第二章 新药研究与开发概论2010课件.ppt
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- 第二章 新药研究与开发概论2010课件 第二 新药 研究 开发 概论 2010 课件
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1、郑州大学 李雯要求:(4学时)1、掌握先导化合物的概念,熟悉先导化合物的产生过程及其优化的一般方法。2、掌握前药和软药的概念及其在药物设计中的作用,熟悉常用的前药形式。第一节第一节 新药研究与开发的过程和方法新药研究与开发的过程和方法 分为研究阶段和开发阶段: 研究阶段强调学术和技术意义;开发阶段则强调市场价值和经济意义。 新药的研究是为了发现可能成为药物的化合物分子,,并通过研究,使其尽可能成为上市药物;新药的开发则是在得到NCE后,通过各种评价使其成为可上市的药物。2009年年05月月31日中科院宣布,由中科院上海药物所自主研发的第一个具有自主知识产权(专利号为ZL97106728.7)的
2、国家一类氟喹诺酮类抗菌新药盐酸安妥沙星,获得国家食品药品监督管理局颁发的新药证书。这表明中国新药研发取得重大突破,中国百姓可以用上疗效更好、安全性更高、价钱更便宜的国产抗菌药。 中科院上海药物所科学家从1993年开始对氟喹诺酮类抗菌药物合成方法学、构效关系、成药性等开展了深入系统的研究工作。 1997年,上海药物所申请了盐酸安妥沙星及其系列化合物的专利。 2000年获得中国专利局授权的化合物、合成工艺、抗菌药用途等专利权。一、新药发现的过程通常新药的发现分为四个主要阶段:(一)靶分子的确定和选择受体和酶。HOHONHCH3OH肾上腺素17 MARCH 2000 VOL 287 SCIENCE,
3、 1960治疗药物的作用靶点治疗药物的作用靶点DNA 2%核受体 2 %离子通道 5 %未知 7 %激素和细胞因子 1 1 %酶 28%受体 4 5%治疗药物的作用靶点总数治疗药物的作用靶点总数483483AMYLASE酶抑制剂PigActive Site(二)靶分子的优化对靶分子的结构及其配基的结合部位、结合强度以及所产生的功能等进行的研究。盐酸艾司洛尔OCH3HNOHCH3OH3CO 先导化合物(Lead compound, 又称原型物,或先导物),是通过各种途径或方法得到的具有某种生物活性的化学结构。先导物未必是好药。由于活性不很强,药动性质不合理,特异性不强,毒性大,不能作为药用,但为
4、我们提供了可供改造的线索。1、先导物的产生1.1 天然活性物 如从微生物资源的开发;从吗啡到合成镇痛药大伦丁;从红霉素到克拉霉素,阿齐霉素;从HMG-CoA还原酶抑制剂美伐他汀到其它他汀类。 1.2 生物化学为基础 从5-HT到非甾体抗炎药吲哚美辛;以组胺为化学起始物,寻找西米替丁,雷尼替丁和法马替丁等;从肾上腺素到其激动剂和拮抗剂等。1.3 基于临床副作用或老药新用:长压定(抗高血压为主,促进毛发生长为副)发展出米诺地尔,局部用药治疗脱发症,抗高血压为副作用;磺胺利尿发展出噻嗪类利尿药物。1.4 基于生物转化 如从非那西丁到扑热息痛;保泰松的代谢活化;异丙嗪到氯丙嗪等强安定类。1.5 药物合
5、成中间体 如保肝作用的五味子丙素到联苯双酯。1.6 组合化学方法产生的先导物1.7 基于生物大分子结构和作用机理设计先导物:血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂,肾素血管紧张素在高血压发生中起重要作用,卡托普利1.8 反义核苷酸 反义核苷酸能够与DNA或mRNA发生特异性结合,分别阻断核酸的转录或转译功能,则会阻止与病理过程相关的核酸或蛋白质的生物合成。这种能与DNA或mRNA结合的互补链称作反义寡核苷酸。 所以认为这类药物从根本上干预了遗传信息的复制,转录或翻译,理论上应为治本药物。 1.9 幸运发现的先导物:1927年,Fleming,青霉素。(四)先导化合物的优化生物利用度、化学稳定性以及代
