第十四章新药的药物动力学研究

第十四章新药的药物动力学研究 山西医科大学药学院张淑秋

Chapt 14 PK in Drug Development • 熟悉临床前药动学研究的内容及基本要求 • 掌握生物利用度与生物等效性有关概念 • 掌握生物利用度实验设计与基本要求、生物等效性检验标准 • 了解生物样品分析方法确证的基本要求

本章主要内容 • Preclinical PK Study • Bioavailability & Bioequivalence • Validation of Bioanalysis Method

Preclinical PK Study • 研究目的：揭示新药在动物体内的动态变化规律，阐明药物的吸收、分布、代谢和排泄的过程和特点，并根据数学模型提供重要的药代动力学参数。PK/PD相关性、量效关系、安全性评价、药物动力学、预测人体行为。

Preclinical PK Study 基本原则 • 试验目的明确 • 分析方法可靠 • 试验设计合理 • 所得参数全面，满足评价要求 • 对试验结果进行综合分析与评价 • 具体问题具体分析

Preclinical PK Study试验设计总体要求 • 实验动物的选择： • 一般采用成年和健康的动物。常用动物有小鼠、大鼠、兔、豚鼠、犬和猴等。 • 首选动物：尽可能与药效学和毒理学研究一致。 • 尽量在清醒状态下实验，动力学研究最好从同一动物多次采样。

Preclinical PK Study试验设计总体要求 • 实验动物的选择： • 创新药应选用两种或两种以上的动物，其中一种为啮齿类动物；另一种为非啮齿类动物。其他类型的药物，可选用一种动物（建议首选非啮齿类动物，如犬或猴等） • 口服用药不宜选用兔等食草类动物。

Preclinical PK Study试验设计总体要求 • 给药途径：应尽可能与临床用药一致。 • 剂量选择: • 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。 • 主要是要考察药物在体内的动力学过程是否属于线性动力学特征，同时所得结果更有利于解释药效学和毒理学研究中的发现。

临床前药物动力学研究项目 • 血药浓度-时间曲线受试动物数：以药时曲线的每个时间点有不少于5 个数据为限计算所需动物数。最好从同一动物多次取样，尽量避免用多只动物合并样本。多只动物合并样本应相应增加动物数，以减少个体差异对试验结果的影响。一般采用雌雄各半，如发现药动学存在明显的性别差异，应增加动物数以便了解药物在雌雄动物体内的药动学的差异情况。对于单一性别用药，可选择与临床用药一致的性别。

临床前药物动力学研究项目 • 血药浓度-时间曲线采样点的确定：给药前采血作为空白样品。给药后的一个完整的血药浓度-时间曲线，应包括药物的吸收相、平衡相和消除相，采样点的设计应兼顾到这三个时相。一般在吸收分布相至少需要2~3点，峰值附近2~3点，分布相2~3点，消除相至少需要>4个点。整个采样时间至少应持续到3~5个半衰期，或Cn< Cmax的1/10。

临床前药物动力学研究项目 • 血药浓度-时间曲线口服给药: 一般在给药前应禁食12小时以上，以排除食物对药物吸收的影响。药代动力学参数的估算：将试验中测得的各受试动物的血药浓度-时间数据分别进行药代动力学参数的估算。静脉注射给药，应提供t1/2、Vd、AUC 、Cl等参数值；血管外给药，除提供上述药代参数外, 尚应提供Cmax, tmax和ka药代参数。

临床前药物动力学研究项目 • 血药浓度-时间曲线单次给药：各个（和各组）受试动物的血药浓度-时间数据及曲线图和其平均数据及曲线图,主要药代动力学参数和其平均数据。单次给药临床前药代动力学的规律和特点进行讨论和评价。Dose-PK correlation.

