浅谈新概念影响下的生物制药技术发展

1 引言

随着科学技术的发展，产生的一系列新概念已经不断渗透到制药的各个环节中，药物设计中的计算机辅助技术、组合技术、筛选技术、手性合成技术、分析技术，这些技术加快了新药的研发，缩短了新药的研制时间，同时，生物制药技术的发展，扩大了新药研制的领域，并使得新药更有效、安全、可靠。

2 制药技术的发展

2.1 计算机辅助药物设计技术

传统的药物设计具有很大的盲目性，一般要从一万多种化合物才能得到一种新药，开发速度很慢，对于出现的各种疑难杂症不能得到及时的治愈。随着计算机技术的发展，以及计算化学、药物化学等的发展，使得药物设计进入到了理性阶段，计算机辅助药物设计的根本出发点是对药物和受体之间相互作用的研究，计算机辅助药物设计方法是药物设计的基础。



2.1.1 基于结构的药物设计

基于受体结构的药物设计是研制新药的方法之一，目前，国内利用基于结构的药物设计方法发现了越来越多的具有活性的化合物。为了研制新的抑制剂，对已知的抑制剂和磷脂酶A2的复合物晶体的结构进行了分析，并利用计算机SCOR E程序对研制的抑制剂进行生物活性的测试。随着进行了合成以及药物测试，结果表明这两种化合物有都具有一定的活性，并且实验值与预测值具有一定的对应关系^[1]。

2.1.2 分子模拟

分子模拟是对生物大分子的结构和动力学行为进行模拟，从而能够提供丰富的生物信息。这些信息通过采用实验方法很难得到，因此，分子模拟已经成为分析生物大分子结构和功能的一种有效手段。



2.1.3 数据库与虚拟筛选

如果已经知道了充分的关于化合物以及化学物结合的信息，对大的化合物数据库进行虚拟的筛选有重要的意义，能够与高通道筛选互补来寻找先导化合物。
最近,在超级计算机上DOC K程序进行了并行化,很大程度的加快了数据库筛选的速度，利用此方法，从商用和天然常务的数据库中找到许多对钾离子、分泌酶和PPAR等靶标具有生物活性的化合物。

数据库搜寻技术在药物设计中广为应用,该方法发现的化合物大多可以直接购买得到,即使部分化合物不能直接购买得到,其合成路线也较为成熟,可以从专利或文献中查得,这都大大加快了先导化合物的发现速度。但是,数据库搜寻得到的化合物通常都是已知化合物,而非新颖结构。近年来,全新药物设计(又称从头设计) 越来越受到人们的重视,它根据受体活性部位的形状和性质要求,让计算机自动构建出形状、性质互补的新分子,该新分子能与受体活性部位很好地契合,从而有望成为新的先导化合物;它通常能提出一些新的思想和结构类型,但对所设计的化合物需要进行合成,有时甚至是全合成。全新药物设计方法出现的时间虽然不长,但发展极为迅速,现已开发出一批实用性较强的软件。

2.2 组合技术

组合技术是近20年来发展起来合成化合物的一种新方法，在同一个反应容器中在相同的条件下合成不同的化合物，组合技术通常用于操作和分离比较简便的固相化合物的合成。同时液相组合技术也在不断的发展之中。



近年来，组合技术与高通道筛选相结合，使得先导化合物的种类和数量、研制的新药的种类和数量都在不断地增多中。据记载，1992年到1998年，通过组合技术和高通道筛选确定的候选药物高达46个，并已经进入到测试阶段，可见，组合技术和高通道筛选技术的结合大大的加快了新药的研制步伐。

2.3 高通量筛选技术

高通量药物筛选技术仅有10余年的历程，但是其发展速度非常快，同时其技术和规模也发生着变化。高通量药物筛选通过体外的试验方法来评估化合物的生物活性，通过筛选的结果可以得知化合物生物活性的机制。由于受到很多因素的影响，对评价其整体药理反应存在很大的差异，需要进行一系列系统的后续评价工作。

高通量药物筛选体系涉及很多学科，例如药物学、分子生物学、计算机科学等等。为了减少筛选样品的使用量，同时扩大筛选的规模，采取一样多筛，高通量药物筛选主要采用分子和细胞水平的筛选模型。近年来，随着分子生物学技术和细胞生物学技术在药物筛选技术的应用，建立了大量的筛选模型，新靶点的出现使得新的筛选模型也随之出现，为新药的发现提供了重要的方法和手段。但是，分析细胞筛选模型得到的结果，用于评价药物整体药理作用还存在着许多不足之处。尽管应用分子细胞水平的筛选模型也可以对药物的毒性和吸收的情况进行评估，但是药物发挥的作用受到机体整体情况的影响，仅仅依靠分子细胞筛选模型的结果来判断疗效还有一定的局限性，离不开整体实验结果和临床实验。将不同
的筛选模型有机地结合起来,才能真正的找到具有新疗效的药物^[2]。

