新药药代动力学研究课件

1、新药药代动力学研究中国医学科学院 中国协和医科大学药物研究所李燕内容提纲一. 药代动力学研究内容及意义二. 药代动力学基本参数及房室模型分析三. 药物的吸收、分布和排泄四. 药代动力学和药效动力学五. 药代动力学与临床用药六. 药代动力学在新药开发中的应用七. 药代动力学研究原则及方法一. 药代动力学研究内容及意义1. 定义：机体对药物的处置 (Drug metabolism and disposition)用数学公式定量地描述药物在体内的吸收, 分布, 排泄, 生物转化(ADME)的动态过程。2.意义：指导新药设计, 预示人体内规律，改进药物剂型, 优选给药方案。3. 研究历史1924年Wi

2、dmark 和Tandberg 提出药代动力学的分室概念和开放式室模型。1937年-Teorell 提出开放式二室模型二药代动力学基本参数及房室模型分析生物半衰期（Half life, t1/2）: 药物(血浆)在体内消除半量所需的时间 0.693t1/2 = kel（消除速率常数）意义：反映药物自体内的消除（生物转化和排泄）的速度 反映消除器官的功能（肝、肾） 临床确定给药次数和间隔的依据二药代动力学基本参数及房室模型分析表观分布容积 (Apparent volume of distribution, Vd)体内药量与血浆药物浓度间相互关系的比例常数, 即药物分布在相等于其在血浆中的浓度时所

3、占体液的体积, 不具备直接的生理意义，但可反映药物分布的广泛程度和组织的结合程度。A (体内药量) = Vd.C (血浆浓度)二药代动力学基本参数及房室模型分析血药浓度-时间曲线下面积（AUC）血药浓度数据对时间作图，所得曲线下的面积，用于绝对（F）和相对（Fr）生物利用度以及其他动力学参数的计算。二. 药代动力学基本参数及房室模型分析二药代动力学基本参数及房室模型分析平均稳态血药浓度(Steady State, SS)在恒定给药间隔重复给药时，体内药物浓度和血药浓度达到稳态，即任一剂量间隔内的药时曲线都相同（4-6个半衰期）。如服药时间间隔短于半衰期，药物易产生蓄积。 AUCCss = (两

4、次给药相隔时间)当药物全部吸收时，如hr，可按每日给药一次。 五. 药代动力学与临床用药3. 给药途径和剂型与吸收速率、生物利用度密切相关(1)口服：肝首过效应、肠破坏（胰岛素、催产素）、不吸收、吸收缓慢不规则，胃肠道局部用药（抗酸药、泻药、驱虫药），Cytochrome P4503A 与 P糖蛋白（glucoprotein）相互作用*药物被动扩散进入吸收细胞后的细胞-肠腔循环a. 被P糖蛋白泵回肠道 b. 被吸收细胞中CYP3A代谢 c. 吸收进入门静脉结果：代谢增加，原型药排出机率增加五. 药代动力学与临床用药P-gp属于ABC（ATP-binding cassette transport

5、er）转运蛋白超家族。主要功能为依赖ATP提供能量，将细胞内的有毒物质（包括药物）转运到细胞外，底物范围较广。体内分布广泛，肠道细胞高表达。P4503A为含量最高的同工酶，参与80临床药物代谢，易被诱导。P-gp和 P450 3A对肠道吸收的联合作用五. 药代动力学与临床用药五. 药代动力学与临床用药(2) 舌下给药：黏膜吸收快，避免消化酶和酸硷的破坏以及肝代谢的影响（硝酸甘油）。(3) 直肠给药：避免胃肠破坏和消化道反应（抗菌素、复方咳喘宁）(4) 注射给药（皮下、肌内、静脉）：吸收迅速，避免胃肠破坏。(5) 吸入给药：气体、气雾、挥发性药物肺部吸收快（肺泡总面积90 m2）,吸收速率仅次于

6、静脉注射。(6) 局部用药：皮肤黏膜、离子透入、椎管内等。(7) 剂型： 药物的制剂可因配方和制造工艺不同而影响其生物利用度(片剂的崩解度、溶解度等)，同一药物的不同剂型在给药途径、吸收速度、稳定性也不同。五. 药代动力学与临床用药4. 临床用药个体化由于个体差异或病理状态需根据血药浓度指导用药，结合临床观察制订合理的给药方案。(1)治疗指数低（安全范围窄）的药物：如强心甙、抗心率失常药(2)胃肠道或心、肝、肾功能损害(3)长期用药或合并用药者(4)药物的中毒症状容易与疾病本身症状相混淆者(5)临床效果不宜很快被察觉者(6)药物属于零级动力学(7)诊断和处理过量中毒者(8)新药的合理给药方案六

