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【作者簡(jiǎn)介】陳美玲，女，助理研究員，碩士研究生，現(xiàn)任湖南普瑞瑪藥物研究中心有限公司生物分析部部長(zhǎng)。2016年獲得軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥劑學(xué)碩士學(xué)位。目前主要從事藥物臨床前藥代動(dòng)力學(xué)、毒代動(dòng)力學(xué)研究以及體外透皮吸收研究，為公司承擔(dān)臨床前藥代動(dòng)力學(xué)和毒代動(dòng)力學(xué)研究以及體外透皮吸收研究200余項(xiàng)。以第一作者或共同第一作者發(fā)表研究論文6篇，其中SCI論文3篇，與他人共同發(fā)表研究論文6篇，其中SCI論文2篇。

肺部給藥也稱吸入給藥，是指運(yùn)用特殊的裝置，將藥物通過呼吸運(yùn)輸至肺部，發(fā)揮局部或全身作用的一種給藥方式。與其他給藥途徑比較，因肺泡表面積大，膜通透性高，肺部酶活性低，肺吸入制劑藥代動(dòng)力學(xué)（pharmacokinetic，PK）具有以下特征：① 藥物吸收迅速，無肝臟首過效應(yīng)；② 藥物在非靶器官的分布較低，可減少或避免藥物對(duì)機(jī)體的毒副反應(yīng)。隨著肺吸入制劑近年來的快速發(fā)展，針對(duì)肺吸入制劑 PK 研究的評(píng)價(jià)方法和手段也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。本文結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，對(duì)肺吸入制劑非臨床 PK 研究的一般策略進(jìn)行綜述，為肺吸入制劑的研究開發(fā)提供支持。

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肺吸入制劑非臨床PK研究的一般考慮

常用的肺吸入制劑主要包括定量吸入劑、干粉吸入劑、霧化吸入劑等。定量吸入劑又稱氣霧劑，是指將藥物與拋射劑裝于耐壓密閉容器中，借拋射劑將內(nèi)容物噴出使用的制劑；干粉吸入劑又稱粉霧劑，是指將藥物或與載體的混合物置于吸入裝置內(nèi)，通過患者自主吸入的一種制劑；霧化吸入劑又稱噴霧劑，是指將藥物或與輔料置于特制裝置中，借助手動(dòng)泵壓力、高壓氣體或超聲振動(dòng)將內(nèi)容物釋出使用的制劑。

與常規(guī)制劑不同的是，肺吸入制劑進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)主要有兩條途徑：第一條為部分藥物經(jīng)肺部吸入后，經(jīng)過黏液層、上皮細(xì)胞、基底膜、間質(zhì)組織吸收入血；第二條為其余部分藥物沉積于口腔，通過吞咽至胃腸道吸收入血。相比于藥物在胃腸道的吸收，藥物在肺部吸收的方式包括被動(dòng)擴(kuò)散、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)、淋巴細(xì)胞吞噬等，一般來說，藥物霧化后的粒徑大小和理化性質(zhì)對(duì)吸收方式及吸收部位有較大影響，如脂溶性較大的藥物吸收方式主要為被動(dòng)擴(kuò)散。

對(duì)于治療肺部疾病的肺吸入制劑，其有效性主要取決于沉積在肺部的藥物量，而其安全性需要考慮兩個(gè)方面，包括局部安全性和全身安全性。由于肺部藥物代謝與肝腸代謝存在較大差異，肺部酶活性普遍較低，且表達(dá)模式也不同，因此肺吸入制劑的有效性和安全性都需要特別關(guān)注藥物在肺部代謝物的暴露量、藥物間的相互作用、以及藥物是否可被肺部代謝酶活化等，以更好地評(píng)估其治療效果或毒性反應(yīng)。 

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肺吸入制劑非臨床PK研究的關(guān)注點(diǎn)

