多肽/蛋白类药物的非注射给药系统优化方案

当多肽和蛋白类药物用于治疗慢性疾病时，长期注射给药给患者带来很大的身体和精神痛苦，因此，其非注射给药途径受到广泛的重视，口服、经皮和黏膜给药系统得到深入的研究，部分多肽和蛋白类药物的非注射给药剂型已经上市。黏膜给药系统可以通过口腔、鼻腔、肺、直肠和阴道黏膜等部位进行释药，各部位生理学存在差异，所以其剂型也各有特点。

一、鼻腔给药系统

鼻腔给药系统是指在鼻腔内使用，经鼻腔黏膜吸收而发挥局部或全身治疗作用的制剂。鼻腔给药的剂型很多，包括滴鼻剂、喷雾剂、粉雾剂以及微球、脂质体、纳米粒等新剂型。一般情况下，液体喷雾剂的生物利用度显著高于滴鼻剂，与粉雾剂无明显差异。但粉雾剂具有较好的化学稳定性和微生物稳定性。具体选择何种剂型要根据主药的特点和用药要求而定。

小分子药物（小于1000 Da）可通过被动扩散和主动转运等途径被鼻腔黏膜吸收，在适当促进剂的帮助下，分子量大于6000 Da的多肽也能很好地被吸收。鼻腔黏膜给药可以避开胃肠道消化酶的破坏及肝脏首过效应的影响，吸收迅速，生物利用度高，顺应性好。所以鼻腔黏膜给药成为替代注射给药的最有前途的途径之一。

鼻腔给药系统的处方设计要注意以下问题：

1.pH pH可影响鼻纤毛的清除率，在7～10范围内鼻纤毛的运动不受影响，但在高于11或低于6的情况下会显著降低鼻纤毛的运动。正常成年人鼻腔的pH为5.5～6.0，婴幼儿为5.0～6.0，所以鼻用制剂一般应偏酸性，pH以5.5～6.5为宜。但具体范围要考虑多肽/蛋白类的稳定性和溶解性，以及吸收的变化而定。如鲑鱼降钙素则优选3.5～4.5。

2.吸收促进剂　多肽/蛋白类大分子药物经鼻腔吸收的效率较小分子为差，可以加入吸收促进剂进行促进。常用的吸收促进剂包括溶血卵磷脂、环糊精、胆酸钠、脱氧胆酸钠、甘胆酸钠、牛磺胆酸钠、牛磺二褐霉酸钠等。但吸收促进剂对鼻纤毛会有毒性，造成的损失往往不可逆。

3.黏度　药物在鼻黏膜的滞留时间会对其生物利用度产生较大影响，在处方中加入生物黏附性材料，有助于药物的吸收。常用的材料有生物黏附性淀粉、甲壳素、葡聚糖、环糊精、卡波姆、黄原胶等。

已有一些多肽和蛋白类药物的鼻腔黏膜给药系统已用于临床，主要剂型有滴鼻剂和喷雾剂，药物包括LHRH激动剂布舍瑞林、去氨加压素、降钙素、催产素、胰岛素等。

鲑鱼降钙素为32个氨基酸组成的多肽，在临床上主要用于治疗骨质疏松、高血钙危象和各种疼痛等。美国诺华公司在1995年就上市了鲑鱼降钙素鼻腔喷雾剂Miacalcin，其生物利用度为注射剂的50%，不良反应明显减少。

（一）工艺流程图（如图20-5）

图20-5　鼻腔喷雾剂工艺流程图

（二）制备的要点

1.处方组成　多肽/蛋白类药物的鼻腔喷雾剂一般要含有稳定剂、缓冲剂、渗透压调节剂等成分。根据使用情况的需要，鼻腔喷雾剂还可以加入抑菌剂。

2.工艺参数　生物技术药物的活性极易受到温度的影响，在生产和储存过程中均要尽可能在低温操作，避免因温度升高导致活性的下降。

（三）主要仪器与设备

百级无菌操作间（台）、配液罐、循环泵、滤器、灌装设备、高压灭菌器、烘箱。

（四）典型处方与工艺分析

例　鲑鱼降钙素鼻腔喷雾剂

【处方】鲑鱼降钙素137.5 mg；NaCl7.5 g；苯扎氯铵100 mg；纯水加至1000 mL

【制法】在氮气的保护下，将处方量的鲑鱼降钙素、苯扎氯铵和NaCl溶解于纯水，用1 mol/L的盐酸调节pH至3.7，添加纯水至1000 mL。除菌过滤后无菌分装至鼻腔喷雾装置中。

