药物动力学在新药开发中的应用

1、第十五章 药物动力学新药开发中的应用,第一节 药物动力学在新药开发中的作用,临床前药动学研究,临床药动学研究,新药开发分为临床前研究和临床研究两个阶段。,药物动力学研究也分为： 临床前药物动力学研究（动物药动学实验） 临床药物动力学研究（人体药动学试验）,临床前药动动力学研究的目的：,指通过动物体内和体外的研究方法，揭示新药在动物体内的动态变化规律，提供重要的药动学参数，阐明药物吸收、分布、代谢、排泄等过程的动力学特征。,临床前药动动力学研究的意义,在药物制剂研究中，其研究结果是评价药物制剂特性和质量的依据。 对于速释缓控释制剂，可通过制剂在动物体内单次和多次给药后的体内药动学情况，与被仿制或

2、普通制剂进行比较，考察新药的体内药动学行为。 在药效学和毒理学评价中，药动学数据是阐明药效和毒性大小的基础。,临床药动动力学研究的目的,了解新药在人体内的吸收、分布、代谢、排泄等过程的动力学特征，包括 、 、期临床药动学研究。 临床药动学研究是新药开发的必要环节。为临床制定合理用药方案提供依据。,临床药动动力学研究的内容,包括： 健康志愿者药物动力学研究 目标适应症患者药物动力学研究 特殊人群药物动力学研究（肝肾功能损害患者、老年人、儿童等）,第二节 新药临床前药物动力学研究,一、临床前药物动力学基本要求,1.试验药品 应提供受试物的名称、剂型、批号、来源、纯度、保存条件及配制方法。 质量稳定

3、、与药效学和毒理学研究所用试验药品一致。,2、实验动物,一般采用成年健康的动物。常用动物有小鼠、大鼠、兔、 豚鼠、犬、小型猪和猴等。 实验动物选择的基本原则：首选动物尽可能与药效学和毒理学研究一致。创新药物选择两种或两种以上的动物。速释缓控释药物原则上选用成年Beagle犬（体重差值一般不超过1.5kg）。口服给药不宜选用兔和羊等食草类动物。 尽量在清醒状态下试验， 每个时间点至少有5只动物，动力学研究最好从同一动物多次采样。 受试动物应雌雄各半。 实验动物应该在实验室饲养35日，使其 适应场地环境，实验时处于正常生理状态。 口服给药，给药前应禁食12小时以上。,3.给药途径和给药剂量,所用的

4、给药途径和方式，应尽可能与临床用药一致。 动物体内药代动力学研究应设置至少三个剂量组，其高剂量最好接近最大耐受剂量，中、小剂量根据动物有效剂量的上下限范围选取。主要考察在所试剂量范围内，药物的体内动力学过程是属于线性还是非线性。 如结果为非线性，还应研究剂量对药动学的影响。,4.取样时间点安排,血药浓度-时间曲线数据是药动学研究的核心，取样点的合理设置对实验结果影响显著。给药前取空白血。 取样时间点的设计应兼顾吸收相、分布相和消除相，取样点通常913个点。整个采取样时间至少应持续到35个半衰期，或持续到血药浓度为Cmax的1/101/20。 为保证最佳取样点， 选择2-3只动物进行预实验。,5

5、、药时曲线数据处理,选择房室或非房室模型对C-t数据进行处理。要提供血药浓度-时间曲线和药动学参数, 一般要提供以下药动学参数: 静脉注射：t1/2、k、V、Cl、AUC。 血管外给药：ka、tmax、Cmax、tl/2、AUC。,对于单次给药，要提供各受试动物血药浓度-时间数据及其平均值、标准差及曲线，以及主要药动学参数及平均值和标准差。 并对受试药物单次给药临床前药物动力学规律进行评价，判断是否符合线性动力学过程。,对于多次给药，要提供受试动物首次给药后的血药浓度-时间数据、曲线和主要药动学参数；各动物3次稳态谷浓度数据；受试动物末次给药后的血药浓度-时间数据、曲线和有关参数，比较首次和末

6、次的区别。 如用电子计算机处理数据,应指出所用程序名称（如DAS软件及版本）。,二、 临床前药物动力学研究内容,吸收 分布 血浆蛋白结合率 药物生物转化 药物排泄,1、药物吸收的研究,吸收是药物发挥全身作用的前提条件，吸收的研究有助于药物的结构设计、处方筛选和工艺优化等。 尤其是缓控释制剂和速释制剂，其吸收速度和程度是此制剂的主要特征。 这里的吸收主要指口服吸收。,整体动物试验或人体生物利用度试验，同时进行血管内给药的试验，提供绝对生物利用度。 在体、离体器官（如离体肠道）、细胞模型（如Caco-2细胞）吸收试验以阐述药物吸收特性。,药物吸收研究的方法,caco-2（the human col

