胰島素的研發(fā)課件

胰島素的研發(fā)胰島素的研發(fā)胰島素的研發(fā)內(nèi)容胰島素的結(jié)構差異與臨床優(yōu)勢231胰島素的歷史

胰島素的藥物動力學諾和諾德：質(zhì)量的保證、一體化的服務23生產(chǎn)工藝的差異與臨床優(yōu)勢胰島素的研發(fā)胰島素的發(fā)現(xiàn)——證實胰腺損傷可導致糖尿病ThomasCanley(英)1788年——發(fā)現(xiàn)胰腺內(nèi)具有分泌功能的細胞團Langerhans(德)1869年——證實胰腺細胞團產(chǎn)生降血糖物質(zhì)Vonmering和Minkowski(德)1889-1893年——將胰腺細胞團命名為胰島EdouardLaguesse(法)1893年——將胰島分泌的降糖物質(zhì)命名為胰島素JeandeMeyer(比利時)1909年胰島素的研發(fā)JamesBCollip(化學家)FrederickG.Banting(醫(yī)生)

獲1923年諾貝爾醫(yī)學獎ChariesHBest(學生助理)J.J.RMacleod(生理學家)獲1923年諾貝爾生理學獎1921年——從狗的胰臟提取了胰島素并用于臨床胰島素的誕生為紀念四位科學家為糖尿病治療做出的杰出貢獻將班廷（Banting）醫(yī)生的生日（11月14日）定為世界糖尿病日胰島素的研發(fā)胰島素初次在臨床使用胰島素治療后胰島素治療前1922年1月1日，Banting和Best給14歲的糖尿病病人注射了胰腺提取物，使患者血糖下降至正常水平另一位糖尿病兒童則因之活至76歲胰島素正式使用于臨床胰島素的研發(fā)胰島素發(fā)展歷程1923動物胰島素1920193019401950196019701980199020001973單組分胰島素1978人胰島素1996胰島素類似物1946NPH胰島素1953長效胰島素未來胰島素胰島素的研發(fā)胰島素的結(jié)構差異與臨床優(yōu)勢231胰島素的歷史胰島素的藥物動力學諾和諾德：質(zhì)量的保證、一體化的服務23生產(chǎn)工藝的差異與臨床優(yōu)勢內(nèi)容胰島素的研發(fā)胰島素（mu/l）802508162408864時鐘時間（小時）進餐葡萄糖胰島素葡萄糖正常的胰島素分泌與血糖水平的關系胰島素的研發(fā)正常人胰腺分泌的胰島素首先作用于肝臟胰島素葡萄糖攝取肝糖產(chǎn)生脂肪沉積葡萄糖攝取肝臟是胰島素作用的首要靶器官胰島素的研發(fā)靶細胞組織儲庫降解循環(huán)胰島素溶解解聚擴散抗體–結(jié)合自由胰島素吸收分布作用給藥飲食運動反調(diào)節(jié)降解腎臟排泄（1%）肌肉及脂肪10%-20%腎臟10%-20%肝臟60%-80%清除β細胞胰島素制劑生物作用外源性人胰島素的代謝情況胰島素的研發(fā)影響吸收的主要因素：

胰島素的交聯(lián)狀態(tài)胰島素六聚體充分稀釋、解聚成較小單位所需的時間胰島素的種類、濃度、容量胰島素劑量大，即容量大，則六聚體稀釋、解聚所需的時間延長，使得胰島素作用時間延長注射部位毛細血管密度、胰島素的通透性10-310-410-510-8六聚體二聚體單體Zn2+

血液

克分子濃度

解聚

擴散毛細血管膜短效人胰島素的吸收動力學胰島素的研發(fā)806040200024681012血漿自由胰島素（mu/l）胰島素注射或食物攝取后的時間（小時）1型糖尿病，胰島素皮下注射后的整體輪廓

