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1、药物开发流程:选择合适的候选药物
2、候选药物怎么选择:为什么有的文章直接考察药效,有的还需要筛选?
3、辉瑞,礼来,梯瓦,BMS联合白皮书-新药开发药物制剂科学家的无敌存在(候选化合物的选择与早期制剂开发)
一、药物开发流程:选择合适的候选药物
(原创 土下木 研如玉)
其中,通量=经皮通量(ng/cm2/h);D=组织中的扩散系数(cm2/h);C=游离药物浓度(ng/cm3);x=活性膜深度(cm);h=活性膜总厚度(cm)
需要注意的是,该浓度对应于游离浓度(具有药理活性的浓度),因为仅考虑扩散分子。与蛋白质结合的分子由于扩散系数小得多而不易移动,并且对测量的经皮通量的贡献微乎其微。获得皮肤游离浓度是理想的,因为正如前面讨论的,这将解答皮肤候选药物在选择阶段缺失的关键问题。
然而应注意,使用经皮通量作为皮肤游离浓度的替代指标需假设:结合作用、活性组织和真皮的清除率均非限速因素,且不存在全身再循环。
可以通过在二分之一厚度处积分第一个方程来进一步推导:
如果将研究重点集中在真皮上层,h可设定为400μm。多位学者[12-14]研究了真皮中扩散系数的测定,他们发现对于小分子药物D∼10−6cm2/s。
假设不存在活跃的毛细血管清除作用,可推导出真皮上层游离浓度的公式(4.3):
Trottet[12]通过采用不同假设和文献数据调整公式(4.3),进一步考虑皮肤靶点位置、皮肤疾病屏障条件和毛细血管清除因素,提出:
表4.2不同皮肤分区及各种皮肤疾病中通量与游离浓度之间的关联
-
Freeconcentration(ng/ml)=Flux(ng/cm2/h)*X(h/cm),whereX=…
-
角质层
表皮底部
真皮上部
真皮底部
皮下组织|
特应性皮炎
-
-
1.8
-
-
银屑病
-
0.73
0.18
-
-
痤疮(面部)
-
-
3
0.6
-
真菌感染(脚癣)
666
-
-
-
-
皮肤麻醉
-
-
1.8
0.37
-
肌肉疼痛
-
-
-
-
0.028
为简化并广泛应用于真皮上层作用的药物,可将X设定为1。由此建立经皮通量与皮肤组织游离浓度间的简易换算关系:
4.4从既往局部药物开发中获取影响药效的因素认知
皮肤药物的研发历史能为影响药效的关键要素和成功率提供重要参考。
其中特别值得注意的是首创型局部用药的成功率[15]。
从表4.3可以看出,某些药物类别的开发相对容易(例如抗病毒药物——阿昔洛韦和喷昔洛韦这两种口服化合物后来成功开发为局部用药)和抗真菌药物(依曲康唑(首个唑类):有效——酮康唑(口服⇒局部):有效——特比萘芬(首个烯丙胺类):有效),而对于其他一些类别,它们经历了艰难的开发历程(维A酸类(维生素A:对银屑病无效)、维生素D3衍生物(骨化三醇:存在全身暴露问题)、免疫抑制剂(环孢素:无效——他克莫司后来开发:对特应性皮炎(A.D.)有效但对银屑病无效或效果不佳)、皮质类固醇(可的松:无效——氢化可的松:对特应性皮炎有效但对银屑病疗效较差))。
表4.3口服药物开发为局部用药的成功率以及同类首批局部用药物的成功率
药物类别
成功
混合结果(有效但效果有限或存在问题)
失败
抗真菌药[16-19]
益康唑 酮康唑 特比萘芬
-
-
抗病毒药[20-25]
-
阿昔洛韦 喷昔洛韦
-
维A酸类[26]
-
维生素A(用于银屑病)
维生素D3衍生物[27,28]
-
骨化三醇(有效但有全身性副作用)
免疫调节剂[29-40]
他克莫司(用于特应性皮炎、面部银屑病)
-
环孢素A–他克莫司(用于银屑病)
皮质类固醇[41-44]
-
氢化可的松(用于特应性皮炎)
可的松
A.D.,特应性皮炎。来源:TrottetandMaibach[15].©2017,SpringerNature.