7、on carcinoma cell line),Caco-2细胞模型是一种人克隆结肠腺癌细胞，结构和功能类似于分化的小肠上皮细胞，具有微绒毛等结构，并含有与小肠刷状缘上皮相关的酶系。可以用来进行模拟体内肠转运的实验。 在细胞培养条件下，生长在多孔的可渗透聚碳酸酯膜上的细胞可融合并分化为肠上皮细胞，形成连续的单层。细胞亚显微结构研究表明，Caco-2细胞与人小肠上皮细胞在形态学上相似，具有相同的细胞极性和紧密连接。,Caco-2细胞研究药物吸收,吸收研究的内容,吸収速度：tmax、Cmax。 吸收程度：AUC。 吸收机制:吸收部位和吸收机制（主动转运或被动扩散等）。,2、药物的分布,选用大鼠或小

8、鼠做分布试验较为方便。 至少选择三个剂量。 以血药浓度时间曲线为参考，选三个时间点（即吸收相、分布相、消除相）各取一个点测定分布。 每个时间点必须有至少5只动物的数据。 至少测定药物在心、肝、脾、肺、肾、胃肠道、生殖腺、脑、肌肉、骨髓等组织的分布。 特别注意药物在靶器官/靶组织的分布。 取样要有代表性，如取1/2或1/4个肾时，注意取样对称性。,同位素标记物的组织分布实验应提供标记物的放化纯度、比活性、标记位置、给药剂量等。 提供放射分析的方法（如分析仪器）。 靶向制剂在体内的分布特征是研究重点。其指标主要有靶向指数等指标。,3、药物与血浆蛋白的结合,主要研究血浆蛋白结合率。 研究药物与血浆蛋

9、白结合的方法很多,如平衡透析法、超滤法、超速离心法、凝胶过滤法等。 可选择使用一种方法进行至少3个浓度（包括有效浓度）的血浆蛋白结合试验，每个浓度至少重复试验三次，以了解药物的血浆蛋白结合率是否有浓度依赖性。,血浆蛋白结合率测定的实验方法 -平衡透析法,透析袋一端扎紧，除去袋内外水份，精密吸取2mL空白大鼠或人血浆加至透析袋中，扎紧袋口，悬浮于盛有20ml含药透析液的广口棕色瓶中，调整透析袋位置，使袋内外液面保持同一水平，并避免贴瓶壁，密封瓶口，置于4冰箱中放置。 达平衡后取透析袋内外样品100L，进行样品处理，然后进行测定。,4、药物的代谢研究,药物代谢研究可以为药物设计及结构修饰提供帮助和

10、指导。 在药物设计阶段可以对先导化合物进行化学改造，以改善药理特性、药动学行为等。,体内吸收差！,药物代谢产物的研究，包括药物在血液、尿液、胆汁等基质中代谢物的分离、结构鉴定等。 代谢研究的方法有体外法和体内法。体外法可采用重组酶反应体系、肝微粒体反应体系、转基因细胞系等。 研究的内容包括参与代谢反应的酶、反应的类型和途径、代谢产物、酶的诱导或抑制等。,5、药物的排泄,研究目的：确定排泄途径、排泄速率、各排泄途径的排泄百分率。 一般选小鼠或大鼠进行。 于一定时间收集尿液和粪，直至药物排尽为止，测定药物浓度并计算药物经此途径排泄的速率和排泄量。 每个时间点至少有5只动物的实验数据。 胆汁排泄一般

11、用大鼠在乙醚麻醉下做胆管插管引流，待大鼠清醒后给药，以合适的时间收集胆汁，进行药物测定。,总 结,通过全面实验观察,要对该药在动物体内的药代动力学特点做综合性论述。 包括吸收、分布、代谢、排泄的特点,自尿、粪、胆汁的排泄情况,有无蛋白结合,结合百分数,有无蓄积,在什么器官或组织蓄积,蓄积程度等。,第三节 新药临床药物动力学研究,一、新药临床药物动力学研究的基本要求,1、临床药物动力学研究的GCP要求 临床药动学全过程必须贯彻GCP的精神，GCP的核心就是保护受试者的安全。,什么是GCP？,药品临床试验管理规范(Good Clinical Practice，GCP)，为保证药品临床试验的科学性、

12、可靠性和重现性而制定的规范。GCP中保护了志愿受试者和病人在新药研究中的安全和利益，其核心是保护受试者安全。,按照GCP原则制定试验方案并经伦理委员会讨论批准，受试者必须自愿参加试验，并签订知情同意书，方可实施试验。,是从伦理学角度保护志愿者利益的专门组织,有关临床实验的详细情况的书面材料,2.受试药物的要求,试验药品应当在符合药品生产质量管理规范，GMP条件的车间制备，并经检验符合临床研究用质量标准的中试放大产品。 受试药物专人保管，记录药品使用情况，试验结束后剩余药品和使用药品应与记录相符。,基本要求：期临床试验应选择健康受试者，一般男、女各半，不仅可了解药物在人体的药代动力学特点，同时也

