾小管
近曲小管(proximal tubule) endocytic vesicle hydrolysis into peptide fragments: IL-2, IL-11, growth hormone, insulin Luminal membranes: hydrolysis: small linear peptides: ANGI, ANGII, bradykinin, glucagon, LH-RH Endocytosed and degraded in lysozymes: larger and more complex proteins peptides
蛋白肽类药物样品检测方法
免疫测定法 (Immunoassays)
同位素标记示踪法 (Isotope label trace assay) 生物检定法 (Bioassays); 高效液相（HPLC）、液质联用（LC-MS）法: comparable sensitivity higher selectivity; eg, plasma bradykinin peptide antagonist; 毛细血管电泳(CE)、高效毛细血管电泳(HPCE) 和毛细血 管电泳色普(CEC)； Real time PCR、protein chips
分布容积小：0.04-0.2 L/kg vs. 1-20 L/kg(小分 子);
分子量大; 水溶性大; 蛋白结合率高？
中央室（Vc):3-8 L=plasma volume和平衡室 (Vss):14-20 L<2x中央室; 蛋白结合: reduce clearance; Site-specific and target-oriented receptor mediated uptake
Intranasal administration
易给药；鼻粘膜上皮细胞有大量的微绒毛和广泛 分布的血管淋巴管；无肝首过效应； 伪首过效应(Pseudo－first－pass effect)；多肽、 蛋白酶（主要是氨肽酶）； calcitonin, oxytoxin, LH-RH, growth hormone, interferone, vaccines； 分子量up to 2 KDa: pharmacologically acitive； 血脑屏障：IGF-1。
蛋白肽类药物吸收
非肠道给药( Parenteral Route)：IV>M＝SC＝ IP>鼻腔>肺>直肠>回肠>阴道>颊>口服 鼻腔给药(Intranasal administration); Inhale administration; 口服给药(Oral administration ) Peroral administration 经皮给药(Transdermal administration); 其他给药途径: 结肠、回肠、子宫、阴道、颊、 眼睛等。
ELISA法的干扰因素
具有抗原决定族的代谢物片断； 被测试药物的内源性物质； 基质效应; 被测试药物的可溶性受体 结合蛋白;
低亲活力结合蛋白 高亲活力结合蛋白
反复给药产生抗被测试药物的抗体：中和性或非 中和性
长期给药； 生物等量性实验
Immunogenicity of native ADI and ADI-SS PEG in mice and rabbits
肝脏: insulin, glucagon, epidermal growth factor, antibodies, and tPA 胆道: 血液: endo-oligopeptidase? 肠道
Peritubular capillaries: growth hormone
蛋白肽类药物特点及其应用
CSF Ziconotide Pharmacokinetic Results by Dose Group
小分子药物代谢
Drug biotransformation is divided into two types of reactions: phase I (hydrolysis, oxidation, and reduction) phase II reactions: conjugation ((uridine diphosphoglucuronosyl transferase (UGT), N-acetyl transferase (NAT), glutathione Stransferase (GST), and sulfotransferase (ST)).