2020-2021淺析藥物臨床前研究過程分析報告

2020-2021淺析藥物臨床前研究過程分析報告引言近幾十年來，隨著藥物作用靶點不斷涌現(xiàn)、藥物篩選和優(yōu)化技術不斷創(chuàng)新，全球小分子和大分子藥物市場均保持著穩(wěn)定較快的成長。同時，新藥研發(fā)成本持續(xù)提升逐步成為行業(yè)常態(tài)，新藥研發(fā)難度持續(xù)加大、新藥研發(fā)成功率不斷降低。因此，臨床前研究作為新藥發(fā)現(xiàn)的核心環(huán)節(jié)，重要性日益加深。而國內(nèi)市場方面，在近年政策驅(qū)動下，藥品行業(yè)正處于深刻變革進程中，“鼓勵創(chuàng)新、接軌國際”將是未來的大趨勢。在這種環(huán)境下，me-too類的創(chuàng)新藥將逐步喪失生存的土壤，向Me-better/Best-in-class過渡，最終開發(fā)First-in-class的藥物，將是我國創(chuàng)新藥市場的必經(jīng)之路?；诖?，新藥臨床前開發(fā)將至關重要。本篇報告著眼于新藥臨床前研究的細節(jié)過程，通過對化學藥和生物藥類別特性和相關法規(guī)的介紹；通過對藥物發(fā)現(xiàn)、藥物臨床前生產(chǎn)、藥物臨床前評價三個方面的細節(jié)分析，初探化學藥和生物藥臨床前研究各步驟的研究內(nèi)容、目標和具體方法。目錄藥物類別特性和相關法規(guī)01藥物發(fā)現(xiàn)02藥物臨床前生產(chǎn)03藥物臨床前評價0401藥物類別特性和相關法規(guī)1.1 化學藥的定義和特性化學藥是指通過合成或者半合成的方法制得的原料藥及其制劑；天然物質(zhì)中提取或者通過發(fā)酵提取的新的有效單體及其制劑；用拆分或者合成等方法制得的已知藥物中的光學異構(gòu)體及其制劑。化學藥多為小分子藥物，結(jié)構(gòu)比較容易鑒定，同時以口服為主，可直接進入細胞產(chǎn)生藥效。隨著生物藥越來越多應用于臨床治療，化學藥在醫(yī)藥市場的占比正逐步降低，但仍是當前候選藥物的最主要來源?；瘜W制藥產(chǎn)業(yè)價值鏈包括基礎化工原料、醫(yī)藥中間體、化學原料藥和化學制劑。圖1、化學制藥產(chǎn)業(yè)價值鏈國家食品藥品監(jiān)督管理總局規(guī)定化學藥品新注冊分類共分為5個類別：1.1 化學藥的類別1類境內(nèi)外均未上市的創(chuàng)新藥含有新的結(jié)構(gòu)明確的、具有藥理作用的化合物，且具有臨床價值的藥品。2類境內(nèi)外均未上市的改良型新藥在已知活性成份的基礎上，對其結(jié)構(gòu)、劑型、處方工藝、給藥途徑、適應癥等進行優(yōu)化，且具有明顯臨床優(yōu)勢的藥品。3類境內(nèi)申請人仿制境外上市但境內(nèi)未上市原研藥品的藥品該類藥品應與原研藥品的質(zhì)量和療效一致原研藥品指境內(nèi)外首個獲準上市，且具有完整和充分的安全性、有效性數(shù)據(jù)作為上市依據(jù)的藥品。4類境內(nèi)申請人仿制已在境內(nèi)上市原研藥品的藥品該類藥品應與原研藥品的質(zhì)量和療效一致。5類境外上市的藥品申請在境內(nèi)上市1.2 生物藥的定義和特性特性內(nèi)容藥理活性高藥理學特性治療針對性強毒副作用較少生理副作用常有發(fā)生生物材料中的有效物質(zhì)含量低，雜質(zhì)種類多且含量相對較高理化特性生物活性物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)復雜，穩(wěn)定性差生物材料易染菌，腐敗生物藥物制劑有特殊要求生物藥是指運用生物學、醫(yī)學、生物化學等的研究成果，利用生物體、生物組織、細胞、體液等制造的一類用于預防、治療和診斷的藥物。生物藥尤其是抗體藥優(yōu)點在于靶向性高、選擇性好，因此療效確切、副作用??；缺點有膜透過性差（不易進入細胞，很難突破血腦屏障）、部分具有免疫原性等。表1、生物藥特性生物藥包括氨基酸及其衍生物類、多肽和蛋白質(zhì)類、核酸及其衍生物類、糖類、脂類、激素類、生物制品類（疫苗、細胞因子、生長因子、抗毒素及抗血清、血液制品、抗體、酶和輔酶等）WHO

INN已發(fā)展和建立了近40種生物藥的INN藥學分類，包括單抗、抗體受體融合蛋白、各種多肽藥物、重組蛋白酶等。表2、生物技術藥物部分種類統(tǒng)計1.2 生物藥的類別1.2 生物藥的類別表4、預防用生物制品注冊分類列表表3、治療用生物制品注冊分類列表2017年10月，國家食品藥品監(jiān)督管理總局起草《藥品注冊管理辦法(修訂稿)》，按照產(chǎn)品成熟度不同分別將預防用生物制品和治療用生物制品分別分為5個大類，新的注冊分類更加側(cè)重于是否原創(chuàng)，未對生物制品屬性、制備和處方工藝、劑型、給藥途徑等進行分類，更方便注冊申報。1.3 化學藥和生物藥區(qū)別區(qū)別化學藥生物藥分子量大多為小分子，通常分子量<1000Da大多為蛋白質(zhì)，其分子量巨大，通常>5000Da，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)復雜度相對簡單相對復雜研發(fā)生產(chǎn)和仿制難度相對小相對大原料來源有機合成或天然產(chǎn)物分類發(fā)酵、單體克隆、生物半合成核心技術化學合成生物合成（菌種和細胞培養(yǎng)技術）相關法規(guī)《藥品注冊管理辦法》（局令第28號）對于臨床前的規(guī)定：第二十一條

為申請藥品注冊而進行的藥物臨床前研究，包括藥物的合成工藝、提取方法、理化性質(zhì)及純度、劑型選擇、處方篩選、制備工藝、檢驗方法、質(zhì)量指標、穩(wěn)定性、藥理、毒理、動物藥代動力學研究等。生物制品還包括菌毒種、細胞株、生物組織等起始原材料的來源、質(zhì)量標準、保存條件、生物學特征、遺傳穩(wěn)定性及免疫學的研究等。第二十二條 藥物臨床前研究應當執(zhí)行有關管理規(guī)定，其中安全性評價研究必須執(zhí)行《藥物非臨床研究質(zhì)量管理規(guī)范》(GLP)。圖2、新藥研發(fā)歷程1.4相關法規(guī)1.4藥品不同階段的相關規(guī)范：階段規(guī)范內(nèi)容藥品臨床前研究《藥物非臨床研究質(zhì)量管理規(guī)范》(GLP)非臨床安全性評價試驗設計、實施、查驗、記錄、歸檔保存和報告等組織管理過程的質(zhì)量體系。藥品臨床研究《藥品臨床試驗管理規(guī)范》(GCP)藥物臨床試驗全過程的標準規(guī)定，包括方案設計、組織實施、監(jiān)查、稽查、記錄、分析總結(jié)和報告。藥品廠家生產(chǎn)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）藥品生產(chǎn)和質(zhì)量管理的基本準則，適用于藥品制劑生產(chǎn)的全過程和原料藥生產(chǎn)中影響成品質(zhì)量的關鍵工序。藥品經(jīng)營《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》(GSP)在藥品流通過程中，針對計劃采購、購進驗收、儲存、銷售及售后服務等環(huán)節(jié)而制定的保證藥品符合質(zhì)量標準的一項管理制度。藥品使用《藥品使用質(zhì)量管理規(guī)范》(GUP)醫(yī)療機構(gòu)在藥品使用過程中，針對藥事管理機構(gòu)設置、人員素質(zhì)制度職責、設施設備，藥品的購進、驗收、儲存、養(yǎng)護和調(diào)劑使用，藥品不良反應監(jiān)測、信息反饋、合理用藥等環(huán)節(jié)而制定的一整套管理標準和規(guī)程?！端幬锓桥R床研究質(zhì)量管理規(guī)范》

