药代动力学在新药研发中的作用

药物代谢及其动力学在新药研发中的应用胡卓汉博士瑞德肝脏疾病研究(上海)有限公司复旦大学药学院2004年12月30日中国.北京药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第1页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现药物研发的三大任务

药效Efficacy/Pharmacodynamics安全Safety/Toxicology药物代谢动力学DrugMetabolism/Pharmcokinetics药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第2页!药物代谢动力学的任务（最大无毒性浓度）(最小有效浓度）(最小药效时间）血浆浓度时间药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第3页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现研究和发现阶段能否被吸收？permeability

是否被代谢？metabolicstability代谢产物？

metaboliteidentification代谢途径？

pathwayidentification对其它药物的影响？

drug-druginteraction

药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第4页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现临床阶段长期毒性实验的动物选择

metabolismprofilinginanimalsandhumans

药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第5页!二五原则5毫克5天药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第6页!排出太快/药效时间太短口服吸收差/血浆浓度太低分布排泻代谢问题吸收问题蛋白质相互作用分布体积肾脏排泄肝脏代谢溶解度肠道吸收膜通透性肠道消化早期研发阶段后期研发阶段SituationAnalysisinvitro体外metabolisminsitu离体permeabilityinvivo体内bioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第7页!药物吸收模型计算机脂溶度脂层转移细胞层转移十二指肠灌流药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第8页!invitroabsorption/distributionmodel9药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第9页!TransportPathways

药物吸收机制被动细胞间主动P糖蛋白药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第10页!Glucose（蔗糖）vsInulin（木香素）

主动吸收vs细胞间渗透药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第11页!由P－蛋白所调节的药物吸收

－使用P－糖蛋白抑制剂Verapamil药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第12页!FalsePositive假阳性＝低FalseNegative假阴性＝高Caco-2TransportPathways人大肠癌细胞吸收模型药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第13页!PerfusionProcedures:ratisputonaheatingpadtomaintainbodytemperaturejejunumisexposedviaamiddlelineincisionsutures:1stismadeat5cmdistaltotheligamentofTreitz 2ndismadeatabout20cmdistalto1stonetheinletofcannula-asyringeinfusionpumptheoutletofcannula-afractioncollectortheperfusionsegmentisprecleanedbypassing10mlofblankperfusatebufferperfusiontimeandrate=0.1ml/minfor120minoutletperfusionsamplesarecollectedevery10minplasmasamplesarecollectedat30,60,90and120minafterperfusionCalculations:Permeability(Peff,cm/min)=(Q/2RLp)x(1-C’out/C’in)

C’out/C’in=(Cout/Cin)x[phenolred]in/[phenolred]outinsituratintestinalperfusion(singlepass)药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第14页!PlasmaconcentrationsofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)inmicedosed50mg/kgorallyPoororalbioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第15页!InSituRatIntestinalPermeability:Good阳性对照阴性对照受试药物药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第16页!pKa=10 pKa=8.4 pKa=6.5Preduced%=0% Preduced%=7% Preduced%=12%SAR:pKavs.permeability实例：结构优化和吸收率分析药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第17页!小结：体外和离体药物吸收实验系统体外人大肠癌细胞模型(invitroCaco-2monolayer)离体大鼠十二指肠灌流模型(insituratintestineperfusion)体内动物药物代谢动力学模型二五原则:5毫克/5天药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第18页!排出太快/药效时间太短口服吸收差/血浆浓度太低分布排泻代谢问题吸收问题蛋白质相互作用分布体积肾脏排泄肝脏代谢溶解度肠道吸收膜通透性肠道消化早期研发阶段后期研发阶段SituationAnalysisinvitro体外metabolisminsitu离体permeabilityinvivo体内bioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第19页!动物体内模型-----------人体内(临床试验)Invivoanimalsvs.invivohumans人体外模型---------------人体内(临床试验)Invitrohumansvs.invivohumans选择的指南与人相似：疾病模型，药效，毒性，药物代谢实验成本药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第20页!LiverweightandHepaticFlowvsBodyweight（体重，肝重和肝血流量）人狗猴兔大鼠小鼠人狗猴兔大鼠小鼠21药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第21页!InVitroModelsoftheLiver

体外肝模型Hepatocytes肝细胞Liverslices肝切片Livermicrosomes肝微粒体LiverS-9Fraction肝S-9组分药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第22页!HOHOHOHOHOHOOGLUCHOOSOOHO2-Hydroxy-EE22EE-3-GlucuronideEE2-3-SulfateConjugatesEE2EE2Hepatocytes（肝细胞）Microsomes（微粒体）Hepatocytes（肝细胞）MetabolismofEythinylEstradiol(EE2)

