天然药物化学-第十一章-天然药物的开发课件

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以下为本文档部分文字说明:

第十一章天然药物的开发第一节概述2l世纪已经到来,在新的世纪,具有我国传统文化特色和独特优势的中药,正面临着前所未有的发展机遇和挑战:一方面,随着社会的发展,人类疾病谱已悄然发生改变,医疗模式已由单纯的疾

病治疗转变为预防、保健、治疗、康复相结合的模式,各种替代医学和传统医学正发挥着越来越大的作用。生存环境的不断恶化,人类“回归自然”的呼声越来越高,传统医药倍受青睐。另一方面,随着全球经济一体化进程的加快,

特别是我国已经正式加入WTO,中国医药市场融入国际医药大市场的广度和深度将进一步加剧,将面临强大跨国医药集团的激烈竞争以及日本、韩国、印度等亚洲国家传统医药产品和德国、法国等欧洲国家植物药的巨大冲击,我国生产的众多传统中药产品由于尚不能

符合国际医药市场的标准和要求,目前仅3%的国际市场销售份额还有可能进一步萎缩。我国是世界上植物资源最为丰富的国家,约有30000余种高等植物。我国有从热带、亚热带、温带到寒带的多种植物资源,其中特有种占50%以上,其丰富的生物多样性是世界上其他国家所不能及的,蕴藏着巨大的开发潜力。为从事天然

药物研究提供丰富的研究材料。注册分类1、未在国内上市销售的从中药、天然药物中提取的有效成份及其制剂。2、未在国内上市销售的来源于植物、动物、矿物等药用物质制成的制剂。3、中药材的代用品。4、未在国内上市销售的中药材新的药用部位制成的制剂。5、未在国内上市销售的从中药、天然药物中

提取的有效部位制成的制剂。6、未在国内上市销售的由中药、天然药物制成的复方制剂。7、未在国内上市销售的由中药、天然药物制成的注射剂。8、改变国内已上市销售药品给药途径的制剂。9、改变国内已上市销售药品剂型的制剂。10、改变国内

已上市销售药品工艺的制剂。11、已有国家标准的中成药和天然药物制剂。选择确定作为开发对象的目标化合物工业化探讨(大量制备)临床试验用样品上市销售(GSP)现代创新药物研究开发的大致过程合成情报提取、结构测定活性

筛选药理生化特殊毒性毒性药效药理一般药理药物动态吸收排泄代谢作用机理急性毒性亚急性毒性慢性毒性致畸致癌致瘾生殖毒性理化学性质、制定质量标准稳定性配伍变化试验方法试验规格工业制备方法探讨合成提取精制发酵制剂化探讨III期:毒性、药效(多数病人,多点观察)II期:毒性、药效(少数病人

)I期:毒性(健康人群)申请临床试验(GCP)申请生产许可(GMP)创新药物源头研究阶段(GLP)杂志公开发表接受公众检验申请专利第二节天然药物中开发新药途径一、经验积累中药的研究离不开祖国医学长期实践所积累的经验,是寻找新药的极为重要的源泉和基础。古代,人类在寻找新药的漫长历史中,在

亲身“尝试”中不断积累各种药物知识,即神农尝百草的方法。在天然药物的研究过程中,要注重经典文献的调研,如根据中医经验和历代医书上记载中药青蒿对“截疟”有效。东晋葛洪著《肘后备急方》中记载,“青蒿一握,水二

升渍,绞取汁尽服之”,说明青蒿中含有抗疟有效成分,且加热易破坏,故将青蒿低温提取获得抗疟有效成分青蒿素,用于抗疟具有显著的特点,又通过构效关系研究合成了新的衍生物,疗效显著提高,且水溶解性更强。文献是前人积

累的宝贵经验,通过查阅文献了解近缘植物的研究概况。只有了解前人成功的经验和方法,才能最大限度的借鉴和利用前人的经验开展新的研究十少走弯路,节省人力、物力和时间。二、偶然发现偶然发现在新药研究和发现中是较常见的,最典型的例子是青霉素的发现,19

28年,英国细菌学家弗莱明一次在研究葡萄球菌的实验中偶然发现那次培养的细菌有些菌落没有生长,仔细观察发现,在这次实验中,培养基被霉菌污染所致,后来从这种霉菌中发现了能杀灭细菌的物质青霉素,开辟了抗生素