(GLP)：非臨床安全性評價試驗設計、實施、查驗、記錄、歸檔保存和報告等組織管理過程的質(zhì)量體系。開展非臨床藥物安全性評價的機構(gòu)需要有GLP認證資質(zhì)。GLP認證分為申請與受理、資料審查與現(xiàn)場檢查以及審核與公告三大環(huán)節(jié)。要點：申請試驗項目應滿足《認證管理辦法》要求組織管理體系設置應合理實驗設施及儀器設備能滿足開展試驗的需要實驗動物飼養(yǎng)管理應規(guī)范,記錄應完整參加研究的人員必須訓練有素從始至終必須有嚴格的管理和監(jiān)督實驗的各個環(huán)節(jié)都必須制訂出SOP（標準操作程序）且具有可操作性供試品的管理記錄應完善相關法規(guī)1.4相關法規(guī)1.4NMPAFDAOECD法律地位法規(guī)強制執(zhí)行的法規(guī)原則，不是強制執(zhí)行的項目管理需要提前進行認證，只有進行提前認證并且通過后才可以開展相關試驗無提前認證需要提前進行認證，只有進行提前認證并且通過后才可以開展相關試驗被檢單位的選擇定期檢查為主，對已經(jīng)通過認證的機構(gòu)不定期飛行檢查以風險為基礎，不定期的檢查定期對已經(jīng)通過認證的單位進行檢查，通常每兩年一次檢查方式重點對試驗機構(gòu)進行檢查，確定被檢的試驗機構(gòu)及其所進行的試驗符合GLP的程度針對課題的檢查重點對試驗機構(gòu)進行檢查，確定被檢的試驗機構(gòu)及其所進行的試驗符合GLP的程度質(zhì)量保證體系質(zhì)量保證部門審核研究方案，定期檢查檔案管理、實驗設施、實驗儀器設備。質(zhì)量保證部門審核研究方案并保存所有的研究方案及修訂，負責監(jiān)測試驗研究而來的設施、設備、人員、方法、操作、記錄和控制的管理不要求質(zhì)量保證部門必須簽署研究方案，但要求有所有的研究方案及研究方案的修訂的拷貝。有計劃，有目的，有步驟的對試驗項目、設施、過程的檢查和對供應商或承包商進行審查。標準操作規(guī)程需經(jīng)過質(zhì)量保證部門的檢查，部門負責人簽字確認，經(jīng)機構(gòu)負責人批準。對SOP的制定、管理和實施有明確的條款要求。要求試驗場所有足夠保證研究質(zhì)量和數(shù)據(jù)完整性的SOP。操作偏離SOP要求項目負責人員進行審查和評判，并形成原始記錄。需經(jīng)過質(zhì)量保證部門的檢查要求試驗機構(gòu)擁有一套完善的標準操作規(guī)程要求SOP系統(tǒng)應覆蓋面全、試驗操作一致性高、可用性強，集中對SOP進行管理。操作偏離SOP要求項目負責人員進行審查和評判并形成原始記錄。檔案的管理和存儲檔案的保存期限為藥品上市后的至少五年保存最短期限在向FDA提交申請后的5年或者研究/上市申請批準后的2年檔案的保存期限沒有明確的規(guī)定，但對于易腐壞的標本，應保存至其不再具有保存價值為時限?？偨Y(jié)性報告不需要附有質(zhì)量保證部門的監(jiān)管記錄需要總結(jié)性報告中附有質(zhì)量保證部門的監(jiān)管記錄不需要附有質(zhì)量保證部門的監(jiān)管記錄，視其為機構(gòu)內(nèi)部工作文件，一般情況下不應提供給監(jiān)管當局，可以鼓勵機構(gòu)質(zhì)量保證部門誠實的報告所有發(fā)現(xiàn)，無需擔心因監(jiān)管記錄的泄漏而損壞實驗室的名譽。由于各國對藥品注冊管理上的差別,所制定的GLP規(guī)范也有所不同。非臨床藥物安全性評價GLP認證資質(zhì)頒發(fā)機構(gòu)主要包括我國國家食品藥品監(jiān)督管理總局(NMPA)、美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)、經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)。藥品出口必須憑相關國際機構(gòu)GLP認證實驗室出具的安全性評價數(shù)據(jù)到相關部門登記注冊。表5、NMPA、FDA、OECD

GLP規(guī)則異同比較02藥物發(fā)現(xiàn)藥物靶點發(fā)現(xiàn)及選擇先導化合物發(fā)現(xiàn)先導化合物優(yōu)化藥物臨床前研究過程2藥物臨床前研究藥物發(fā)現(xiàn)藥物靶點發(fā)現(xiàn)及選擇先導化合物發(fā)現(xiàn)先導化合物優(yōu)化藥物臨床前生產(chǎn)三階段：實驗研究、小量試制、中間試制化學藥生產(chǎn)生物藥生產(chǎn)藥物臨床前評價藥代動力學研究藥效學研究安全性評價2新藥研發(fā)過程與CXO關系藥物靶點的發(fā)現(xiàn)及選擇2.1尋找疾病相關的生物分子線索對相關的生物分子進行功能研究，以確定候選藥物作用靶標針對候選藥物作用靶點，在分子、細胞和整體動物水平進行藥理學研究，驗證靶標的有效性。選定一種潛在的可治療性疾病作為研究目標之后，就需要識別與疾病相關的靶分子，即確定有特殊生物活性且有潛在治療作用的分子（通常是蛋白質(zhì)）。鑒定出在普通及特殊細胞中起關鍵作用的多種蛋白，形成如何調(diào)節(jié)特定的疾病相關蛋白的功能的假說。這些假說的基礎可以是一個科學理論，也可能是由特殊疾病組織的基因分析所獲得的信息。建立假說的過程稱為靶點確認。根據(jù)人類基因組學計劃研究成果估計，人體內(nèi)可能的藥物作用靶點大約有5000個以上，更多的藥物作用靶點有待于進一步挖掘。圖3、藥物靶點發(fā)現(xiàn)與確證流程藥物靶點的發(fā)現(xiàn)2.1技術種類內(nèi)容基因組學技術包含差異基因表達（DGE）、表達序列標簽（EST）等技術蛋白質(zhì)組學技術在蛋白質(zhì)水平上研究疾病狀態(tài)以及正常狀態(tài)下的細胞或組織的蛋白質(zhì)差異變化，可以發(fā)現(xiàn)潛在的藥物靶蛋白比較分析研究化合物的基因表達、蛋白組譜、表型的多參數(shù)分析、細胞毒性數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫，可通過相似性比較識別當前小分子的靶標。副作用報告系統(tǒng)化學小分子靶標的鑒定可用于闡明相關化合物的作用方式，也可用來識別“脫靶”蛋白，即化學小分子作用的靶標以外的蛋白。藥物小分子與“脫靶”蛋白結(jié)合，產(chǎn)生不良反應甚至生物毒性。靶基因和靶蛋白與疾病間的關系尚不清楚，但是作為潛在的藥物靶點并不影響其對小分子配體的親和選擇作用，在疾病細胞或動物模型的活性檢測及臨床研究中可以進一步了解靶點與疾病間的關系，實現(xiàn)對靶基因或蛋白的功能分析，從分子水平上揭示疾病機理及其治療機制。表6、藥物靶點的發(fā)現(xiàn)技術藥物靶點的發(fā)現(xiàn)2.1結(jié)構(gòu)特異性藥物與受體結(jié)合，大多數(shù)臨床應用的藥物屬于此類，產(chǎn)生生物活性的類型和強度主要是因為藥物分子與特異的生物大分子在空間發(fā)生互補的相互作用或復合而發(fā)揮藥理作用，主要包括受體、酶、離子通道、轉(zhuǎn)運體、核酸等。這些大分子是現(xiàn)代新藥研究與開發(fā)的關鍵，需要尋找、確定和制備藥物篩選靶點。圖4、兩種藥物的作用方式結(jié)構(gòu)非特異性藥物不與受體結(jié)合，作用主要取決于分子的物理或物理化學性質(zhì)，如甘露醇改變滲透壓產(chǎn)生利尿作用。藥物靶點的發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)組學方法2.1蛋白質(zhì)組學主要是尋找小分子作用的蛋白質(zhì)，分離純化，確定小分子的靶標，為其作用方式提供直接證據(jù)。蛋白質(zhì)差異表達的應用