表4.4皮肤疾病的屏障状况与局部药物开发的成功率
药物类别
疾病
局部药物开发的难易程度a
靶点位置
皮肤屏障
抗真菌药
真菌感染
+
角质层
未受损
抗病毒药
唇疱疹
+
表皮底部
严重受损
皮质类固醇
1.特应性皮炎
—b)
真皮
部分受损c
2.银屑病
—-b)
表皮/真皮
未受损c
维A酸类
1.银屑病
—
表皮/真皮
未受损
2.痤疮
—
皮脂腺细胞
未受损
维生素D3衍生物
银屑病
—
表皮/真皮
未受损
免疫调节剂
1.特应性皮炎
—
真皮
部分受损
2.银屑病
—
真皮
未受损
a)+表示容易,—表示困难,——表示非常困难。
b)弱效或中效皮质类固醇在银屑病中临床评分较差,但在特应性皮炎中效果较好。
c)有充分证据表明特应性皮炎的皮肤屏障特性受损[45-53];然而,银屑病屏障受损的证据较不明确。当在人体体内用氢化可的松研究银屑病斑块与正常皮肤的屏障特性时[54],结论是银屑病斑块皮肤的屏障特性与正常皮肤相当。来源:TrottetandMaibach[15].©2017,SpringerNature.
深入分析这一发现,如表4.4所示,重点关注靶点位置和皮肤屏障完整性,可以发现开发某些皮肤疾病局部药物的难易程度取决于两个因素:
1.如果靶点位于角质层(皮肤表层)(例如抗真菌药物)⇒开发容易,但如果靶点更深层,开发则更困难。
2.如果皮肤严重受损(例如抗病毒药物)⇒开发容易,但如果皮肤未受损,开发则更困难。
在图4.3中,可以通过示意图定性解释局部皮肤给药后药物浓度在不同皮肤组织中的变化情况及其与皮肤屏障完整性的关系。
图4.3完整和受损皮肤中的药物浓度示意图。来源:修改自TrottetandMaibach[15]。©2017,SpringerNature。
角质层位于皮肤表面,药物浓度高于深层组织,因此针对该组织的药物成功率更高。同样,对于受损皮肤,相同靶组织的局部浓度更高,因此针对皮肤屏障受损疾病的药物成功率更高。
对于活性成分通常效力较低的药妆品方法,这是一个需要牢记的重要因素。在这种情况下,在比角质层更深的皮肤组织中达到有效浓度可能非常具有挑战性。
表4.5一些麻醉剂、皮质类固醇和免疫抑制剂的体外效力
靶点类别
药物
效力(nM)a
麻醉剂
苯佐卡因[55]
910000
利多卡因[55,56]
155000
丙胺卡因[55,56]
125000
丁卡因(阿美索卡因)[55,56]
3500
皮质类固醇
氢化可的松[57–62]
14
戊酸倍他米松[57–62]
0.2
免疫抑制剂
环孢素A[63–66]
11
他克莫司[65,67,68]
0.17
a表4.5中报告的大多数效力数据是至少两组数据的平均值(几何平均数)。来源:TrottetandMaibach[15]。©2017,SpringerNature。
表4.6一些麻醉剂、皮质类固醇和免疫抑制剂的临床疗效比较
靶点类别/药物
临床比较
麻醉剂
在针刺模型[69]中,Ametop(丁卡因)与EMLA®(利多卡因+丙胺卡因)比较,显示Ametop更优。在另一项使用相同模型的研究[70]中,比较了丁卡因、利多卡因和苯佐卡因的饱和溶液,显示丁卡因优于利多卡因,利多卡因优于苯佐卡因。
皮质类固醇 (氢化可的松,戊酸倍他米松)
氢化可的松在局部用皮质类固醇临床分级评级中被归类为“弱效”,而戊酸倍他米松被归类为“强效”[71]。
免疫抑制剂 (环孢素,他克莫司)
局部用他克莫司治疗特应性皮炎有效[72],而环孢素A在特应性皮炎中显示出有限或无活性[34,35]。
来源:Trottet and Maibach[15]。©2017,SpringerNature。
表4.7一些麻醉剂、皮质类固醇和免疫抑制剂的体外效力与临床疗效排名比较
靶点类别/药物
体外效力排名
临床疗效排名
麻醉剂(苯佐卡因,利多卡因,丙胺卡因,丁卡因)
丁卡因>丙胺卡因~利多卡因>苯佐卡因
丁卡因>丙胺卡因+利多卡因>苯佐卡因
皮质类固醇 (氢化可的松,戊酸倍他米松)
戊酸倍他米松>氢化可的松
戊酸倍他米松>氢化可的松
免疫抑制剂 (环孢素,他克莫司)
他克莫司>环孢素A
他克莫司>环孢素A