治疗疾病的新领域。三、药物普筛本世纪初,特别是30年代以来,世界各国开展了在特定药理模型的基础上筛选药物的工作,对天然药物的筛选,导致了许多新药的发现。药物的筛选有两种方法:1.分离纯化得到纯品化合物,然后再进行活性测试。优点:(1)目标清楚,方法简

捷,指标明确,标准同一。(2)分得标准品后可进行多种药理活性的测试。缺点:(1)如果选择的分离方法不当,活性化合物丢失的可能性极大。(2)对于极微量活性化合物,这种方法很容易漏检。2.在活性筛选方法的指导下进行化合物的分离提取(B

ioassayDirectedSeparation)。在供试样品的活性确定以后,选用简易、灵敏、可靠的活性测试方法作指导;在分离的每一阶段对分离所得的各个组分进行活性定量研究和评价,跟踪其中活性的部分。缺点:(1)活性测试的样品及工作量均大大增加;(2)要求分离工作者与活性测试人员两个方面的配合。

优点:(1)由于分离过程中,没有化合物类型的框框限制,只以活性为指标进行追踪,故发现新化合物的可能性很大。(2)如果分离过程的某一阶段,如因分离方法或材料选择不当,导致活性化合物的分解变化或流散时,还能迅速查明原

因,并可采取相应的措施进行补救。对天然活性化合物的分离来说,这是一种较好的方法。例抑制前列腺素合成酶的药物筛选追踪分离天然活性化合物时的注意事项1.关键在于选择、建立先进的生物活性测试方法天然活性化合物的追踪分离能否取得成功,关键在于有无好的生物活性测试体系.试验模型可以有整

体动物、器官、组织、细胞、酶或受体以及体内生物活性物质等。近来并已开始注意在基因调控水平上建立起新的筛选体系。无疑,采用整体动物进行的试验与人比较相近,但是实验费时费钱,现象复杂,加以动物个体差异以及病理模型难于建立等因素

,作为指导分离过程的活性筛选方法不太适宜。目前在实际工作中多采用的是那些灵敏、简便、可用于微量样品的体外活性测试方法。其中,利用对酶、受体或体内生物活性物质的抑制或促进作用,以及利用基因调控影响进行的活性测试方法因为简便易行又可定量,更是受到青睐,得到

越来越广泛的应用。但是有时这种体外活性测试方法所得结果与药物实际在体内的作用并不平行,故实践中也应予以注意。2.确保供试材料具有活性这是追踪分离活性化合物的前提。为了确保活性成分离工作在可靠的基础上进行,对供试天然药物或中药有时须采用多项指标、体

内外进行测试加以确认。例美国国立癌症研究中心筛选抗肿瘤活性植物或动物粗提取物方法植物粗提取物体外多项指标筛选抗肿瘤活性示有抗肿瘤活性有抗肿瘤活性无抗肿瘤活性体内筛选抗肿瘤活性确定抗肿瘤活性或作用机理有新颖性溶剂分配色谱分离示有新颖性浓缩物跟踪分离活性成分示有

抗肿瘤活性体内复筛抗肿瘤活性有活性无活性(弃去)本方法的优点是:①活性低或含量少的化合物不至于丢失②增加了检出新化合物的机会;③可能分离得到不同作用机制的化合物3.在众多生物活性中力求找出最本质的作用天然药物或中药在临床治

疗上可能作用于多个靶点,因而具有多种疗效,即表现出多方面的活性。研究者应当力求找出其中最本质的作用,选择建立反映临床治疗作用特点、且效果与之平行的活性测试体系,才有可能追踪分离出目的活性成分或甚至有效

成分。中药或天然药物名称生理活性活性筛选体系目标活性物质乌头(Aconitumspp.)强心、利尿兴奋、镇痛Yagi-Hartung法(离体蛙心)去甲基乌药碱(Higenamine)乌头碱类大黄(Rheumcoreanum及R.palmatum的杂