【注释】鼻腔喷雾剂的处方要依据鼻腔的生理特点和药物性质综合考虑，包括渗透压、pH调节。如多剂量给药，还要加入合适的抑菌剂。处方中氯化钠为渗透压调节剂。苯扎氯铵为抑菌剂。所得鼻喷剂每毫升含鲑鱼降钙素550 IU，每揿含55 IU。

二、肺部给药系统

经肺全身给药的最佳靶点是肺泡，因肺泡具有75 m2左右的吸收面积，黏纤毛清除作用小，肺泡壁由单层上皮细胞组成，并与毛细血管紧密相连，血流丰富，易于吸收。肺泡表面分布着大量以磷脂为主的界面活性物质。肺部的结构特点决定了药物能在该部位迅速吸收，并直接进入血液循环，不受肝脏首过效应的影响。

肺部给药装置在肺部给药系统中发挥了极其重要的作用，新型给药装置的开发促进了肺部给药技术的发展。肺部给药装置可分为喷雾器、定量吸入器和干粉吸入器（DPI）。具体采用何种装置取决于药物的性质、处方、作用部位和肺的病理生理学。

DNA酶是治疗肺囊性纤维化（CF）的蛋白类药物，由269个氨基酸组成，分子量约为37 000 Da，可选择性地裂解CF患者黏稠分泌液中的DNA。DNA酶已上市的可吸入溶液剂Pulmozyme®，即采用射流喷雾器进行雾化。其处方为：DNA酶1.0 mg/mL，CaCl2·2H2O 0.15 mg/mL，NaCl 8.77 mg/mL。溶液不含抑菌剂，pH为6.3。安瓿包装，每支含2.5 mL。制备工艺同注射剂。

胰岛素吸入治疗是全球范围内研究的热点。经过7年的研究，辉瑞公司的胰岛素吸入剂Exubera于2006年1月经FDA批准上市，用于治疗成人1型和2型糖尿病。Exubera系采用重组DNA技术生产的人胰岛素的吸入粉剂，通过专门设计的吸入器，患者经口腔将胰岛素吸入肺部吸收。

令人遗憾的是，辉瑞公司于2007年10月公布停止销售Exubera，原因是该制剂的吸入型装置形体过大而且粗笨，患者难以携带；医生不知道也不愿意去了解这种吸入型装置如何发挥治疗作用；此外，使用Exubera的患者还需要测试肺脏功能，给患者和医生增加了麻烦。FDA曾担心长期使用Exubera可能引发肺脏并发症，临床数据显示，该药物确实会导致患者肺功能的中度损伤，即便损伤没有继续恶化。(www.xing528.com)

随后，诺和诺德也终止了吸入性胰岛素的开发，使那些热切希望能用吸入制剂代替注射用胰岛素的患者顿感失望，也给本领域的研究人员提出了更高挑战。

当前利用肺部进行多肽/蛋白类药物给药面临的最大挑战是吸入给药比注射给药更加不稳定。研究者们正在对包括粉末、结晶和液体在内的辅料进行筛选，从而设计出使用更方便、更有效的吸入产品。例如，Alkermes公司正在开发一种尺寸比Exubera小的胰岛素吸入制剂，这种胰岛素粒子体积比较大，密度比较轻，因此流动性更好，更容易分散。MannKind公司同样采取了粉末技术，但是用吸收促进剂取代了体积比较大、密度比较轻的粒子技术。

肺部给药可能会对肺或其他器官产生的生物效应，这也是研究人员不可忽视的现象。

（一）工艺流程图（如图20-6）

图20-6　干粉吸入剂工艺流程图

（二）制备的要点

1.处方组成　多肽/蛋白类药物的处方一般要含有填充剂、缓冲剂、助流剂等成分。

2.工艺参数　微粉化是干粉吸入剂的关键。大于5 μm的粒子容易沉积在气管中，1μm以下的粒子容易随呼吸排出气管而不能起到治疗作用。0.5～5 μm的粒子可以达到肺泡并易于吸收，所以粒径要控制在0.5～5μm。

（三）主要仪器与设备

百级无菌操作间（台）、配液罐、循环泵、滤器、喷雾干燥器、高压灭菌器、烘箱。

（四）典型处方与工艺分析

例　重组人胰岛素干粉吸入剂

【处方】重组人胰岛素20 g；甘露醇66 g；枸橼酸0.6 g；枸橼酸钠12g

【制法】按处方量称取甘露醇、枸橼酸和枸橼酸钠，加入约2L注射用水中溶解，必要时用HCl或NaOH溶液调整pH至6.7。加入重组人胰岛素，混匀。以0.2 μm除菌滤器过滤2次，在Buchi喷雾干燥器中喷雾干燥，形成无定形粉末，保存于干燥容器内（RH＜10%）。在干燥环境下分装于吸入装置中。