非糖尿病范圍（均值±1SD）皮下給藥短效人胰島素：

血漿胰島素輪廓呈非正常生理狀態(tài)餐后即時胰島素水平不夠高；餐后晚些時間內(nèi)胰島素回落慢，導致水平過高通過一些合乎邏輯的策略（如胰島素類似物），在某些范圍內(nèi)，不恰當?shù)难獫{胰島素整體輪廓及很大的變異性可以得到糾正胰島素的研發(fā)皮下注射短效人胰島素

與進餐之間的重要時間間隔當食物被攝入時，胰島素達峰時間與血糖升高同步非常重要，因此注射時間尤為關鍵在進餐前30-60分鐘注射短效人胰島素，餐后血糖的漂移將會降低進餐即刻注射速效胰島素類似物與餐前30分鐘注射短效人胰島素制劑可以獲得相似甚至更好的血糖控制胰島素的研發(fā)胰島素的吸收在不同部位是不同的腹部最快、腿部最慢、臂部中不同種類胰島素注射部位也應不同短效的應注射在吸收快的部位長效的可注射在吸收慢些的部位****************腹部臂腿100908070605040300306090120135初始記錄的百分率125I胰島素注射注冊后時間（分鐘）吸收的變異性胰島素的研發(fā)胰島素抗體的作用具有循環(huán)胰島素儲庫的作用理論上，可能激發(fā)無法預料的低血糖的發(fā)生，但機率小胰島素從血漿中的消失健康人：血漿中胰島素壽命3-5分鐘病理狀態(tài)會影響胰島素的清除率：如肝病、尿毒癥等降解及排泄介導胰島素降解的主要器官：肝臟（60%-80%）、腎臟（10-20%）、外周組織胰島素清除：肝臟通過受體介導、腎臟通過腎小球及受體介導循環(huán)中的胰島素動力學胰島素的研發(fā)內(nèi)源胰島素首要靶器官是肝臟皮下注射后人胰島素的交聯(lián)狀態(tài)，即從胰島素六聚體充分稀釋、解聚成較小單位所需的時間，是影響胰島素吸收的主要因素人胰島素注射劑量大則六聚體稀釋、解聚所需的時間延長，使得胰島素作用時間延長皮下注射短效人胰島素，胰島素水平呈非正常生理性水平，通過一些合乎邏輯的策略，在某些范圍內(nèi)，不恰當?shù)难獫{胰島素整體輪廓及很大的變異性可以得到糾正不同注射部位胰島素吸收速率不同小結(jié)胰島素的研發(fā)胰島素的結(jié)構差異與臨床優(yōu)勢

231胰島素的歷史胰島素的藥物動力學諾和諾德：質(zhì)量的保證、一體化的服務23生產(chǎn)工藝的差異與臨床優(yōu)勢內(nèi)容胰島素的研發(fā)胰島素的三維結(jié)構胰島素六聚體的三維結(jié)構圖用X線衍射法測出豬胰島素晶體的立體結(jié)構為(中國，1971)：六個胰島素分子和兩個鋅離子的胰島素六聚體兩個胰島素分子形成二聚體，三個二聚體圍繞著三重軸形成對稱排列的六聚體作為胰島素的儲存形式，在胰島素制劑注射到人體內(nèi)也需要經(jīng)過由六聚體解離為二聚體，再分解為單體釋放入血液被利用的過程胰島素的研發(fā)基因重組胰島素胰島素凈化人胰島素動物胰島素胰島素發(fā)展史上的第一次革命長效胰島素獲得生產(chǎn)資格胰島素的研發(fā)人胰島素的產(chǎn)生，降低了免疫源性胰島素的兩個肽鏈分別為21個氨基酸組成的A鏈和30個氨基酸組成的B鏈，氨基酸排列有種屬差異人胰島素的一級結(jié)構胰島素的研發(fā)人胰島素胰島素類似物類似物胰島素發(fā)展史上的第二次革命基因重組胰島素胰島素凈化長效胰島素獲得生產(chǎn)資格胰島素的研發(fā)生理胰島素作用模式短效人胰島素起效慢，峰值延遲，造成：需提前30分鐘注射、餐后血糖控制欠佳、下一餐前低血糖短效人胰島素中效人胰島素（NPH）體內(nèi)變異性大，有峰值，造成：容易出現(xiàn)低血糖NPH生理胰島素作用模式:餐時相關的胰島素峰值基礎胰島素目前人胰島素制劑