6、谢的稳定性。1、烷基链或环的结构改造(1)剖裂:简化其类似物的操作吗啡到吗啡喃到哌替啶NH3CHHOHOOH吗啡吗啡喃类NH3CHHOHOHNH3COH苯吗喃类哌替啶类NH3COHCOOC2H5(2)插烯规律:1935年,美国有机化学家FusonA-E1=E2A-B1=B2-E1-E2根据共轭效应的极性交替分布原则,插烯前后,原子A的功能和性质可以保持不变。OONH2O胡椒碱NHROX桂皮酰胺衍生物(3)变换同系物:对同系物增加或减少碳原子,或保持活性,或产生拮抗作用,或产生其他作用。例如从利福平增加碳原子得到利福喷丁,活性比原药强210倍。2、生物电子等排(Bioisosteris)(1)定
7、义:具有相似的物理和化学性质(体积、电负性、脂水分布系数、立体化学等),又能产相似生物活性的基团或分子。(2)分类及特点:生物电子等排可分为经典电子等排和非经典电子等排。 经典的电子等排体经典的电子等排体 一价一价 二价二价 三价三价 四价四价 环内等排体环内等排体 F,OH,NH2,CH3 -O- -N= =C= -CH=CH- Cl, SH,PH2 -S- -P= =N+= -S- Br -Se- -As= =P+= -O- I -Te- -Sb= =As+= -NH- -CH= =Sb+= 非经典的电子等排体范围较广,包括非经典的电子等排体范围较广,包括(1)能产生相似或相拮抗生理作用的
8、生物)能产生相似或相拮抗生理作用的生物电子等排体;电子等排体;(2)疏水性、电性和空间效应等重要参数)疏水性、电性和空间效应等重要参数类似的电子等排体。类似的电子等排体。羟羟基基:O OH H NHCOR, NHSO2R, CH2OH, NHCONH2, NHCN, CH(CN)2卤卤素素:F, Cl, Br, ICF3, CN, N(CN)2, C(CN)3醚醚键键:-O-, -S-N CN ,CCNCN羰羰基基:C OCCNCNS OSOOS NOOCONCH N,羧羧基基:COOHSHNOO,RSO3HPO(OH)NH2PO(OH)OEtNNHNNONOHOOOHNONHOO,硫硫脲脲基
9、基:HN CSNH2HN CCHNO2NH2HN CNCNNH2,邻邻酚酚羟羟基基:O OH HO OH HN NH HN NO OO OO OH HN NO OO OH HR RN NO OO OH H,吡吡啶啶环环:NN+HNO2N+F3,可达到四个目的(1)用生物电子等排体替代时,得到相似的药理)用生物电子等排体替代时,得到相似的药理活性。活性。NH2SO2NHCONHC4H9CH3SO2NHCONHC4H9ClSO2NHCONHC3H7氨氨磺磺丁丁脲脲 甲甲苯苯磺磺丁丁脲脲 氯氯磺磺丙丙脲脲降降血血糖糖 降降糖糖活活性性增增强强 1 1/ /2 2延延长长,毒毒性性下下降降(2)用生物
10、电子等排体替代时,可能产生拮)用生物电子等排体替代时,可能产生拮抗的作用。抗的作用。 如果替代如果替代H的的F原子在生物反应中最终要原子在生物反应中最终要除去的话,则可能产生拮抗作用。这是因除去的话,则可能产生拮抗作用。这是因为为C-F键相当稳定,在生理条件下不易断裂,键相当稳定,在生理条件下不易断裂,能在分子水平代替正常代谢物欺骗性地掺能在分子水平代替正常代谢物欺骗性地掺入生物大分子。结果导致入生物大分子。结果导致致死合成致死合成. (3)用生物电子等排体替代时,毒性可能会比原药)用生物电子等排体替代时,毒性可能会比原药降低。降低。 如:钙敏化药伊索马唑如:钙敏化药伊索马唑HNNHOHOHN
