藥化lesson 3-ADME與新藥開發(fā)課件

1、化合物ADME與藥物開發(fā)1What happens after you take a pill . . .AbsorptionDistributionMetabolismExcretion2What is ADME? ADME Absorption (How much? How fast?) Distribution (How extensive? How fast? Where is the drug distributed?) Metabolism (How fast? What mechanism/route ?What metabolites? Are they active? Are

2、 they toxic?) Excretion (How fast? Which route?) Measure and understand ADME and you can predict pharmacokinetics These measurements are key applications for Drug development and discovery3Drug Discovery & Development4 不良ADME 問題至少和缺乏藥效同樣嚴(yán)重 在臨床研究中被淘汰的候選化合物大約 30%是由于在人體內(nèi)無活性， 40%是由于藥代動力學(xué)特性差 如藥物代謝速度過快導(dǎo)致藥

3、物作用時(shí)間過短或吸收不良 11%產(chǎn)生了毒性產(chǎn)物。 失敗的原因 ADME 性質(zhì)的研究僅僅在藥物開發(fā)階段進(jìn)行。 人和動物，人和人之間存在著明顯的ADME 的差異。 沒有適宜的體外研究模型。 Why ADME SFDA指出： “非臨床藥代動力學(xué)研究在新藥研發(fā)和評價(jià)過程中起著重要的橋梁作用，為藥效學(xué)和毒理學(xué)評價(jià)提供了藥物或活性代謝物濃度數(shù)據(jù)，是產(chǎn)生、決定或闡明藥效或毒性大小的基礎(chǔ)，是提供藥效或毒性靶器官的依據(jù)，也是藥物制劑學(xué)研究的主要依據(jù)和工具，并為設(shè)計(jì)和優(yōu)化臨床研究給藥方案提供有關(guān)依據(jù)”5一. 代謝與藥物設(shè)計(jì)1.Hard drug 理想藥物應(yīng)該安全；體內(nèi)代謝過程已知；不被代謝。無活性中間產(chǎn)物或活性代

4、謝物引起的毒性；經(jīng)膽汁或腎臟排泄，藥代動力學(xué)過程簡單；可根據(jù)腎功能預(yù)測動物與人藥代動力學(xué)性質(zhì)的差異。米索前列醇前列地爾OH 由C1移到C16, 并引入甲基，叔醇不易受酶影響而氧化。代謝失活不易發(fā)生，作用時(shí)間長，口服有效72.Soft drug 具有藥理活性，代謝過程可預(yù)知、可調(diào)控，代謝物無無活性。設(shè)計(jì)原則：盡可能避免氧化代謝；并利用水解酶達(dá)到可預(yù)知、可調(diào)控的代謝。含季銨功能基團(tuán)和酯結(jié)構(gòu)，于體內(nèi)經(jīng)Hofmann降解生成能胺和烯烴，或在酯酶作用下水解阿曲溴銨經(jīng)酯酶廣泛代謝（90%) 代謝物無活性經(jīng)尿液排泄。雷米芬太尼83.代謝物比原形更少不良反應(yīng) 生物轉(zhuǎn)化為滅活過程； 許多藥物代謝為具有藥理活性的

5、代謝產(chǎn)物； 多數(shù)代謝物經(jīng)歷相除，更安全。 止痛作用更強(qiáng)；無/少高缺血紅蛋白血癥，溶血性貧血發(fā)生。有更好消炎止痛作用；更少胃腸道反應(yīng)。 非那西汀乙酰氨基酚羥基保太松保太松104. 活性代謝物比原形有更好藥動學(xué)性質(zhì) 許多苯二氮卓類藥物可生成具有與原形相似藥理活性，但比原形有更好藥動學(xué)性質(zhì)的代謝物。去甲羥基安定具有速效催眠鎮(zhèn)靜作用其葡萄醛酸化作用代謝產(chǎn)物較前體現(xiàn)藥物半衰期短，適用于老年人及肝腎功能不良者1112阿司咪唑諾阿司咪唑H1-受體的選擇性比前者強(qiáng)，而且活性是代謝前的40倍。藥物的活性代謝物直接作為藥物，可減輕體內(nèi)代謝的負(fù)擔(dān)，有些藥物更適合老年人使用。目前預(yù)測藥物腸吸收的模型主要有: 動物體內(nèi)

