蛋白质--多肽类药物传递的研究进展PPT资料.ppt

1、三 维 结 构,Amino Acids,氨基 羧基 侧链,Polypeptides,40 amino acid,肽 键,肽 键,Protein Structure,Mixed/,Helix,/混合型,折叠型免疫球蛋白,螺旋型血红蛋白,Classes of Protein/Polypeptide Pharmacueticals,Vaccines 疫苗（peptides,parts of proteins,killed bacteria,etc.）Polypeptides 多肽（oxytocin 脑垂体激素,pitocin 催产素）Blood products（Factor X,Factor VI

2、II 凝血因子,基因疗治血 友病,gamma globulin,serum albumin）Recombinant therapeutic proteins 重组治疗蛋白质（herceptin 单克隆抗体,humulin 重组胰岛素,alferon 干扰素,etc.）,蛋 白 质/多 肽 类 药 物 分 类,Vaccines 疫苗,Diptheria 白喉杆菌（Corynebacterium diphtheriae）-diptheria toxinTetanus破伤风（Clostridium tetani）-tetanus toxinWhooping cough 百日咳（Bordetella

3、pertussis,）-acullelar extract,Tetanus Toxin 破伤风毒素片段 折叠型,Therapeutic Protein/Peptide,Insulin（diabetes）胰岛素（糖尿病 51 amino acid）Interferon b 干扰素 b（relapsing MS,多发性硬化症）Interferon g 干扰素 g（granulomatous,肉芽瘤）TPA 组织多肽抗原 Activase（heart attack,心脏病发作）,Therapeutic Protein/Peptide,Actimmune（If g 干扰素）Activase（TPA,组

4、织多肽抗原）BeneFix（F IX,凝血因子IX,血友病B型 治疗）Betaseron（If b,干扰素,多发性硬化症缓和期,复发期）Humulin 重组胰岛素Novolin 重组胰岛素,Regranex（PDGF,血小板衍生生长因子）Novoseven（F VIIa 重组凝血因子）Epogen 红细胞生成素Intron-A（干扰素,毛细胞白血病,生殖器疣,乙肝,丙肝,AIDS）Neupogen 白细胞介素Pulmozyme 重组脱氧核糖核酸酶Infergen 干扰素,慢性丙肝,What is Gene Delivery?什 么是 基 因 传 递?To deliver DNA plasmid

5、 传 递 质 粒 into cells to arise therapeutic effectssuch as induction 诱 导 enhancement 促 进（抗 体 的 生 成）or blocking of protein expression 阻 碍 蛋 白 质 基 因 表 达（阻 断 复 制）,Why is a Gene Carrier Essential for Gene Delivery?为什么基因载体对基因传递是重要的?DNA itself cannot diffuse 扩 散 through cell membrane because of its negative

6、charge 负 电 荷 cell membrane also has negative chargeNaked 无 保 护 的 DNA is rapidly degraded by DNase in blood or cellular lysosome 血 或 细 胞 中 的 溶 酶 体,The Problem with Protein/peptide,蛋 白 质/肽 存 在 的 问 题,The Problem with Protein/peptide（1）（in vivo-in the body）,Very large and unstable molecules 分 子 大,不 稳 定E

7、asily destroyed 破 坏/eliminated 消 除 by the bodyEasily destroyed 破 坏 by relatively mild storage conditions 不 严 格 的 储 藏 条 件Hard to obtain in large quantities 大 量 制 备 困 难,The Problem with Protein/Peptide（2）（in vivo-in the body）,Elimination 消 除 by B and T cellsProteolysis 蛋 白 质 水 介 by endo/exo peptidases

8、 肽 酶Small proteins（30 kD）filtered out by the kidneys 肾 very quicklyUnwanted allergic reactions 过 敏 反 应 may develop（even toxicity）,The Problem with Protein/Peptide（3）（in vitro-in the bottle 瓶子）,Denaturation 变 性Aggregation 聚 合Precipitation 沉 淀Adsorption 吸 附,Deamidation 脱 酰 胺Oxidation 氧 化Disulfide exch

