生物体内药物分析方法的选择及应用

关于生物体内药物分析方法的选择及应用第1页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五1.1生物样品分析是药代研究的必备手段：分析化学是化学科学中的“眼睛”“眼睛”是心灵的“窗户”透过“窗户”获得大量的信息定量分析定性分析（半定量）1.简介源于化学学科中的分析化学专业具有分析化学的基本概念和要求不同于一般的药物分析同时具有生物学科的特点第2页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五DistributionMetabolismAbsorptionExcretion生物样品中药物的分析测定是定量描述药物体内过程、获得药代参数的重要手段之一。第3页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五1.2方法学类型及特点：

体内药物分析方法大致可归为主要的五类：

1.光谱分析法

2.色谱法

3.毛细管电泳法

4.免疫分析法

5.同位素法（……）传统分类方法:集各种方法之长,为我所用:

HPLC-UVHPLC–MRD第4页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五

体内药物分析方法特点：

灵敏度高：

受到给药剂量的限制受到生物利用度的限制

浓度低:

专一性好：

生物内源性物质的干扰体内新形成的代谢产物干扰样品量少：

血液（血浆、血清、全血）尿、胆汁、唾液、汗、乳汁、精液粪便、组织器官第5页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五方法快捷：

不是专门的方法学研究，利用方法较快的阐明药理学的问题。可靠、重现性好：

药代实验的不可重复性。药物类型多：

需要多种仪器、技术手段的配套第6页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五1.2.1

光谱分析法

比色法紫外分光光度法:

差示、导数、双波长、三波长荧光分光光度法1.2.2

色谱法:分离效率高;专一性较高

HPLC:适用范围广;室温检测;样品预处理简单;

流动相选择范围广;仪器自动化程度高

GC:化合物气化；载气种类少；方法灵敏，但受到进样量的限制

TLC:检测条件受限制

第7页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五

1.2.3

毛细管电泳法:分离效率高;专一性较高毛细管区带电泳胶束电动毛细管色谱毛细管凝胶电泳毛细管等电聚焦毛细管等速电泳毛细管电色谱法进样量少，检测条件受限制。第8页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五

1.2.5

同位素法:灵敏度高;专一性差放射强度表示标记药物量(eq.ng/ml)

同位素技术与其他分析法相结合以提高专一性

1.2.4

免疫分析法:

放射免疫分析酶免疫分析荧光免疫分析第9页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五（二）、生物样本的药物测定方法生物样品中的药物测定，免疫学和微生物学方法。应根据待测药物的性质，选择特异性好、灵敏度高的测定方法。色谱法包括高效液相色谱法（HPLC），气相色谱法（GC）和色谱-质谱联用法。在需要同时测定生物样品中多种化合物的情况下，LC-MS/MS和GC-MS/MS联用法在特异性、灵敏度和分析速度方面有更多的优势。应用放射性核素标记法测定血药浓度应配合色法，以保证良好的检测特异性。如某些药物难于用上述的检测方法，可选用免疫学或生物学方法，但要保证其可靠性。放射免疫法和酶标免疫法具有一定特异性，灵敏度高，但原药与其代谢产物或内源性物质常有交叉反应，需提供证据，说明其特异性。生物学方法（如微生物法）常能反映药效学本质，但一般特异性较差，应尽可能用特异性高的方法（如色谱法）进行平行检查。

摘自:

临床前药代动力学研究技术指导原则（第二稿）（草案）第10页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五2.体内药物分析方法设计与建立2.1体内药物分析方法设计的主要依据2.1.1

明确分析方法设计的目的要求

a.临床药物监护:

简便、快速、批量测定

b.药代动力学研究:

是否要求原形药物与代谢物同时测定注意整个浓度变化的范围样品量多,方法尽可能简便第11页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五

c.配合新药设计合成、药理、毒理学的研究:

药物是否吸收?

生物利用度如何?T1/2?Tmax?Cmax?

化合物药代的快速评价要求方法学简单，快捷的提供实验数据。

d.新药报批:

参照SFDA颁布的指导原则,按照SOP进行试验.较快的获得信息第12页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五2.1.2

了解待测药物的特性,调研文献

药物的结构、理化性质

检测方法?溶解度?稳定性?……

药物的药理和毒理作用机制

生物样品:动物属性?组织器官?

(同一类化合物的)体内代谢情况药物的剂量给药途径

干扰成分的多少样品的预处理方法第13页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五2.1.3

仪器设备与实验室条件

文献资料的可参考性?可重复性?