【注释】处方中重组人胰岛素为主药，枸橼酸和枸橼酸钠为缓冲剂，甘露醇为支撑剂，也是助流剂。喷雾干燥形成粒径大小符合要求的微粒是工艺的关键。喷雾干燥器入口温度控制在110～120℃，出口温度在70～80℃，液体流速为5 mL/min。操作环境一定控制在相对湿度10%之下。

（五）工业化存在的问题与解决措施

1.吸入给药装置　吸入给药装置是肺部给药研究的重点。早期的吸入装置释药效率很低，大部分药物要么停留在装置内，要么则未通过口咽部，不适合价格比较昂贵的多肽/蛋白类药物的应用。

理想的干粉吸入装置应具备以下特点：粉体离散性好，给药量与肺呼吸肌力量无关，在肺内100%沉积，应用简单便于操作，耐潮湿性能好。但目前尚无完全符合上述标准的产品。

Rotahaler是较早的吸入装置，简单可靠，便于携带，可清洗，但防潮效果差，须经常清洗，剂量的释放取决于适当的吸入方法。Diskhaler吸入装置将药物装在铝箔水泡眼中，吸入时刺破水泡眼铝箔即可释放药物；该装置防潮性能好，但需要经常更换药板。Turbuhaler能将许多剂量储存在装置中，使用时旋转装置，单位剂量的药物即可由储库释放到转盘上，在气流的作用下，从吸入腔分散至肺部，但该装置在防潮和剂量安全性方面具有缺陷。

Exubera采用的是Nektar装置。Nektar装置使用压缩空气将胰岛素干粉分散至储存室内，患者可以缓慢的深呼吸方式从储存室吸入胰岛素。Exubera的生物利用度仅为10%～15%，其原因可能是胰岛素分子量较大（5000 Da），呼吸道肽酶和蛋白酶的降解，以及肺泡巨噬细胞的吞噬作用等。

为增加胰岛素的生物利用度，又陆续开发了几种新的装置。Alliance公司推出的是压力MDI装置，其中药物粒子为采用PulmoSpheres技术制备的密度极低的多孔干粉，粒径为1～3 μm。药物粒子的辅料为脂质。Elan公司开发的是手持电池驱动的多剂量系统，胰岛素晶体尺寸为纳米级（0.1 μm）。Alkermes公司的装置为吸入驱动DPI。药物粒子也是低密度多孔颗粒，但几何体积较大（10～15μm），可以减少聚集倾向，并增加释药过程的分散性。但该大粒子的气流动力学粒径只有1～3 μm，非常有利于至肺泡的传递。在肺泡区域沉积后，因粒径较大，不易被吞噬作用所降解。该装置经肺给药的相对生物利用度可以达16%，与Nektar装置类似。MannKind公司的Medtone DPI，将含胰岛素的颗粒Technosphere以点陈列的有序方式在低pH条件排列，可以保护胰岛素免受蛋白酶破坏。粒子到达肺泡后，即在中性pH环境中溶解，释放胰岛素，相对生物效价可达皮下给药的26%。

2.处方设计　干粉吸入剂的处方中要加入一定的支撑剂，以防止药物因微粉化后表面能增加引起的聚结。理想的支撑剂为糖、多元醇、氨基酸、有机酸、多肽和蛋白。支撑剂经干燥成为非结晶结构，主要用于保持药物在无定形状态，有助于药物的稳定性和微粒的流动性。

3.微粉化　药物能否到达并保持在肺泡中，主要取决于制剂雾化时粒子的大小。一般认为几何粒径1～3μm的单位密度的粒子最适合肺部药物传递。较大容易沉积于口咽部，较小则易于呼出。但该尺度范围的粒子较易于凝结，并被肺泡巨噬细胞吞噬。微粉化的方法有以下几种：

（1）机械粉碎法　指经球磨机、胶体磨以及流能磨等丰富将药物粉碎。为避免多肽/蛋白类药物的降解，可通过加入乳糖等支撑剂或冷冻干燥技术解决。

（2）喷雾干燥法　适用于药物的水溶液，微粒均匀，操作方便。

（3）超临界流体技术　操作温度低，有利于保持药物的活性。

最近发展的大孔粒子技术改变了人们对粒径的观念，Alliance和Alkermes公司的吸入给药装置均采用了该技术。大孔粒子指几何粒径大于5 μm，但气流动力学粒径小于5μm的低密度颗粒。大孔粒子流动性好，易于雾化，在肺内沉降均匀，再现性好，对细胞无毒性，并可以避开肺泡巨噬细胞的吞噬。粒子形状越接近于球体，流动性越好，越利于肺部吸收。