13、能观察到该药的药代动力学是否存在性别的差异。一些有性别针对性的药物，如性激素类药物，治疗前列腺肥大药物，治疗男性性功能障碍药物及妇产科专用药等则应选用相应性别的受试者。 年龄和体重 受试者年龄应为年满18岁以上的青年人和成年人，一般在1845岁。 体重按体重指数体重（kg）身高（m2）计算，一般在1924范围内。,3.受试者的选择,在试验前应详细询问既往病史，作全面的体格检查及实验室检查。应无心血管、肝脏、肾脏、消化道、精神神经等疾病病史，无药物过敏史。 HIV感染者、药物滥用者，最近三个月内献血或作为受试者被采样者，嗜烟、嗜酒者和近二周曾服过各种药物者均不宜作为受试者。,目标适应症患者药动学

14、研究一般在 、 期进行， 肝肾功能损害患者一般在 、期进行， 老年人药物动力学研究选择老年健康志愿者或患者，在 期进行。 儿科人群在 期进行。,期受试者,受试者例数： 一般要求每个剂量组812例。,3.剂量的确定,根据期临床耐受性试验的结果，一般选用低、中、高三种剂量。 高剂量组一般接近或等于人最大耐受剂量，但一般应高于治疗剂量。,4、药时曲线的数据测定,采样时间点参考临床前药物动力学的相关内容。分为单剂量和多剂量给药。 单剂量试验时，确定12例以上受试者，试验前一晚统一清淡饮食，次日晨空腹给药（注射给药可以不空腹），150200ml温开水送服，24h进统一早餐。 试验期间受试者避免剧烈活动，

15、禁止饮茶和咖啡等。,多剂量试验时，受试者人数与单剂量相同。 每日1次的给药方案，受试者禁食10h左右后，早晨空腹服药； 每日2次的给药方案，受试者早晨空腹服药，晚上至少在晚餐2h后服药； 每日3次的给药方案，受试者早晨空腹服药，其它按间隔8h服药。 受试者集中在监护室内进行服药、采样和活动，一日三餐均应统一饮食。,6.数据处理,单次给药需获得的主要药动学参数包括： ka、tmax、Cmax、AUC、V、K、t1/2、CL等。,多次给药需获得的主要药动学参数包括： tmax、 、t1/2、CL等。,选用房室模型法或非房室模型法处理血药浓度以获得药动学参数。,根据药动学参数判断药物的药动学特征（如

16、线性还是非线性）。为临床合理用药提供参考信息,7.研究报告,提供各个受试者的血药浓度-时间及曲线图、平均值及曲线图； 提供各受试者的上述主要药物动力学参数及平均值； 总结单次和多次给药的药动学规律； 通过对药物动力学参数的分析，说明其临床意义，并对期临床研究方案提出建议。,1、健康志愿者药物动力学研究 在期进行。 包括： 单次给药和多次给药的药代动力学研究（以明确不同剂量水平药物的ADME特征） 进食对口服药物药代动力学影响的研究（进食对药物口服吸收的影响）； 药物代谢产物的药代动力学研究（人体内与动物体内比较）； 药物药物的药代动力学相互作用研究（药物相互作用对药动学的影响）。,二、新药临床

17、药物动力学的基本内容,2、目标适应症患者的药代动力学研究 患者的疾病状态（心力衰竭、内分泌系统疾病、消化系统疾病等）可能会改变药物的体内药动学特征。 目的是明确药物在相应疾病状态下的药动学特点，为临床合理用药提供指导。 目标适应症患者药动学研究一般在 、 期进行，,3、特殊人群的药代动力学研究,特殊人群药动学与普通人不尽相同，所以应进行特殊人群体内药动学研究 （1）肝肾功能损害患者的药代动力学研究 肝功能受损可影响药物与血浆蛋白结合、肝药酶的量与活性、胆汁流量等。 如药物及其代谢产物主要经肝消除，或药物的治疗指数窄需进行该研究。 肾损害影响药物的排泄，也会影响药物的吸收、肝代谢、分布等。 如药

