chapter5 生物药剂学在新药发现阶段的实际应用

药物研究与开发刘美凤[e-mail]生物药剂学研究内容剂型因素1生物因素2体内吸收机理等研究3生物药剂学是研究药物及其制剂在体内的吸收、分布、代谢与排泄过程中药物的剂型因素、生物因素与药效包括（疗效、副作用及毒性）三者之间关系的一门学科研究内容药物作用的三个重要相给药剂量剂型崩解药物溶出可被吸收的药物药物利用度吸收、分布、代谢、排泄可产生作用的药物生物利用度药物与靶点相互作用效应药剂相药代动力相药效相影响药物胃肠道吸收的剂型因素◆药物的脂溶性与解离常数pKa◆药物的溶出速度◆药物的粒径◆药物的晶型◆溶剂化物与盐型药物理化性质的影响隔室模型的种类单室模型双室模型多室模型身体X0k中央室周边室k12K21X0k10中央室周边二室k12K21X0k10周边一室k13k31定量研究药物在ADME过程中的变化，隔室是具有动力学均一性的模型药物动力学基本参数生物半衰期（t1/2）清除率（Cl）药物在体内的量或血药浓度消除一半所需的时间单位时间内机体或某器官能消除相当多少毫升血中所含的药物生物利用度的种类绝对生物利用度=×100%相对生物利用度=×100%是指制剂中的药物吸收进入体循环的相对程度和相对速度（AUC0→∞）试验制剂（AUC0→∞）静注（AUC0→∞）试验制剂（AUC0→∞）标准参比制剂生物利用度的三个主要参数两种制剂血药浓度－时间曲线比较PAMPAPAMPA:人工膜平行测量细胞通透性的方法使用卵磷脂和惰性有机溶剂混合液在一个疏水的滤板担体上，作为生物膜评价分子的通透性不能完全预测出通透性，但能给出分子的被动扩散穿膜能力的趋势在进行大量化合物库筛选时有一定价值Caco-2细胞--体外吸收研究的细胞模型无论是开发新药还是开发新的给药途径，化合物在体内的吸收特性都非常重要。Caco-2细胞是人结肠肠癌上皮细胞(TheHumanCoclonCarcinomacellLine:Caco-2)其标志酶的功能表达及通透特征也与小肠类似，因而被大多数实验采用作为研究小肠表皮细胞转运和代谢的体外模型，在国外，Caco-2细胞被广泛用于新药筛选及吸收机制研究利用人小肠上皮Caco-2细胞单层来进行药物小肠吸收的细胞水平实验，现在已经成为一种预测药物在人体小肠吸收以及研究药物转运机制的标准筛选工具。Caco-2细胞建立了细胞水平的体外吸收研究模型，并对该模型进行了系统的评价与优化，为高通量筛选与评价候选化合物及天然产物的吸收特性、研究其吸收机制、筛选促吸收剂提供了良好的技术平台Caco-2细胞模型的特点和优势具有相对简单、重复性较好、应用范围较广的特点来源于人的直肠癌，结构和功能类似于人小肠上皮细胞，并含有与小肠刷状缘上皮相关的酶系。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，这与正常的成熟小肠上皮细胞在体外培育过程中出现反分化的情况不同。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胞饮功能的检测也表明，Caco-2细胞与人小肠上皮细胞类似，这些性质可以恒定维持约20天。由于Caco-2细胞性质类似小肠上皮细胞，因此可以在这段时间进行药物的跨膜转运实验。存在于正常小肠上皮中的各种转运系统、代谢酶等在Caco-2细胞中大都也有相同的表达，如细胞色素P450同工酶、谷氨酰胺转肽酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、葡萄糖醛酸酶及糖、氨基酸、二肽、维生素B12等多种主动转运系统在Caco-2细胞中都有与小肠上皮细胞类似的表达。由于其含有各种胃肠道代谢酶，因此更接近药物在人体内吸收的实际环境。