纳米药物的有效性与安全性评价

1第14章纳米药物的有效性与安全性评价14.1概述大量的研究已证明，纳米粒具有特殊的生物学特性。纳米载药系统能使许多药物的药效学和安全性特征发生较大或根本性变化，从而使其临床使用价值大大提高[1]。近年来，纳米技术正广泛用于改善药物的释药性能和药动学特征、提高治疗药物的靶向性、降低药物的毒性或用作基因治疗的载体等。纳米制剂已成为解决药物制剂难题的一项重要手段。在纳米药物的研究开发中，纳米制剂的有效性和安全性是倍受关注的问题。近年来，对纳米药物的有效性和安全性研究已取得了一些进展。在有效性研究方面，集中于提高难吸收药物的生物利用度、抗肿瘤药物的组织靶向性、提高药物的脑靶向性分布、作为基因治疗载体的表达效率等研究。安全性评价方面主要研究纳米药物降低药物的全身性毒性、纳米载药系统的细胞毒性评价、纳米脑靶向药物对血脑屏障的影响等。但至今纳米药物在有效性和安全性评价方面的技术性规范尚未建立。对纳米药物的有效性和安全性评价，应遵循新药药理毒理学研究的一般原则，同时应结合纳米粒的生物学特性，有针对性增加相关性研究，如纳米药物在用药局部的致炎性、纳米药物对机体免疫系统的影响、纳米材料的生物相容性与细胞毒性、吸入性纳米药物在肺部的沉积、纳米粒对血液循环系统的影响、纳米粒对各种屏障系统的损伤等。纳米药物的脑组织分布及对神经系统的损害、纳米药物的致突变性、纳米药物对靶向组织的致癌性也应认真考虑。14.2纳米药物的药物动力学评价14.2.1药物动力学评价方法药物动力学(Pharmacokinetics)是研究机体对药物处置规律的科学。血药浓度经时变化规律的研究是药物动力学的基本内容，由此可得到药物在机体内的动力学参数。系统的药物动力学包括机体对受试物的吸收、分布、代谢及排泄等过程的研究。随着药物动力学学科的发展，形成了一些新的分支，包括疾病状态下的药物动力学、群体药物动力学及药物代谢物的动力学等。内源性药物代谢动力学、生物技术产品药物动力学、中药药动学等也已引起重视。药物动力学研究常用方法是整体动物实验，离体实验方法如透皮吸收、细胞培养方法如结肠腺癌细胞株（Caco-2）单层小肠吸收模型等常用于评价药物的经皮或经肠道吸收情况。药物动力学研究在新药研制及评价中具有十分重要的意义，是新药和新制剂研制的基本内容。目的在于认识药物进入体内后的转运、药物从体内排出的形式与速度、不同剂量下变2化的异同等规律。系统的药物动力学研究可以提供药物多方面的信息，为药物的有效性与安全性评价提供依据。其实用价值包括：①利用药物消除半衰期指导临床用药方案的制定；②通过生物利用度研究进行药物等效性评价；③通过药物的组织分布研究分析药物作用的靶向性；④通过药物代谢研究发现新的活性化合物；⑤通过比较药物动力学研究使不同用药人群用药群体化；⑥通过疾病状态药物动力学调整用药方案；⑦通过多剂量药物动力学研究评价药物的蓄积作用；⑧通过药物动力学研究指导新药的定向修饰；⑨通过排泄实验分析药物的消除情况。药物动力学包括非临床药物动力学和临床药物动力学。非临床药物动力学研究内容较广泛，并可为临床药物动力学研究提供大量信息。以下主要介绍非临床药物动力学的研究方法。1药物动力学研究总体要求①药物：试验样品应符合质量标准要求，并与药效学和安全性评价所用样品一致。应全面了解药物的物理和化学性质，并按其理化特性的要求保存试验样品。②动物：通常应选择啮齿类（大鼠）和非啮齿类动物（犬）进行实验，雌雄动物各半。不宜选用草食动物进行吸收实验。应考察不同年龄和不同生理状态动物的差别。③剂量：应进行不同剂量的药动学研究，以考察吸收和消除过程是否为一级动力学过程。一般设3个剂量组，高剂量接近最大耐受量，低剂量接近最低有效剂量。④给药途径：一般应与临床拟用途径一致，水溶性药物还应进行静脉给药途径研究。2生物样品药物分析方法的建立与确证生物样品的药物分析方法的建立是药物动力学研究的基础。近年来，药物分析方法发展迅速，除常用的微生物法、色谱法、放射性标记法外，色谱-质谱联用、免疫学方法也已较广泛应用。