化學小分子作用前后細胞蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量發(fā)生了變化，通過對差異表達的檢測可以估計小分子的作用方式，篩選出相應靶標。熒光差異二維凝膠電泳技術相對于普通凝膠電泳，可在一塊聚丙烯凝膠上直接比較兩種蛋白質(zhì)樣本，避免了兩塊凝膠比較時可能產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差?？梢远糠治龃罅啃揎椷^的蛋白，提供結(jié)構(gòu)和翻譯后修飾信息，使重要生物系統(tǒng)變化的鑒定和蛋白功能闡述得以實現(xiàn)可以定量分析截短的或部分降解的蛋白質(zhì)。色譜共洗脫配體-靶標復合物在高效液相色譜共洗脫加上配體-靶蛋白結(jié)合導致化合物色譜滯留時間的特征性轉(zhuǎn)移可用高效色譜液相法-質(zhì)譜/質(zhì)譜法來確定靶蛋白。2.1蛋白質(zhì)親和特性的應用

親和純化是利用生物分子間的特異性結(jié)合進行蛋白質(zhì)的分離和純化。利用蛋白質(zhì)親和特性研究藥物與靶蛋白的結(jié)合，需要對藥物分子進行構(gòu)效關系研究，但無需了解藥物與靶蛋白之間可能發(fā)生的某些特定的細胞或生化反應。研究可能受藥物小分子衍生產(chǎn)物的限制,合適的作為陰性對照的化學小分子藥物也較難得到。藥物靶點的發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)組學方法細胞培養(yǎng)穩(wěn)定同位素標記法在細胞培養(yǎng)過程中利用穩(wěn)定同位素標記的氨基酸結(jié)合質(zhì)譜技術對蛋白的表達進行定量分析的一種體內(nèi)代謝標記技術。目前標記的氨基酸的種類已擴展到亮氨酸、精氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸以及酪氨酸等。小分子探針小分子探針主要由報告基團、連接基團以及活性基團組成作用原理是小分子活性基團部分與靶標緊密結(jié)合，而報告基團部分可有效標記靶標生物大分子，之后通過親和層析、凝膠電泳和質(zhì)譜分析等手段確認靶標蛋白。蛋白質(zhì)芯片技術將一個蛋白質(zhì)庫以二維可設定位置的網(wǎng)格格式固定在一個載玻片或芯片上，可測定親和力低和含量低的蛋白質(zhì)。由于蛋白會變性，制造過程中要保證蛋白的構(gòu)象和功能，并且要表達和純化大量正確折疊且有活性的蛋白，蛋白質(zhì)芯片耗時長，實驗要求高，制造難度遠高于基因芯片。2.1蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的應用

基于靶蛋白與小分子結(jié)合后穩(wěn)定性變化，包括抗酶解活性、熱穩(wěn)定性等，發(fā)展出了一系列小分子靶標的篩選鑒定方法。藥物靶點的發(fā)現(xiàn)：蛋白質(zhì)組學方法蛋白質(zhì)抗酶解活性小分子化合物的結(jié)合可能會掩蓋蛋白酶的剪切位點或結(jié)合小分子后的靶蛋白局部或整體構(gòu)象的穩(wěn)定性增加，對蛋白酶的易感性下降，導致結(jié)合小分子的靶蛋白可能較未結(jié)合狀態(tài)的靶蛋白不易被蛋白酶降解。氧化速率的蛋白穩(wěn)定性(SPROX)SPROX與藥物親和反應的靶點穩(wěn)定性（DARTS）類似，DARTS利用的是蛋白質(zhì)不同的水解特性，而SPROX利用的是不同的折疊狀態(tài)和熱力學穩(wěn)定性。小分子化合物與靶蛋白結(jié)合后可能對靶蛋白的折疊狀態(tài)以及熱動力學穩(wěn)定性產(chǎn)生影響而使靶蛋白發(fā)生變化。蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性臨床藥物作用于細胞裂解液中不同的靶蛋白時，所有的靶蛋白都有其獨特的熔解曲線，當已知可結(jié)合到這些蛋白上的藥物加入細胞裂解液中，可觀測到明顯的熔解曲線移動，根據(jù)這一原理開發(fā)出細胞熱轉(zhuǎn)移(CETSA)方法可以直接測量藥物到達靶細胞的程度，檢測小分子在細胞裂解液甚至完整細胞組織中的作用。2.1藥物靶點的發(fā)現(xiàn)：基因組學方法基因組學方法主要分析化學小分子對基因組表達水平的影響，獲得小分子作用的特征表達譜，通過分析確定分子靶標。但由于基因表達與蛋白質(zhì)表達之間的對應關系存在一定的不確定性，不能直接確定藥物靶標，因此存在一定的局限性?；蛐酒夹g在DNA測序、基因表達分子與基因調(diào)控機制研究、基因藥物設計與篩選等方面應用廣泛，利用基因芯片技術和雙重熒光法，通過分析檢測正常組織和癌細胞中MicroRNAs（miRNAs）的差異表達，獲得miRNAs癌癥表達譜，并進一步確定程序性細胞死亡因子?；蛐酒夹g基因表達譜存在較多無效信息和干擾信息，通過一定的選取可發(fā)掘在相應組織(如腫瘤組織)

中特異表達的基因和藥物治療的靶序列。特征基因集合建立后，聯(lián)合人工構(gòu)建菌株技術，用這些基因構(gòu)建相關預測菌株，這些預測菌株的基因表達可直接揭示相關藥物的作用機制。特征基因及人工構(gòu)建菌株在基因組中，由一個基因突變引起的表型改變可被其他基因的過表達消除，該現(xiàn)象是生化抑制策略的基礎。生化抑制策略是用化學抑制劑作為“突變基因”，而其他部分純化的蛋白混合物作為一種“過表達蛋白”，以此研究相關化學抑制劑的作用方式與靶標。生化抑制策略藥物發(fā)現(xiàn)中的靶點選擇過程是由科學、醫(yī)學、市場、法規(guī)及戰(zhàn)略性思考間的復雜平衡。藥物失敗的一個主要原因就是開發(fā)初期對藥物靶點生物學功能的認識不足或錯誤理解。因此，確定靶點，識別并確認其生理學、病理學特征是藥物開發(fā)階段極其重要的一個部分。藥物靶點的選擇2.1靶點選擇考慮因素靶標的有效性，靶標與疾病相關且通過調(diào)節(jié)靶標的生理活性能有效地改善疾病癥狀靶標的副作用，無論與疾病多相關，如果對靶標的生理活性的調(diào)節(jié)不可避免地產(chǎn)生嚴重毒副作用，將其選作靶標也不合適舊靶點與新靶點、已有藥物與尚無藥物、靶點作用單一與靶點作用復雜、靶點作用在上游與靶點作用在下游等多因素的影響及優(yōu)劣化學藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)2.2苗頭化合物是指一個對特定靶點有活性的化合物，可能是天然配體或從文獻中選取的分子。把篩選中發(fā)現(xiàn)的“苗頭化合物(hits)”變成“先導化合物”（Hit