2.1　動(dòng)物種屬的選擇

肺吸入制劑的非臨床 PK 研究一般采用健康、成年的動(dòng)物進(jìn)行。在考慮與人體 PK 性質(zhì)相關(guān)性的前提下，盡可能選擇與毒理學(xué)和藥效學(xué)研究相同的動(dòng)物。創(chuàng)新性藥物應(yīng)選用兩種或兩種以上的動(dòng)物，其中一種為嚙齒類動(dòng)物，另一種為非嚙齒類動(dòng)物。其他藥物，可選用一種動(dòng)物，建議首選非嚙齒類動(dòng)物。大鼠是肺吸入制劑非臨床 PK 研究中最常用的動(dòng)物，尤其在研發(fā)初期，可用于候選藥物的篩選、劑量設(shè)計(jì)等。例如，孫杰等利用大鼠考察吸入與注射給予妥布霉素后體內(nèi)藥物的分布情況及毒性反應(yīng)。非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物（如食蟹猴）因其與人類在免疫學(xué)和解剖學(xué)上的相似性，也被用于開展一些特殊吸入制劑（如生物大分子）的非臨床 PK 研究。有研究顯示，與嚙齒類動(dòng)物相比，獼猴吸入給予西妥昔單抗時(shí)生物利用度更低 。此外，小鼠、兔等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物也可用于肺吸入制劑的非臨床 PK 研究。

 2.2　給藥準(zhǔn)確性的監(jiān)測(cè)

為了確保在吸入給藥時(shí)遞送藥物的準(zhǔn)確性，在給藥期間需對(duì)藥物遞送劑量、遞送均一性和穩(wěn)定性及空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在非臨床研究階段，通常在正式給藥前需對(duì)霧化生成方法及含量檢測(cè)方法進(jìn)行考察和驗(yàn)證。

2.2.1　遞送劑量的監(jiān)測(cè)

肺吸入制劑的非臨床 PK 研究通常采用吸入染毒暴露系統(tǒng)進(jìn)行。對(duì)吸入染毒系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，調(diào)整氣溶膠流量及稀釋氣流量，可霧化產(chǎn)生不同濃度的藥物顆粒。通過采樣瓶或合適的濾膜采集一定時(shí)間內(nèi)任意霧化通道霧化后的氣溶膠顆粒（一般連續(xù)多次采集）并通過高效液相色譜儀等方法檢測(cè)采樣瓶或?yàn)V膜中的藥物濃度，換算成氣溶膠中的藥物濃度，即可獲得一定霧化時(shí)間內(nèi)的藥物劑量。對(duì)于液體制劑（氣霧劑和噴霧劑），通常采用高效液相色譜法、氣相色譜法等方法檢測(cè)，有效成分的含量。對(duì)于無揮發(fā)性的單一化合物（如粉霧劑），可采用稱重法進(jìn)行氣溶膠濃度的檢測(cè)。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）對(duì)液體和固體型氣溶膠濃度的允許偏差為 ±20%。 

2.2.2　遞送穩(wěn)定性和均一性的考察

肺吸入制劑在吸入染毒系統(tǒng)持續(xù)霧化一定時(shí)間后，通過間斷采樣和檢測(cè)，可考察持續(xù)霧化的穩(wěn)定性。通過對(duì)霧化通道進(jìn)行分通道采樣，采集多個(gè)通道的樣品進(jìn)行檢測(cè)，可考察各霧化通道間的均一性。對(duì)于多層的小動(dòng)物單濃度口鼻動(dòng)態(tài)暴露吸入染毒系統(tǒng)，還需對(duì)各層霧化通道進(jìn)行分通道采樣和檢測(cè)，以考察各層霧化通道間的均一性。霧化后各時(shí)間點(diǎn)和各通道的藥物濃度均應(yīng)在目標(biāo)濃度的±20% 范圍內(nèi)。

2.2.3　空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布的監(jiān)測(cè)

