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学术报告

2023-04-23
有济说 | 放射性同位素示踪技术在非临床药代动力学研究中的应用
来源: 作者: 浏览次数:791

     新药研发过程中,了解候选药物在用于毒理和药效评价中的动物种属和人体体内的变化过程至关重要。通过药代动力学研究,以不同的方式检测原形药物及其主要代谢物的浓度水平以阐明药物在体内、体外的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)等性质是药物开发过程中重要的研究内容之一,也是药物注册过程中不可缺少的关键部分。传统的检测手段包括HPLC-UV(HPLC-紫外检测)HPLC-FL(HPLC-荧光检测)LC-MS/MS法等。放射性同位素示踪技术以其特有的优势,越来越多的应用到临床前及临床药代动力学研究中。




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一、放射性同位素标记方法的选择

使用放射性同位素示踪技术进行ADME研究,选择合适的放射性核素和标记位置至关重要。常用的核素有14C3H125I32P35S等。对于小分子化合物,14C3H是最常用的放射性核素,其特点主要有[1-2]:① 14C3H发出的是很安全的低能β射线,易于防护;② 使用液闪进行检测,实验操作及结果检测十分方便。


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在药代动力学研究中,基于14C特有的性质,已成为最常用的放射性核素;与14C放射性核素相比,3H标记由于其标记物容易与环境中的1H原子发生交换,导致其稳定性较差使其应用受到了一定的限制;125I主要用于蛋白/多肽类药物研究;32P35S等较少使用。


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标记位置的选择,应该远离化学活性位点和代谢易受攻击位置,因为一旦这些不稳定基团脱离母体化合物,就失去了对母体药物及主要代谢物的示踪能力。对于14C一般应首先考虑对分子结构中的芳香环或脂环上的C原子进行标记[3-4],尽可能避免在羧基、羟基、巯基、氨基等活性部位进行标记。对于代谢物攻击位点正好在药物的活性中心时,采取双标记技术的放射性示踪剂是必要的,最好选用不同能量或发射不同类型射线的核素[5],例如14C/3H14C/125I等。

另外,标记的纯度也是影响研究结果的重要因素,一般通过放化纯度和比活度来评价。对于14C3H标记化合物的放化纯度与化学纯度一般均应≥95%,并不含有>1%的单一杂质[2]






二、放射性同位素标记药代动力学研究的应用范围

1

体外药代动力学研究


体外代谢研究:通常采用肝微粒体或S9、肝细胞进行体外孵育,通过放射性检测和LC/MS/MS对样品进行色谱分析,来追踪和鉴定代谢物,获得全面的人和动物(如小鼠、大鼠、兔、犬、猴等)体外代谢产物谱、显示种属差异、帮助毒理及药代研究动物种属的选择。

体外肠吸收研究:对于口服药物的研发,药物的肠道渗透性是影响药物生物利用度的关键因素,采用Caco-2细胞模型,结合放射性同位素示踪技术已广泛用于评价药物肠道渗透能力[5-7]。与传统的LC-MS/MS方法相比,同位素探针药物的测定操作简单,耗时短并且检测限低,并被FDA推荐应用。基于本实验室的研究经验和指导原则[7]中的要求,不同渗透性类别的同位素标记对照药总结如下。


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体外基于转运体的DDI研究:药物转运蛋白直接参与药物的吸收、分布、排泄等药动学行为[8],基于转运体的DDI研究是非临床药代动力学研究中重要的环节。采用稳定表达转运蛋白的细胞系结合放射性同位素示踪技术,因其操作简单、快速、检测限低等优势,在药物基于转运体的DDI研究中得到越来越广泛的应用。基于本实验室的经验及文[5]中的报道,常用的转运蛋白和相应的同位素标记探针底物总结如下。


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2

体内药代动力学研究


药物及其代谢物总体的系统暴露和生物利用度研究:动物给药后,通过检测全血或血浆中总放射性,研究药物(代谢物)的系统暴露和生物利用度。


物料平衡、清除机制及排除途径研究:分析和鉴定从血浆、尿、胆汁和粪便收集到的放射性物质,结合色谱与质谱技术,分析、鉴定原形药物和代谢产物。


组织分布研究:通过氧化燃烧分析或定量全身放射自显影技术(QWBA),研究药物及其代谢物在体内的分布情况。


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三、放射性同位素标记药代动力学研究中常见的问题和解决方案


问题1:给药剂量计算及给药过程有哪些注意点?