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Lead），先導化合物可能是篩選出的一個苗頭化合物或者一系列的同系物，也可能是來源于文獻的化合物。對于高通量篩選，可能會產(chǎn)生離散的、多個系列的苗頭化合物，這就需要選擇其中一個系列繼續(xù)研究。圖5、先導化合物的發(fā)現(xiàn)流程化學藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)2.2發(fā)現(xiàn)方式內(nèi)容和特點廣泛篩選獲得先導化合物的傳統(tǒng)方法，是在眾多研究的基礎上獲得生物活性物質(zhì)的過程。意外發(fā)現(xiàn)對意外發(fā)現(xiàn)的化合物進行構(gòu)效研究，開發(fā)出一系列的新藥。根據(jù)疾病的發(fā)病原因和藥物作用機理針對其關鍵環(huán)節(jié)及限制性步驟，同時考慮藥物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和代謝設計化學藥物，稱為摹于機理的藥物設計。在疾病機理的基礎上對信號分子的作用機理進行研究從而發(fā)現(xiàn)和獲得新的先導化合物。通過化合物庫世界上大型藥物研究和開發(fā)組織都有自己的化合物庫：包括天然產(chǎn)物提取分離、結(jié)構(gòu)測定所得的天然產(chǎn)物庫，化學合成特別是用組合化學技術形成的化學分子庫，通過蛋白質(zhì)表達建立的基因工程庫等。高通量虛擬篩選利用計算機強大的計算能力。采用三維藥效基團模型或分子對接的方法，在化合物數(shù)據(jù)庫中尋找可能的活性化合物的方法。在找到一些潛在的活性分子之后，可以通過向有關公司訂購、合成或提取分離的方法得到樣品，并進行藥理測試。化學藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)2.21、廣泛篩選：獲得先導化合物的傳統(tǒng)方法，是在眾多研究的基礎上獲得生物活性物質(zhì)的過程。初期的新藥尋找和先導化合物的獲得都是以這種方法進行的。早期的篩選是從天然藥用植物中提煉有效成分為特點。隨著化學方法的日益進步和醫(yī)療需求的不斷提高，促使人們進行大規(guī)模廣泛的藥理篩選，發(fā)現(xiàn)了大批有醫(yī)療價值的化學藥品。2、意外發(fā)現(xiàn)：獲得先導化合物和藥物的方法之一，如抗菌藥青霉素、抗腫瘤藥順鉑和viagrat21等，人們隨后對其進行構(gòu)效研究，開發(fā)出一系列的新藥?；瘜W藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)2.2由藥物副作用發(fā)現(xiàn)新的先導化合物?？蓮囊阎幬锏亩靖弊饔贸霭l(fā)找到新藥或?qū)⒍靖弊饔门c治療作用分開而獲得新藥。在某些情況下，某藥物的毒副作用能對另一疾病有治療作用，例如吩噻嗪類抗精神失常藥氯丙嗪及其類似物是由結(jié)構(gòu)類似的抗組胺藥異丙嗪的鎮(zhèn)靜副作用發(fā)展而來的。通過化合物代謝研究得到新的先導化合物藥物通過體內(nèi)代謝過程可能被活化，也可能被失活。甚至轉(zhuǎn)化成有毒的化合物。可以選擇其活化形式或考慮口服以避免代謝失活或毒化的結(jié)構(gòu)作為藥物的先導物。運用這類先導化合物，得到優(yōu)秀的藥物的可能性較大，甚至直接得到比原來更好的藥物。如奧沙西泮就是地西泮的活性代謝物。以現(xiàn)有突破性藥物作為新的先導化合物近年來隨著對生理生化機制的了解，得到疾病治療的突破性藥物稱為原形藥物。以原形藥物為先導化合物，通過生物電子等排等方法獲得了大量的“Me-too”藥物。通過代謝產(chǎn)物尋找新的先導化合物對動物的排泄物和分泌物等的研究，如抗瘤酮A10是一個從人的血液和尿液中分離出來的天然小分子抗癌活性物質(zhì)。作為尋找無毒抗癌藥物的新的先導化合物，抗瘤酮A10是一個理想的分子，其抗瘤結(jié)構(gòu)類似物的設計、合成和構(gòu)效關系的研究，國內(nèi)外已有大量報道。3、根據(jù)疾病的發(fā)病原因和藥物作用機理針對其關鍵環(huán)節(jié)及限制性步驟，同時考慮藥物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和代謝設計化學藥物，稱為摹于機理的藥物設計。它是先導化合物發(fā)現(xiàn)的有效捷徑。人的機體是由細胞組成，細胞的活性受外部信號控制。外部信號傳導到細胞內(nèi)部，引起細胞內(nèi)的一系列反應：信號傳導途徑一旦發(fā)生差異，就會導致平衡失調(diào)。這是疾病機理的基礎，在此基礎上對信號分子的作用機理進行研究。從而發(fā)現(xiàn)和獲得新的先導化合物?；瘜W藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)2.24、通過化合物庫獲得世界上大型藥物研究和開發(fā)組織都有自己分離、合成或收集的化合物儲備，形成化合物庫：包括天然產(chǎn)物提取分離、結(jié)構(gòu)測定所得的天然產(chǎn)物庫，化學合成特別是用組合化學技術形成的化學分子庫，通過蛋白質(zhì)表達建立的基因工程庫等。天然產(chǎn)物是先導化合物發(fā)現(xiàn)的有效途徑、主要有動植物和微生物發(fā)酵產(chǎn)物兩方面。天然產(chǎn)物又稱次級代謝產(chǎn)物，其蘊藏資源非常豐富，特別是海洋生物資源。天然產(chǎn)物在抗腫瘤、抗病毒、抗菌、治療心腦血管疾病以及抗衰老等領域具有優(yōu)勢。從特殊生態(tài)環(huán)境下生長的植物(如高原高寒、高鹽．高壓等地區(qū)的生物)以及有毒植物、低等植物和真菌等中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)新穎的活性天然產(chǎn)物的機率也比較高。組合化學和化合物組合庫是一種合成策略將一些基本的小分子(稱為構(gòu)造砌塊，如氨基酸、核苷酸、單糖以及各種各樣的化學小分子)通過化學或生物合成的程序系統(tǒng)地裝配成不同的組合，目的是得到大量的、具有多樣性特征的化合物，建立大容量的化合物庫?；衔飵旖Y(jié)合群集篩選方法用于新藥研究和開發(fā)中的先導化合物的發(fā)現(xiàn)，基本原理足在芯片或合成珠等同體相載體材料表面，通過連接功能進行原位合成、原位篩選。基因重組技術合成結(jié)構(gòu)復雜的天然化合物及利用微生物產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)類型活性物組成基因重組庫。將一些靶酶的活性中心、受體或受體的亞基等在微生物中大量表達，滿足了大規(guī)模篩選樣品的需要，并且可以用來確定一些尚不清楚的藥物作用靶位?；瘜W藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)2.25、高通量虛擬篩選利用計算機強大的計算能力。采用三維藥效基團模型或分子對接的方法，在化合物數(shù)據(jù)庫中尋找可能的活性化合物的方法。在找到一些潛在的活性分子之后，可以通過向有關公司訂購、合成或提取分離的方法得到樣品，并進行藥理測試?；谒幮Щ鶊F的數(shù)據(jù)庫搜索模型一種重要的間接藥物設計方法。藥效基團通常是指那些可以與受體結(jié)合位點形成氫鍵相互作用、靜電相互作用、范德華相互作用和疏水鍵相互作用的原子或官能團。藥效基團及藥效基團元素在空間的分布（距離限制）構(gòu)成三維藥效基團。三維藥效基團模型一般是通過對一組有生物活性的化合物進行結(jié)構(gòu)活性關系分析，找出其共同的特征結(jié)構(gòu)來建立的。還可以通過活性化合物與其靶標的復合物結(jié)構(gòu)進行分析得到三維藥效基團模型?；诜肿訉拥奶摂M篩選分子對接技術指分子模擬環(huán)境中，兩個或兩個以上的分子模型通過幾何形狀、化學環(huán)境及能的匹配形成最佳結(jié)合的技術。分子對接的虛擬篩選需要靶標生物大分子和小分子化合物的三維結(jié)構(gòu)信息。首先要建立大量化合物(例如幾十個甚至上百個化合物)的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。然后將庫中的分子逐一與靶標分子進行“對接”，通過不斷優(yōu)化小分子化合物的位置(取向)以及分子內(nèi)部柔性鍵的面角(構(gòu)象)，尋找小分子化合物與靶標大分子作用的最佳構(gòu)象，計算其相互作用及結(jié)合能?；瘜W藥先導化合物的優(yōu)化2.3先導化合物的優(yōu)化是選擇一個先導化合物對其進行臨床前評估，將其轉(zhuǎn)化為候選藥物的過程：修飾先導化合物時，關注其物理化學性質(zhì)的變化對于沒有選擇性的化合物，考慮脫靶效應/毒性密切關注臨床前研究要求圖6、先導化合物的臨床前評估因素圖7、先導化合物的優(yōu)化方法2.3 化學藥先導化合物的優(yōu)化：生物電子等排生物電子等排體是具有相似的分子形狀和體積、相似的電荷分布，并由此表現(xiàn)出相似的物理性質(zhì)(如疏水性)，對同一靶標產(chǎn)生相似或拮抗的生物活性的分子或基團。藥物設計中常用的生物電子等排體如表所示。采用生物電子等排體替換法優(yōu)化得到的新化合物往往會與先導化合物具有類似的或具有相反的生物活性。表7、藥物設計中常用的生物電子等排體化學藥先導化合物的優(yōu)化：前藥修飾2.3前藥是指一些在體外活性較小或者無活性的化合物，在體內(nèi)經(jīng)過酶的催化或者非酶作用，釋放出活性物質(zhì)從而發(fā)揮其藥理作用的化合物，其常常指將活性藥物(原藥)與某種無毒性化合物以共價鍵相連接而生成的新化學實體，即前體藥物。前藥應具備以下三個條件：一是根據(jù)具有生物活性的藥物分子性質(zhì)，按治療需要進行化學改造；二是進入機體后，不論是否需要酶的作用，要保證恢復原來的藥物分子；三是本身不顯示生物活性。前藥修飾目的：提高藥物選擇性增強藥物穩(wěn)定性延長藥物作用時間改善藥物吸收，提高生物利用度改善藥物溶解性降低毒副作用2.3 化學藥先導化合物的優(yōu)化：軟藥、硬藥、孿藥軟藥：本身有生物活性的藥物，在體內(nèi)起作用后，經(jīng)預料的和可控制的代謝作用，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o活性和無毒性化合物。