不能很好模擬生理性胰島素分泌預混人胰島素可以模擬基礎和餐時胰島素分泌，但它具有短效人及中效人胰島素的不足預混人胰島素30R胰島素的研發(fā)KaarsholmandLudvigsen.Receptor1995;5:1–8sA-chainB-chainA1B1A21B30sssssLightblue:residuespreservedinnaturally-occurringinsulinsRed:residuesinvolvedinreceptorbinding胰島素分子修飾位點胰島素的研發(fā)地特胰島素去掉了B30的Thr，在B29連接了酰化的十四烷酸甘精胰島素B鏈末端增加2個Arg，A21位置Gly取代Asp門冬胰島素(諾和銳?）是Asp替代B28的Pro，使得分子間的聚合力降低ThrglyTyrPhePheGlyArgGluGlyValLeuTyrLeuAlaGluValLeuHisSerGlyCysLeuHisGlnAsnValPheB1A21B29A1AsnTyrAsnGluLeuGlnTyrLeuSerIleSerThrCysGlnGluValIleCysCysCysCysB28LysProProLysArgArgGlyB30Thr十四烷酸賴脯胰島素——Pro和Lys相互換位而成AspKarsholm&Ludvigsen.Receptor1995;5:1-8.胰島素類似物的化學結(jié)構胰島素的研發(fā)基礎胰島素類似物速效胰島素類似物不同的胰島素類似物胰島素的研發(fā)速效胰島素類似物——門冬胰島素(諾和銳

)

解離迅速諾和銳

產(chǎn)品說明書諾和靈?R產(chǎn)品說明書常規(guī)人胰島素諾和銳

(門冬胰島素）達峰時間:40–60分鐘皮下組織達峰時間:90–150分鐘毛細血管壁六聚體二聚體單體胰島素的研發(fā)諾和銳?與人胰島素：藥代學與藥效學血漿胰島素（pmol/L）5004003000100200500100501502503504501502002503003504004505005506005004003000100200500600700100150200250300350400450500550600葡萄糖輸注率（mg/min）時間（分鐘）時間（分鐘）諾和銳?人胰島素MudaliarSRetal.DiabetesCare1999;22:1501-6諾和銳?高峰出現(xiàn)時間是在注射后50－60分鐘，能夠更好地控制餐后血糖快速回落到基線水平減少了下餐前低血糖發(fā)生的幾率胰島素的研發(fā)不同的胰島素類似物基礎胰島素類似物速效胰島素類似物胰島素的研發(fā)理想的基礎胰島素治療應該模擬生理性基礎胰島素的分泌長效、平穩(wěn)，作用持續(xù)24小時，無峰值效應能夠安全有效降低空腹血糖，盡量減小血糖波動胰島素的研發(fā)促有絲分裂能力和遺傳毒性必須至少與人胰島素一樣有絲分裂：是真核細胞分裂產(chǎn)生體細胞的過程；細胞通過該方式進行細胞增殖遺傳毒性：是由化學物和輻射線等造成的，均為DNA損傷所致的一種突變，包括基因突變和染色體畸變

分子安全性低血糖的風險必須等于或低于人胰島素代謝安全性胰島素安全性包括的主要內(nèi)容胰島素的研發(fā)決定胰島素分子安全性的因素

胰島素

胰島素受體代謝效應（例如：葡萄糖攝?。┐儆薪z分裂效應（例如：細胞增殖）IGF-1受體在胰島素受體上作用的持續(xù)時間與IGF-I受體結(jié)合的強度胰島素的研發(fā)HansenBF,etal.Biochem.J.1996;315:271–9人胰島素X10

解離緩慢解離快速

促有絲分裂能力弱

促有絲分裂能力強

從胰島素受體的

緩慢解離增強了促有絲分裂能力促有絲分裂/代謝活性比值分離速率常數(shù)(Kd)%胰島素的研發(fā)Kohnetal.LillyResearchLaboratories,Peptides2007;28:935–48andKurtzhalsPetal.Diabetes2000;49:999