1)给药剂量除按常规剂量水平(mg/kg)表示外,还需提供放射性剂量(µCi/kg),每只动物的实际给药量按照µCi/动物或dpm/动物计算,一般临床前研究动物给药剂量设置为100 µCi/动物;

2)一般采用称重法确定实际给药量,即注射器给药前后的重量差。

问题2:样品采集及终点确定?

1)样品类型:除了常规的全血、血浆、尿、胆汁、粪便、组织等样本外,注意必要时对笼具清洗液进行收集。

2)采集时间及采集终点的要求:血液样本的收集时间点可根据药物的药代动力学参数决定;排泄物一般采样7~10天(对于长半衰期的药物,应适当延长采样时间),或采样至排出的放射性量超过给药量的90%或连续2天的排出放射性量小于放射性给药剂量的1%

3)回收率:进行小动物(如小鼠、大鼠等)物质平衡试验时,如总放射性回收率<90%,应测定尸体残留总放射量。

问题3:样品处理与分析与传统方法的区别?

1)与传统的LC-MS/MS法相比,在样品处理与分析过程应密切关注放射性的回收率,一般总回收率应≥85%;

2)使用HPLC在线或离线放射性检测仪帮助鉴定工作中对代谢产物的监测。


总结

放射性同位素标记示踪技术在药物研发过程中,特别是在药代动力学研究中得到了广泛的应用。基于其特有的优势,与传统的生物分析技术互为补充,在药物动力学表征、组织分布、代谢/排泄机制和物质平衡中发挥了积极的作用。


有济医药已成功取得辐射安全许可证,可以承接3H14C125I99mTc等放射核素标记物的非临床与临床相关研究。目前已经承接和开展多项非临床及临床研究项目,放射核素涵盖3H14C125I,药物类型包括小分子及多肽类药物,研究类型涵盖体内及体外(含肠道吸收及转运体)等研究。



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参考文献:

[1] Philipp Uhl, Gert Fricker, Uwe Haberkorn, Walter Mier. Radionuclides in drug development [J]. Drug Discov Today, 2015 Feb;20(2):198-208.
[2] 《药物非临床药代动力学研究技术指导原则》(2014年5月)
[3] Huskey S E, Zhu C Q, Fredenhagen A, et al. KAE609 (Cipargamin), a new spiroindolone agent for the treatment of malaria: Evaluation of the absorption, distribution, metabolism, and excretion of a single oral 300-mg dose of [14C]KAE609 in healthy male subjects [J]. Drug Metab Dispos, 2016, 44(5): 672-682
[4] Chen Y, Skende E, Lin J, et al. Absorption, distribution, metabolism, and excretion of [(14)C]-dasotraline in humans [J]. Pharmacol Res Perspect, 2017, 5(1): e00281.
[5] Huang S M, Temple R, Throckmorton D, et al. Drug interaction studies: study design, data analysis, and implications for dosing and labeling [J]. Clin Pharmacol Ther, 2007, 81(2): 298-304.
[6] 魏敏吉. 创新药物药代动力学研究与评价 [M]. 北京: 北京大学医学出版社. 2008.
[7] 《人体生物等效性试验豁免指导原则》,(2016年5月)
[8] FDA Guidance for Industry: In Vitro Drug Interaction Studies —Cytochrome P450 Enzyme- and Transporter-Mediated Drug Interactions, January 2020.
[9] FDA Guidance for industry developing medical imaging drug and biological products part 1: conducting safety assessments[S].MD:FDA,2004.
[10] U.S. Food and Drug Administration. Guidance for industry developing medical imaging drug and biological products part 2: clinical indications [S].MD:FDA,2004.
[11] U.S. Food and Drug Administration. Guidance for industry developing medical imaging drug and biological products part 2: design, analysis, and interpretation of clinical studies [S].MD:FDA,2004.



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