11、NHOFO尿尿嘧嘧啶啶 氟氟尿尿嘧嘧啶啶NNHNSOCH3H3CONHNSOCH3H3CO硫硫马马唑唑 伊伊索索马马唑唑(4)用生物电子等排体替代时,还能改善原药的)用生物电子等排体替代时,还能改善原药的药代动力学性质。药代动力学性质。 血药浓度增加血药浓度增加,作用时间延长作用时间延长.NXOR2COOHOCH3ClR1R2X头头孢孢西西丁丁氯氯碳碳头头孢孢拉拉氧氧头头孢孢SOCH2NHR1OSONH2OCOOHNNNNSCH3NH2HO生物电子等排体设计的主要方法(1)经典的生物电子等排体:)经典的生物电子等排体:见各章见各章 (2)环等当体()环等当体(ring equivalents)
12、。)。 一些不同的芳一些不同的芳香环和杂环相互替代后,可产生相似的生物活性,香环和杂环相互替代后,可产生相似的生物活性,这些环被称为环等当体。这些环被称为环等当体。HNNNHNNHNNCH3N组组胺胺NH2NH2NH2NH2吡吡唑唑三三氮氮唑唑吡吡啶啶n环等当体的替换适用于任何可能的环系统环等当体的替换适用于任何可能的环系统之间,例如之间,例如H2受体拮抗剂:受体拮抗剂: 西米替丁西米替丁 雷尼替丁雷尼替丁 法莫替丁法莫替丁 罗沙替丁罗沙替丁 (3)环与非环的等排体)环与非环的等排体 以下化合物均具有抗炎活性以下化合物均具有抗炎活性NCOCH3ONCH3CH3NNORN N- -甲甲基基四四氢
13、氢吡吡啶啶甲甲酸酸甲甲酯酯1 1, ,2 2, ,4 4- -噁噁二二唑唑- -5 5- -( (N N- -甲甲基基四四氢氢吡吡啶啶) )衍衍生生物物(4)极性效果相似的基团)极性效果相似的基团 羧基是酸性的极性基团,在结构修饰中,常以羧基是酸性的极性基团,在结构修饰中,常以异羟肟酸异羟肟酸、磺酰氨基以及一些酸性的杂环如四唑、磺酰氨基以及一些酸性的杂环如四唑、羟基噻唑等替代。羟基噻唑等替代。CH3H3CCH3OHNOHCOOHCH3H3CCH3布布洛洛芬芬 异异丁丁普普生生又如又如: 氯沙坦氯沙坦- 替米沙坦替米沙坦 p246(5)官能团的反转)官能团的反转NCH3OCH3NCH3OOCH3
14、O哌哌替替啶啶 阿阿法法罗罗定定酯酯基基反反转转3、前药原理 前药前药(Prodrug)是指一类在体外无活性或)是指一类在体外无活性或活性较小,在体内经酶或非酶作用,释放活性较小,在体内经酶或非酶作用,释放出活性物质而产生药理作用的化合物。出活性物质而产生药理作用的化合物。 在体内起作用的药物称为原药。在体内起作用的药物称为原药。 前药修饰是药物潜伏化方法的一种。前药修饰是药物潜伏化方法的一种。 前药设计的目的前药设计的目的1提高药物的选择性提高药物的选择性2. 增加药物的化学稳定性增加药物的化学稳定性3. 延长药物的作用时间延长药物的作用时间4. 改善药物的吸收,改善药物的吸收,提高生物利用
15、度提高生物利用度 5. 改善药物的溶解性改善药物的溶解性 6. 降低药物的毒副作用降低药物的毒副作用 7. 消除药物不适宜的性质(如苦味),使病消除药物不适宜的性质(如苦味),使病人容易接受人容易接受前药修饰的方法前药修饰的方法1形成酯基的前药修饰形成酯基的前药修饰 含有醇羟基、酚羟基或羧酸基团的药物含有醇羟基、酚羟基或羧酸基团的药物2形成酰胺的前药修饰形成酰胺的前药修饰 胺类、胺类、羧酸类羧酸类药物药物3形成亚胺或其它活性基团的活性形成亚胺或其它活性基团的活性 结构中含有氨基或羰基的药物可以形成亚胺结构中含有氨基或羰基的药物可以形成亚胺羰基类羰基类可以形成可以形成Schiffs碱、肟、缩醛或