来源:TrottetandMaibach[15]。©2017,SpringerNature。
药物效力确实是影响局部药效的另一关键因素,正如文献[15]所报告并在表4.5-4.7中三个皮肤药物类别的现有局部药物所例证的那样。从这三个例子可以看出,药物效力可能对局部候选药物的局部药效产生重大影响。
最后,另一个似乎起作用的因素是:经皮通量。当尝试比较不同药物时,很难就经皮通量得出结论,因为如前所述,药物效力也可能起作用。但是,可以比较同一药物的不同制剂。在图4.4中,比较了三种丙酸氯倍他索制剂的经皮通量,表明Temovate软膏比Temovate乳膏递送更多药物,而Temovate乳膏又比Temovate乳膏E递送更多药物。
图4.4三种不同制剂中丙酸氯倍他索的透皮速率。来源:Trottet[12]。
在临床上,皮质类固醇漂白试验给出了相同的排名[73,74],这表明经皮通量可能在局部应用药物的功效中起作用。
总结从过去皮肤药物开发中获得的经验,以下四个因素似乎是局部药效的重要驱动因素:
#1–皮肤疾病的靶点位置
#2–皮肤疾病的屏障特性
#3–测试化合物的效力
#4–测试化合物的经皮通量
4.5皮肤药代动力学/药效学
在口服药物发现中,溶解度、渗透性和效力这三要素被认为是推进化合物的关键[75]。这也应适用于局部化合物。经皮通量是溶解度和渗透性的结合,因此可以假设使用化合物的经皮通量和效力的组合可能有助于预测疗效。
从文献中提取信息,可以在作用于表皮底部或真皮的化合物的经皮通量(单位:ng/cm2/h)与效力(单位:ng/ml)的比率与临床疗效之间建立经验相关性(图4.5)[76]。
图 4.5 临床疗效与(透皮速率/体外效力)的关系来源:Trottet and Maibach [76, 77]。
需要更多数据来验证这种简单相关性,特别是通过添加未能显示临床疗效的化合物数据。上述发现表明,如果经皮通量(单位:ng/cm2/h)优于化合物对其靶点的效力(单位:ng/ml),则预计该靶点会有局部疗效。
在进行药代动力学/药效学(PK/PD)预测时,一般方法指出当游离靶点浓度等于游离EC50(EC=有效浓度)时,可实现50%的靶点结合。这与公式(4.5)非常吻合:
总体而言,连接通量/效力与临床疗效的经验相关性(图4.5)可以通过理论公式(4.5)得到相当合理的解释(尽管该公式使用了若干近似值)。
4.6全身暴露评估
局部给药的一个关键优势是毒理学发现风险降低,因为预期血浆浓度水平较低。这一认知要素通常是开发局部药物的驱动原理。通过观察关键局部靶点类别(如皮质类固醇、免疫调节剂、维A酸类和维生素D3衍生物)已被证明是正确的,这些药物如果长期全身给药会产生难以管理的副作用,但局部给药则有效且大多安全。
评估循环血浆浓度背后的原理通过经典药代动力学方程(4.6)得到很好描述,该方程允许基于输入速率和全身清除率计算血浆中的稳态浓度。
通过方程(4.8)将血浆总浓度转换为游离血浆浓度:
全身暴露风险与局部靶点结合(即有时人们所称的“治疗指数”或“治疗窗”)将由游离皮肤浓度(可使用公式(4.5)计算)与游离血浆浓度的比率所驱动[77]。因此,这给出了:
因此,方程(4.10)可用作评估化合物引起全身副作用潜力的指导要素,也可用于对一系列化合物进行排序[77]。
4.7选择皮肤候选药物的筛选流程方法
在药物发现项目中,项目团队会尽可能消除所选候选药物的风险。挑战在于如何有效消除这些风险,使所用成本(资金和资源)与风险发生概率及重要性达到良好平衡。因此,了解皮肤药物发现项目中可能出现的失败原因类型是有益的。根据本章作者的经验,表4.8列出了这些原因及其发生概率。
表4.8局部药物开发项目中可能失败的原因列表及其发生频率
局部药物开发中的失败原因
发生频率
错误的药理学
与任何药物发现项目相同
局部给药后缺乏靶点结合
+++
候选药物在制剂中化学性质不稳定
+
局部刺激性
+
光毒性
+
全身暴露
不常见,但可能会考虑
制剂物理或微生物学性质不稳定
不太可能(使用已知的制剂系统时)
二、候选药物怎么选择:为什么有的文章直接考察药效,有的还需要筛选?