6、實(shí)驗(yàn)：由于種間差異性,不能很好地反映人體內(nèi)情況體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：使用人造細(xì)胞膜、細(xì)胞系及腸組織的. Caco-2 模型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虲aCo-2 細(xì)胞源于人體結(jié)腸癌細(xì)胞, 其結(jié)構(gòu)和生化作用都類似于人小腸上皮細(xì)胞。含有與刷狀緣上皮細(xì)胞相關(guān)的酶系,如-谷氨酰胺轉(zhuǎn)肽酶、堿性磷酸酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、磺基轉(zhuǎn)移酶，P450細(xì)胞色素同功酶。與小腸主動轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的12 種轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) 也都在CaCo-2 細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。Caco-2 能較好地模擬藥物經(jīng)不同途徑的轉(zhuǎn)運(yùn),其中模擬最好的是跨細(xì)胞膜被動轉(zhuǎn)運(yùn).Caco-2 滲透性實(shí)驗(yàn)14 Artificial membrane is made using lipids and/or

7、oil and spotted in a filter Compound is added to the lower chamber The rate of appearance of the compound in the upper chamber is measured by mass spec or UVPAMPA (Parallel artificial membrane permeation assay)PAMPA plate浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 38, 61715前藥（Prodrug） 目的：改善吸收，定位釋放 改善吸收：巴氨西林、氨芐青霉素肽酯、匹氨西林）為氨芐青霉素

8、的前藥，生物利用度由50%提高到98%-99% 依那普利為依那普利拉的前藥，生物利用度由10%增至60% 17定位釋放： -谷氨酰多巴可特異性釋放L-多巴。L-dopa為多巴胺信使，作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng),亦作用于腎臟受體，具有擴(kuò)血管作用。大鼠腹腔注射-谷氨酰多巴，在富集于腎臟的 -谷胺酰胺轉(zhuǎn)肽酶(1)和 L-芳胺酸脫羧酶(2)的作用下，使腎臟多巴胺的量5倍于給予相同劑量的L-多巴。 -谷胺酰多巴可用于腎血流不佳患者。182.分布 藥物的親酯性越強(qiáng)，蛋白結(jié)合率越高，分布越廣泛。 甾類激素血腦屏障透過率與氫鍵數(shù)密切相關(guān)，氫鍵數(shù)越多，透過率越低。 親脂性是影響大腦透過率的重要因素，但僅在一定范圍內(nèi)相關(guān)

9、。192.1 藥物與血清蛋白結(jié)合模型平衡透析法：采用半透膜將藥物（通常是小分子 ）和蛋白（大分子）分在兩個(gè)小室內(nèi) ,只有小分子可以透膜 ,達(dá)到平衡后測量兩室內(nèi)藥物的濃度;超濾法：采用超濾膜 ,將離心管隔開 ,藥物與蛋白混合液加在上室內(nèi)開始離心 ,蛋白分子不能透膜 ,與蛋白結(jié)合的藥物分子也不會被離心到下室 ,只有游離的藥物分子能進(jìn)入下室;凝膠過濾：是通過凝膠滲透層析將蛋白與小分子藥物分離開。光譜法：是通過蛋白與藥物結(jié)合后的光吸收改變來測定與蛋白結(jié)合的藥物的量 ,這種方法只在特殊的情況下才能使用。平衡透析、超濾和凝膠過濾的特點(diǎn)都是將與蛋白結(jié)合的藥物與未結(jié)合的藥物分開 ,從而便于衡量藥物與蛋白的結(jié)合