9、ange 二 硫 化 物 交 换Proteolysis 蛋 白 质 水 介,Noncovalent 非共价的 Covalent 共价的,Protein/Peptide New Formulation,Protein sequence 序 列 modification（site directed mutagenisis 诱 变）解 决 稳 定 性 问 题PEGylation PEG 化 延 长 T 1/2Proteinylation 蛋 白 质 化 延长 T 1/2 靶 向Microsphere 微 球/Nanosphere encapsulation 微 囊Micelles 胶 束 控 制 释

10、 放 靶 向Formulating with permeabilizers 渗 透 剂 提 高 生 物 利 用度,新 型 蛋 白 质/肽 类 药 物 与 制 剂 的 研 发,Site Directed Mutagenesis 诱 变,Allows amino acid substitutions 氨 基 酸 取 代 at specific sites in a protein Protein engineering 蛋 白 质 工 程（size,shape,etc.）,Site Directed Mutagenesis 诱 变,E343H,亚铁螯合酶 在特殊部位用 半胱氨酸取代（置换）形成二硫

11、化物 提高稳定性,PEGylation PEG 化,PEG is a non-toxic,hydrophilic 亲水性 FDA approved,uncharged polymer 没有负荷的聚合物Increases in vivo half life（4-400 X）肺递释 PEG GCSF（粒细胞集落刺激因子：化疗，血液病）生物利用度 3.0%11.5%Decreases immunogenicity 降低免疫性Increases protease resistance 增加对蛋白酶的抵抗Increases solubility&stability 提高溶解度和稳定性,聚乙二醇（PEG）

12、分子中一个或多个分子与蛋白质或肽发生化学结合,Peptide-PEG monomers 单体,Peptide,PEG,Hydrophobic block 亲脂性区,Hydrophilic block 亲水性区,CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH|OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH,聚乙二醇（PEG）分子中一个或多个分子与 蛋白质或肽发生化学结合 长循环,PEGylation（PEG 化）,+,CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH-CH|OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH,聚乙二醇（PEG）分子中一个或多个分

13、子与蛋白质或肽发生化学结合 长循环,Mixed/,Pulmonary Delivery PEG-GCSF,Compound BioavailabilityGCSF（18.8 kDa）3.0%PEG-G-CSF（81.5 kDa）11.5%PEG-G-CSF（146.8 kDa）3.4%,PEG-GCSF 粒 细 胞 集 落 刺 激 因 子 肺 部 传 递,PEG Biopharmaceuticals,ADAGEN ONCASPAR PEG-INTRON干 扰 素PEGASYS干 扰 素 NEULAST PEGVISOMANT MACUGEN CDP 870 CDP 860 CERA,Prote

14、inylation 蛋白质化,Attachment 配 置 of additional or secondary（nonimmunogenic 不 会 产 生 免 疫 性 的）protein for in vivo protection 体 内 保 护 increases in vivo half life（10X）延 长 T 1/2Cross-linking with Serum Albumin 血 清 白 蛋 白Cross-linking or connecting by protein engineering 蛋 白 质 工 程 with antibody fragments 抗 体 片

15、 段,Proteinylation 蛋 白 质 化,+,Protein Drug ScFv（antibody）,主 动 靶 向,Peptide Synthesis,激 活,未 保 护 的 肽,肽 键,Microsphere Encapsulation 微 囊,提 高 稳 定 性控 制 释放 速 度,Encapsulation,Process involves encapsulating protein 蛋 白 质 or peptide 肽 drugs in small porous particles 多 孔 性 粒 子 for protection from“insults”避 免 损 害