临床前药物动力学研究项目 • 血药浓度-时间曲线多次给药：根据单次给药试验结果,确定药物剂量, 给药间歇和给药天数。首次给药后的血药浓度-时间数据及曲线图和药代动力学参数，三次谷浓度数据，最后一次给药后的稳态血药浓度-时间的数据和曲线图及其平均数据和曲线图，平均稳态血药浓度、稳态最大浓度和最小浓度、波动系数及其平均值。

临床前药物动力学研究项目 • 药物的吸收对于经口给药的创新性药物，应进行整体动物，以及在体或离体肠道吸收试验以阐述药物吸收特性。体外吸收模型（如Caco-2细胞模型、肠在体实验等）研究药物吸收机理及影响吸收的因素。

临床前药物动力学研究项目 • 药物的分布一般选用大鼠或小鼠。选择一个剂量给药后，测定药物在心、肝、脾、肺、肾、胃肠道、生殖腺、脑、体脂、骨骼肌等组织的浓度，了解药物的主要分布组织。特别应注意药物浓度高、蓄积时间长的组织和器官，以及在药效或毒性靶器官的分布（如对造血系统有影响的药物，应考察在骨髓的分布）。

临床前药物动力学研究项目 • 药物的分布以药时曲线作参考，选3个时间点分别代表分布相（或吸收相）、平衡相和消除相的药物分布。若某组织的药物浓度较高，应增加观测点，进一步研究消除的情况。每个时间点，至少应有5个动物的数据。做分布实验，必须注意取样的代表性。如取1/2 或1/4 个肾脏应注意对称取样。

临床前药物动力学研究项目 • 药物与血浆蛋白的结合平衡透析法：通过半透膜分隔成两室，一侧为含有一定浓度地药物与蛋白的溶液，另一侧是不含药物与蛋白质的缓冲液，在4°C平衡24-48 h，测定游离药物浓度，求得结合率。超过滤法：通过滤膜分离游离药物与结合型药物。超速离心法：凝胶过滤法：

临床前药物动力学研究项目 • 代谢转化试验创新药：需了解在体内的代谢转化情况，确定主要代谢转化途径。前药：除对其代谢途径和主要活性代谢物结构确证外, 还应对原药和活性代谢物进行系统的药代动力学研究。

临床前药物动力学研究项目 • 代谢转化试验代谢为主的药物(原形药排泄<50%)：临床前可先采用色谱方法或放射性核素标记方法分析和分离可能存在的代谢产物，并初步推测其结构。在申报生产前阐明主要代谢产物的结构及主要代谢途径。当多种迹象提示可能存在较强活性代谢物时，应尽早开展活性代谢产物的研究，以确定开展代谢产物动力学试验的必要性。

临床前药物动力学研究项目 • 对药物代谢酶活性的影响创新药：观察药物对细胞色素P450同功酶的诱导或抑制作用。在临床前阶段可以用底物法观察对动物和人肝微粒体P450酶的抑制作用，比较种属差异。可以预测药物是否存在潜在的代谢相互作用。

临床前药物动力学研究项目 • 药物的排泄尿和粪的药物排泄：一般采用小鼠或大鼠，要将动物放入代谢笼内，选定一个有效剂量给药后，按一定的时间间隔分段收集尿或粪的全部样品。测定尿、粪样品药物浓度。计算药物经此途径排泄的速率及排泄量，直至收集到药物排尽为止。每个时间点至少有5只动物的试验数据。

临床前药物动力学研究项目 • 药物的排泄：胆汁排泄：一般用大鼠在乙醚麻醉下作胆管插管引流，待动物清醒后，以各种途径给药，并以合适的时间间隔分段收集胆汁，进行药物测定。要记录药物自粪、尿、胆汁排出的速度及总排出量（占总给药量的百分比）。

Bioavailability & Bioequivalence 主要内容：基本概念研究方法实验设计数据处理

生物利用度与生物等效性 BA & BE • 生物利用度是 the rate and extent to which the active ingredient or active moiety is absorbed from a drug product and becomes available at the site of action. • 生物利用度包括生物利用度的速度（rate）和程度（extent）。 • tmax、Cmax、吸收速度常数ka可反映吸收的快慢。AUC与药物吸收的总量呈正比，可以反映生物利用度的程度。

生物利用度与生物等效性 BA & BE • 绝对生物利用度（absolute bioavailability，Fabs）是以静脉注射制剂为参比制剂所获得的试验制剂中药物吸收进入体循环的相对量，以血管外给药的试验制剂与静脉注射的参比制剂给药后的AUC的比值来表示。 • 相对生物利用度（relative bioavailability，Frel）则是以其他血管外途径给药的制剂为参比制剂，如片剂和口服溶液的比较，以同一药物的试验制剂与参比制剂给药后AUC的比值来表示。