16、缩酮碱、肟、缩醛或缩酮等等 5-氨基水杨酸是溃疡性结肠炎的常用药,口服氨基水杨酸是溃疡性结肠炎的常用药,口服后,在小肠完全吸收,到达有效作用部位结肠的后,在小肠完全吸收,到达有效作用部位结肠的药量极少。做成前药药量极少。做成前药5-氨基水杨酰甘氨酸,在胃氨基水杨酰甘氨酸,在胃和小肠不易吸收,到结肠后被相应的水解酶催化和小肠不易吸收,到结肠后被相应的水解酶催化水解,释放出水解,释放出5-氨基水杨酸。氨基水杨酸。H2NCOOHOHH2NOHHNCOOHO5 5- -氨氨基基水水杨杨酸酸 5 5- -氨氨基基水水杨杨酰酰甘甘氨氨酸酸OHOCOOHCH3HOHOCOOHCH3HOPGE2缩缩酮酮前前药
17、药OO159SNCH2CH2CH2C CF3NN CH2CH2OHSNCH2CH2CH2C CF3NN CH2CH2OCOC9H19氟氟奋奋乃乃静静氟氟奋奋乃乃静静葵葵酸酸酯酯NCOOHHNCH3COOHPhONCOOHHNCH3COOCH2CH3PhO雷雷米米普普利利拉拉雷雷米米普普利利HONHCOCH3ONHCOCH3COH2CNC2H5C2H5HCl盐盐酸酸丙丙帕帕他他莫莫扑扑热热息息痛痛OCOCH3COOHOCOCH3COO CHCH2OCO(CH2)nCH3CH2OCO(CH2)nCH3Aspirin 酯酯类类前前药药O2NCOHCNHCOCHCl2CH2OHHHO2NCOHCNHC
18、OCHCl2CH2OCO(CH2)14CH3HH生生成成棕棕榈榈酸酸酯酯 氯氯霉霉素素(Chloramphenicol)无无味味氯氯霉霉素素 四、软药和硬药四、软药和硬药 软药软药是一类本身具有治疗作用的药物,在体内是一类本身具有治疗作用的药物,在体内作用后,经预料的和可控制的代谢作用,转变作用后,经预料的和可控制的代谢作用,转变成无活性和无毒性的化合物。成无活性和无毒性的化合物。 软药的设计可以减少药物的毒性代谢产物,提软药的设计可以减少药物的毒性代谢产物,提高治疗指数;可以避免体内产生活性的代谢产高治疗指数;可以避免体内产生活性的代谢产物;减少药物的相互作用;可以使药代动力学物;减少药物的
19、相互作用;可以使药代动力学问题得到简化。问题得到简化。软药的实例(H3C)3NN(CH3)3十十烃烃季季铵铵CH2COOHCH2COOH2HOCH2CH2N(CH3)3+氯氯琥琥珀珀胆胆碱碱N(CH3)3OO(H3C)3NOO2Br2Cl肌肌松松时时间间太太长长软软药药,易易代代谢谢代代谢谢 硬药硬药是指是指在体内不能被代谢,直接从胆汁在体内不能被代谢,直接从胆汁或者肾排泄的药物,或者是不易代谢,需或者肾排泄的药物,或者是不易代谢,需经过多步氧化或其它反应而失活的药物。经过多步氧化或其它反应而失活的药物。 由于硬药不能发生代谢失活,因此很难从由于硬药不能发生代谢失活,因此很难从生物体内消除。生
20、物体内消除。硬药的实例n前列地尔,前列地尔,15羟基易在体内氧化成酮基而失活。羟基易在体内氧化成酮基而失活。 将将C15羟基移到羟基移到C16,又引入甲基,使羟基成为叔,又引入甲基,使羟基成为叔羟基,不易受酶的影响而氧化,得到米索前列醇。羟基,不易受酶的影响而氧化,得到米索前列醇。作用时间延长,而且口服有效。作用时间延长,而且口服有效。OOCH3OCH3HOH3COHOOHOCH3HOOH前前列列地地尔尔 米米索索前前列列醇醇1516前药和软药的区别?前药和软药的区别?前药前药:本身无活性,代谢成母药发挥疗效。:本身无活性,代谢成母药发挥疗效。软药软药:本身有活性,代谢后失活,迅速排出:本身有