肝微粒体和肝细胞的代谢功能差异Li,Hartman,Lu,CollinsandStrong,BrJClinPharmacol48,733-742(1999)药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第23页!排出太快/药效时间太短口服吸收差/血浆浓度太低分布排泻代谢问题吸收问题蛋白质相互作用分布体积肾脏排泄肝脏代谢溶解度肠道吸收膜通透性肠道消化早期研发阶段后期研发阶段SituationAnalysisinvitro体外metabolisminsitu离体permeabilityinvivo体内bioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第24页!1234ABCDEFEnhancedThroughputScreening（增速筛选）A-B:（空白对照）：testarticle+buffer=vehiclecontrol(VC)C-D:（阴性对照）：testarticle+microsomes=negativecontrol(NC)E-F:（实验样品）：testarticle+microsomes+cofactors=treatedDosingsolution=timezero(T=0)4poundsincludingpositivereference*/plate*7ethoxycoumarin阴性对照空白对照测试样本药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第25页!HPLCprofilesofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)BCH-3840metabolite?InvitrometabolicstabilitybyrathepaticS9药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第26页!LiquidChromatography/MassSpectrumofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)HydroxylationorOxidationMH+=310MH+=294MassIdentification药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第27页!NuclearMagneticResonanceprofilesofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)C5-HBCH-3840MetaboliteStructureElucidation药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第28页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现研究和发现阶段能否被吸收？permeability

是否被代谢？metabolicstability代谢产物？metaboliteidentification代谢途径？

pathwayidentification对其它药物的影响？drug-druginteraction

药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第29页!InhibitorsforCYPIsoform Conc(mM)

Inhibition(%ofNC)Tranylcypromine(CYP2A6) 50 40.2Sulfaphenazole(CYP2C9) 25 14.24-methylpyrazole(CYP2E1) 250 67.6Ketoconazole(CYP3A4) 5 75.2MetabolismPhenotyping代谢途径鉴定药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第30页!Drug-DrugInteractions（对其它药物代谢的影响）Inhibition（抑制） potential-IC50andKi mechanism- mechanistic（机械性）

petitive（竞争性）

testsystem: livermicrosomes（肝微粒体） cryopreservedhepatocytes（冷冻肝细胞）Induction（诱导）testsystem: freshisolatedhepatocytes（肝细胞）TargetEnzymesCytochromeP450s: 1A2,2A6,2C8,2C9,2C19,2D6,2E1,3A4PhaseIIconjugation:glucuronidation 药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第31页!Drug-druginteraction:Induction（肝细胞诱导模型）5daysprocedureDay0: Isolatefreshhepatocytes,viability>70% Platinghepatocytesto24-wellplate,0.7x106viablecells/well Platingmediareplacedwithsandwichafter7-hourattachmentDay1: incubationforestablishingbasallevelsofCYP450isoforms.Day2: sameasDay1Day3: dosingwithtestarticlesDay4: sameasDay3Day5: washingoutthedosingsolutionandaddingsubstratesfor CYP450isoformsasbelow: 1A2- ethocyresorufinO-deethylation 2A6- coumarin7-hydroxylation 2C9- tolbutamide4-hydroxylation 2C19- S-mephenytoin4-hydroxylation 2D6- dextromethorphanO-demethylation 2E1- chlorzoxazone6-hydroxylation 3A4- testosterone6b-hydroxylation药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第32页!排出太快/药效时间太短口服吸收差/血浆浓度太低分布排泻代谢问题吸收问题蛋白质相互作用分布体积肾脏排泄肝脏代谢溶解度肠道吸收膜通透性肠道消化早期研发阶段后期研发阶段SituationAnalysisinvitro体外metabolisminsitu离体permeabilityinvivo体内bioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第33页!119%236%310%Proportionality血浆浓度的非线性提示：

代谢或排泄的非线性饱和药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第34页!TOXICOKINETICS

毒物代谢动力学试验

Animal:Sprague-Dawleyrats(male&female)Cynomolgusmonkey(male&female)

Singledoseescalation（线性动力学）(50,250,500mg/kg)