因為藥物一旦到達作用位點，呈現(xiàn)了預期的藥效反應后，就應經(jīng)代謝途徑以適宜的速度排出體外，否則會繼續(xù)保留在體內(nèi)，產(chǎn)生的藥效長于預期時間，會造成藥物在體內(nèi)蓄積，導致細胞毒性。目的：在原藥藥物分子中設計極易代謝失活的部位來設計安全而溫和的藥物。軟藥縮短了藥物在體內(nèi)的過程，避免了有毒的代謝中間體的形成，使毒性和活性得以分開，減輕藥物的毒副作用，提高了治療指數(shù)。條件：分子結(jié)構(gòu)中含有易代謝的部位；代謝過程清晰，即代謝方式和代謝的速率須按預期進行。硬藥：與軟藥相反，是具有發(fā)揮藥物作用所必需的結(jié)構(gòu)特征，在體內(nèi)不能被代謝，直接從膽汁或腎排泄的藥物或者不易代謝、需經(jīng)過多步氧化后排出體外的藥物。硬藥可以解決藥物代謝產(chǎn)生毒性產(chǎn)物的問題，因此使用安全。但在實際的藥物開發(fā)中，由于體內(nèi)酶的作用很強，使得開發(fā)成功的硬藥數(shù)量非常有限。只有親水或疏水性極強的化合物，或者由于功能基的位阻較大，不易代謝的化合物，才符合硬藥的定義。、孿藥：將兩個相同或不同的先導化合物或藥物經(jīng)共價鍵連接，綴合成一個新的分子，經(jīng)體內(nèi)代謝后，生成以上兩種藥物而產(chǎn)生協(xié)同作用，增強活性或產(chǎn)生新的藥理活性、或者提高作用的選擇性。2.3 化學藥先導化合物的優(yōu)化：計算機輔助運用計算機輔助藥物設計技術進行先導化合物優(yōu)化，較之前藥理學家借助各類模型或者藥物化學家對大量化合物展開合成等方式展開規(guī)模較大的篩選，可以全面提升整體工作效率。計算機輔助藥物設計在先導化合物優(yōu)化上的應用,主要包括基于結(jié)構(gòu)的藥物設計、基于配體的藥物設計、高通量虛擬篩選等技術在先導化合物優(yōu)化上的應用?；诮Y(jié)構(gòu)的藥物設計根據(jù)藥物靶點結(jié)構(gòu)，研究受體和小分子之間的相互作用，設計與活性口袋互補的新分子或?qū)ふ倚滦拖葘Щ衔锏募夹g?；谂潴w的藥物設計從已有的活性小分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過建立藥效團模型或定量構(gòu)效關系，預測新化合物活性或指導原有化合物結(jié)構(gòu)改良。高通量虛擬篩選針對靶點的三維結(jié)構(gòu)或已建立的藥效團模型、QSAR模型，從化合物數(shù)據(jù)庫中，將符合條件的小分子挑選出來，進行生物活性測試。2.3 化學藥先導化合物的優(yōu)化：定量構(gòu)效關系定量構(gòu)效關系（簡稱QSAR），QSAR研究基于生物活性變化與一組化合物中的結(jié)構(gòu)和分子變化相關聯(lián)，從相關性產(chǎn)生統(tǒng)計模型，以開發(fā)數(shù)學模型預測新型化合物的生物學特性。圖8、QSAR模型基礎結(jié)構(gòu)目的將結(jié)構(gòu)特征改變與其各自生物活性變化相關聯(lián)的嘗試；設計新的候選藥物；有助于預測化合物的毒性；有時有助于闡明酶的化學-生物相互作用的機制；預測設計、不可用化合物和未測試活性化合物的生物活性。2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)類型 特點和評價多為功能活性明確，作用位點清楚并且局限，對符合適應癥的特殊疾病群體具有不可替代性，甚至部分需要終生依賴服用。激素及治療性酶制劑類藥物 盡管隨著功能基因組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學等研究的深入，越來越多的蛋白質(zhì)與疾病的關系將被揭示，但可作為該類藥物開發(fā)的候選蛋白分子仍將越來越少。具有微量強效、作用快速、多短期使用等特點，可滿足如增強造血及免疫功能、止血及抗凝血、平衡內(nèi)分泌紊亂、調(diào)節(jié)生育細胞因子和生長因子 及生長過程等臨床需求，臨床效果顯著。多數(shù)在體內(nèi)生物活性廣泛、作用靶點多元，其藥學作用延伸可引起復雜的生物效應，甚至毒副作用，將限制其成為藥物的潛能。而目前已知的作用位點單一的分子（如刺激紅細胞生成、促進白細胞增殖的細胞因子等）多數(shù)已經(jīng)開發(fā)成為藥物。包括某些有新功能的外源蛋白及只在特定時間或機體特定部位發(fā)揮功能的內(nèi)源蛋白。例如，對大分子酶促降解的膠原酶、透天然存在的非人源蛋白質(zhì)藥物 明質(zhì)酸酶，對小分子代謝物酶促降解的聚乙二醇化天冬酰胺酶，將血漿酶原降解為血漿酶的鏈激酶，凝血酶抑制劑重組水蛭素等。未來發(fā)展主要依賴于人類生理及藥理學功能方面的進一步認識。較高的免疫原性將一定程度限制該類藥物的開發(fā)及應用。單克隆抗體及抗體融合蛋白 直接干擾靶分子或靶組織功能，針對靶點范圍廣泛、療效確切，已經(jīng)涉及到腫瘤及相關疾病、自身免疫性疾病、感染性疾病、（免疫球蛋白相關分子） 器官移植、過敏性疾病、血液疾病、呼吸性疾病等多種疾病領域，具備較大的發(fā)展前景。表8、先導化合物類型及優(yōu)缺點靶點的生物學功能明確后，必須找到與靶點準確結(jié)合的藥物并與該靶分子進行生物學效應實驗。先導化合物將被發(fā)現(xiàn)和篩選出來并優(yōu)化成符合藥物特性的形式在分子、細胞和整體動物水平進行藥理學研究，在人類疾病的動物模型中觀察療效并進行安全評價，驗證靶標的有效性。圖9、生物藥的研發(fā)流程作為藥物初步結(jié)構(gòu)類型和線索物質(zhì),發(fā)現(xiàn)先導化合物并進行結(jié)構(gòu)變換和修飾,可得到具有優(yōu)良藥理作用的藥物。選擇何種類型先導化合物對藥物開發(fā)成功率有較大影響。2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)方式內(nèi)容和特點傳統(tǒng)的制備手段，獲得的抗體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，親和力較好，但也存在周期長和遺傳異質(zhì)性的缺點。有兩次雜交瘤平臺篩選過程，第一次是使用選擇性培養(yǎng)基選出雜交瘤細胞，第二次是進一步選出能產(chǎn)生需要的抗原特異性抗體的雜交瘤細胞。通過對已有的雜交瘤細胞測序，獲得抗體的基因序列，即可利用體外重組技術表達抗體。噬菌體天然抗體文庫目前體外篩選人類重組抗體最常用的技術，技術成熟穩(wěn)定，可獲得更大的庫容量。構(gòu)建噬菌體文庫，經(jīng)過數(shù)輪吸附-洗脫-擴增分離出具有最高親和力和穩(wěn)定性的展示抗體的噬菌體。轉(zhuǎn)基因小鼠具有較高的靶結(jié)合親和力,且時間較短、費用較低。但存在免疫耐受，且存在鼠源抗體干擾和對毒性抗原較難進行免疫的問題?？贵w生成從鼠抗體生成基因被相應人基因所取代的小鼠開始，最終由單克隆抗體的雜交瘤分泌出全人序列的抗體。酵母展示平臺建立全人非免疫單鏈抗體酵母展示文庫，可以快速針對不同靶標篩選高親和力全人抗體序列。真核表達使得其展示的抗體折疊更完全，可有效與流式細胞術結(jié)合，提高篩選通量，并可將定量鑒定引入了篩選過程。B細胞克隆通過免疫動物細胞分離獲得漿細胞，找到產(chǎn)生所需抗體的克隆并擴增克隆的基因到表達載體中，酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）篩選表達好的克隆進行測序，用體外重組技術生產(chǎn)抗體。2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)雜交瘤平臺雜交瘤技術是傳統(tǒng)的制備手段，其獲得的抗體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，親和力較好，但也存在周期長和遺傳異質(zhì)性的缺點。有兩次篩選過程，第一次是使用選擇性培養(yǎng)基選出雜交瘤細胞，第二次是進一步選出能產(chǎn)生需要的抗原特異性抗體的雜交瘤細胞。通過對已有的雜交瘤細胞測序，獲得抗體的基因序列，即可利用體外重組技術表達抗體。表9、雜交瘤與其他技術優(yōu)缺點比較圖10、雜交瘤平臺2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)噬菌體天然抗體文庫目前體外篩選人類重組抗體最常用的技術，將單鏈抗體（scFv）或抗原結(jié)合片段（Fab）展示于噬菌體表面，并構(gòu)建數(shù)百萬甚至數(shù)十億個展示出抗體片段的噬菌體，得到一個數(shù)以千計的噬菌體文庫，每個噬菌體攜帶不同的抗體，經(jīng)過數(shù)輪的“吸附-洗脫-擴增”，最終分離出具有最高親和力和穩(wěn)定性的展示抗體的噬菌體。評價：技術成熟穩(wěn)定，可獲得更大的庫容量，強大和完善的大腸桿菌表達系統(tǒng)和文庫的可測量性，可設計多樣化的篩選策略獲得識別突變抗原的特異性的抗體，通過選擇和對篩選條件的控制可針對特定的抗原構(gòu)象或表位產(chǎn)生抗體，如加入競爭物可以篩選靶向指定表位的抗體。表10、噬菌體天然抗體文庫與雜交瘤平臺特點比較圖11、噬菌體天然抗體文庫篩選過程2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠抗體生成從鼠抗體生成基因被相應人基因所取代的小鼠開始。要求人的抗體基因片段在小鼠體內(nèi)進行有效的重排與表達且能與小鼠細胞的免疫系統(tǒng)信號機制相互作用，使小鼠在受抗原刺激后，人抗基因片段能被選擇，表達并活化B細胞分泌人抗體。采用在鼠胚胎干細胞（ES）中的同源重組來使得鼠原有基因缺失，再通過顯微注射等技術將重建的人源抗體胚系基因微位點轉(zhuǎn)入小鼠體內(nèi)，最終由單克隆抗體的雜交瘤分泌出全人序列的抗體。由于抗體是在體內(nèi)產(chǎn)生，經(jīng)歷正常裝配和成熟過程，保證成品具有較高的靶結(jié)合親和力,且時間較短、費用較低。但存在免疫耐受，雖然可以通過免疫佐劑的使用和免疫方法的改進來提高免疫反應強度，但對于一些人類抗原仍然較難獲得高親和力抗體，且存在鼠源抗體干擾和對毒性抗原較難進行免疫的問題。圖12、