21、活性,代谢后失活,迅速排出 体外。体外。五、五、孪药(孪药(Twin Drug Twin Drug ) 孪药孪药(twin drug)是指将两个相同或不)是指将两个相同或不同的先导化合物或药物经共价键连接,同的先导化合物或药物经共价键连接,缀合成的新分子,在体内代谢生成以上缀合成的新分子,在体内代谢生成以上两种药物而产生协同作用,增强活性或两种药物而产生协同作用,增强活性或产生新的药理活性,或者提高作用的选产生新的药理活性,或者提高作用的选择性。择性。 常常应用拼合原理进行孪药设计,经拼常常应用拼合原理进行孪药设计,经拼合原理设计的孪药,实际上也是一种前合原理设计的孪药,实际上也是一种前药。药
22、。 阿司匹林对乙酰氨基酚的拼合阿阿司司匹匹林林扑扑热热息息痛痛拼拼合合酯酯化化物物口口服服对对胃胃无无刺刺激激体体内内酯酯酶酶水水解解阿阿司司匹匹林林扑扑热热息息痛痛共共同同发发挥挥作作用用相相对对于于各各自自的的给给药药剂剂量量都都减减少少两两者者的的毒毒副副作作用用均均降降低低(贝贝诺诺酯酯)OOCH3OHNCH3OO贝贝诺诺酯酯氨苄西林氨苄西林舒巴坦的拼合舒巴坦的拼合1271357NSHHONHOCH3CH3NH2NSHOH3CH3COOOOOO舒舒他他西西林林氨氨苄苄西西林林舒舒巴巴坦坦通通过过次次甲甲基基拼拼合合 双双酯酯(舒舒他他西西林林S Su ul lt ta am mi ic
23、 ci il ll li in n) )口口服服吸吸收收良良好好在在作作用用部部位位分分解解出出舒舒巴巴坦坦和和氨氨苄苄西西林林具具有有抗抗菌菌和和抑抑制制- -内内酰酰胺胺酶酶双双重重作作用用二、新药的开发阶段是居于新药的发现研究和市场化之间的重要过程。这一阶段主要分为两个部分:前期开发和后期开发。前期开发药物制备工艺和剂型工艺研究、临床前药理学和药效学研究、亚急性毒性研究、长期毒性研究、特殊毒理学研究、“三致”试验研究、有选择的I期临床研究和早期的II期临床研究。 后期开发长期稳定性研究、最终剂型的确立、后期的的II期临床研究、III期临床研究、新药报批资料整理、新药申报和评价、新药上市后
24、的再评价。水浴式安瓿(口服液)检漏灭菌柜水浴式安瓿(口服液)检漏灭菌柜 新药的临床试验新药的临床试验临床试验分为临床试验分为、期。期。期临床试验期临床试验 初步的临床药理学及人体安全性评价试验。初步的临床药理学及人体安全性评价试验。观察人体对于新药的耐受程度和药物代谢观察人体对于新药的耐受程度和药物代谢动力学,为制定给药方案提供依据。动力学,为制定给药方案提供依据。 病例:病例:20-3020-30例例期临床试验期临床试验 治疗作用初步评价阶段。其目的是初步评价药物治疗作用初步评价阶段。其目的是初步评价药物对目标适应症患者的治疗作用和安全性,也包括对目标适应症患者的治疗作用和安全性,也包括为为
25、期临床试验研究设计和给药剂量方案的确定期临床试验研究设计和给药剂量方案的确定提供依据。此阶段的研究设计可以根据具体的研提供依据。此阶段的研究设计可以根据具体的研究目的,采用多种形式。究目的,采用多种形式。 要求:盲法对照试验;要求:盲法对照试验; 病例:病例:100100例例期临床试验期临床试验 治疗作用确证阶段。其目的是进一步验证药物对治疗作用确证阶段。其目的是进一步验证药物对目标适应症患者的治疗作用和安全性,评价利益目标适应症患者的治疗作用和安全性,评价利益与风险关系,最终为药物注册申请获得批准提供与风险关系,最终为药物注册申请获得批准提供充分的依据充分的依据。 要求:具有足够样本数的盲法
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