别人可做的事情是否适合我们?

实验室硬件建设是否与研究课题相互匹配?

药物就是药物！它不是一般的化合物。应掌握和理解它的药效和毒性作用机制、理化性质、将来的临床应用等等。只有对其加深理解才能进行深入的代谢研究，包括药物代谢研究所采用的方法技术。第14页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五2.2

体内药物分析方法设计与建立的一般步骤总的原则：根据被测药物的性质药物浓度的大致范围(经验估计)仪器设备条件对药物和研究目的的理解程度灵敏专一简捷可行

初步分析方法的预试优化确认第15页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五以药物进行测定空白生物介质+药物空白生物介质(杂质)给药后的生物样品(有无药物?产物?)考虑内标的选择方法学的可行性验证评价第16页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.方法学确认（评价、确证、考评）

（validation）“生物样品测定的关键是方法学的确证。方法学确证是整个药代动力学研究的基础。这是药代动力学研究有别于其它药理毒理研究的特殊之处。所有药代动力学研究结果，都依赖于生物样品的测定，只有可靠的方法才能得出可靠的结果。在通过特异性、灵敏度、精密度、准确度、稳定性等研究建立了检测方法学，得到了标准曲线后，在检测过程中还应进行方法学质控，制备随行标准曲线并对质控样品进行测定，以确保检测方法的可靠性。”摘自:

临床前药代动力学研究技术指导原则（第二稿）（草案）第17页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五生物介质：一种生物来源物质，能够以可重复的方式采集和处理。例如全血、血浆、血清、尿、粪、各种组织等。准确度：在确定的分析条件下，测得值与真实值的接近程度。分析批：包括待测样品、适当数目的标准样品和QC样品的完整系列。一天内可以完成几个分析批，一个分析批也可以持续几天完成。3.1名词解释:第18页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五重现性：不同实验室间测定结果的分散程度，以及相同条件下分析方法在间隔一段短时间后测定结果的分散程度。介质效应：由于样品中存在干扰物质，对响应造成的直接或间接的影响。稳定性：一种分析物在确定条件下，一定时间内在给定介质中的化学稳定性。精密度：在确定的分析条件下，相同介质中相同浓度样品的一系列测量值的分散程度。第19页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五标准曲线：实验响应值与分析物浓度间的关系。应采用适当的加权和统计检验，用简单的数学模型来最适当地描述。标准曲线应是连续的和可重现的，应以回归计算结果的百分偏差最小为基础。质控样品：即QC样品，系指在生物介质中加入已知量分析物配制的样品，用于监测生物分析方法的重复性和评价每一分析批中未知样品分析结果的完整性和正确性。标准样品：在生物介质中加入已知量分析物配制的样品，用于建立标准曲线，计算质控样品和未知样品中分析物浓度。第20页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五

定量范围：包括定量上限（ULOQ）和定量下限（LLOQ）的浓度范围，在此范围内采用浓度-响应关系能进行可靠的、可重复的定量，其准确度和精密度可以接受。选择性：分析方法测量和区分共存组分中分析物的能力。这些共存组分可能包括代谢物、杂质、分解产物、介质组分等回收率：分析过程的提取效率，以样品提取和处理过程前后分析物含量百分比表示。第21页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五nominalconcentration:

真实浓度(浓度真值;算术值)

如:配置溶液(1.3mg/ml);

标曲或QC中的0.xng/mlfortifiedSamples:

processedsamples

stocksolution

standardsamples

authenticsamples:

与试验物质完全相同的样品

(或根据试验样品复制的标准品)第22页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2体内药物分析方法的评价内容：1.Selectivity:

SFDA/FDA2.

LinearRangeandResponseFactor：

S/F3.

Inter-DayPrecisionandAccuracy:

S/F4.

Intra-DayPrecisionandAccuracy:

S/F5.DilutionIntegrity:F6.

Sensitivity:

S/F7.

Recovery(ExtractionEfficiency)

S/F8.MatrixEffects:F9.

CarryoverEvaluationF10.