10、率。光學(xué)生物傳感器：使用表面等離子體共振技術(shù) ,主要用于探測生物分子間的相互作用 ,因而可用于藥物開發(fā)的許多過程中。該技術(shù)可篩選針對某一靶位點(diǎn)的先導(dǎo)化合物 ,也可檢測藥物與蛋白包括酶的結(jié)合能力。體外研究方法主要有: 202.2 藥物向各組織分布的模型目前在這方面沒有有效的體外模型，主要是因?yàn)楦鹘M織的生物膜組分不同， 同時(shí)生物膜上的蛋白受體不可能很好模擬。2.3 透血腦屏障模型藥物要透過血腦屏障才能進(jìn)入腦組織。模擬血腦屏障的模型 ,主要是采用腦血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的共培養(yǎng)物。內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)物模型采用 transwell 培養(yǎng)板的方法 ,先在下層小池底部接種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞 ,培養(yǎng)

11、 23天后 ,再在上層小池底部的膜上接種血管表皮細(xì)胞 ,經(jīng)培養(yǎng)可形成緊密連接的單層細(xì)胞。也可將神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞接種于上層小池的膜底部。研究藥物的穿透能力也是在上層小池內(nèi)加入藥物 ,過一段時(shí)間再測外面大池內(nèi)藥物濃度。213. 藥物代謝 I相反應(yīng) ： 氧化、還原或水解為極性更大的代謝物 。關(guān)鍵酶為 P450酶; II相反應(yīng) ： 藥物及其代謝物與內(nèi)源性物質(zhì)結(jié)合。酶較多 , 重要的有葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶，谷胱甘肽-S -轉(zhuǎn)移酶， N-乙?；D(zhuǎn)移酶等3.1 代謝穩(wěn)定性 （Metabolic stability ） Scientists are interested in measuring something

12、called “clearance” Conceptually, this is the rate at which the drug is eliminated by the body The metabolic enzymes “clear” the drug from the body by metabolizing it to something else The rate of clearance is very important in determining how much drug gets through the liver and how long a drug will

13、 stay in the body “How big a pill is needed and how often you need to take it”22example24Experimental Approach將微粒體或肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞與供試藥物共同孵育,然后用 LC/MS對藥物進(jìn)行定量分析,可得出藥物的代謝率, 還可對一系列結(jié)構(gòu)相關(guān)的化合物進(jìn)行測量,對代謝中間物進(jìn)行研究。25Gilson 215 liquid handler 系統(tǒng) 可以進(jìn)行編程控制，并對測試過程中的試劑添加，及反應(yīng)終止進(jìn)行自動化操作， 并可進(jìn)行溫度控制。 可與HPLC系統(tǒng)聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)樣測試。 自動化操作重復(fù)性好273

14、.2藥物相互作用（Drug-drug interaction）CPY- inhibitor283.2藥物相互作用（Drug-drug interaction）CPY-inducer29Experimental ApproachKey Products: BD UltraPool HLM 150, BD Supersomes, CYP Inhibition Kits, Chemicals了解一個(gè)藥物對協(xié)同治療藥物的潛在代謝影響是必要的?？梢栽?96 孔板上進(jìn)行人肝細(xì)胞長期單層培養(yǎng) ,研究藥物對肝基因表達(dá)的影響。當(dāng)代謝酶表達(dá)穩(wěn)定后 ,加入藥物然后檢測代謝酶的量 ,就可用mRNA定量方法來衡量基因表

15、達(dá)變化 ,也可通過測酶的活性來衡量。mRNA的量基本可以反應(yīng)出誘導(dǎo)與否 ,因?yàn)樵S多誘導(dǎo)都是通過與特定的上游感應(yīng)元件相互作用提高轉(zhuǎn)錄水平的。qRT -PCR 可以在100 ng 的總 RNA (50 000個(gè)細(xì)胞) 中檢驗(yàn)出 10 個(gè)拷貝 ,還可實(shí)時(shí)測定 mRNA。確定一個(gè)孔細(xì)胞多基因表達(dá)的實(shí)現(xiàn) ,使得同時(shí)研究一個(gè)藥物對所有 CYPs酶的影響成為可能。303.3藥物毒性（Drug toxicity）藥物毒性很多體現(xiàn)在肝毒性 ,而且藥物代謝會改變藥物的毒性 ,因此經(jīng)常使用分離的肝細(xì)胞進(jìn)行毒性試驗(yàn)。其他體外模型如：視覺中毒試驗(yàn)?zāi)Ｐ?有用于急性試驗(yàn)的人角化細(xì)胞和角膜上皮細(xì)胞的單層培養(yǎng)物 ,也有用于慢性