0.60.40.20.0–0.2–0.4–0.6Log(細胞相對增殖力)Log(相對IGF-1R親和力)人胰島素–0.4–0.20.00.20.40.60.80.8體外細胞增殖試驗提示:

高IGF-1R親和力與細胞增殖有關胰島素的研發(fā)研發(fā)胰島素類似物的方法：

-選擇性修飾胰島素的化學結(jié)構以保留結(jié)構-功能特性X10賴谷胰島素賴脯胰島素甘精胰島素賴谷胰島素門冬胰島素甘精胰島素地特胰島素KE胰島素的研發(fā)

胰島素受體親和力：增加2倍IGF-1受體親和力：增加6倍致有絲分裂強度：增加10倍在雌性SD大鼠的52周研究中呈劑量依賴性致腫瘤作用sA1B1A21B30sssssDX10X10的教訓：

單個氨基酸替代的效應胰島素的研發(fā)IGF-1受體親和力胰島素受體解離速率促有絲分裂能力人胰島素=100=100=100X1058714975門冬胰島素818158賴脯胰島素15610066甘精胰島素641152783地特胰島素1620411KurtzhalsP,etal.Diabetes2000;49:999各種胰島素類似物間與IR和IGF-1R結(jié)合的比較胰島素的研發(fā)基礎胰島素類似物

——諾和平?胰島素的研發(fā)中性澄清液PH=7.4Capillarymembrane6聚體的穩(wěn)定性雙6聚體的形成白蛋白的結(jié)合稀釋Capillaryblood皮下組織

2聚體10–5M6聚體10–3M單體10–8M地特胰島素在血液中血漿白蛋白結(jié)合諾和平?的長效作用機制胰島素的研發(fā)主要延遲作用六聚體自身聚合脂肪酸側(cè)鏈與白蛋白結(jié)合沒有進一步的延遲作用與受體結(jié)合次要延遲作用白蛋白結(jié)合緩沖吸收變異性PetersonGEetal.CurrMedResOpin.2006;22(12):2613-9.皮下組織沉積血液循環(huán)組織間液諾和平?長效機制——

通過與白蛋白結(jié)合延遲和緩沖作用胰島素的研發(fā)Kleinetal.DiabObesMetab2007;9:290–9Heiseetal.Diabetes2004;53:1614–20時間(h)02468101214161820222400.51.01.52.02.5葡萄糖輸注率(mg/kg/min)0.4U/kg諾和平甘精胰島素0.8U/kg2型糖尿病葡萄糖輸注率(mg/kg/min)02468101214161820222400.51.01.52.02.50.4U/kg諾和平NPH1型糖尿病諾和平?的藥效學——

作用曲線平穩(wěn)，重復性好

胰島素的研發(fā)HeiseTetal.Diabetes2004;53:1614–20.p<0.001forallcomparisonsofAUCN=54T1DMGIR(mg/kg/min)ElapsedTime(hours)NPHGlarDete100%80%60%40%20%0%68％48％27％1型糖尿病患者中，地特胰島素與甘精胰島素和NPH相比，具有更小的個體內(nèi)變異胰島素的研發(fā)人胰島素胰島素類似物胰島素發(fā)展史上的第三次革命？口服胰島素或者還有…長效胰島素胰島素凈化基因重組胰島素類似物獲得生產(chǎn)資格胰島素的研發(fā)非注射給藥:口服胰島素?胰島素的研發(fā)口服蛋白質(zhì)和多肽類藥物的挑戰(zhàn)被酸水解粘液/粘膜/通透性/屏障被酶降解被粘液酶降解被胰酶降解pH變化食物影響通行時間變異吸收胰島素的研發(fā)胰島素類似物對糜蛋白酶的

蛋白分解的穩(wěn)定性HIAnalogue1Analogue2Analogue3Time(min)at37℃0204060Intactinsulin(%)020406080100120胰島素的研發(fā)胰島素分子中被酶降解的位點ssA-chainB-chainA1B1A21B30ssss酶的切點抗蛋白水解酶的胰島素類似物胰島素的研發(fā)葡萄糖介導的胰島素Boronatebindscarbohydrates/polyolswithmMaffinitiesBoronatePolyolInsulin硼酸鹽-多元醇容量小，因此并不影響生物活性胰島素的研發(fā)IR-A/IR-B特異性:

組織選擇性的胰島素類似物?IR-B是大鼠肝臟上主要的胰島素受體異構體:Brain

EpididymalATMesentericATRetroperitonealATSubcutaneousATLiverKidneyHeartEDLSoleus0255075100IR-BIR-A%Relativeexpression胰島素的研發(fā)小結(jié)人胰島素解決了動物胰島素的免疫原性問題：

使之降低胰島素類似物更加模擬生理性胰島素分泌，從而解決了外源性人胰島素非正常生理性的問題作為速效胰島素類似物，諾和銳?可餐前立即注射，進而帶給患者更好地療效及就餐方便性作為基礎胰島素類似物，諾和平?更加理想，有效控制血糖的同時，安全性更高，包括低血糖降低及分子安全性未來的胰島素類似物將更加模擬生理，同時有望根本解決注射問題胰島素的研發(fā)內(nèi)容胰島素的結(jié)構差異與臨床優(yōu)勢231胰島素的歷史胰島素的藥物動力學諾和諾德：質(zhì)量的保證、一體化的服務23生產(chǎn)工藝的差異與臨床優(yōu)勢

胰島素的研發(fā)生物制劑非常復雜的生產(chǎn)過程，

且每個過程都很獨特DNA載體

克隆進入DNA載體大量發(fā)酵下游形成制劑

轉(zhuǎn)染進入宿主細胞，表達如酵母菌、大腸桿菌或哺乳動物細胞同樣的氨基酸

–可能是同樣的基因序列(也許)不同的DNA載體不同的重組細胞系不同的發(fā)酵過程不同的純化方案不同的過程中控制不同的制劑胰島素的研發(fā)生物藥品復雜的生產(chǎn)過程會

影響產(chǎn)品質(zhì)量RogerSD,MikhailA.JPharrmPharmaceutSci;2007;10(3):405-410生物藥品的生產(chǎn)過程非常復雜，需要上百步的分離純化步驟側(cè)鏈的錯誤連接蛋白質(zhì)鏈的錯誤折疊引起分子的三級、四級結(jié)構改變組成分子的氨基酸的氧化形式不同生產(chǎn)過程的細小變化即可帶來生物藥品的分子結(jié)構改變改變了原研產(chǎn)品的分子結(jié)構——療效及安全性不同：宿主細胞及生產(chǎn)原料在產(chǎn)品中留下不同的雜質(zhì)與原研產(chǎn)品純度不同——免疫原性不同因此生產(chǎn)出與原研產(chǎn)品完全一樣的生物仿制品是不可能的胰島素的研發(fā)RogerSD,MikhailA.JPharrmPharmaceutSci;2007;10(3):405-410使用完全不同的產(chǎn)品生產(chǎn)過程，生物仿制藥物的生產(chǎn)廠商僅僅能夠制造出與原產(chǎn)品“相似的”但并非完全一致的同分子結(jié)構產(chǎn)品雖然在大小和結(jié)構上相似，但是兩者在生物學活性上可能有著很大的不同胰島素的研發(fā)生物仿制品與化學仿制品差別較大化學藥品簡單的化學成分簡單的生產(chǎn)過程一致的、穩(wěn)定的結(jié)構生物原研藥品大分子、活體產(chǎn)生、復雜復雜的生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程影響分子結(jié)構及生物學活性復制化學仿制品完全相同完全相同的生物學活性主要的問題是如何進入血循環(huán)藥代動力學研究即可審批生物仿制品相似，但不完全相同生物學活性不確定問題在于進入血循環(huán)后會發(fā)揮何種作用(療效？副作用？)藥代動力學研究解決不了該問題小分子藥物生物藥品大分子生物藥品體積阿司匹林21原子生長激素3000原子IgG抗體25000原子復雜度自行車20磅汽車3000磅F-16噴氣式飛機25000磅Micha?Nowicki.KidneyBloodPressRes2007;30:267–272胰島素的研發(fā)EMEA強調(diào)了生產(chǎn)過程的重要性EMEA.Guidelinessimilarbiologicalmedicinalproducts.oneuropa.eu/pdfs/human/biosimilar/043704en.pdf考慮到生物仿制藥物是完全不同于原研藥物的事實“應當認識到，從定義上來講，生物仿制藥物并不是原研專利藥物，因為不同廠家生產(chǎn)的生物仿制藥之間或與原研藥之間仍存在微小的差別，這些差別也許要經(jīng)過更多的使用經(jīng)驗后才會變得明顯…”胰島素的研發(fā)對于結(jié)構更加復雜的具有潛在免疫安全問題的蛋白質(zhì)分子來說，患者及醫(yī)生應當意識到具有相似組成的蛋白質(zhì)分子也許實際上是不可互換的，這一點非常重要。盡管有著相似的分子結(jié)構，不同的大分子蛋白質(zhì)產(chǎn)品在人體中有著不同的作用，由一種替換為另一種可能導致嚴重的健康問題，如產(chǎn)生病理免疫反應美國FDA認識到生物仿制藥物