由于高通道筛选需要多许多药物进行筛选，需要多大量的样品作为筛选的基础，因此，建立建立样品库具有重要的意义。该样品库具有许多功能，例如保存、差重复、分析以及信息管理等。对于由大量样品组成的样品库，优良的计算机管理系统占重要的环节，随着高通量筛选方法的出现和样品库的建立，促进了生物制药技术的不断发展，例如组合技术、分析技术、合成技术等等,尤其是组合技术的开展,可以合成数以千万计的样品,大大的扩大了新药的研制范围和规模。

2.4 手性合成技术

手性药物是指药物的分子是不对称的，存在着手性结构，而且由具有药理活性的手性化合物组成的药物，其中只含有效对映体或者以有效的对映体为主。 药物的药理作用是通过与体内的大分子之间严格的手性识别和匹配而实现的。在许多情况下，化合物的一对对映异构体在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢速率及毒性等存在显著的差异。另外在吸收、分布和排泄等方面也存在差异，还有对映体的相互转化等一系列复杂的问题。但按药效方面的简单划分，可能存在三种不同的情况^[3]：
1、只有一种对映体具有所要求的药理活性，而另一种对映体没有药理作用，如治疗帕金森病的L-多巴，其对映异构体对帕金森病无治疗效果， 而且不能被体内酶代谢，右旋体聚积在体内可能对人体健康造成影响；
2、一对对映异构体中的两个化合物都有等同的或近乎等同的药理活性，如盖替沙星，其左旋体和右旋体的活性差别不大；
3、两种对映体具有完全不同的药理活性， 如镇静药沙利度胺，(R)-对映体具有缓解妊娠反应作用，(S)-对映体是一种强力致畸剂。因此,1992年3月FDA发布了手性药物的指导原则，明确要求一个含手性因素的化学药物，必须说明其两个对映体在体内的不同生理活性，药理作用，代谢过程和药物动力学情况以考虑单一对映体供药的问题。 目前， 手性药物受到世界各国的关注和重视，手性药物的合成也成为目前各国研究的一项迫切的任务。自19世纪Fischer进行了氢氰酸和糖的反应，得到了不同比例的氰羟化物异构体， 开创了不对称反应的研究领域以来， 至今已有100多年的历史。

2.5 现代生物药物技术的发展

药物分析是药学中的一个重要的组成部分，通过药物分析能够确保药物的质量以及病人用药后的效果和安全性。随着各个领域的发展，对药物分析也有了新的要求，分析的对象越来越复杂，要求药物分析技术不得不不断改进，因而，产生了药物分析的新技术。

近年来，现代生物技术如单克隆抗体免疫分析技术、基因分析技术等技术应用到药物的分析中，从而大大的提高了分析结构的林敏度和检测极限。又如，在基因杂交技术方面，可以分析到1pg药品中的外源DNA，进一步确保了药物使用的安全性。随着药物药物的不断研究，分析技术也在不断地进步之中。高效毛细管电泳、生物传感器等现代分析技术在生物药物分析中的应用也越来越广泛。

2.5.1重组DNA技术

目前，重组DNA技术的应用在新药研制中相当的活跃。据有关报道，我国已经建立了基因工程公司，利用重组技术已经研制了很多药物。例如激素类的胰岛素、生长激素；疫苗类的乙肝疫苗、流感性病毒疫苗等；酶类的溶菌酶、胶原蛋白等；其他产品：氨基酸、维生素等等，都可以使用重组技术进行生产。
重组技术还应用于基因诊断和治疗中。基因诊断就是利用分析技术直接检测基因结构，从而做出诊断。其诊断的方法主要是根据基因是否异常来做出判断。
例如，地中海贫血症状出现了许多，其诊断就是利用一系列的分析法来确诊的。基因治疗就是将正常的基因引入人体细胞中，来补偿因基因缺陷或者基因异常而引起的疾病，从而达到治疗的效果。其主要使用的方法是基因转移法。目前，地中海贫血症、血友病等基因治疗都在不断地研制中，取得了令人满意的效果^[4]。

2.6 现代生物药物分析技术

2.6.1 高效毛细管电泳技术

今年发展最快的分离分析技术是毛细管技术，其具有高的灵敏度、高的分辨率和分析速度快、应用范围广泛等优点。随着毛细管电泳技术的发展，出现了了非水质毛细管电泳、毛细管陈列电泳免疫分析等新技术。高效毛细管电泳技术主要用于蛋白质类生化药物的分离分析，并实现了自动化^[6]。