在建立方法后应按要求进行特异性、准确度、精确度、灵敏度、稳定性等研究。分析方法应建立测定的标准曲线，并确定最低定量限（LOQ）和线性范围。标准曲线应覆盖样品可能的浓度范围，系列浓度包括5～8个不同浓度的样品，并另设不含药物的空白样品。特异性是样品中存在干扰成分（主要是生物样品中内源性物质）情况下，分析方法是否能准确、专一测定药物及其代谢物。一般用样品的制样方法进行提取，测定其色谱和光谱行为，并与分析物溶剂进行比较，以确实有无干扰。准确度指测得的生物样品浓度与真实浓度的接近程度，一般用药物回收率表示。应在标准曲线的范围内选择低、中、高3个浓度，每个浓度至少测定5次。应注意考察最低定量限附近的回收率。通常认为回收率应达至70%以上。精确度是指同一样品多次测定的结果符合程度，用相对标准偏差（RSD）表示。可细分为日内精3确度和日间精确度。日内应选择3个浓度，重复测定5次。日间应在不同时间测定5次以上。稳定性是考察样品在采取、制样、贮备、测定过程中的稳定情况，以确定适宜的相关条件和注意事项。生物样品通常在-20℃保存，不宜反复冻融，测定时适当避光，测定时放置时间不超过24h。3药物动力学研究项目血药浓度-时间曲线：常称为药-时曲线，是计算血药动力学参数的基础。实验动物一般雌雄各半，每个采样点不少于5个数据，尽可能得到每个动物的完整药时曲线。采样点分布一般包括吸收相2～3个点，平衡相至少3个点，消除相4～6个点。采样持续时间为3～5个消除半衰期或血药浓度降至峰浓度的1/10～1/20。所得药动学参数血管内给药包括消除半衰期（t1/2）、表观分布容积（Vd）、药时曲线下面积（AUC）、清除率（CL）、平均滞留时间（MRT）等，血管外还应包括达峰时间（Tmax）和峰浓度（Cmax）。吸收：血管外给药的药物应研究药物的吸收部位和吸程度，并应考察食物对吸收的影响。口服给药的吸收部位主要在小肠，少数药物亦可能在胃部吸收，局部给药在用药部位吸收。生物利用度是指药物进入体内的程度和速度，根据参比药物用药途径不同分为绝对生物利用度和相对生物利用度。同一药物血管外给药与血管内给药的比较称为绝对生物利用度；血管外给药间的比较则称为相对生物利用度。分布：应有针对性地对药物的效应部位及毒性靶组织进行药物浓度检测。测定多个采样点的分布情况，通常在血药峰浓度时设1个采样点，在消除相再设1～2个采样点。通过测定脑脊液和乳汁中药物浓度，以考察药物通过血脑屏障、血乳屏障情况。应特别注意监测药物浓度高、蓄积时间长的器官和组织中药物浓度变化情况。代谢：创新药物应进行代谢类型、代谢途径和代谢物确证的研究。还应进行药物对药物代谢酶影响的研究，观察对细胞色素P450同工酶的诱导或抑制作用，以便分析药物代谢的相互作用。可根据药物结构，分析可能出现的代谢物。也可通过体内代谢物检测，推断药物的代谢途径。排泄：通过对尿液和粪便中药物和代谢物的回收测定，分析药物从体内排泄的主要途径。当药物代谢物情况不明确时，可通过同位素标记的方法，测定药物和代谢物总体排泄情况。用尿液、粪便中药物回收的总量计算出尿液和粪便中药物排泄率。当胆汁药物浓度较高时，应分析是否存在药物肝肠循环过程。药物的血浆蛋白结合率：常采用平衡透析法测定，也可采用凝胶过滤、超过滤、分配平衡4等方法测定。药物血浆蛋白结合率大小影响药物的分布和消除。当血浆中存在不同药物与同一蛋白竞争结合时，可能出现药物体内的相互作用。4药物动力学数据处理与分析血药浓度-时间曲线通过药物动力学计算得到相关动力学参数。国内常用软件为中国药理学会数学药理专业委员会编写的3P87（3P97）实用药动学计算程序及大型药理学计算软件DAS（DrugandStatistics）。国外软件有美国WinNonlin软件和NONMEN软件。药动学数据处理时应判断属线性还是非线性动力学模型。采用房室模型分析时，应判断房室模型情况。具体使用方法参考软件使用介绍。