交种)健胃、缓泻致泻活性(小鼠)番泻苷(sennoside)茵陈蒿(Artemisiacapillaris)利胆、抗炎胆汁分泌促进作用茵陈色原酮(capillarisin)等贝(日本产)(Babyloniajaponica)口渴、视力减退、瞳孔散大

、言语障碍、便秘atropine定量法(小鼠散瞳率试验)surugatoxin软紫草(Arnebiaeuchroma)止血、抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌前列腺素PGE2生合成抑制活性arteriolearnibinonearnebifuran

oneshikonins类4.注意正确比较并判断各个馏分的活性分离过程中总是按“等剂量不等强度原则”对每一阶段得到的馏分进行活性定量评估,并与母体作比较,追踪活性最强馏分。一般,如与母体比较,所得几个子体活性强弱参差不齐,则示活性分离与物质分离平行,预示可能得到良好的分离效果;如某个子体活

性显著增强,则示分离过程中可能除去了某种拮抗作用物质;如果所得各个子体活性均明显减弱,则提示活性成分可能分解、流散、或因吸附剂发生不可逆吸附所致,或因该药的活性原本为多组分的综合作用(相加或相乘),故分离后反而导致活性的减弱或丧失。具体问题宜作具体分析,并在查明

原因后采取相应对策处理。分离过程中常配合采用各种分离手段以求获得良好的分离效果,并应尽量避免采用可能导致活性成分分解或不可逆吸附的方法或试剂。四、代谢研究(1)药物的代谢研究结果又往往给新药研究提供信息。由于药物的体内过程不同,有些药物转化后,活性更高,有些转化后则失活,从而可以帮助我们提供新

药设计的重要知识。(2)植物成分的生物转化,可为一些化合物的结构修饰提供思路,提供新颖的先导化合物。五、天然药物的化学修饰或结构改造从天然药物或中药中筛选追踪得到活性化合物只是一类创新药物研究的前期阶

段。不少天然活性化合物因为存在某些缺陷而难以直接开发利用:(1)药效不理想;(2)存在一定的毒副作用;(3)含量太低,难以从天然原料中取材;(4)或因结构过于复杂,合成也十分困难;(5)水溶性差、生物利用度差等等因此,我们只能以它们为先导化合物,在经过一系列的化

学修饰或结构改造后,对得到的衍生物进行定量构-效关系的比较研究,才有可能发现比较理想的活性化合物,并开发成新药。例青蒿素的构效关系研究六、其他领域的研究(1)在新药的研究中,深入开展药物作用机制的研究,也能为新药的发现提供重要的线索。(2)利

用药物的毒副作用发现新药。实例一紫杉醇的发现1971年:提取分离,结构确定,活性确认1975-76年:在多种瘤株上实验有效;1977年:临床前研究;1979年:作用机理探明;1982年:Ⅰ期临床实验;1985-86年:Ⅱ期临床实验(卵巢癌);1986年:紫杉醇侧链的全合成;

1988年:紫杉醇半合成;1990-93年:侧链合成方法的改进;1992年:FDA批准;1994年:首次全合成。红豆杉茎12kg浓缩物95%乙醇提取氯仿--甲醇萃取水层(弃去)氯仿30管液滴逆流层析8--18

管(14g,T/C=30%,23mg/kg)400管液滴逆流层析170--189管(2.4g,T/C=16%,15mg/kg)析出Taxol(0.5g,T/C=24%,5mg/kg)加苯研磨10974321HOCOCH3OOCOCCCOOHHH

NHCOOCH3COOOHOHOHH研究实例二喜树碱的发现喜树原料12kg热正己烷提取正己烷提取物植物残渣(无活性,弃去)乙醇提取用4倍体积的氯仿+1/4体积的5%含水乙醇处理氯仿层(222g)(高活性)

水层氯仿处理氯仿层(32g)水层(高活性)(低活性)NNOOOOHABCDF12310987654141211181920211716第三节天然药物化学研究方法在开展某一天然药物的研究中,研究开始前,必须进行充分的调查研究。这其中包括实地调查,资源调研和文献调研三个方面。实地调查包

括临床疗效的考察和实际应用效果(民间使用情况):(1)由于影响植物药功效的因素较多,在确定其功效的基础上第一步就是确定品种类别,由于植物或中药同名异物和同物异名现象较多;植物的科、属不同,成分各异,药效作用也有很大差别,品种的鉴别、鉴定显得尤为重要,如果品种没有