(原创 Mr lucky yang e学术研究所)
前几天我们推送过一期,关于新药研发的流程 :分享两张中医药科研人必须要收藏的截图!关乎课题设计和新药开发
我们看到在成为候选药物之前,有很多路要走。当小编看到这个流程图之后就在思考,新药的发现到底是怎么的流程呢?本次就简单聊聊~
1.疾病靶点药物筛选
从上面流程图可见,要研究一种疾病首先可以先探究其中的病理机制,可能涉及到的靶点,然后筛选可能的药物或者分子设计合成,去干预这个靶点或者相关的通路,从而达到治疗疾病的目的。很多抗肿瘤药物就是这种方式研究出来的。
2.病理表征筛选药物
也就是根据疾病的并发症,人体表现出来的症状筛选药物。比如新冠,并发症有肺炎,就找能治疗肺炎的药物。例外比如中药的寒热药对可以治疗流感等。
3.前人经验或基础上发现药物
很多文献开头都会有课题组前期研究显示,该药物具有治疗该疾病的药效,进一步研究其机制,所以开展了本次工作。这就是前人基础上开发候选药物。另外就是中医药复方的临床经验比较多,也可以用以开发新药。
如某中药复方临床疗效确切,但开发新药还需要上面流程图的各个步骤。处方组成、药效、临床都要再走一遍才能申报。
以上讨论也可以用于我们文章的引言部分,看看你的药理文章开头需要怎么描述?回归推文标题,你明白为啥有的文章直接研究药效,有的还需要筛选了吧。
三、辉瑞,礼来,梯瓦,BMS联合白皮书-新药开发药物制剂科学家的无敌存在(候选化合物的选择与早期制剂开发)
(原创 木下土 药物研发客)
这种考虑到递送的设计理念,结合药学科学家对必要结构和分子属性的知识和专业知识,可以有效地设计和选择化合物、固体形式和递送配方。这反过来将有助于成功的临床转化、临床开发和商业化工作。下一节对制药科学家当前和未来的方向进行了更详细的评估,以支持从早期药物发现的体外研究到使用使能技术开发临床制剂的新化学实体的选择和开发。
早期药物发现支持相互作用
参与早期药物发现为制药科学家提供了影响结构设计的机会,并确保临床候选药物具有生物药剂学适用性或所谓的可药用特性。数千种化合物通过计算机模拟工具和体外试验,对照预定义的阈值进行筛选,以产生更小但仍然相当可观的有前景的候选物子集,用于进一步的体内药效学和药代动力学测试。在早期阶段获得的分子知识是广泛的,但并不深入,在几种系列化合物或结构相似的化合物中产生了大量数据,但任何一种化合物的具体数据都很少。新兴的结构分析工具,如药物相似性评分的定量估计(QED),在快速评估药物候选物的药物相似程度方面非常有帮助,并且可用于比较大分子数据集,以寻找限制药物特性或分子特性的线索,这些线索对有效制剂有用[9]。因此,药学科学家必须利用先前的经验、洞察力、新的评估工具和判断来解释现有信息,并指导化合物的进展和选择决策,这种能力既可以是科学,也可以是艺术。
体外筛选支持和解释
体外试验用于确定化合物是否具有所需的靶亲和力、脱靶毒性和生物药剂学特性,如渗透性、代谢性、蛋白质结合和溶解度[10]。这些实验被分层以平衡资源使用,首先收集最关键和资源密集度最低的数据。因此,随着化合物在每个测试层中的连续过滤,在更少的化合物上收集了更多的信息[11](图1)。
最初关注靶亲和力的一个意外后果是,它通常会产生水溶性较差的化合物[4,5]。这对于需要更高浓度的后续检测来说可能是有问题的。为了克服这一挑战,在稀释到含水测定介质中之前,将化合物预先溶解在有机溶剂如二甲亚砜(DMSO)中。这可能会产生热力学不稳定的过饱和状态[12],从而导致沉淀或容器表面吸附[13,14]。