問題的嚴重性胰島素的研發(fā)歐洲至今沒有批復任何人胰島素

生物仿制品藥品名參照藥物批復結(jié)果批復時間Marvel短效人胰島素優(yōu)泌林?R撤回2008年1月Marvel中效人胰島素優(yōu)泌林?N撤回2008年1月Marvel預混人胰島素30/70優(yōu)泌林?30/70撤回2008年1月Source:EuropeanPublicAssessmentReport注：目前歐洲僅上市原研胰島素產(chǎn)品諾和靈?及優(yōu)泌林?胰島素的研發(fā)未批復Marvel胰島素的原因：

中效和預混的藥效動力學出現(xiàn)偏差Source:EuropeanPublicAssessmentReport用批間變異性可解釋這一顯著的差異批間變異大——導致臨床使用的安全性問題中效預混-1101112131415161718190123456789102345輸注率（mg/min/kg）時間（小時）-1101112131415161718190123456789時間（小時）0.00.30.60.91.21.51.820優(yōu)泌林?Marvel胰島素胰島素的研發(fā)RogerSD,MikhailA.JPharrmPharmaceutSci;2007;10(3):405-410生產(chǎn)工藝的差異與臨床優(yōu)勢密切相關生物仿制藥應用不同的生產(chǎn)過程，其質(zhì)量、安全性、有效性與原研產(chǎn)品有很大不同患者由一種生物制品轉(zhuǎn)為使用另外一種相似的但并非“完全一致”的生物制品可能會產(chǎn)生嚴重后果，醫(yī)生在考慮處方生物仿制品或用生物仿制品替換原研藥品時一定要慎重小結(jié)胰島素的研發(fā)內(nèi)容胰島素的結(jié)構差異與臨床優(yōu)勢231胰島素的歷史胰島素的藥物動力學諾和諾德：質(zhì)量的保證、一體化的服務23生產(chǎn)工藝的差異與臨床優(yōu)勢胰島素的研發(fā)促成了“諾德”和“諾和”兩家胰島素制造企業(yè)的誕生。在此后65年這兩家公司公司一直運用國際最前沿的生物研究方法，不斷推陳出新，雙雙成為這一領域的先驅(qū)。1989年，“諾德”和“諾和”兩家公司決定合并重組，成立了諾和諾德公司胰島素的誕生：

促成諾和諾德公司成立AugustKrogh是哥本哈根大學的教授

1920年因發(fā)現(xiàn)毛細血管機制而獲得諾貝爾獎krogh太太本人就患有糖尿病。1922年Krogh攜太太前往美國講學，在途中不斷聽到“加拿大的Banting,Best與Macleod提取出了一種有望治療糖尿病的物質(zhì)”多倫多的會面1922年11月末前往多倫多拜訪Macleod，并獲得了在丹麥生產(chǎn)胰島素的許可權胰島素的研發(fā)諾和諾德：有著超