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早期藥物開發(fā)生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)中藥物滲透性預(yù)測

嘉峪檢測網(wǎng)        2022-06-10 13:30

BCS(生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng))根據(jù)化合物的溶解性和滲透性對化合物進行分類。生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)的提出旨在于生物豁免,減少對體內(nèi)生物等效性研究的需求,可以減少不必要的生物等效性研究,加速高質(zhì)量藥品的研發(fā)。在化合物眾多理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)中,選擇化合物溶解性和滲透性作為評價指標,可見兩者對于藥物體內(nèi)吸收,生物利用度和藥效的發(fā)揮起到舉足輕重的作用。

 

生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng):

 

根據(jù)BCS對溶解性的分類,即制劑的最大劑量所對應(yīng)的藥物是否能在體積不大于250mL、pH值在1.0~6.8的水溶性介質(zhì)中完全溶解,能完全溶解即為高溶解性藥物,反之則為低溶解性藥物。因此,藥物的溶解性跟最大使用劑量和溶解度有關(guān),建立測定藥物溶解度的方法有助于合理地對藥物溶解性進行評價。藥物的溶解度在體外很容易可以試驗進行獲得,而藥物的滲透性就顯得不易或許。

滲透性分類與API在人體內(nèi)的吸收程度間接相關(guān)(指吸收劑量的分數(shù),而不是全身的生物利用度),與API在人體腸道膜間質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率直接相關(guān),或者也可以考慮其他可以用來預(yù)測藥物在體內(nèi)吸收程度的非人體系統(tǒng)(如使用原位動物、體外上皮細胞培養(yǎng)等方法)對滲透性進行分類。當一個口服藥物采用質(zhì)量平衡測定的結(jié)果或是相對于靜脈注射的參照劑量,顯示在體內(nèi)的吸收程度≥85%以上(并且有證據(jù)證明藥物在胃腸道穩(wěn)定性良好),則可說明該藥物具有高滲透性。

原料藥按照BCS分為四類:

BCS I類:高溶解性-高滲透性;

 

BCS II類:低溶解性-高滲透性;

 

BCS III類:高溶解性-低滲透性;

 

BCS IV類:低溶解性-低滲透性。

 

藥物滲透性評價:Caco2細胞特征

在藥物早期開發(fā)中,使用體外細胞模型去評價藥物體內(nèi)滲透性可以節(jié)省時間和資源,加速藥物drug-like評價。其中細胞單層方法是藥物發(fā)現(xiàn)中最早使用的體外滲透性評價方法,最為為大家所熟知是Caco2。Caco2是可以無限分裂的人結(jié)腸癌細胞系,Caco2頂膜表面形成微絨毛形態(tài)與胃腸道上皮細胞的小腸絨毛比較相似,且表達眾多的細胞轉(zhuǎn)運體,包括p-糖蛋白(p-gp),乳腺癌耐藥蛋白(BCRP),多藥耐藥蛋白(MPR)等常見的外排型轉(zhuǎn)運蛋白,還包括葡萄糖,氨基酸,寡肽等參與物質(zhì)轉(zhuǎn)運的吸收型蛋白。

小腸上皮細胞線粒體中存在藥物代謝酶CYP3A4,其為肝中CYP3A4活性的70%。正常情況下,Caco2細胞代謝酶表達水平比較低,其中CYP3A4的表達水平也不明顯,這樣Ccao2細胞無法真實指明藥物在胃腸道的系前代謝情況。有研究表明,可以通過藥物的刺激或者CYP3A4基因的轉(zhuǎn)染,來提高Caco2細胞中CYP3A4的表達。Ccao2細胞的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)運體及代謝酶與胃腸道上皮細胞相似,比較靠近真實的胃腸道藥物可能“遭受”的吸收與代謝情況,進而用于預(yù)測藥物體內(nèi)的滲透性情況。

 

早期藥物開發(fā)生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)中藥物滲透性預(yù)測

 

圖1 單層Caco2細胞滲透性試驗裝置(來源于參考文獻2)

 

圖1為細胞的滲透性試驗裝置,將細胞置于上述裝置中,培養(yǎng)細胞生長連接成片,鋪滿整個多孔的濾膜。隨著時間推移,細胞將形成微絨毛,并表達眾多的轉(zhuǎn)運體。測定代謝兩到三周可以加入1a-25-二羥基維生素D誘導(dǎo)CYP3A4的表達。理想狀態(tài)形成單層細胞單層,也可能形成細胞單層與細胞多層的混合。細胞之間一定不能存在縫隙,否則化合物將通過縫隙通過多空濾膜。

 

Caco2細胞評價藥物滲透性試驗設(shè)計:

 