16、and for sustained release 缓 释Two types of microspheresNonbiodegradable 非 生 物 可 降 介Biodegradable 生 物 可 降 介 PLGA（polylactic-co-glycolic acid）,Microsphere Release 微 球 的 释 放,Hydrophilic 亲 水（i.e.gelatin）best for burst release 爆 破 释 放Hydrophobic 疏 水（i.e.PLGA）good sustained release（esp.vaccines）缓 慢 释 放tend

17、s to denature proteins 变 性 蛋 白 质Hybrid 混 杂（amphipathic 两 性 分 子）good sustained release 缓 慢 释 放 keeps proteins native/active 保 持 天 然 活 性,Peptide Micelles（胶 束）离 子 型 聚合 物 胶 体 给 药 体 系,15 50 nm,载体材料:水溶性A 端:PEG链B 端:离子型链（聚甲基丙烯酸等）静电吸附,氢键与药物结合成疏水 内核,水中形成纳米胶束能最大程度地保持蛋白质/肽的生物活性,Peptide Micelles,10 50 nm,Nanopar

18、ticles for Vaccine 纳 米 疫 苗 Delivery within Dendritic Cells 树 突 状 细 胞,Dendritic Cells（s 树 突 状 细 胞）sentries of the body 机体的“岗哨”，体内功能最强的“抗原提呈细胞”Eat pathogens 捕捉病原体 and present their antigens to T cells 激发有抗原受体的T细胞Secrete cytokines 分泌细胞因子 to direct immune responses 产生免疫应答,Nanoparticles for Vaccine 纳 米 疫

19、 苗,Mimic pathogens surface characteristics 纳 米 粒 模 仿 病 原 体 表 面 性 质Antigen for controlled delivery within Dendritic Cells 被 吞 噬 进 入 树 突 状 细 胞 中，在 树 突 状 细 胞 中控 制 释 放“抗 原”Selective activation of cytokine genes in Dendritic Cells 选 择 性 激 活 细 胞 因 子 基 因，产 生 免 疫 应 答 Applications in Therapeutic Vaccines（Can

20、cer,AIDS,HBV,HCV 治 疗 疫 苗:肿 瘤,艾 滋,乙 肝,丙 肝）,Polymeric Nanoparticle Uptake by Human DCs:Confocal Image 共 焦 图 像,Protein/Peptide Drug Delivery,Parenteral（injection）非 胃 肠 道Pulmonary 肺 部Oral or nasal delivery 口 或 鼻 腔Patch or transdermal route 皮 肤Other routesRectal/Vaginal 直 肠/阴 道Ocular 眼 睛,蛋 白 质/肽 类 药 物 传

21、递 的 新 途 径（1）,Parenteral Delivery,IntravenousIntramuscularSubcutaneous,Route of delivery for 95%of protein/peptide,由两个二硫键连接的A链（21）和B链（30）共 51个氨基酸组成,Protein/Peptide Drug Delivery,蛋 白 质/肽 类 药 物 传 递 的 新 途 径（2）,Parenteral（injection）非 胃 肠 道 Pulmonary 肺 部 Oral or nasal delivery 口 或 鼻 腔 Patch or transdermal

22、 route 皮 肤 Other routes Rectal/Vaginal 直 肠/阴 道 Ocular 眼 睛,Pulmonary,1 0 0 M 2 肺血流量 5 0 0 ml/min,Exubera Insulin Delivery System 吸 入 Nektar Therapeutics/Pfizer/Aventis Co.,Insulin MW 5700 51 个 氨 基 酸 组 成Inhaled short acting insulin Treatment of type 1 and type 2 diabetes 糖 尿 病,Exubera Insulin Delivery

23、 System,FDA 2006.1.26.批 准 上 市基因重组人胰岛素干粉 23 mTmax:吸入 49 分钟（3090 分钟）注射 105分钟（60240 分钟）B A:10%-20%,Exubera Insulin Delivery System,液体气雾剂 液滴 2 3 m 激光孔喷嘴,含赋料微粒 5 30 m 气流动力学 1 5 m,Pulmonary Insulin Delivery System 电子控制液体雾化 液滴 2 3 m,Protein/Peptide Drug Delivery,Parenteral（injection）Pulmonary Oral or nasal