血药浓度与药物效应

BA & BE • 生物等效性是指药学等效制剂或药学可替代制剂（pharmaceutical alternatives）在相同试验条件下，服用相同剂量，其活性成分的吸收程度和吸收速度的差异无统计学意义。 • 药学等效性（pharmaceutical equivalence）是指两种药品含有同一活性成分，含量相同，剂型相同，符合同样的或可比较的质量标准，则两种药品为药学等效。

BA & BE 治疗等效性（therapeutic equivalence）是指两制剂含有相同活性成分，临床上显示具有相同的有效性和安全性，可以认为两种药品具有治疗等效性。基本相同药物（essentially similar products）：两种制剂如果含有相同的等量的活性成分，且符合同一质量标准，具有相同剂型，并且具有生物等效性，则可以认为两者是基本相同药物。

需要测定BABE的情况 • 新药研究阶段：为了确定新药处方、工艺合理性，需要比较改变剂型因素后药剂是否能达到预期的生物利用度； • 开发新剂型：要对拟上市剂型进行生物利用度研究以确定剂型的合理性，要通过与原剂型比较BA 和BE来确定新剂型的给药剂量； • 临床试验过程：可能要通过BE 研究来验证同一药物不同时期产品的前后一致性，如早期和晚期的临床试验用药品，临床试验用药品和拟上市药品。

需要测定BABE的情况 • 仿制药生产已有上市药品时：由于不同厂家的处方工艺不同，可能存在影响制剂生物利用度的因素，通过体内BE研究来比较仿制产品与原创药的生物等效性，如等效则可替代原创药使用。 • 新药或仿制药批准上市：如处方组成成分、比例以及工艺等出现较大变更时，进行进一步的人体BA 和BE 研究，求证变更后和变更前产品是否具有相同的安全性和有效性。 • 进口药品：在国人体内进行BE研究。

BABE研究方法 • 药代动力学研究方法通过测量不同时间点的生物样本（如血浆、血清）中药物含量，获得药物浓度-时间曲线，计算采用C-T曲线下面积（AUC），达峰浓度（Cmax）、达峰时间（tmax）等参数，反映药物从制剂中释放吸收到体循环的速度和程度，再通过统计学分析比较，判断两制剂是否生物等效。

BABE研究方法 • 药效动力学研究方法在没有可行的药代动力学研究方法如无灵敏的血药浓度检测方法、或浓度和效应之间无相关性等情况下，可以采用明确的可分级定量的客观临床药效学指标，获得药效-时间曲线（effect-time curve），来比较生物利用度、建立等效性。

BABE研究方法 • 体外研究方法 • 美国FDA 规定，高溶解度、高渗透性、快速溶出的口服制剂可以采用体外溶出度方法建立生物等效性。对于难溶性但高渗透性的药物，如果已建立良好的体内外相关关系，也可用体外溶出的研究来替代体内研究。 • 溶出试验一般应进行不同pH下溶解度曲线、转篮法或浆法在不同转速下的溶出试验、不同溶出介质（如水、pH1.2、4.5、6.8缓冲液等）中溶出试验。

BABE实验设计 • 受试者入选条件： • 一般情况应选择健康男性志愿者。特殊作用的药品，则应根据具体情况选择适当受试志愿者，如妇科用药，选择健康女性志愿者；试验药品可能引起受试者精神或躯体依赖性反应时，则应选择需要该类药品治疗的患者。

BABE实验设计 • 受试者例数为18～24例，年龄18-40周岁，同一批年龄相差<10岁。正常受试者的体重一般不应低于50 kg， • 绝对生物利用度试验选用经批准上市的相同药物静脉注射剂作为参比制剂。 • 相对生物利用度试验选用经批准上市的相同药物相同剂型的主导产品作为参比制剂 • 签定知情同意书 (written consent)

对乙酰氨基酚咀嚼片生物利用度研究志愿受试者知情同意书对乙酰氨基酚咀嚼片生物利用度研究志愿受试者知情同意书 • 我自愿参加对XXXX咀嚼片人体生物利用度和生物等效性研究。经过XXX大学XX临床药理研究所医生对本项研究所作的充分说明，我已经了解到，本项研究是经国家药品监督管理局批准，为证实对乙酰氨基酚咀嚼片在人体吸收程度合格性而进行的工作；我已经认识到该研究的意义、目的、药物作用、可能出现的不良反应以及有效的预防办法。试验期间我将按医生要求用药，不用任何其它药物；按要求进餐，不吸烟、不饮酒，适度活动；按规定时间接受血样采集和必要的观察。临床药理研究所将进行必要的监护并提供自愿受试者营养费，以保证工作顺利进行。鉴于此，我自愿参加对XXXX咀嚼片人体生物利用度和生物等效性研究，并按照试验要求与医务人员密切配合完成此项研究。 • 志愿受试者（签名）———————— • 年月日 • XXXX临床药理研究所 • 临床药理所医生（签名）_________ • 年月日