利用這項技術(shù)可以進行多種不同的滲透性實驗。最簡單的實驗是將被試化合能人到加胞單層的頂膜側(cè)(A)緩沖液中,基底側(cè)(B)緩沖液中則不含被試化合物,試化合物從頂膜側(cè)隔室穿過細胞,擴散到基底側(cè)隔室。在1~2小時之后的某個特定到問點,分別從兩側(cè)隔室取一定量的樣品,采用HPLC或液相色譜-質(zhì)譜法(LC/MS)兩側(cè)被試化合物的濃度,計算滲透速率。這種從頂膜側(cè)到基底側(cè)的擴散試驗(A→B)得到吸收方向的滲透速率,可以模擬胃腸道的吸收。一些研究小組已將上述滲透速率(P)與小腸吸收或劑量吸收百分比(FA)關(guān)聯(lián)起來。這種相關(guān)性一旦建立,即可以幫助藥物化學(xué)家預(yù)測其化合物在體內(nèi)的吸收。

另一種實驗是將含被試化合物的緩沖液置于細胞單層基底側(cè),不含被試化合物緩沖液置于頂膜側(cè),該實驗用于研究被試化合物依賴細胞膜轉(zhuǎn)運體的滲透性。如果A-B方向的滲透性(PA-B)與B→A方向的滲透性(PB-A)相同,那么該化合物主要通過被動擴散滲透;如果兩個方向的滲透速率存在顯著差異,則可能有轉(zhuǎn)運體參與滲透。一般認為,如果PA-B大于PB-A且PA-B/PB-A≥2,表明化合物可能經(jīng)主動轉(zhuǎn)運攝取。如果PA-B小于PB-A且PB- A/PA-B≥2,表明化合物可能經(jīng)主動轉(zhuǎn)運外排。

 

早期藥物開發(fā)生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)中藥物滲透性預(yù)測

 

圖2 Cell layer efflux assays measure the permeability both the apical to basolateral (A-B) and basolateral to apical (B-A) directions and calculate an efflux or transport ratio. A ratio >2 indicates efflux. (來源于參考文獻2)

 

細胞單層滲透性測定一直采用多種條件,一些需要考慮的重要變量包括被試化合物濃度、頂膜側(cè)和基底側(cè)隔室水相緩沖液的pH、基底側(cè)隔室隔絕被試化合物所使用的材料和頂膜側(cè)隔室助溶劑的使用。

Caco-2滲透性測定值存在實驗室的差異,但有時也需要制定一個標準去表征測試化合物的滲透性強弱:

低滲透性:Papp<2*10-6cm/s

 

中等滲透性:2*10-6cm/s <Papp<20*10-6cm/s

 

高滲透性:20*10-6cm/s <Papp

 

Caco2模型的驗證

 

由于Caco2轉(zhuǎn)運體表達的差異,可能造成實驗室的測定數(shù)值的存在區(qū)別,每個實驗室都應(yīng)建立明確外排轉(zhuǎn)運和攝取轉(zhuǎn)運的比值,進行方法的驗證,通過對已知底物進行測試并對得到的數(shù)值進行比較。大多數(shù)公司,使用質(zhì)控化合物進行實驗,分別驗證Caco2細胞對于化合物的外排(例如地高辛),細胞旁路滲透(阿替洛爾),被動轉(zhuǎn)運(普萘洛爾),這樣以確保建立模型可靠性。Caco2細胞表達多個轉(zhuǎn)運體,對于可以通過同時被多個轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運的化合物來說,這樣可能造成轉(zhuǎn)運結(jié)果難以判斷,除非使用特異性抑制劑進行對照試驗。

盡管Caco2細胞模型尚存在不足,比如:

細胞培養(yǎng)時間過長(21d),培養(yǎng)過程需要不斷地更換培養(yǎng)液,成本高;

 

細胞模型本身為純細胞系,缺乏在小腸上皮細胞中的黏液層,無法真實體現(xiàn)胃腸道的真實胃腸道環(huán)境;

 

缺少細胞培養(yǎng)標準以及試驗操作標準,使不同試驗試驗結(jié)果差異,使得結(jié)果有時缺乏可比性;

 

由于Caco-2細胞來源于人結(jié)腸,因而該細胞的轉(zhuǎn)運特性、酶的表達以及跨膜電阻相對更能反映結(jié)腸細胞而非小腸細胞等等。

但是,不可否認的是,建立與應(yīng)用Caco2細胞模型可以被認為是藥物吸收研究方面取得的重要成就,而且隨著改進細胞模型的建立和培養(yǎng)裝置、檢測設(shè)備等新技術(shù)的應(yīng)用,其在新藥研發(fā)中必將發(fā)揮出重要作用。藥物發(fā)現(xiàn)階段,通過體外的評價手段,可以加快項目的快速推進,節(jié)省時間與資源的投入。利用人小腸上皮Caco-2細胞單層來進行藥物小腸吸收的細胞水平實驗,已經(jīng)成為一種預(yù)測藥物在人體小腸吸收以及研究藥物轉(zhuǎn)運機制的標準篩選工具。

 

參考文獻:

 

1.人體生物等效性試驗豁免指導(dǎo)原則

2.Drug-like Properties: Concepts, Structure Design and Methods : from ADME to Toxicity(Optimization Permeability Methods/ Transporter Methods)

 
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來源:藥事縱橫

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