协和-新药药代动力学研究.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,八,.,研究实例,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,Widmark,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,t,1/2,）,:,药物,(,血浆,),在体内消除半量所需的时间,0.693,t,1/2,=,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,体内总清除率,(Total body clearance,TBCL),单位时间内从体内清除的表观分布容积部分,与模型无关,。,TBCL=,代谢清除率,+,肾清除率,(,对药物清除率得出正确估算的唯一常数,),A(,体内药量）TBCL=,AUC,（,药时曲线面积）,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,生物利用度,（,bioavailability,）,药物以活性形式进入血液循环的速度和相对量,，,反映药物的吸收程度。比较静脉和口服给药后血药和尿药浓度。,AUC oral,如静脉和口服给药剂量相同，,F=X100%,AUC,iv,Div x,AUCoral,如静脉和口服给药剂量不相同，,F=X100%,Doral x,AUCiv,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。,AUC,Css,=,(,两次给药相隔时间,),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 transporter,）,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 m,2,）,吸收速率仅次于静脉注射。,(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,.,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 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,Absorption,Distribution,Metabolism,Excretion,Human dosing regimen,Efficacy/,saftey,Drug-drug interaction,（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（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,Paracetamol,（,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,inhibitor,AP,Monolayer Caco-2 cells,BL,（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 proteinP0.05,*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）体外药代特性评价,Cell,Species/,tissue origin,Cell type,Caco-2,HT-29,T-84,MDCKII,LLC-PK1,Human/colon,Human/colon,Human/colon,Canine/kidney,Porcine/kidney,epithelial,epithelial,epithelial,epithelial,epithelial,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,(,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 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,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 liver,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,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,10,Lop 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 Technologies,Automation,Biological Tools,In,silico,methods,Labeled compounds,Assay(LC-MS,UV,Fluorescence,Enzymes/receptors(native/mutated),Antibodies,Cell and,subcellular,models,Animal models(transgenic),Models(homology/pharmacophore,Protein 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-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,deivation,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（,3-4,）,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,-t,1/2,V,d,AUC,CL,等,血管外给药,-,C,max,T,max,t,1/2,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：,吸收相、分布相、消除相各选一个时间点取样,器官：,心、肝、脾、肺、肾、脑、胃、肠、子宫或睾丸、肌肉、脂肪等,七,.,药代动力学研究原则及方法（化学药品）,3.,血浆蛋白结合,方法：,平衡透析、超滤、分配平衡等,浓度：,3,个（包括有效浓度），每个浓度重复三次。,4.,排泄,确定药物的排泄途径、排泄速率和各途径的排泄量,动物：,小鼠或大鼠，至少,5,只动物数据,剂量：,选择一个有效剂量,样品收集：,分段收集尿液，粪便、胆汁，记录体积或重量，测定排泄量。,5.,结构转化,创新药要了解体内代谢转化，阐明主要代谢物的结构和代谢途径、转化量，活性代谢产物（药理或毒理）要作动力学分析。,实例,1,TPA,药代动力学研究（,iv),实例,1,-,TPA,药代动力学参数,实例,1,TPA,组织分布,实例,1,TPA,排泄,实例,2,XLF-343,药代动力学研究（,po,),实例,2,XLF-343,药代动力学研究（,po,),Pharmacokinetic parameters of,nicousamide,in male and female rats after a single intravenous dose of 10mg/kg,Compartment model,Non-compartment model,Parameter,Unit,Female,Male,Parameter,Unit,Female,Male,AUC,(0-t),mg/L*h,31.53,183.96,AUC,(0-t),mg/L*h,34.02,181.50,AUC,(0-),mg/L*h,37.58,191.47,AUC,(0-),mg/L*h,34.41,183.45,CL,L/h/kg,0.27,0.05,CLz,L/h/kg,0.29,0.06,V,L/kg,0.09,0.06,Vz,L/kg,1.04,0.15,T,1/2,h,2.75,2.07,MRT,(0-t),h,1.28,2.39,Plasma concentration-time profiles of,nicousamide,in,male,and,female,dogs after a single oral dosing,(300mg/kg),.,Pharmacokinetic parameters of,nicousamide,in male and female dogs after single oral dosing,Parameter,Unit,Female,Male,30,mg/kg,100,mg/kg,300,mg/kg,30,mg/kg,100mg/kg,300,mg/kg,AUC,(0-t),ug,/L*h,46.7,355.1,1176.4,107.6,430.7,1130.5,MRT,(0-t),h,1.6,3.2,12.8,1.4,4.3,12.1,T,max,h,0.6,0.7,0.6,0.3,1.8,1.6,C,max,ug,/L,33.5,158.3,110.2,123.5,151.6,136.7,Comparison on pharmacokinetic parameters of,nicousamide,in male and female dogs after a single and multiple dose of 100mg/kg,Parameter,Unit,Female,Male,Single,Multiple,Single,Multiple,AUC,(0-t),ug,/L*h,355.1,1916.8,430.7,1874.3,MRT,(0-t),h,3.2,10.2,4.3,10.2,T,max,h,0.7,0.5,1.8,0.7,C,max,ug,/L,158.3,205.4,151.6,184.0,C,multiple,/single,-,1.36,-,1.27,AUC,multiple,/single,-,5.45,-,4.26,Tissue distribution profiles of,nicousamide,in,male,rats after a single oral dosing(30mg/kg,n=5).,实例,2,XLF-343,药代动力学研究（,po,),实例,2,XLF-343,药代动力学研究（,po,),Excretion of,nicousamide,in rats after a single oral dosing(30mg/kg),Study of the metabolic pathway,V(nmol/min/mgP,),Control,Effect of CYP450 inhibitors on,nicousamide,metabolism in rat,microsomes,.,NADPH-,cytochrome,c,reductase,CYP450,Xanthine,oxidase,DTD,Cytochrome,b,5,reductase,Liver,microsomes,Study of the metabolic pathway,2-AMP,PTU,Dicoumarol,Allopurinol,NADPH,NADH,-2-AMP +2-AMP,-PTU +PTU,%of reduced,nicousamide,%of reduced,nicousamide,no inhibitor,no inhibitor,+Allo,+,Dic,+,Allo,+,Dic,NADPH,NADH,Effect of,reducase,inhibitors on,nicousamide,metabolism in rat,microsomes,and,cytosol,.,Nitroaromatic,reduction,Liver,cytosol,Nicousamide,Induction/inhibition of,nicousamide,on the metabolic enzymes,V(nmol/min/mgP,),Effect of,nicousamide,on CYP450s activities in rat liver,microsome,in vivo,.,Induction,Effect of,nicousamide,on,microsomal,protein and,cytochrome,P450 contents,Control,Nicousamide,Microsomal protein(mg/ml),14.481.66,16.783.84,Cytochrome,P450(,nmol/mgP,),0.610.09,0.590.14,Control,展望,Pharmacology,Biology,Med.Chem,DM/PK(discovery,),Lead identification,and optimization,Pharmacological Active,And,Selective compounds,DM/DK(development,),Safety,Asscessment/Tox,Pharmaceutical R&D,Clinical Pharmacology,Pharmacological Active,and Selective drug,Marketing,No therapeutic monitoring,No genotyping,Oral(qd,)dosing,No black,boxlabeling,Minimize class labeling,思考题,临床前药代动力学的主要研究内容和意义,药代动力学房室模型分类和划分特点,药代研究在新药开发中的作用,（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,