鉴别准确,实验结果很难会有好的重现性。(2)考察其生长环境,采收季节,加工与炮制方法等,这些因素都会影响药物的疗效。同时,这些因素的考察,还会为研究有效成分的提取、分离方法提供参考。.资源调查植物的生长环境、资源分布、品种的多少都是研究

天然药物要考虑的因素。对于资源少的植物药材,在研究的开始阶段,就要考虑到如何解决资源缺乏的问题。文献调研当确定了要研究的对象后,有关该植物本身的研究;相关近缘植物的研究等都可以通过文献的调研得到解决,通过文献的调研,可以了解该植物中或其近缘植物中所

含有的化合物类别,研究方法,为接下来的研究提供研究思路和启示。二、植物化学分预试预试就是利用各类化学成分的溶解特征、化学反应特征来初步判断某类化学成分有无的预备性试验。植物中化学成分复杂,类型繁多,在研究植物有效成分时,无论是重复文献方法制备已知成分或是探索未知成分,在提取分离之前都应对样品中所

含成分及特性,存在状态及数量有初步的或者尽可能全面的了解,然后根据所含成分的性质设计化合物提取与分离的具体方法。预试验的结果可以帮助我们选择和建立合理的检查方法,作为提取过程中对特定成分的追踪和向导。化学成分的预试方法有两类:一类为单项预试法,即根据工

作的需要有重点地从某植物中检查某一类成分。如水蒸气蒸馏法直接检查挥发油类成分;用微量升华法检查葸醌类升华成分;利用强心苷的特征反应和动物实验检查植物中强心苷的存在;利用皂苷的发泡性和溶血性能检查皂苷的存在。另一类方法为系统预试,系统预试的目的在于尽可能详尽而全面的检查植物中存在的成分。

三、化学成分的分离1.部位分离即利用极性由小到大的各种有机溶剂连续提取,将化学成分分为极性不同的各个部位。部位分离法有许多种,如Dragendoff提出的石油醚、乙醚、氯仿、乙醇、水、酸性水、碱性水七部位法。刈米达夫提出的石油醚、苯、醋酸乙酯、乙醇四部

位法,Stahl提出的石油醚、氯仿、乙醚、丙酮、甲醇的五部位法。这些方法各有特点,但基本原理都是利用极性不同的有机溶剂依次提取药材并分成不同极性的部位。由于使用的溶剂系统不同,分离的部位也有多有少。近年来,部位分离更多地采用石油醚(或苯)-氯仿(或乙醚)-醋酸乙酯-正丁醇-水的五

部位法。在需要重点研究某一极性部位时,可以略去某些提取阶段,以减少分离的部位。2.组分的分离和单体分离组分分离是在部位分离的基础上,根据组分的化学性质和物理性质的不同,再细分为性质相近的组分,以减少组分间的相互干扰,为组分的单体分离创造条件。组分分离的方

法很灵活,而且常与组分的分离紧密结合。利用色谱方法结合溶剂结晶法进行组分的分离仍然是基本的和普遍使用的手段。随着各种新型吸附试剂、凝胶、树脂等材料的不断出现,不同类型化合物的分离变得越来越容易。(1)极性小的

部位的分组和单体分离:极性小的组分包括强亲脂性和亲脂性两个部位,一般有几种分离方法,如将此部位分为酸性、酚性和中性三个部位;将此部位用碱进行皂化处理,分成皂化组分(极性小的脂肪酸酯等)和不皂化组分后再进行分离;直接利用柱色谱进行分离(最常用正相吸附色谱),且常需要进行反复柱色谱。(2)极

性大的部位的分组和单离:在水溶液中不能为正丁醇提取的部位为极性大的部位。主要是单糖、氨基酸、多肽、无机盐和极性很大的苷类,分离这些组分可利用活性炭柱色谱法。先用水洗出活性炭柱上的无机盐和单糖,用5%乙醇洗

脱双糖,用10%以上的乙醇洗脱苷类和多糖也可用离子交换树脂法来分离含有阳离子、阴离子和非离子型组分。凝胶滤过、大孔吸附树脂色谱在大极性化合则常常采用。

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