14.2.2纳米药物的药物动力学特征药物通过纳米化，其理化性质如溶出度、饱和溶解度、晶型、溶出速度、亲水亲脂性等界面化学性质发生了改变，进而影响其生物药剂学及药物动力学行为，如生物粘附性、在胃肠道的化学稳定性、口服生物利用度、缓控释特性和靶向特性等，最终达到增强药物疗效、降低药物不良反应、提高药物治疗指数、增强制剂顺应性等目的。1纳米药物的吸收吸收是药物从用药部位进入体内的过程。药物非血管内给药方式都有吸收过程。药物的吸收大多通过被动过程，仅少数药物为主动吸收。药物因理化性质不同和用药部位不同，生物利用度存在较大的差异。同一药物因剂型或粒径的不同，生物利用度也可发生很大变化。一些难溶性药物、不稳定药物或大分子药物进行纳米化技术处理，能明显提高药物的生物利用度，从而提高药物治疗效果。药物的水溶性差影响药物的稳定性和生物利用度。将水溶性差的药物纳米化，制备的纳米悬浮液，生物利用度优于胶束溶液，所用表面活性剂的量大大减小，而且使药物缓释，易于靶向作用于肺脏、肝脏和脾脏[2]。神经激肽受体拮抗剂阿瑞吡坦（aprepitant）在小肠碱性环境中水溶性低，难以吸收。阿瑞吡坦纳米化制剂，可增加药物的表面积，从而增加药物的溶解性，与胶束剂相比，纳米制剂不仅能提高生物利用度，还可消除食物对吸收的影响[3]。用纳米粒载带水溶性差的药物亦可改善吸收。环孢素A化学结构为环状11肽，不同助溶剂对环孢素A羟丙甲纤维素酞酸酯纳米粒在体内相对生物利用度的影响不同[4]。制备酸敏感纳米粒也可提高生物利用度。用溶剂分散法制备环孢素A酸敏感纳米粒CyA-HPMCP，与环孢素A微乳进行相对生物利用度比较，相对生物利用度提高19.6%[5]。用聚甲基丙烯酸树脂—甲基丙烯酸复合体制备环孢素A酸敏感纳米粒，与环孢素A微乳的相对生物利用度比较能提高13.6%～532.5%[6]。纳米粒经修饰后可进一步提高其从肠道的吸收，采用Caco-2细胞作为体外模型评价口服生物降解聚合物纳米粒的摄入。细胞对维生素E和维生素E的衍生物（TPGS）包裹的聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）纳米粒的摄入量为聚乙烯乙醇（PVA）包裹的PLGA纳米粒的1.4倍，为裸聚乙烯苯纳米粒的4～6倍[7]。2纳米药物的组织分布纳米药物重要的生物特性为靶向性分布，靶向的形成主要是由于生物体对纳米粒转运方式的改变。纳米粒具有尺寸效应，可以透过血管内皮细胞进入器官或组织。纳米粒的表面修饰可提高靶细胞对纳米粒的识别。纳米药物靶向性根据层次可分为：①组织与器官靶向，即药物对某一特殊器官或组织具有靶向性，如对肝脏、大脑或肿瘤组织具有靶向性；②细胞靶向，即药物对机体某类细胞或某种器官、组织中的某类细胞具有靶向性；③细胞器靶向，即对特异性细胞内某种细胞器具有靶向性。纳米药物靶向性根据转运方式可分为3种：①被动靶向，即自然靶向，纳米药物通过生理过程从毛细血管内渗透进入器官或组织。被动靶向主要通过网状内皮系统的吞噬作用而实现。肝脏、脾脏、肺和骨髓等组织富含吞噬细胞，是纳米粒的主要靶向组织。静脉给药后，粒径小于50nm的粒子，能过过肝内皮细胞、淋巴系统到达脾脏和骨髓，或能进入肿瘤细胞。粒径50～100nm的粒子，进入肝实质细胞。粒径100～200nm的粒子，被吞噬细胞吞噬进入肝星形细胞。粒径大于是1000nm的粒子，被毛细血管网摄取或肺内毛细血管机械截留而被动靶向于肺。②主动靶向，纳米药物通过靶细胞膜特异性转载系统进入靶细胞内。纳米粒表面经特殊修饰，可防止网状内皮细胞的吞噬，经靶向细胞表面特异性转载系统的作用而进入靶组织或器官。③物理靶向，利用磁力、温度、pH等条件将药物输送至靶细胞内。（1）组织与器官的靶向性药物的脑靶向输送是一种重要的靶向药物输送方式。一般药物不能自由地通过血脑屏障（BBB）进入脑内，需要通过脑毛细血管内皮细胞上特异性受体进行运输。聚乙二醇（mPEG）-聚乳酸（PLA）/聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）具有良好的安全性和缓释作用，制成特异靶向性免疫纳米粒，通过连接细胞表面受体可将包裹的药