7、. 在新药开发中的作用(Discovery and Development) 新药研究药物设计新药开发设计先导物和结构改造侯选物药效和毒性评价（一）先导物药代特性评价的意义1.满足临床医疗的特殊需要2. 具备药理活性和/ 或安全性的优势（明显提高作用强度和选择性或作用机制新颖）3. 理想的药代动力学和/或代谢特性理想新药的特点（一）先导物药代特性评价的意义新药开发现状（一）先导物药代特性评价的意义失败原因发生率（）药代动力学 40 (18)疗效弱/无 30 (14)动物毒性 11 (36)临床不良反应 10 (7)商业原因 5 (12)其他 4 (13) PMA/FDA Preclinical

8、 Meeting 1991/MRL1992-2001新药开发失败原因（一）先导物药代特性评价的意义药物药物相互作用个体差异P450基因多态性对代谢的影响依赖P450生成的活性代谢产物安全性和审批要求市场竞争避免治疗药物的监测和基因分型和特殊警告（一）先导物药代特性评价的意义药物代谢 (ADMET) D分布M代谢A吸收E排泄T毒代（一）先导物药代特性评价的意义水溶性好（注射液剂型/口服吸收）符合预计给药途径和次数的线性药代动力学（PK）均衡清除（原型药的肾脏和胆汁分泌，数目有限的代谢产物无活性/最小种属差异）经多个药物代谢酶催化的氧化代谢氧化代谢不主要依赖P450表达的多态性无化学活性代谢产物（

9、毒性?)最小CYP/P-gP的抑制作用（可逆、作用机制要求）最小药物代谢酶的诱导作用一定的首过效应（最佳口服生物利用度）适当的血浆蛋白结合（90）较宽的治疗指数（剂量小，作用强）理想的药代特性（一）先导物药代特性评价的意义药物设计针对特定靶点设计先导物对先导物进行结构改造* 针对先导物的代谢特性进行 结构改造(过快，或生成毒性代谢物)* 合成有效代谢物或模拟有效代谢物合成新侯选物新药开发侯选物药效和毒性评价* 体外侯选物代谢特性快速评价* 体内代谢以推断人体内的生物转化模式（一）先导物药代特性评价的意义1. 对先导药物进行化学改造， 改善药理作用，降低毒性 (1)在体内不代谢或仅经水解酶代谢的

10、药物设计 P-C-P 代替 P-O-P 骨吸收抑制剂 焦磷酸 双磷酸盐 (bisphosphonates) (到达病变部位前水解失活) （活性相似， 但不代谢，经肾排泄）特点:*不经P450进行生物转化， 避免活性代谢物生成以降低毒性。* 安全， 无显著的系统毒性。* 药酶种类繁多， 底物广泛， 化合物难找。 (2) 对药物分子进行结构修饰，防止其失活 巯基保护 6- 巯基嘌呤(6-mercaptopurine) 巯唑嘌呤(azathioprin) （氧化脱硫而失效） （保持疗效） 2. 合成有效代谢物或模拟有效代谢物， 以获得新的侯选物 O-deethylation Phenacetin P

11、aracetamol（高铁血红蛋白血症） （作用更强，规定剂量内安全） glucoronidation Morphine Morphine-6-glucuronnide特点：*代谢物有活性*与II相酶结合排出体外，安全性比原型药高。（一）先导物药代特性评价的意义（一）先导物药代特性评价的意义 组合化学 +计算机辅助设计 + 天然产物的快速分离 样品库体外药物筛选靶点HTS自动化微量分析技术（ GC/LC-MS/NMR 、荧光、同位素标记等)（二）体外药代特性评价药物吸收和转运溶解度和渗透性A. Caco -2 单层细胞培养（摄取和转运）HBSS containing drug and P-gp

12、 inhibitorAPMonolayer Caco-2 cellsBL（二）体外药代特性评价Bicyclol uptaken in Caco-2 cells in the presence and absence of verapamil and CsA Unit: ng/mg protein (* P0.05,* P0.001 compared with control)（二）体外药代特性评价B. 人工磷脂双层膜（96孔板）2. 药物分布血脑屏障原代牛脑微血管内皮细胞培养（BMEC，P-gP高表达) / MDCK 评价中枢神经系统药的作用特点评价非中枢神经系统药的潜在不良反应（二）体外药代

13、特性评价 CellSpecies/tissue originCell typeCaco-2HT-29T-84MDCKIILLC-PK1Human/colonHuman/colonHuman/colonCanine/kidneyPorcine/kidneyepithelialepithelialepithelialepithelialepithelial常用评价肠道转运细胞模型 (Ho et al., 2000)（二）体外药代特性评价3. 参与代谢的药酶类型细胞色素P450 (cytochrome P450)药物代谢转移酶N-乙酰化转移酶 (N-acetyltransferase)甲基转移酶 (

14、methyltransferase) 尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶 (UDPGT)磺基转移酶 (sulfotransferase)谷胱甘肽巯基转移酶 (GST)酯酶乙酰胆碱酯酶(cholinesterase)对氧磷酸/芳香酯酶 (A-esterases)脱氢酶乙醇脱氢酶 (ALD)乙醛脱氢酶(ALDH)氧化还原酶单胺还原酶 (monoamine oxidase)超氧化物歧化酶 (superoxidase)过氧化氢酶 (catalase)（二）体外药代特性评价Cytochrome P450s的分类和命名FamilySubfamilySpecies trivial name ( ref)P450