氣溶膠中藥物顆粒的粒徑分布是影響藥物在呼吸道和肺部沉積的關(guān)鍵參數(shù)，因此，空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布是給藥過程中質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一。測(cè)試方法主要有碰撞法、激光衍射法和飛行時(shí)間粒徑分析法，其中前兩種方法較為常用。臨床上，F(xiàn)DA 建議采用至少兩種原理的檢測(cè)方法進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布的研究，且其中 1 種必須采用多級(jí)碰撞法。碰撞法是目前吸入制劑體外粒度分析最經(jīng)典的方法，也是美國(guó)和歐洲藥典評(píng)價(jià)吸入制劑體外粒度分布推薦使用的方法。比如《中國(guó)藥典》收載的雙層液體碰撞器，美國(guó)、歐洲藥典收載的 Andersen多級(jí)撞擊器、Marple miler 多級(jí)撞擊器等。近年來，新一代多級(jí)慣性碰撞器使用普遍，質(zhì)量中值空氣動(dòng)力學(xué)直徑、何標(biāo)準(zhǔn)偏差等常用來作為評(píng)價(jià)參數(shù)。

2.3　體內(nèi)暴露量的檢測(cè)

生物樣品的分析方法包括色譜法、免疫學(xué)法、放射性同位素標(biāo)記法和微生物學(xué)方法等。色譜法包括高效液相色譜法、氣相色譜法和色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用法；免疫學(xué)法包括放射免疫分析法、熒光免疫分析法、酶免疫分析法等。由于生物樣本藥物濃度低、樣品量少、內(nèi)源性物質(zhì)干擾多且個(gè)體差異大，應(yīng)根據(jù)藥物的性質(zhì)，生物樣品中藥物的濃度選擇不同的檢測(cè)方法。

進(jìn)行組織分布研究時(shí)，除采集心、肝、脾、腎、腦等主要組織器官外，還需關(guān)注呼吸系統(tǒng)組織器官如鼻咽（含鼻甲）、喉部（含會(huì)厭）、主氣管、支氣管、肺臟及肺灌洗液中藥物的分布。胡文晉等在研究霧化吸入羥基喜樹堿后藥物在肺癌小鼠中的組織分布中顯示，肝臟、心臟、腎臟在給藥 30 min 后總堿藥物達(dá)到峰值，其中肝內(nèi)濃度最高，而腎和心的總堿分別占肝內(nèi)峰濃度的33.8% 和 74.2%。

在血漿 PK 和組織分布的研究中也會(huì)廣泛運(yùn)用到微透析技術(shù)，不僅可以減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的剖殺，而且微透析的樣品無需勻漿，樣品中不含大分子物質(zhì)，無需前處理，可極大地節(jié)約時(shí)間成本。例如，任亞超等在鹽酸氨溴索干粉吸入劑的研究中利用微透析技術(shù)得出鹽酸氨溴索干粉吸入劑能被運(yùn)輸?shù)桨胁课唬c靜脈給藥相比，可達(dá)到更高的局部活性、持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

在進(jìn)行藥動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算時(shí)，因?yàn)槲胫苿┙o藥途徑特殊，需先按實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體重計(jì)算每分鐘通氣量 RMV ＝ 0.608 m0.852（m 是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體質(zhì)量，單位為 kg），再計(jì)算實(shí)際給藥劑量 D ＝（給藥時(shí)長(zhǎng) × 氣溶膠中藥物濃度 × 通氣量 ×IF）/平均體重（IF 為可吸入顆粒的百分?jǐn)?shù)，當(dāng)氣溶膠中有90% 以上的顆粒粒徑小于7 μm 時(shí)，IF＝1），最后用實(shí)際給藥劑量計(jì)算藥動(dòng)學(xué)參數(shù)。

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體外PK研究方法的應(yīng)用

整體動(dòng)物 PK 研究固然能較為全面、系統(tǒng)地對(duì)肺吸入制劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，但其需要相配套的動(dòng)物設(shè)施設(shè)備、吸入染毒系統(tǒng)，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在研發(fā)早期或因條件受限，無法開展系統(tǒng)的非臨床 PK研究的情況下，研究者們也會(huì)運(yùn)用體外方法進(jìn)行研究。 