轉(zhuǎn)基因小鼠流程2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)酵母展示平臺建立全人非免疫單鏈抗體酵母展示文庫，可以快速針對不同靶標篩選高親和力全人抗體序列。利用從未免疫的健康人群的外周淋巴細胞中獲取的Naive可變區(qū)cDNA片段，通過基因工程技術構(gòu)建于酵母表面展示重組載體上，構(gòu)建完成非免疫scFv酵母展示文庫。配合高通量篩選的流式細胞術，在8-10周內(nèi)得到初篩序列，4-6周內(nèi)得到親和力成熟至pM級別的候選全人抗體序列。其優(yōu)點在于：1）真核表達使得其展示的抗體折疊更完全；2）可有效與流式細胞術結(jié)合，提高篩選通量，并可將定量鑒定引入了篩選過程。圖13、酵母展示平臺2.4 生物藥先導化合物的發(fā)現(xiàn)B細胞克隆免疫動物細胞分離獲得漿細胞，使用流式細胞術將它們彼此分離。篩選分離的細胞以找到產(chǎn)生所需抗體的克隆，并擴增克隆的基因克隆到表達載體中，通過酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）篩選表達較好的克隆。然后進行測序，利用體外重組技術生產(chǎn)抗體。圖14、基于單個B細胞的單克隆抗體篩選平臺2.5 生物藥先導化合物的優(yōu)化嵌合或人源化降低免疫原性：基于抗體結(jié)構(gòu)模型的基礎上，兼顧活性、免疫原性和產(chǎn)量，可以進行抗體人源化設計。通過嵌合或人源化，使抗體更接近人類抗體。人-鼠嵌合抗體是將鼠抗體可變區(qū)基因片段連接到人抗體恒定區(qū)基因上。人源化抗體是將鼠抗體的互補決定區(qū)（CDR）移植到人抗體的相應部位，這樣人源化程度可達90%以上。嵌合抗體:利用DNA重組技術將異源單抗的輕、重鏈可變區(qū)基因插入含有人抗體恒定區(qū)的表達載體中，轉(zhuǎn)化哺乳動物細胞表達出嵌合抗體，表達的抗體分子中輕重鏈的V區(qū)是異源，C區(qū)是人源，減少了異源性抗體的免疫原性，同時保留了親本抗體特異性結(jié)合抗原的能力。全人源化抗體:將人類抗體基因通過轉(zhuǎn)基因或轉(zhuǎn)染色體技術，將人類編碼抗體的基因全部轉(zhuǎn)移至基因工程改造的抗體基因缺失動物中，使動物表達人類抗體，達到抗體全人源化的目的。圖15、鼠抗、嵌合抗體、人源化抗體、全人源抗體2.5 生物藥先導化合物的優(yōu)化對天然蛋白結(jié)構(gòu)進行改造或修飾：各種修飾多從改變重組蛋白質(zhì)的性狀入手，如增加分子量、減緩蛋白酶降解、降低免疫原性、提高生物及化學穩(wěn)定性等，進而改善其體內(nèi)藥代動力學性質(zhì)，彌補某些體內(nèi)功能蛋白的缺陷或增加蛋白在人體內(nèi)的功能，延長體內(nèi)半衰期或加速體內(nèi)的釋放，降低中和抗體產(chǎn)生率，提高患者適應性及治療效果等。性質(zhì)優(yōu)化：抗體基因胚系化，以減少免疫原性表達水平，可溶性，生產(chǎn)可行性免疫球蛋白IgG類型轉(zhuǎn)換，抗體片段化，蛋白融合，骨架化抗體特異性優(yōu)化：為提高抗體的靶向性，需要對抗體進行工程改造以優(yōu)化其特異性。隨機誘變和靶向誘變是常用優(yōu)化抗體特異性的方法。2.5 生物藥先導化合物的優(yōu)化體外親和力成熟：對于治療性抗體來說，抗體親和力的提高有助于降低用量和毒副作用。抗體體外親和力成熟策略來源于體內(nèi)抗體成熟過程。構(gòu)建集中突變或特點突變的小容量抗體庫，或?qū)⑼蛔円氲皆伎贵w的可變區(qū)域，通常是互補決定區(qū)，通過表面展示技術篩選出高親和力抗體，提高抗體對靶點的結(jié)合能力，一般可得到10倍的親和性改善。模擬體細胞高頻突變：通過細胞突變和展示抗體蛋白篩選對抗原高親和的抗體。合適的B細胞系可以作為工具細胞，用于抗體的親和力成熟。在具體應用中，可以將特定的抗體模板基因插到細胞的免疫球蛋白基因位點，然后進行細胞培養(yǎng)和高親和力細胞群的篩選?；诳贵w庫：基于抗體庫的抗體親和力成熟與基于抗體庫的抗體篩選均為體外高親和力抗體篩選，重點仍是庫的構(gòu)建和篩選系統(tǒng)的選擇。區(qū)別在于后者所用的庫在構(gòu)建或合成時無偏向性或只具有針對某抗原的有限的偏向性；而前者所用的庫是基于確定的抗體序列模板所構(gòu)建的。突變區(qū)域的選擇主要是基于抗原抗體復合物的結(jié)構(gòu)信息或胚系基因熱點的預測。突變策略主要包括易錯PCR、鏈置換、定點突變、DNA改組。2.5 生物藥先導化合物的優(yōu)化抗體成藥性的改善：提高熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差可能導致抗體聚集和低表達。提高抗體的熱穩(wěn)定性，可通過優(yōu)化疏水性核心和帶電荷簇殘基、可利用數(shù)據(jù)庫的點突變研究和計算機的設計來優(yōu)化。提高溶解度：作為臨床候選藥物的抗體應具有良好較佳的溶解性和黏度。提高抗體溶解度的主要方法是去除表面疏水性。提高化學穩(wěn)定性:機體內(nèi)的化學降解常常會導致治療性抗體的效力降低,抗體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)表面上的酶解位點也會影響抗體的化學穩(wěn)定性，可應用晶體結(jié)構(gòu)或計算機構(gòu)建的3D模型結(jié)構(gòu)來研究并改良抗體結(jié)構(gòu)表面的特性，或通過噬菌體/酵母/哺乳動物文庫進行隨機或靶向突變這些方法來進行改善。降低異質(zhì)性:蛋白翻譯后的糖基化、N-焦谷氨酰胺環(huán)化修飾引起抗體蛋白的異質(zhì)性，也會引起不同生產(chǎn)批次之間抗體質(zhì)量的不一致。可采用“靶位點突變”去除可以引起抗體異質(zhì)性的氨基酸。降低聚合性：主要方法有改變抗體框架、抗原結(jié)合環(huán)和結(jié)合域結(jié)合界面。