15、12 1A1, 1A2 (Man, mouse, rabbit, fish) P450 28 2A1-3, 2B1-10, 2C1-15, 2D1-9, 2E1-2, 2F1, 2G1, 2H1 (Rat, human, mouse, chicken) P450 31 3A1-6 (Rat, human, rabbit) P450 42 4A1-7, 4B1 (Rat, rabbit, human)（二）体外药代特性评价 目的：确定药物代谢途径及相关酶 CYP 3A4 特非那定(terfenadine) C- 脱烷基化 N- 羟基化 4-羟基化 美芬妥英(mephenytoin) R-美芬妥英

16、 CYP2C11 S-美芬妥英 CYP3A1/2 CYP1A2 米帕明(mipramine) 甲基化反应 CYP3A4 *在代谢过程中, 一种酶催化多种反应, 多种酶催化一种反应 （二）体外药代特性评价体外模型肝细胞原代培养（动物和人）HepG2 细胞（人肝癌细胞）肝切片 (接近整体器官）亚细胞组分(微粒体、胞浆）P450s高表达系统（人源）P450s体外重组系统（二）体外药代特性评价Correlation of Bicyclol metabolic rates with cytochrome P450 3A activities in untreated and induced rat li

17、ver microsomes（二）体外药代特性评价Kinetic parameters of Bicyclol metabolism in rats (untreated, DEX induced)and humans liver microsomes（二）体外药代特性评价4. 药酶的诱导和抑制(1) 药酶抑制作用 (CYP1A, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 3A)药物相互作用的主要原因，是评价新药进入开发的重要指标。对单个酶的影响（荧光法，LC-MS-MS等)判断直接抑制/代谢后产生、可逆/不可逆共价结合。 （CYP450s酶促动力学参数分析，增加反应时间、稀释底物等）强抑制剂

18、 IC50 1 um中等抑制剂 1 um IC50 10 um 弱抑制剂 IC50 500，结构中羟基和 / 或氨基的总数5,氧和氮原子数10Lop P5特点：不需生物学实验，但需要庞大的结构分析 的信息库工作软件。2.底物作用部位CYP450 2B, 2C9, 2C19, 2D6, 3A的分子模型，主要用于药物设计。先导物药代特性评价进展 Drug Metabolism Core TechnologiesAutomationBiological ToolsIn silico methods Labeled compoundsAssay (LC-MS, UV, FluorescenceEnzy

19、mes/receptors(native/mutated)AntibodiesCell and subcellular modelsAnimal models(transgenic)Models(homology/pharmacophoreProtein crystal structure(2C5)Radio labels (C-14, H-3, S-35)Deuterium (N15, C-13)Metabolites and parent drug七.药代动力学研究原则及方法（化学药品） 1.生物药品检测方法学的建立特异性好， 灵敏度高(1)化学分析：HPLC, GC, GC-MS, LC

20、-MS(2)同位素分析：同位素标记物（放射性和稳定性）(3)生物学分析：微生物法，尽可能用色谱法平行检查七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）基本要求：灵敏度（sensitivity）用最低检测限或定量限表示(Limit of quantitation), 标准曲线上的最低浓度，3-5个消除半衰期后或Cmax的1/10-1/20的血药浓度。特异性（specificity）证明所测物质是原型药或代谢产物，可消除内源性物质、其他代谢物和杂质的干扰。（如标准、空白、外加样品和用药后样品的色谱图）精密度(precision) 用日间和日内相对标准差（relative standard deivati

21、on, RSD%）表示。标准曲线内的高（上限）、中、低（接近LOQ）三个浓度（5个/每个浓度），求出各自的RSD%（ng/ml 15%, ug/ml 15%）准确度（accuracy）用相对回收率（recovery）表示。标准曲线内高、中、低三个浓度， n = 5标准曲线（standard curve）在不同生物样品中的标准曲线。每条曲线五个浓度，覆盖整个生物样品的测定范围，提供线形方程和相关系数（色谱法0.99, 生物学0.99）七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）研究内容1. 血药浓度-时间曲线取样点：9-13个，兼顾吸收相（2-3）、达峰浓度（2-3）、分布相（2-3）、消除相（3-

22、4）采样时间：持续3-5个半衰期或Cmax的1/10 1/20动物：连续采样至少 3只，非连续至少5 只，口服给药应禁食12小时以上。给药途径： 尽可能与临床用药一致实验剂量： 三个剂量组，其中一个剂量相当于药效学有效剂量，高剂量 接近于最大耐受剂量药代参数：（3P97） 静脉给药 - t1/2,Vd, AUC, CL等血管外给药 - Cmax, Tmax, t1/2, AUC等水溶性药物 -应提供血管外给药的绝对生物利用度七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）2. 组织分布了解药物在体内的主要分布组织，尤其是靶器官和毒性靶器官的分布。动物：小鼠或大鼠，每个时间点5只动物。剂量：选择一个有效剂量时间点：吸