Stability:

S/F11.RelativeRetention:F第23页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.1Selectivity:被测组分与内源性物质、试剂中杂质、代谢产物以及其它干扰物质有良好的分离;

必须证明所测定的物质是预期的分析物，内源性物质和其他代谢物不得干扰样品的测定。对于色谱法至少要考察6个不同来源空白生物样品色谱图、空白生物样品外加对照物质色谱图（注明浓度）及用药后的生物样品色谱图。对于质谱法则应着重考察分析过程中的介质效应。第24页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五1.被试验药物标准样品的色谱图2.正常生物样品（空白）的色谱图3.空白生物样品外加被试药物的色谱图4.给药后的生物样品的色谱图试验报告(论文)中应提供:第25页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.2LinearRangeandResponseFactor：必须用至少6个浓度建立标准曲线(n=/>5);应使用与待测样品相同的生物介质;定量范围要能覆盖全部待测浓度;不允许将定量范围外推求算未知样品的浓度。建立标准曲线时应随行空白生物样品，但计算时不包括该点。第26页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五

标准曲线标准曲线线性范围标准曲线的相关系数试验报告(论文)中应提供:5.空白生物样品外加被试药物(低,中,高三个浓度;n>5)经标准曲线的反算(back-calculated)测定浓度标准曲线线性范围最低和最高浓度样品的色谱图第27页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五TabX.StandardCurveReadbackConcentrationsforXX药物

-20%0.80-15%1.704.2517.085.0425850+20%1.20+15%2.305.7523.01155751150NominalConcentrations(ng/ml)

1.002.05.0020.010050010001.071.984.6718.397.448310020.9212.105.1720.11065111063

1.042.104.6920.41024869911.052.215.20(a)10249110380.9462.215.2019.91024951073…

平均值:ABCEFGHSDIJKLMNORSD%PQRSTUV%REWXYZABCnn1n2n3n4n5n6n7AcceptanceCriteria第28页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.3Inter-DayPrecisionandAccuracy:3.2.4Intra-DayPrecisionandAccuracy:Precisionofthemethod,definedby

thepercentrelativestandarddeviation

(%RSD=（standarddeviation）÷（mean）×100)，

wasdeterminedfromtheinterpolatedQCsampleconcentrations.Accuracyofthemethod,definedby

thepercentrelativeerror

(%RE=（standardobservedconcentration－nominalconcentration）÷（nominalconcentration

）×100)PrecisionandAccuracy第29页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五Precision:10ng/ml10ng/mlAccuracy第30页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五要求选择3个浓度的质控样品同时进行方法的精密度和准确度考察。

低浓度选择在定量下限（LLOQ）附近，其浓度在LLOQ的3倍以内；

高浓度接近于标准曲线的上限；

中间选一个浓度。每一浓度每批至少测定5个样品，为获得批间精密度应至少连续测定3个分析批。

精密度用质控样品的批内和批间相对标准差（RSD）表示，RSD一般应小于15%，在LLOQ附近RSD应小于20%。

准确度一般应在85%～115%范围内，在LLOQ附近应在80%～120%范围内。第31页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五空白生物样品外加被试药物(低,中,高三个浓度;n>5)的日内、日间精密度和准确度Inter-Day和Intra-Day

PrecisionandAccuracy:国内一般做法：1.00n=510.0+血浆n=550.0n=5同一天日内1次/日；连测5天日间5个平行样品合为一体；分5次进样第32页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五浓度样品管测定结果1.01…2…3…4…5…10

1…2…3…4…5…

1001…2…3…4…5…合为一起日内分5次测定合为一起日内分5次测定合为一起日内分5次测定若每日测定1次,连续测定5次，得日间结果数据处理第33页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五NominalConcentrations(ng/ml)

3.0075.0750

3.4673.5711………

平均值:ABC

SDIJK

RSD%PQR

%REWXY

n666TabX.QualityControlSampleConcentrationforXX药物

3.2375.6733………

平均值:ABC

SDIJK

RSD%PQR

%REWXY

n66612第34页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五Inter-DayStatistics

平均值:ABC

SDIJK

RSD%PQR

%REWXY

n302930

3.2375.6733………

平均值:ABC

SDIJK

RSD%PQR

%REWXY

n66635第35页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.5DilutionIntegrity:如何测定超出线性范围的样品?Range:10—200ng/ml对大于200ng/ml的样品要进行稀释:500ng/ml50ng/ml10X所处理和测定的结果是否符合要求:50ng/ml的可信限之内(50±ng/ml)第36页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五表xx.DilutionIntegrityforxxDrugAcceptanceCriteria