2.5 生物藥先導化合物的優(yōu)化恒定區(qū)（Fc）修飾增強效應功能和半衰期：對Fc區(qū)域的修飾可以對特定抗體的藥理作用產(chǎn)生深遠的影響，延長抗體的半衰期。Fcγ受體(FcγR)是免疫球蛋白G（IgG）Fc段受體,主要表達于免疫細胞膜上,在特異性抗體和效應細胞功能間象橋梁使體液免疫和細胞免疫緊密關聯(lián)。補體依賴的細胞毒性（CDC）是補體系統(tǒng)被激活后在靶細胞表面形成膜攻擊復合體,導致靶細胞溶解的效應。典型方法：點突變增強與FcγR的結(jié)合，根據(jù)需要將突變引入抗體的Fc結(jié)構(gòu)域糖基化工程改善抗體與FcγR結(jié)合通過交換不同抗體亞型Fc結(jié)構(gòu)域增加與FcγR的結(jié)合（亞型交叉抗體）IgG多聚化以提高與FcγR的結(jié)合點突變提高與血清補體(C1q)的結(jié)合以及增強補體依賴的殺傷作用插入或缺失突變引起的與C1q結(jié)合增強及補體依賴的細胞毒性(CDC)作用的增強交叉抗體亞型提高與C1q的結(jié)合IgG1六聚化形式增強與C1q結(jié)合和CDC作用2.5 生物藥先導化合物的優(yōu)化雙特異性抗體(BsAb)：通過基因工程手段將兩個分別靶向不同抗原的抗體片段組合在一起，所以具有兩種抗原結(jié)合位點，發(fā)揮協(xié)同作用，進而提高治療效果。這種結(jié)構(gòu)設計能有效地改善抗體藥物在體內(nèi)的藥物代謝動力學過程，增強臨床治療效果。同時識別兩種分子提高了抗體的選擇性和功能性親和力，改善了藥物的安全性和有效性，與兩種單克隆抗體藥物聯(lián)合用藥治療相比減少了開發(fā)和臨床試驗成本。制備方法：化學偶聯(lián)法：該方法于1985年首次被使用，其原理是通過化學偶聯(lián)劑將兩個單抗或Fab片段偶聯(lián)成一種雙特異性抗體。雙雜交瘤融合法：將兩種雜交瘤細胞通過細胞融合的方法，合成雙雜交瘤細胞株，篩選出具有兩種抗體功能的穩(wěn)定靶細胞株?；蚬こ谭ǎ豪没蚬こ碳夹g對抗體進行改造，從而形成多種形式的雙特異性抗體。03藥物臨床前生產(chǎn)階段：實驗研究、小量試制、中間試制類別：化學藥生產(chǎn)、生物藥生產(chǎn)基礎性研究，取得制造和質(zhì)量檢定的基本條件和方法理化性質(zhì)如分子式、結(jié)構(gòu)式、解離度、PH值、熔點、沸點、冰點、滲透壓工藝流程如反應條件、生產(chǎn)工藝、精制方法、原料規(guī)格、結(jié)構(gòu)確證、雜質(zhì)研究（來源機理分析、合成分離制備、結(jié)構(gòu)確證）、晶型研究（選擇依據(jù)、晶型及粒度影響因素、晶型及粒度控制方法）。路線篩選如終產(chǎn)品的收率、雜質(zhì)種類，結(jié)合理論選擇最優(yōu)研究預算如各研究階段成本和預計周期生物藥研究還包括生產(chǎn)用菌、毒種和細胞株的構(gòu)建、培養(yǎng)、遺傳穩(wěn)定性和生物組織選擇，有效成分的提取，純化及其理化特性、結(jié)構(gòu)與生物特征分析等研究。3.1 階段一：實驗研究探索性開發(fā)和優(yōu)化方法，對實驗室原有的合成路線和方法進行全面的、系統(tǒng)的優(yōu)化，提出一條基本適合于中試生產(chǎn)的合成工藝路線。研究重點應圍繞影響工業(yè)生產(chǎn)的關鍵性問題，如縮短合成路線，提高產(chǎn)率，簡化操作，降低成本和安全生產(chǎn)等，確定結(jié)構(gòu)、反應參數(shù)、工藝過程后處理方式、物料控制、物料屬性。根據(jù)實驗研究結(jié)果：3.1 階段二：小量試制確定配方及給藥方式建立制備工藝和檢定方法實驗小批量樣品進行臨床前初步安全性和有效性的實驗制定制造與檢定基本要求確定目的化合物具有新藥的可能性驗證和使用方法，把實驗室研究成果擴大成中試規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，采用的工藝路線基本與實驗室工藝規(guī)程一致。中試規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)三批產(chǎn)品，要求工藝穩(wěn)定，質(zhì)量穩(wěn)定，有工藝規(guī)程和質(zhì)量控制標準。三批產(chǎn)品的總量要達到:自檢和中檢所全部檢用量，加上臨床前動物試驗全部用量和I、I期臨床試驗用量。如果臨床劑量大、療程長，需要產(chǎn)品量大，要根據(jù)不同產(chǎn)品來確定中試規(guī)模。3.1 階段三：中間試制工藝路線優(yōu)化記錄記錄各步的體積、濃度、純度、回收率等中間產(chǎn)品質(zhì)量控制要求主藥與輔料相互作用研究依據(jù)《中國藥典》制劑通則的要求進行制劑穩(wěn)定性試驗研究必須在NMPA認證過的廠房內(nèi)生產(chǎn)生產(chǎn)工藝基本定型，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率相對穩(wěn)定，并能放大生產(chǎn)。有產(chǎn)品質(zhì)量標準、檢定方法和保存穩(wěn)定性資料，并有測定效價的參考品或?qū)φ掌?。全面、系統(tǒng)地完成臨床前研究工作，包括藥物化學研究，藥理學研究(主要藥效學研究、一般藥理學研究、藥物代謝動力學研究），毒理學研究，以及生物等效性、生物利用度研究和耐受性、依賴性試驗等。提供自檢和檢定所復檢報告及能滿足臨床試驗研究用量的連續(xù)三批產(chǎn)品。制定較完善的制造檢定試行規(guī)程和產(chǎn)品使用說明書(草案)。在新藥臨床前研究項目中，最重要的是新藥的安全性及其有效性是否優(yōu)于已知藥物，因此取得臨床試驗批件的最重要資料是滿意的藥理學學和毒理學研究結(jié)果。3.1 階段三：中間試制化學藥生產(chǎn)——CMC（化學成分生產(chǎn)和控制）3.2CMC(Chemical，Manufacturing