18、物及其代谢产物主要经肝消除，或药物的治疗指数窄需进行该研究。,3、特殊人群的药代动力学研究,（2）老年人药代动力学研究 老年人各项生理机能逐渐减退，因此当拟治疗疾病为一种典型的老年病或治疗人群中包含相当数量的老年人时，需进行老年人药物动力学研究。,3、特殊人群的药代动力学研究,（3）儿科人群药代动力学研究 儿科人群胃液pH、胃肠蠕动、血浆蛋白含量、肝脏代谢、血脑屏障等均与成人有较大差别。因此当拟治疗疾病为一种典型的儿科疾病或治疗人群中包含相当数量的儿科人群时，需进行儿科人群药物动力学研究。,总之，药物的临床药代动力学研究结果是制订临床研究方案和临床用药方案、指导临床合理用药的基础，是药物开发中

19、不可或缺的重要研究内容之 一。,第四节 药物动力学研究中的生物样品测定方法,一、生物样品的特点： (1)样品量少且浓度低 取样量一般只有几毫升。生物样品中药物浓度很低，以1ml计，通常是g级（最多），或ng级，甚至是pg级水平，因此常规的化学分析法是不适合的。 (2)干扰因素多 生物样品中如无机盐、蛋白质等内源性物质、药物代谢产物以及可能存在的其它药物的干扰。 (3)个体差异大 不同的受试者，甚至同一受试者在不同时间取样，药物浓度及干扰物质均可能有较大的变化。 (4)样本量大 在进行生物等效性研究时，往往需要同时研究数百份甚至上千份样本，工作量大。,所以，需要建立一个专属性强、准确、精密、重现

20、性好、灵敏的测定方法。,二、测定方法,常用方法有：色谱法、免疫学方法、微生物学方法等。 1.色谱技术：HPLC、GC、GC-MS、LC-MS联用技术等。色谱法灵敏、特异、准确，能满足大多数药物药动学研究，目前首选的方法。,LC-MS/MS 联用仪,2.放射性同位素标记法：灵敏度高、样品前处理简单、可进行批量检测。 3.免疫分析方法：如ELISA法，适于蛋白质多肽类物质。 4.微生物学方法：特异性差。适于抗生素药物测定。,三、生物样品检测方法评价指标和要求,方法学确证（validation)是生物样品测定的关键，是药物动力学研究的基础。只有可靠的检测方法才能得到可靠的结果。,1、特异性（spec

21、ificity）,又称选择性，专属性。指被测定物质被共存物质（基质中的成分、杂质、代谢物等）的影响情况。 应测定：空白生物样品、空白样品加对照品、用药后生物样品。 对于色谱法，至少要考察6个不同个体空白生物样品色谱图，以确保不被干扰。,空白基质,空白基质加对照品,用药后生物样品色谱图,2、标准曲线,通过加入已知浓度的分析物到空白基质中，制备标样。每种分析物和每一分析批次都应该有一条标准曲线。 要制备药物在血、尿、粪、胆汁及组织匀浆等中的标准曲线, 标准曲线应覆盖整个待测的浓度范围，即最高浓度应高于Cmax，最低浓度应低于Cmax的1/101/20，不允许用外推的方法求算样品浓度。 标准曲线应使

22、用至少由6个浓度水平，并指出其相关系数（0.99)。,3、定量下限（LLOQ）,是能够被可靠定量的样品中分析物的最低浓度，具有符合要求的准确度和精密度。 通常为标准曲线最低浓度点，代表了测定方法的灵敏度。 LLOQ应能满足测定35个t1/2,或能检测到Cmax的1/101/20的药物浓度。 其准确度应为真实浓度的80120%，相对标准差（RSD）小于20%，至少由5个标准样品测试结果进行计算。,4.准确度（accuracy）,指在确定分析条件下，测得的生物 样品浓度与真实浓度接近的程度。 表示为（测得值/真实值）100%，用回收率（recovery）表示。 取低（不高于定量下限浓度3倍）、中（

23、标准曲线中部附近）、高浓度（标准曲线范围上限约75%处）质控样品进行考察。 每个浓度至少测定5个样品（日内）。应考察日内(n=5)和日间准确度(n=15) 。 一般回收率在85115%以内，定量下限附近的在80120%以内.,5.精密度（precision）,描述分析物重复测定的接近程度，用测量值的相对标准偏差（RSD%，也称变异系数）表示。 应使用与准确度相同分析批样品的结果，获得低、中、高浓度的RSD%。 每一浓度测定5次，求出各自的RSD。RSD要求在15%以内。定量下限在20%以内。 分为日内（n=5）和日间精 密度（n=15）。,6.基质效应,当采用质谱方法时，应考察基质效应。,7.样品稳定性,必须在分析的每一步都确保样品的稳定。 一般对含药生物样品进行室温、冰冻及冻融条 件下进行稳定性考察。处理后样品的稳定性考察。 考察低（空白基质加入分析物至定量下限3倍以内）和高浓度（定量上限附近）的稳定性。 每一浓度的均值与标示值的偏