24、 delivery Patch or transdermal route Other routesRectal/VaginalOcular,蛋 白 质/肽 类 药 物 传 递 的 新 途 径（3）,Oral Insulin（Oralin）口腔喷雾剂,Bucchal aerosol delivery system developed by Generex Insulin 胰岛素 is absorbed through thin tissue layers in mouth and throatInsulin is formulated with a variety of additives 促

25、透 剂 and stabilizers 稳 定 剂 to prevent denaturation 防 止变 性 on aerosolization and to stabilize aerosol particles,Oral Insulin（Oralin）,口 腔 粘 膜 吸 收,C max 30 C ss 120 C min 240 BA 8%起效快于皮下注射 关注对口腔颊粘膜的刺激性？研发阶段（美,加）国内 1996-2005 年 喷舌下,pH Sensitive Microspheres,Gel/Microsphere system with polymethacrylic acid

26、+PEG（聚甲基丙烯酸+PEG）In stomach（pH 2）pores in the polymer shrink 收 缩，不 释 放 and prevent protein release 避 免 胃 酸 破 坏 In neutral pH（found in intestine）the pores swell 膨 张 and release protein 结 肠 释 放 含 胰 蛋 白 酶 抑 制 剂,pH 敏 感 型 微 球,Oral Delivery by Microsphere,pH 2 pH 7,Patch Delivery,Patch Delivery,B A 1%,Nasa

27、l Spray 鼻腔长度:12 15 cm总表面积:150 cm2毛细血管丰富吸收迅速 使用方便 依从性好 生物利用度高降钙素（micacalcin nasal spray）已获美国 FDA 批准上市。BA 3%.,Osteogenic Growth Peptid（OGP）Nasal Spray 成 骨 生 长 肽 鼻 腔 给 药 系 统 14 氨 基 酸 多 肽 预防和治疗骨质疏松症,促进骨质愈合 安全 有效 高效 浙 江 省 医 学 科 学 院 药 物 研 究 所 研 发,Transdermal Patches,Patch is coated with small needles that

28、 penetrate the dermal layer Proteins imbedded 埋 入 the needles 微 针 Proteins diffuse directly into the blood stream via capillaries Less painful form of parenteral drug delivery,微 针 型 经 皮 传 递 系 统,以色列纳米通道技术公司Nano Pass Technologics中空型 无痛释放胰岛素美国生物阀公司 Bio Valve微针 TDDS 装置，长150 m，直径35 m,微针贴片 1-2 cm2长 100 50

29、0 m渗透性提高一万倍,微 针,预计在5年内，微针 TDDS 可进入临床应用，输送胰岛素、多肽、蛋白质、药物纳米粒及各种药物分子,预计在5年左右，微针 TDDS 可进入临床应用，输送胰岛素，蛋白质、多肽类药物，纳米粒，以及各种药物分子。,小 结,在过去的二、三十年中,人们对蛋白质、多肽类药物进行 了大量的改性和释药的研究。理想的蛋白质、多肽类药物传递系统：1.最大限度地保持药物的生物活性;2.有良好的生物通透性,能到达病变部位;3.在体内能长循环,生物利用度高;4.具靶向性,即对病变细胞或组织具有特异性的识别能力.,二.蛋白质、多肽类药物非注射给药传递已取得重大进展，肺部给药（Exubera Insulin Delivery System）、鼻腔给药（降钙素 micacalcin nasal spray）等 已获美国 FDA 批准上市。我国也已进行胰岛素口腔 粘膜吸收的研究开发。三、“蛋白质、多肽类药物传递系统的研究与开发”已列入 国家“十五”生物医药重点攻关项目内容之一，国家“十一五”科技发展规划纲要中,生物医药领域将实施若干重大专项。,生物技术药物传递系统有着 广阔的发展空间和良好的市场前景！,