16、試驗(yàn)的角膜上皮 3D 模型 ,還有人造的角膜。皮膚模型中 ,包括角化細(xì)胞或纖維原細(xì)胞的單層培養(yǎng)物和人表皮的3D 模型。腎毒性試驗(yàn)可用近球小管細(xì)胞單層培養(yǎng)物也可使用新鮮分離的腎小球囊或腎單元進(jìn)行 ,但它們的存活期只有幾個(gè)小時(shí) 。人的其他組織如肺、心、腸和淋巴都可用來進(jìn)行毒性試驗(yàn) ,不過大都只能進(jìn)行細(xì)胞中毒試驗(yàn)。藥物毒性是藥物的一個(gè)至關(guān)重要的性質(zhì) ,也是最難加以篩選的性質(zhì)。藥物毒性可能是種屬特異性的或組織特異性的 ,也可能是多種其他因子共同作用的結(jié)果 ,有時(shí)需要長期服用才能體現(xiàn)。31Experimental Approach這些細(xì)胞毒性篩選模型基本都是將藥物與細(xì)胞共同孵育一段時(shí)間 ,然后檢測細(xì)胞的

17、活性 ,或是檢測一些其他指標(biāo)。細(xì)胞活性可通過多種方法來檢測 ,如基于線粒體活性的 MTT法、中性紅染色法、基于細(xì)胞膜完整的酶釋放測量。其他測試指標(biāo)還有對分化細(xì)胞DNA合成或所有種類細(xì)胞的 RNA、蛋白合成檢測 ,以及針對自由基毒性的 GSH(谷胱甘肽)檢測。生物技術(shù)如基因芯片技術(shù)通過基因表達(dá)能檢測出常規(guī)方法不能檢測到的毒性作用。極其昂貴 。許多其他的檢測方法則要依賴于具體試驗(yàn)來確定。321吸收變異生物利用度高，變異程度低，反之則高。與劑型、胃腸道生理狀態(tài)及首過代謝有關(guān) ； 與胃排空時(shí)間，腸蠕動性有關(guān)；影響速率、吸收程度藥代動力學(xué)變異吸收、分布、代謝、排泄過程的變異與飲食有關(guān)；成分：高蛋白、低碳

18、水化合物飲食增加茶堿和氨基比林代謝。數(shù)量：阿莫西林,250ml水送服生物利用度增加。與藥物理化性質(zhì)有關(guān):高脂肪飲食增加親脂性藥物吸收。 * 健康志愿者標(biāo)準(zhǔn)飲食所得吸收數(shù)據(jù)； * 疾病則使吸收過程更復(fù)雜。 心得安 游離血濃度肝病22ng/ml,健康人體7.5ng/ml，生物利用度肝病54%，健康人體35%33 藥物：蛋白親和力 個(gè)體：蛋白的質(zhì)和量量：疾病、感染性疾病、心機(jī)梗塞、惡性腫瘤、腎病1酸性蛋白含量增加。低蛋白血癥：肝硬化、腎衰竭、惡性病變、膿毒癥由正常個(gè)體的35mg/ml降為10mg/ml。質(zhì):結(jié)構(gòu)改變:大劑量乙酰水楊酸使血清蛋白發(fā)生乙酰化，從而使結(jié)合部位結(jié)構(gòu)改變。氰酸鹽，修飾（carbamylate）白蛋白分子精氨酸殘基,降低尿毒癥患者酸性藥物蛋白結(jié)合。2. 蛋白結(jié)合變