-15%42500+15%57500NominalConcentrations(ng/ml)Acceptance

50000Ratio

4747849950477946/6512044926553459平均值:49858

SD2239%RSD4.49%RE-0.284n6AcceptanceRatio:在“AcceptanceCriteria”允许范围内的样品数目除以分析的样品总数第37页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五对小于10ng/ml的样品如何处理:10ng/ml20ng/mlRange:10—200ng/mlx2所处理和测定的结果是否符合要求:10ng/ml的可信限之内(10±ng/ml)第38页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.6Sensitivity:定量下限是标准曲线上的最低浓度点，要求至少能满足测定3～5个半衰期时样品中的药物浓度，或Cmax的1/10～1/20时的药物浓度，其准确度应在真实浓度的80%～120%范围内，RSD应小于20%。应由至少5个标准样品测试结果证明。最低检测浓度(X/ml)最低检测量(X)最低定量下限(LLOQ)第39页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五表xx.SensitivityforxxDrugNominalConcentrations(ng/ml)Run(1.00)

1

0.8420.9850.8910.9131.150.88821.010.7830.9760.9421.000.880平均值:0.938

SD0.0951%RSD10.1%RE-6.02n12标准曲线试验表明：LLOQ为1ng/ml；该浓度的精密度为10.1%；该浓度的准确度为-6.02第40页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.7Recovery(ExtractionEfficiency)提取回收率:

应考察高、中、低3个浓度的提取回收率，其结果应当一致、精密和可重现。

低、中、高(3个浓度):回收率不低于70%(原规定)

回收率不低于50%(改为)第41页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五萃取回收率:

Mean

MeanConc.PeakArea

PeakArea

PeakArea

Percent

PercentSD(ng/ml)Fortified

Fortified

Processed

Recovery

Recovery

Samples

Samples

Samples

A1

A

B1B1/A

CD

A2B2B2/A

A3B3B3/A

A4B4B4/AB5B5/A

M.E1

E

F1F1/E

GH

E2F2F2/E

E3F3F3/EE4F4F4/EF5F5/E

H.I1

I

J1J1/I

KL

I2J2J2/I

I3J3J3/II4J4J4/IJ5J5/I

第42页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五方法回收率:低中高(3个浓度)的加入量与检出量的比较.L.M.H.Conc.测定量

加入量回收率回收率(ng/ml)(ng/ml)(ng/ml)(%)(平均)123456789101112131415L.M.H.212223242526272829303132333435ABC第43页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.8MatrixEffects:在采用质谱方法进行体内药物定量检测时,应进行基质效应试验,观察基质对药物测定的影响.基质（matrix）尚无统一的解释，曾称为“一种分析物（analyte）的环境（milieu）”，即指标本中除分析物以外的一切组成。以血清胆固醇（Chol）测定而言，就是指Chol以外血清中的一切成分及其物理、化学性质。

基质效应（matrixeffect）对临床化学分析的影响越来越受到人们的重视。最早是在酶动力测定中用人工制备的参考物质时发现的。第44页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五基质效应（matrixeffect）按NCCLS文件的定义，指:

（1）标本中除分析物以外的其他成分对分析物测定值的影响。（2）基质对分析方法准确测定分析物的能力的干扰。广义说来，基质效应也应包括已知的干扰物（如Chol测定中胆红素、血红蛋白、抗坏血酸等都是干扰物），但目前只将基质效应限于生物材料中未知或未定性的物质或因素（如粘度、pH等）的影响。第45页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五减少基质效应的研究方向，至今仍有参考价值：①改进室内质控样品；②改进仪器设计及试剂组成；③选择方法及方法学参数，使其适应性更强且易于掌握，对制备物（如标准液，室间质控样品与质控物）基质的确切性不敏感。第46页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五MatrixFactor(MF;基质因子):

peakarea(fortifiedsamples)peakarea(analyticalsamples)fortifiedsamples:

生物介质样品处理加入待测药物测定analyticalsamples:

标准样品测定

(两种测定方式的药物浓度相等)第47页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五ISadjustedMatrixFactor(内标校正的基质因子):

基质因子是采用色谱峰面积峰面积计算.

内标校正的基质因子是采用色谱峰面积的比值计算.[ratiosofpeakarea(Drug/IS)](fortifiedsamples)[ratioofpeakarea(Drug/IS)](analyticalsamples)

(两种测定方式的药物浓度相等)基质因子为1,表明药物的测定无基质效应影响.基质效应影响范围(基质因子;内标校正的基质因子)在某一个区间可被接受.(0.8-1.2)第48页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五Drug峰面积IS峰面积

PARMFIS校正后MFMeanMean

（A）（B）（A/B）（A/C）

[（A/B）/D]MFIS校正后MF

11404394160.2890.9681.061.020.98810658512960.2580.9050.945……………

10557394570.2680.8960.9820.9231.03…………………………

…………………

…………………

…………………

…………………Mean0.9670.997SD0.0530.017%RSD5.471.72N66Tabxx.MatrixEffectsforxxdrugDrug峰面积IS峰面积