Multipledoseescalation（药物体内积累）(50,250,500mg/kg,dailyfor14days)药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第35页!01002003004005006000102030405060FemaleRatsOralDose(mg/kg)010020030040050060001020304050MaleRatsOralDose(mg/kg)Cmax(mg/mL)73%47%56%49%Proportionality:Cmax（大鼠试验）提示：药物吸收的非线性饱和药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第36页!Proportionality:AUC（猕猴）MaleMonkeyFemaleMonkey49%34%60%38%提示：药物吸收的非线性饱和药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第37页!MaleMonkeyFemaleMonkey0.791.111.120.730.761.14AccumulationRatio药物积累率（猕猴）药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第38页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现临床阶段动物和人的代谢特征(长期毒性实验的动物选择)

metabolismprofilinginanimalsandhumans

药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第39页!MethodsIncubationprocedures Viability(Trypanblueexclusion)>70% Finalcelldensity:2x106viablecell/mL Finalconcentrationoftestarticle:20µM Incubationtime:4hoursBioanalyticalmeasurement HPLC/Fractionating/Scintillation:Metabolicprofiles LC/MS/MS:Massidentification/structureelucidation药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第40页!MetabolismProfiles HumanvsDogDPViableHumanHepatocytes速冻人肝细胞ViableDogHepatocytes

速冻狗肝细胞DPM2M3DPM2M3M4药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第41页!MetabolismProfilesHumanvsMouseViableHumanHepatocytes速冻人肝细胞ViableMouseHepatocytes速冻小鼠肝细胞DPM2M3M4DPM2M3M4药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第42页!药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第43页!药效毒理药代最佳血浆浓度药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第44页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现临床前阶段生物利用度

bioavailability

血浆浓度的线性和非线性

doseescalation&proportionality多次给药和体内积蓄

multipledoses&accumulation吸收和排泄模式

massbalance体内分布

distribution

从动物代谢推算人体代谢

extrapolation药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第45页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现临床实验准则GoodClinicalPractice(GCP)非临床实验准则GoodLaboratoryPractice(GLP)药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第46页!临床前实验药物代谢动力学的生物模型体外和离体模型(invitro/insitumodels)吸收模型absorption/permeability代谢模型metabolism体外推测和体内(invitro/invivocorrelation)动物模型(invivoanimalmodels)动物推测人(speciesextrapolation)药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第47页!PlasmaconcentrationsofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)inmicedosed50mg/kgorallyPoororalbioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第48页!absorption/distributionmodel脂层转移模型水相Aqueousphase水相Aqueousphase有机相OrganicphasepH=6.5pH=7.4PermeabilityEvaluation–invitro49药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第49页!Caco-2TransportPathways

人大肠癌细胞模型药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第50页!ProbesforTransportPathways

肠道吸收标准对照药物Transcellular（被动吸收） Propranolol,TestosteroneParacellular（细胞间渗透） Mannitol,InulinCarriermediated（主动吸收） GlucoseP-Glycoproteinmediated（P－糖蛋白调节） 底物 Vinblastine

抑制物 Verapamil药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第51页!PropranololvsMannitol

被动吸收vs细胞间渗透药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第52页!Chong,Dando&Morrison;Pharm.Res.1997药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第53页!insituratintestinalperfusion(singlepass)离体大鼠十二指肠灌流模型（单循环）METHODAnimal: MaleSprague-Dawleyrats(250-350g),fasted overnight. Ratisanesthetizedbyurethane1.5g/kg,im. beforeperfusionstarts.Perfusate:Phosphatebuffer,pH=6.5 10mMglucose Phenolred(negativecontrol) Acetaminophen(positivecontrol)

Finalconcentrationsoftestarticle =0.05-0.30mg/mL药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第54页!Insituratintestinalpermeability(singlepass)Predictionwithin90%interval=19/31(61.3%)In-housevalidation假阳性假阴性药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第55页!排出太快/药效时间太短口服吸收差/血浆浓度太低分布排泻代谢问题吸收问题蛋白质相互作用分布体积肾脏排泄肝脏代谢溶解度肠道吸收膜通透性肠道消化早期研发阶段后期研发阶段SituationAnalysisinvitro体外metabolisminsitu离体permeabilityinvivo体内bioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第56页!EnhancedThroughputScreeningPerfusion: 4poundsperday(4animals)

Samplesize: timepoints 7 duplicate x2 control/drug x3 sample/perfusion 42 Totalsamples/day 168