目前，毛细管技术应用到药物中的分析大致可以分为两部分，一是原药含量的测定、杂质成分的测定以及稳定性的评估，二是药物临床分析。药物的组成比较复杂，除了含有有效地成分之外，还含有有效成分的保护剂和稳定剂等，毛细管技术对样品的预处理简单、能检测痕量成分，被广泛使用到片剂、注射剂等有效成分和杂质的念量测定。例如，AhmedAlnajjar等用毛细管电泳法测定了药物中的诺氟沙星的含量。天然产物中含有很多种药品，其成分往往比较复杂，对原材料和制成药物的分析，都是一个严峻的挑战。目前，毛细管技术已经广泛的应用到天然产物和有效成分的分离和分析之中。Fei Li等用毛细管区带电泳测定了麻黄药草中的麻黄素和假麻黄碱^[5]。

2.6.2 生物传感技术

生物传感器是生物技术、电子技术等交叉结合而形成的新兴高科技产品，在临床医学和预防医学领域都有广泛的应用，可动态监测人体血压、血液酸碱度、血糖浓度；也可检测酶活性、蛋白质等生化指标；在基因检测、药物分析等方面的研究则更为活跃，在医学发展中举足轻重。

DNA传感器的出现为疾病诊断开创了新天地，它不仅可以用来识别特定碱基序列的DNA，还可以用来检测DNA 的损伤，它能在短时间内对细胞蛋白质、基因及其他与生命过程相关的物质进行信息采集，可以帮助医生从基因层次上了解疾病的发生、发展过程，有助于对疾病的及时诊断和治疗。

随着“人类基因组计划”的顺利进行，越来越多的能够表达的人类基因序列以及引发疾病和能预测疾病的各种基因突变正在被人们逐渐认识。基因突变检测是对遗传病、肿瘤等疾病进行临床诊断的重要手段，对于疾病的早期发现和防治具有重要意义。基因表达方式的探测是研究特定组织特定状态在基因组水平基因差异表达功能最有效方法。采用传感器利用杂交对基因表达进行分析的好处是，使用很少的细胞物质就能提供有关多基因差异表达的信息，从而给疾病诊断和药物筛选带来巨大便利。另外，生物传感器可实时监测生物大分子之间的相互作用。借助于这一技术动态观察抗原、抗体之间结合与解离的平衡关系，可较为准确地测定抗体的亲和力及识别抗原表位，帮助人们了解单克隆抗体特性，有目的地筛选各种具有最佳应用潜力的单克隆抗体，而且较常规方法省时、省力，结果也更为客观可信，在生物医学研究方面也有较广泛的应用。如用生物传感器测定了重组人肿瘤坏死因子! 单克隆抗体的亲和力及抗原识别表位。

3 展望

近年来电脑技术在制药工业中普遍用于反应过程的自动化控制。例如微生物发酵过程现已普遍采用了电脑自动化控制技术，从而使发酵条件得到严格的控制，使产品的收率和质量进一步得到保证。在药物制剂的生产过程中，随着GMP 的更高层次的要求，使用电脑和机器人控制的无人工厂已在日本和美国等一雪发达国家中出现。在这种工厂里，仅需少数技术人员管理电脑和机器人，药物生产在密闭的空间中，人几乎不再接触药物，可随时随地检查质量，它克服了制药过程中人为的随意性，使生产更高质量的药品成为可能。

有科学家认为,21世纪纳米科技在生物医学方面,甚至有可能超过信息技术和基因工程,但目前还较多地处于基础研究阶段,进入全面的实际应用还需较长时间。应该指出,不是所有的物质加工成纳米级的微粉都叫纳米材料,真正的纳米技术不仅是使物质达到纳米级的尺寸,而且要能使之产生自然界里不具有的新的物性。从这个意义上来说,仅将中药材加工成纳米级微粉,从而提高中药的生物利用度而没有出现新的物性,不能说是真正的纳米药物。

4 结论

随着科学技术的发展，出现的各种新方法、新理论促进了制药技术的不断进步和完善，同时也加快了新药研制的速度和质量，为人类作出了巨大的贡献。

参考文献:

[1] 宋云龙.陆倍倍.张万年等基于结构的计算机辅助药物设计方法学与应用研究.药学进展,2002,26(6):42-471
[2] 杜冠华.高通量药物筛选在新药研究中的应用[J].基础医学与临床床, 2001,21：289-293
[3] 王东.范青华.影响人类生活的手性异构体[N].科技日报,2001-10-17(9)
[4] 杜传书. 医学遗传学基础.北京人民卫生出版社,1996,172.
[5] 陈义.毛细管电泳[J].分析伩器，1991,(4):40
[6] 杜晓燕.王保珍等医学生物传感器的发展与未来[J].传感技术学报2003,（2）