and

Control)主要是指生產(chǎn)工藝、雜質(zhì)研究、質(zhì)量研究，穩(wěn)定性研究等藥學研究資料，是藥物研發(fā)的重要方面，CMC申報也是藥品申報資料中非常重要的部分。在臨床前研究階段，CMC的研究重點有：化合物的性質(zhì)確定全面了解化合物的性質(zhì)可以為選擇劑型、處方提供重要的依據(jù)。如溶解度、粉體學性質(zhì)、pH值（等電點等）、引濕性、穩(wěn)定性研究等。明確化合物的結(jié)構(gòu)可以保證化合物的穩(wěn)定，保證后續(xù)研究藥物的一致性。劑型、處方和規(guī)格確定由于該階段屬于藥物研發(fā)的初期階段，隨著研究的深入劑型、處方均有可能變化?；衔锏囊?guī)格沒有明確，因此劑型和處方的設計在保證安全性的前提下需要保證制劑質(zhì)量的一致及雜質(zhì)的可控。工藝研究，在此階段由于化合物的開發(fā)價值尚未明確，因此，研發(fā)的重點在于制備充足的原料和制劑，滿足藥理毒理和I期臨床的研究，同時也要滿足CMC的研究需要。工藝的研究基本上在實驗室進行一般情況下沒有必要對工藝進行優(yōu)化，但是要對工藝中產(chǎn)生的雜質(zhì)，如反應副產(chǎn)物、有機溶劑、重金屬等進行有效的控制，初步確定處方工藝。3.2CMC申報中原料藥中常見問題：雜質(zhì)未定義明確，包括工藝雜質(zhì)、制劑雜質(zhì)、容器中浸出雜質(zhì)或殘留溶劑等；對原料藥的了解不夠充分；遺傳毒性研究不充分；缺乏藥物與安全相關的臨床與臨床前關聯(lián)評價；方法及放行標準不適用。CMC申報中制劑中常見問題：方法及放行標準不適用；處方組成中輔料的了解程度不夠；沒有足夠的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)支持臨床周期；設備適用性問題包材相容性問題?；瘜W藥生產(chǎn)——CMC（化學成分生產(chǎn)和控制）化學藥生產(chǎn)流程——原料藥生產(chǎn)3.2化學合成原料藥是指工業(yè)生產(chǎn)中各種化學原料在一定條件下通過化學反應得到具有一定藥效的產(chǎn)品，再經(jīng)過結(jié)晶、干燥等工序使其達到藥品的各種指標的原料藥生產(chǎn)方法?；瘜W合成原料藥生產(chǎn)工藝發(fā)酵是原料藥生產(chǎn)工藝的重要方式之一，尤其是抗生素類原料藥如青霉素類、頭孢類等，通常是通過發(fā)酵和化學合成結(jié)合的半合成方式得到的。首先通過生物發(fā)酵得到目標化合物的主要結(jié)構(gòu)，如青霉素特定的3-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，再進行結(jié)構(gòu)修飾，得到最終的目標化合物；最后經(jīng)過精制重結(jié)晶得到最終的原料藥產(chǎn)品。發(fā)酵過程一般需要經(jīng)過培養(yǎng)基的制備、消罐處理、接種、發(fā)酵、破壁、過濾、沉淀、離心、干燥等過程。發(fā)酵類原料藥生產(chǎn)工藝自然界是天然的化合物寶庫，動物或植物通過自身新陳代謝，產(chǎn)生了許多目前無法合成卻對治療疾病有重大意義的化合物，因此動植物提取是獲取目標原料的途徑。動植物提取類原料藥生產(chǎn)工藝化學藥生產(chǎn)流程——制劑生產(chǎn)3.2制劑生產(chǎn)流程：化學藥生產(chǎn)流程——化合物的性質(zhì)確定3.2對物理化學和生物性質(zhì)的研究，有助于劑型的確立和處方篩選化學藥生產(chǎn)流程——劑型、處方和規(guī)格確定3.2化學藥生產(chǎn)流程——劑型、處方和規(guī)格確定3.2制劑研究的總體目標是通過一系列研究工作，保證劑型選擇的依據(jù)充分，處方合理。處方選擇：根據(jù)藥物理化性質(zhì)、穩(wěn)定性試驗結(jié)果和藥物吸收等情況，結(jié)合所選劑型的特點，確定適當?shù)闹笜耍x擇適宜的輔料，進行處方篩選和優(yōu)化，初步確定處方。表11、劑型、處方和規(guī)格開發(fā)化學藥生產(chǎn)流程——劑型、處方和規(guī)格確定3.2劑型選擇：藥品申請人通過對下列因素的考察，根據(jù)需要選擇適宜的劑型。1）原料藥理化性質(zhì)及生物學性質(zhì)；2）臨床治療的需要:疾病種類和特點、給藥途徑、用藥部位、吸收快慢要求等；3）臨床用藥的安全性：正常使用藥品后，人體產(chǎn)生毒副反應的程度；4）臨床用藥的順應性：藥物劑型與臨床應用的適應性。表12、主要劑型及其基本評價項目化學藥生產(chǎn)流程——工藝研究3.2由于原料藥本身的可壓性和流動性均較差，因此劑量較小的藥物，可以忽略原料藥的可壓性和流動性而直接采用直接壓片。而對于劑量較大的藥物，可以通過濕法制粒來改善其流動性和可壓性。直接壓片工藝關鍵在于輔料的選擇主要考查混合均勻性，流動性和可壓性等，也包括其它必檢項目如含量，雜質(zhì)，溶出等。濕法制粒選擇合適的混合設備和批量，預混時間，制粒所需的潤濕劑用量，制粒終點的確定，水分的限度，干燥溫度的選擇，干燥時間和水分的量化關系等。顆粒的測試和片的檢測項目項目同直接壓片。工藝研究及優(yōu)化

:對影響制劑產(chǎn)品質(zhì)量的工藝參數(shù)等進行研究，如：混合工藝、制粒用的篩網(wǎng)大小、壓片的初步工藝、包衣工藝、包衣增重等。確認兩個或三個最佳處方工藝，分別作出小樣，初步確定處方工藝。一個藥物的合成工藝路線通?？捎扇舾蓚€合成工序組成，每個合成工序包含若干個化學單元反應，每個單元反應又包括反應和后處理兩部分，后處理是產(chǎn)物的分離、精制的物理處理過程，只有經(jīng)過適當而有效的后處理才能得到符合質(zhì)量標準的藥物?；瘜W藥生產(chǎn)流程——工藝研究3.2，反應影響因素內(nèi)容配料比參與反應的各物料之間物質(zhì)量的比例，也稱投料比。凡屬可逆反應，可采取增加反應物之一的濃度（即增加其配料比）

，或從反應系統(tǒng)中不斷除去生成物之一的辦法，以提高反應速率和增加產(chǎn)物的收率。當反應生成物的生成量取決于反應液中某一反應物的濃度時，則應增加其配料比。最適合的配料比應在收率較高，同時又是單耗較低的某一范圍內(nèi)。倘若反應中有反應物不穩(wěn)定，則可增加其用量以保證有足夠量反應物參與主反應。當參與主、副反應的反應物不盡相同時，應利用這一差異，增加某一反應物的用量，以增加主反應的競爭能力。為防止連續(xù)反應和副反應的發(fā)生，有些反應的配料比小于理論配比，反應進行到一定程度后停止反應。需要重視反應機理和反應物的特性與配料比的關系。作為化學反應的介質(zhì)，反應溶劑性質(zhì)和用量直接影響反應物的濃度、溶劑化作用、加料次序、反應溫度和反應壓力等。在藥物合成中，絕大部分化學反應都是在溶劑中進行的，溶劑溶劑還是一個稀釋劑，它可以幫助反應散熱或傳熱，并使反應分子能夠均勻分布，增加分子間碰撞的機會，從而加速反應進程。采用重結(jié)晶法精制反應產(chǎn)物，也需要溶劑。在化學反應或在重結(jié)晶條件下，溶劑應是穩(wěn)定而惰性的。盡量不要讓溶劑干擾反應，不要在反應物、試劑和溶劑之間發(fā)生副反應或在重結(jié)晶時溶劑與產(chǎn)物發(fā)生化學反應。溶劑直接影響化學反應的反應速率、反應方向、轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物構(gòu)型等。在選用溶劑時還要考慮如何將產(chǎn)物從反應液中分離。為了使反應能成功地按預定方向進行，必須選擇適當?shù)娜軇?。溫度常用類推法選擇反應溫度，即根據(jù)文獻報道的類似反應的反應溫度初步確定反應溫度，然后根據(jù)反應物性質(zhì)作適當改變，綜合各種影響因素，進行設計和試驗。如果是全新反應，一般從室溫開始，用薄層層析法追蹤發(fā)生的變化，若無反應發(fā)生，可逐步升溫或延長時間；若反應過快或激烈，可降溫或控溫緩和進行。常用冷卻介質(zhì)有冰/水、冰/鹽、干冰/丙酮和液氮。加熱溫度可通過具有適當沸點的溶劑予以固定，也可用蒸汽浴、控溫油浴將反應溫度恒定在某一溫度范圍。選擇最佳反應溫度，應先了解溫度與活化能、反應速率及反應平衡之間的關系。反應溫度升高，反應速率相應增大，在高溫條件