Bioanalysis: noextraction nostandardcurve(peakarea) machinetime/2LCs 24hrsTotalmanpower: animaltechx1 PKDMtechx2 Testarticleamount: 1mg/testarticleScreeningrate: onechemotypeswith30pounds/2weeks药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第57页!SAR:permeabilityvs.efficacy实例：结构优化和吸收率和活性的分析IC50=2uMPreduced%=0%IC50=0.012uMPreduced%=0%IC50=1.1uMPreduced%=17%IC50=0.025uMPreduced%=15%药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第58页!血浆浓度时间化学药物化学药物+中药中药的药物代谢动力学的任务本身的药物代谢动力学问题对其它药物吸收的作用药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第59页!死还是不死,这是个问题.Tobeornottobe,thisisaproblem. --哈默雷特体内试验还是体外试验,这是个问题.Invitroorinvivo,thisisaproblem. --药代研究员药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第60页!HeartbeatandBodyweight（心率和体重）小鼠大鼠兔猴狗人61药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第61页!Antipyrineclearance(l/min)ratmouserabbitmonkeydoghumanClearance62药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第62页!USFDAGuidanceforIndustry

美国药物和食品管理局关于药物代谢实验的指南“Themostpletepictureforhepaticmetabolismcanbeobtainedwithliversystems,inwhichthecofactorsareself-sufficientandthenaturalorientationforlinkedenzymesispreserved.Isolatedhepatocytesandprecision-cutsliceshavethesedesirablefeatures.”GuidanceforIndustry,DrugMetabolism/DrugInteractionStudiesintheDrugDevelopmentProcess:StudiesInVitroCDER,CBER,U.S.FDA,1997译文：肝系统（分离的肝细胞和精确的肝切片）能为药物代谢实验提供最完全的信息，因为这个系统含有足够的天然水平的酶系。药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第63页!PlasmaconcentrationsofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)inmicedosed50mg/kgorallyPoororalbioavailability药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第64页!Reactionvolume: 1.0ml,DPBSpH7.4HepaticS-9/Microsomes: 0.5mgprotien/mLSpecies: Human/Monkey/Dog/Rat/MouseSubstrateconcentration: 10mMNADPH: 2.4mMUDPGA: 1.5mMIncubation: 60minat37oCStoppingprocedure: chilledacetonitrile,3xvolume

InVitroMetabolismAssay

体外肝微粒体实验药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第65页!EnhancedThroughputScreeningIncubation: 4poundsper24-wellplate 15pounds+1positivecontrolperday

Samplesize: Timezero duplicate(16x2) VC duplicate(16x2) NC duplicate(16x2) Treated duplicate(16x2) Totalsamples/day 128

Bioanalysis: noextraction nostandardcurve(peakarea) machinetime/2LCs 24hrsTotalmanpower: PKDMtechx3 Testarticleamount: 0.1mg/testarticleScreeningrate: onechemotypewith60pounds/1week药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第66页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现研究和发现阶段能否被吸收？permeability

是否被代谢？metabolicstability代谢产物？

metaboliteidentification代谢途径？

pathwayidentification对其它药物的影响？

drug-druginteraction

药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第67页!HPLCprofilesofBCH-3840anditsmetabolite(BCH-6440)PreparationofmetabolitebybulkincubationMMPP10mgmicrosomalprotein2mgBCH-3840Fractioncollectionofmetabolitefractionationconcentration药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第68页!InvitrotherapeuticindexofBCH-6440药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第69页!InhibitorsforCYPIsoform Conc(mM)Furafulline(CYP1A2) 10Tranylcypromine(CYP2A6) 50Sulfaphenazole(CYP2C9) 25Omeprazole(CYP2C19) 20Quinidine(CYP2D6) 24-methylpyrazole(CYP2E1) 250Ketoconazole(CYP3A4) 5ChemicalInhibition（化学抑制）Pureenzyme（纯酶）

CorrelationAnalysis（相关分析）MetabolismPhenotyping代谢途径鉴定药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第70页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogodecisionCompoundforDevelopment(CD)NEWDRUGINDNDAR&D临床实验临床前实验研究和发现研究和发现阶段能否被吸收？permeability

是否被代谢？metabolicstability代谢产物？metaboliteidentification代谢途径？pathwayidentification对其它药物的影响？drug-druginteraction

药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第71页!IC50(M): 0.675 GoodnessofFit: 0.9807 95%ConfidenceIntervals: 5.63–8.28IC50(M): 20.4 GoodnessofFit: 0.9730 95%ConfidenceIntervals: 16.9-26.3 CYP3A4

CYP3A4Drug-druginteraction:inhibition抑制作用体外药效浓度=1uM药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第72页!Drug-druginteraction:Induction诱导作用药代动力学在新药研发中的作用共84页，您现在浏览的是第73页!EfficacyHitsOptimizedLeadGoornogod