浊度法[15]是一种浊度测定法,通常用于提供信心,即阴性测定读数是化合物缺乏活性的真实反映,而不是溶解度限制。通过在测定介质中加入吸附/沉淀抑制赋形剂,可以收集这些难溶化合物的基本结构-性质关系数据,尽管这种赋形剂不会干扰测定读数[16]。与直觉相反,由于沉淀或表面吸附导致的假阴性结果也可能对制药科学家有益,因为具有较差物理化学性质的化合物往往在作为候选药物的进一步考虑中尽早被移除。虽然溶解度是影响药物发现所有领域的关键生物药剂学特性,但测量大型化合物组的平衡溶解度值是不切实际的。
浊度法和直接上清液浓度测量提供了溶解度的早期评估。不幸的是,这些动力学溶解度值往往高估了平衡溶解度,有时甚至高估了几个数量级[15]。尽管如此,这些数据可以提供一些见解。例如,跟踪系列化合物之间和化学型之间随时间的动力学溶解度进展,为最终选定的候选药物的潜在溶解度风险提供了早期预警。
体内研究支持和解释
符合体外试验筛选标准的有前景的候选药物被扩大规模,以进行进一步的临床前药效学和药代动力学分析研究。在这个阶段,化合物的物理化学性质和配方策略都起着至关重要的作用,有时被低估了。
材料放大可以产生热力学上更稳定的多晶型,特别是如果合成路线或纯化程序得到了进一步优化。这种形态变化可能会降低在胃肠道液体和制剂载体中的溶解度。早期发现的配方必须克服溶解度限制,并满足几个额外的标准:
普遍性——在广泛的化合物中有效递送
能力——在大范围的剂量中有效递送
吞吐量——在多个给药组中高效一致的制备
耐受性——对试验动物安全,不干扰测定读数
系列化合物和配方之间的兼容性是使用一小部分代表性化合物早期建立的,但随着细节化合物的进展,配方可能需要修改。所采用的特定配方策略也会影响化学型的演变,例如:
乳液有利于亲脂性更强的化合物
环糊精溶液有利于络合效率更高的化合物
混悬液有利于溶出和/或溶解性更好的化合物
过饱和配方有利于固有过饱和倾向更大的化合物
对产量的需求也排除了使用更先进的配方,如无定形固体分散体。这些早期化合物可能没有针对口服给药进行优化,并且可能容易受到高通量代谢的影响[17],因此需要通过胃肠外途径给药,如腹腔内、皮下或静脉内给药,以收集关键的结构-活性关系信息。一般来说,口服给药是最终和首选的给药途径,在进一步的优化迭代中,代谢倾向是从分子中设计出来的。
从过饱和制剂中增加口服吸收的潜力也可能是化合物优化过程中的一个重要区别点,特别是对于难溶性化合物[18]。过饱和是通过将化合物从高能环境转移到低能环境来实现的[19],例如
高能固体形式(无定形、盐或共晶)
含共溶剂的载体的快速肠道稀释
弱碱性化合物的胃到肠pH值变化
过饱和优势可能会被快速沉淀所抵消,试验动物之间pH值和胆汁含量的胃肠道差异[20,21]可能会导致不同的沉淀特征和口服暴露变异性。采用沉淀抑制制剂和赋形剂来减少这种可变性,但必须注意,肠道吸收增加的化学潜在驱动力不会因超过过饱和极限的过增溶而无意中降低[22]。
对于药学科学家来说,超越标准药代动力学读数[Cmax、Tmax和曲线下面积(AUC)]并检查单个血浆谱以观察变异源也很有价值[23](图2)。在替代或使能制剂不能改善暴露的情况下,生理因素可能是罪魁祸首。与elacridar等外排抑制剂联合使用[24]可以诊断化合物和化学型分子是否是外排底物。门静脉和颈静脉插管药代动力学研究分别有助于区分肠道吸收不良和肝脏首过效应[25,26]。改进的配方可以克服前者,但不能克服后者。
固体形态方面