PARDrug峰面积均值

MeanPAR

（A）（B）（A/B）

（C）

(D)

402400.269117780.273………analyticalsamples

fortifiedsamples

run1run2run3run4run5run6第49页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.9CarryoverEvaluation在方法评价中，线性的最高浓度（如1000ng/ml）被测试之后，必须测试试剂空白样品来评价Carryover。在样品出峰的时间（RT）,试剂空白样品可能会出现一个相应的信号，这个信号是LLOQ的百分之几（LLOQ%）?

LLOQ:1.0ng/ml;Acceptance:0.8---1.2ng/ml,(1.0ng/ml的±20%);在进样高浓度样品时，在分析系统中会产生“携带污染”；“污染”到什么程度时，分析方法可以接受；什么程度时，分析方法不可以接受；第50页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五Carryover可允许接受的范围“≤20%ofLLOQ”如果：方法学的LLOQ=1ng/ml(1ng/ml×X)≤20%

那么：

X≤0.2ng/ml

第51页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五假定：在validation试验中，观察到1000ng/ml（线性范围的最高浓度）样品引起50%ofCarryover(残留量)，指的是LLOQ的50%;(1ng/ml的50%=0.5ng/ml)1000ng/ml的残留率：(0.5ng/ml÷1000ng/ml=0.05%）“cut-off”浓度(残留量在20%的LLOQ以下的药物浓度)：

1000ng/ml÷0.5ng/ml=X÷0.2ng/mlX=400ng/ml（1000ng/ml的残留量为0.5ng/ml,多大浓度的残留量为20%的LLOQ？解“一元一次方程”所得到的浓度就是分析方法所分析的最大浓度。）第52页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五1000ng/ml的样品所引起的残留为0.5ng/ml；残留率为0.05%。若要求所引起的残留为LLOQ（1ng/ml）的20%(0.2ng/ml)，那么该样品的浓度应≤400ng/ml。若某一个样品的浓度400ng/ml≤，那么所操作的下一个样品就要求重新进行验证。第53页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五3.2.10Stability:生物样品在处理前,室温放置的稳定性(BenchtopStability).(2)生物样品在处理前,4℃放置的稳定性低(n=5)中(n=5)高(n=5)放置一定时间处理测定稳定性试验应从实验过程的实际情况出发,如观察时间,存放温度等.第54页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五表xx.XX介质中XX药物在XX条件下的稳定性试验

AcceptanceCriteria

-15%0.9912.885.0+15%1.0217.3115NominalConcentrations(ng/ml)Acceptance

1.0015.0100Ratio

0.9913.087.88/91.0116.798.01.0517.1114.8

平均值:A

BC

SDEFGRSD%HIJn333AcceptanceRatio:在“AcceptanceCriteria”允许范围内的样品数目除以分析的样品总数第55页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五(3)Freeze/ThawStability:观察生物样品经反复多次冻-融后的稳定性;低、中、高三个浓度;(或低、高二个浓度);标明冻存条件的温度(如:-20℃或-70℃等);标明融化后样品所处的温度(如:20℃或25℃或室温等);Freeze/Thaw的周期数.第56页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五表xx.XX介质中XX药物经4次冻(-20℃)融(25℃)

后的稳定性试验

AcceptanceCriteria

-15%0.9912.885.0+15%1.0217.3115NominalConcentrations(ng/ml)Acceptance

1.0015.0100Ratio

0.9913.087.812/121.0116.798.0

1.0017.1114.80.991.70103.3

平均值:A

BC

SDEFGRSD%HIJn444AcceptanceRatio:在“AcceptanceCriteria”允许范围内的样品数目除以分析的样品总数第57页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五(4)ExtractStability:观察生物样品经处理后,待测样品放置一定时间的稳定性;低、中、高三个浓度;(或低、高二个浓度);标明放置的时间(如:50小时等);标明放置的条件(如:10℃等);第58页，共77页，2022年，5月20日，8点49分，星期五表xx.XX介质中XX药物经处理后在xx条件放置xx小时的稳定性试验标准曲线参数斜率[1/(ng/ml)]截距相关系数

0.00xxx0.00xxx0.999xx

StansardCurveReadbackConcentrationsAcceptanceCriteria

-20%0.800-15%1.704.2517.085.0425850+20%1.20+15%2.305.7523.01155751150

Nomin