3.1　離體臟器的應(yīng)用

在研究相關(guān)機(jī)制時(shí)，更多地會(huì)采用動(dòng)物離體臟器。例如，Eriksson 等利用大鼠離體肺單向灌注模型（IPRL）研究沙丁胺醇、沙美特羅等十余種藥物的離體滲透性，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)建立生理吸收模型，并與體外細(xì)胞模型結(jié)合，經(jīng)校正后用于預(yù)測(cè)藥物肺部吸收。此外，在研究藥物肺部滲透能力時(shí)，也會(huì)用到蟾蜍。例如，Chen等利用離體蟾蜍肺構(gòu)建給藥池 - 肺 - 接收池模型，研究脂質(zhì)體的滲透能力。 

3.2　酶系的應(yīng)用

肺部藥物代謝酶主要分布在Ⅱ型細(xì)胞中，種類齊全，含量低，主要是細(xì)胞色素 P450（CYP），其大部分位于 Clara 細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，且具有底物特異性。肺部藥物代謝與肝腸代謝存在較大差異，肺部酶活性普遍較低，且表達(dá)模式也不同。肺部常見的 CYP 酶為 CYP1B1、CYP2B6、CYP2E1、CYP2J2、CYP3A5 和 CYP1A1，而肝臟中常見的CYP 酶為 CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6與 CYP3A4。比如，CYP3A4 在肝臟中活性最高，而在肺組織僅20%。同時(shí)，因?yàn)榉尾康拇x能力低，肺部的局部代謝產(chǎn)物難清除，新藥研究過程中需關(guān)注肺部局部代謝物之間的毒性風(fēng)險(xiǎn)和相互作用，如可利用肺 S9 篩選候選藥物。而且，肺部代謝酶可活化部分藥物，使其治療效果更佳，如肺部酯酶可將丙酸倍氯米松代謝為更有效的 17- 倍氯米松單丙酸酯。 

3.3　細(xì)胞學(xué)的應(yīng)用

Calu-3 細(xì)胞是一種非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)可形成極化的單層細(xì)胞，細(xì)胞與細(xì)胞之間形成緊密連接，具有分泌黏液和表達(dá)囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子、各種離子通道等功能，無論是形態(tài)學(xué)還是功能上都與人體呼吸道上皮細(xì)胞類似。因此，Calu-3 細(xì)胞成為篩選肺吸入制劑的強(qiáng)大工具。肺癌細(xì)胞，如 A549，既可作為抗腫瘤藥物的靶細(xì)胞用于肺吸入制劑的藥效學(xué)研究，又因其無限增殖、性狀穩(wěn)定等特點(diǎn)而被廣泛用于細(xì)胞藥物PK 研究。細(xì)胞模型的廣泛應(yīng)用，對(duì)肺吸入藥物的作用機(jī)制、吸收轉(zhuǎn)運(yùn)途徑、大分子藥物的吸入有效性及細(xì)胞毒性等研究提供了較大便利。

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結(jié)語

非臨床 PK 研究在藥物研發(fā)早期的有效性和安全性評(píng)價(jià)中有著舉足輕重的作用，對(duì)于肺吸入制劑這種特殊的給藥劑型，盡早地開展 PK 研究尤為重要。在歐盟，大多數(shù)的肺吸入制劑均以PK 研究為基礎(chǔ)而獲批。在涉及到前藥或改變給藥途徑的前藥時(shí)，需特別關(guān)注前藥是否可以在呼吸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成原藥；在進(jìn)行組織分布研究時(shí)，除常規(guī)的主要臟器外，還需重點(diǎn)關(guān)注呼吸系統(tǒng)組織器官如鼻咽（含鼻甲）、喉部（含會(huì)厭）、主氣管、支氣管、肺臟及肺灌洗液中的藥物分布；在進(jìn)行代謝研究時(shí)，需關(guān)注藥物是否被肺部藥物代謝酶所代謝，從而影響其生物利用度，并為代謝產(chǎn)物及其途徑的鑒定設(shè)計(jì)提供參數(shù)。