组1 组2 组3 周期1 制剂A 制剂B 制剂C 周期2 制剂B 制剂C 制剂A 周期3 制剂C 制剂A 制剂B BABE实验设计实验设计：拉丁方交叉给药

BABE实验设计 给药方案：普通制剂仅进行单剂量给药。以下情况下需要进行多次给药稳态研究： ①受试药品单次服用后活性成分浓度很低，难以用相应分析方法精密测定血药浓度； ②受试药品的生物利用度有较大个体差异； ③药物吸收程度相差不大，但吸收速度有较大差异； ④缓控释制剂；

BABE实验设计 • 生物样品采集时间点的确定 • 通常应有预试验，为设计采样点提供依据。 • 应用血药浓度法时，服药前应先取空白血样。 • 在药时曲线峰前部分至少取4个点，峰后部分取6个或6个以上点。总采样点不少于11个。采样持续到受试药原形或其活性物3～5个半衰期时，或持续采样至血药浓度为Cmax的1／10～1／20以后。

BABE实验设计 • 对受试者的要求试验前1日和试验期内勿饮用酒类和咖啡类饮料；试验前禁食过夜10小时。于次日早晨空腹服用受试制剂或参比制剂，用150～200ml温开水送服；服药2小时后方可再饮水，4小时后进统一餐。受试者服药后应避免剧烈运动，亦不得长时间卧床

生物等效性评价 • BABE评价，应从药物吸收程度和吸收速度两方面进行。药代动力学参数AUC和Cmax，经对数转换后进行交叉试验的方差分析与双单侧t 检验处理。 • 若受试制剂AUC的90％可信限落在参比制剂80%－125％范围内，Cmax的90％可信限落在70%－143％范围内，tmax经非参数法检验无差异，可以认定受试制剂与参比制剂生物等效。

数据处理 单次给药的BA和BE研究，应提供所有受试者服用试验药品和参比药品的AUC0-t，AUC0-µ、Cmax、tmax、t1/2、F等参数及其平均值和标准差。 Cmax和tmax均以实测值表示。AUC0-t以梯形法计算，AUC0-按以下公式估算：AUC0-= AUC0-t + Ct/λz

数据处理 多次给药研究：连续3次测定谷浓度确定血药浓度达稳态，选择一个给药间隔取样进行测定，并据此计算生物利用度。提供试验药品和参比药品的三次谷浓度数据(Cssmin)，稳态下的AUCss、Cssmax、tmax、t1/2和Frel等参数。 Frel = AUCssT/AUCssR×100％.

生物样本中药物测定方法 • 色谱法：HPLC, GC, LC-MS, LC-MS/MS，GC-MS，GC-MS/MS • 放射性核素标记法：应配合色谱法，保证检测的特异性。 • 放射免疫和酶标免疫方法：特异性、灵敏度较好，但母体药物与代谢物可能有交叉反应，须证明其特异性。 • 微生物法：能反映药效学本质，特异性较差，一般应与色谱法平行检查。

生物药剂学与药动学基本要求 • 药物的ADME过程及其影响因素 • 药动学基本概念、参数，掌握半对数回归的计算 • 单室模型静注给药的全部内容 • 单室模型静滴给药C-t关系式、药动学特点及有关问题 • 单室模型口服给药药动学特点、三个基本参数、残数法的原理 • 双室模型的药动学特点，隔室模型的判据

生物药剂学与药动学基本要求 • 多剂量给药的稳态的特点及有关问题 • 非线性动力学的过程及特点 • 平均滞留时间的基本概念及矩量法研究体内过程的原理 • 哪些药物、哪些情况下需要进行TDM?肾功能减退患者给药方案调整方法。 • 生物利用度与生物等效性的基本概念、三个基本参数、实验设计有关要求

考试题型 • 名词解释 • 填空 • 选择题 • 问答题 • 计算题 • 综合型试题

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第十四章新药的药物动力学研究