Caco-2细胞模型的应用Caco-2细胞模型在新药吸收评价方面Caco-2细胞中存在有与小肠上皮相同的各种转运系统、代谢酶，因此可用来作为研究与吸收相关的药物相互作用的体外模型人体小肠中存在着丰富的细胞色素P450同工酶，拓展药物小肠代谢研究药物吸收体内外相关性研究Artursson.P等人首次用Caco-2细胞模型研究了药物的被动扩散机制,测定了被动扩散吸收的药物的表观通透系数(Papp)，发现：吸收良好的药物Papp10-6cm/s吸收一般的药物1.0´10-7≤Papp≤1´10-6cm/s吸收差的药物Papp10-7cm/s药物名称Papp（cm·sec-1）F(%)氯苄律定4.99×10-710.7黄芪甲甙6.65×10-82.3盐酸关附甲素4.14×10-593.0试验结果如上表所示,发现药物的正向表观通透系数Papp的大小和药物的生物利用度有很好的相关性,说明Caco-2细胞模型可以比较准确地预测药物的吸收情况。二氢吡啶类药物的Caco-2模型数据库用Alchemy2000计算几种二氢吡啶类药物的有关参数后用SAS程序进行一次回归Papp=-4×10-4（LogP）2+0.0019LogP-0.0021Papp=6×10-5(pKb)2-0.0007pKb+0.0022Papp=3×10-8V2-2×10-5V+0.0031本实验研究的五种二氢吡啶类药物的最佳解离度在pH5.3左右，最佳LogP值在2.4左右。分子体积对吸收的影响较小。通过比较我们发现pKb对Papp值影响较大。pKb在5.29时Papp达最大值，提示我们今后如果要对二氢吡啶类药物进行结构改造时，可以尝试控制pKb在5.3左右的范围，以提高吸收能力。利用Caco-2细胞模型研究了P-糖蛋白（P-gp）对药物吸收的影响研究显示，盐酸小檗碱及其衍生物、人参皂苷Rg1等均为肠上皮P-糖蛋白的底物使用P-糖蛋白抑制剂可以显著改善其吸收，动物实验发现其吸收在使用P-糖蛋白抑制剂后生物利用度显著提高相关研究成果已发表于PlantaMedica,BiolPharmBull,PharmacolandToxicol等国际权威期刊Caco-2细胞其它相关研究国际上首次建立Caco-2细胞缺氧复氧损伤模型，并结合整体模型研究了烧伤对二肽类物质吸收特性的影响国际上首次建立Caco-2细胞缺氧复氧损伤模型，并结合整体模型研究了烧伤对二肽类物质吸收特性的影响首次发现缺氧复氧损伤后Caco-2细胞寡肽转运体（PepT1）的表达下调，重组人生长激素可上调该转运体的表达水平，对创伤后二肽底物等营养物质的促吸收研究具有重要指导意义，相关研究论文发表在WorldJGastroenterol上国际上首次应用Caco-2细胞模型研究了布洛芬类药物的系统前转化问题，建立并优化了手性药物系统前转化研究模型Caco-2细胞的缺点和对策尽管Caco-2细胞模型具有诸多优点，但仍然存在某些缺陷：如形成完全分化并具有紧密连接的单层细胞生物膜所需培养时间较长(2~28天)缺乏分泌黏液的功能，不似小肠上皮能够形成黏液层缺少或低表达某些药物代谢酶和转运体等研究者们因此就这些缺陷对模型本身进行的改进和对策：研究人员选用biocoat肠上皮细胞分化环境(BIEDE)来培养Caco-2细胞，优化了细胞培养条件添加HT29细胞共培养小肠的吸收作用与黏液层的存在密切相关。利用重组技术在Caco-2细胞中引入GYPcDNAs，从而提高了CYF3A4和CYP2A6的表达，细胞生物学方法诱导药物代谢酶的表达，开拓了Caco-2模型在研究药物首过代谢方面的应用，提高了其体内相关性。DMCK细胞株DMCK细胞株是从狗肾上皮细胞中得到的该细胞株培养3-7天后，细胞单分子层可达到完全分化可用来研究P-gp对经上皮细胞转运的贡献