固体形态的结晶度及其稳定性与新化学实体的物理化学和生物药剂学性质密切相关。许多候选药物可以以多种固体晶体形式或多晶型存在。这些形态以其独特的X射线粉末衍射、晶胞尺寸和熔点为特征。晶体结构的变化,如晶格中的缺陷和瑕疵,会改变表观溶解度并影响溶出速率[27]。例如,无定形固体缺乏结晶性,并且通常比其结晶对应物更易溶解。然而,与物理和化学上更稳定的结晶固体相比,无定形固体在热力学上不稳定,并构成可显影性风险。因此,评估候选药物的多种固体形式的潜力是可开发性评估的一个重要方面,因为它可能会影响增溶、压实和流动,并影响剂型的可制造性。
成盐或共晶代表了化合物的替代固相,可以提高溶出、溶解度、吸湿性和稳定性。盐是通过完全质子转移形成离子对的,而共晶是由不完全质子转移或质子共享形成的。更具体地说,共晶被定义为由两种或多种成分以一定的化学计量比组成的晶体结构,其中排列不是基于离子键[28]。共晶形成主要适用于具有弱电离基团的化合物,这些基团不能形成真正的盐。盐、共晶和无定形形式也用于早期开发,以提高溶出,从而最大限度地提高临床前药代动力学和毒理学实验中的暴露量。对于这些形状的可开发性评估,应测试温度、湿度、压缩和研磨的影响,以确定是否有任何固体形状的变化。这种形态变化反过来会影响储存、稳定性、赋形剂相容性和制造过程。此外,当盐和共晶处于溶液或混悬液中时,应考虑这些形式因歧化而导致的物理不稳定性[29]。
了解不同固体形式和最稳定的热力学形式之间的关系对于确保原料药和药品的可重复制造过程至关重要。候选药物的可能晶型筛选可以通过手动或中高通量程序来完成,以评估不同的潜在多晶型、盐和/或共晶。这两种方法通常都涉及多种使候选药物结晶的技术:使用各种溶剂、快速或缓慢蒸发、添加抗溶剂,以及可能通过机械应力[26]。早期开发通常涉及测试这些条件的一个子集,以在供应有限时最大限度地减少材料消耗。随着更多材料的可用,可以进行更广泛的筛查。这些筛选旨在最大限度地提高从中选择热力学稳定固体的成功率,该固体可以成功放大和复制。
Yang等人最近展示了苯最稳定的多晶型,苯是一种小、简单、对称和刚性的有机分子,可以预测。然而,预测更复杂、更灵活的小分子药物的最稳定多态形式仍然难以捉摸[30]。
吸收建模以促进递送配方和设计工作
口服化合物的吸收建模是连接化合物的固体(或物理)形式、递送系统、预期的药代动力学和毒代动力学特征以及预期治疗结果的关键组成部分。为此,有许多不同复杂程度的工具可供使用,如果使用得当,可以通过多方面的应用程序提供有价值的信息。吸收建模可用于指导药理学和毒理学研究的制剂选择,建立临床剂型的粒径参数,并实现临床制剂的制剂开发和固体形式(盐和共晶)选择。在经验丰富的制药科学家手中,使用这些工具可以最大限度地减少体内研究的数量,否则这些研究对于推动这些重要的项目决策是必要的。
最基本的建模工具使用测量的溶解度、肠道通透性和粒径作为简单工具的输入,以估算最大可吸收剂量与粒径的关系[31]。这些工具通常提供合理的指导,使用起来非常方便,特别是在对化合物性质了解有限的早期评估中。然而,对于具有显著pH依赖性溶解度或高过饱和倾向的化合物,在中性pH下测量的平衡溶解度可能无法充分模拟整个吸收窗口内的溶解药物浓度。在这些情况下,使用生物相关溶出工具以及更先进的吸收建模工具,如MiMBa®、GastroPlus®、STELLA®或Simpyp®,可能更适合[32-36]。未溶解或沉淀物质的固体形式也应进行评估,因为多晶型的变化会影响溶解度和溶出[37]。许多优秀的报告讨论了各种可用的生物相关溶出技术的比较特征和应用[38,39]。
图3显示了吸收建模流程方案,其中结合了体外吸收参数、可用的非临床药代动力学数据和计算机吸收模型,以在计划的临床剂量范围内推导出临床吸收参数。最终结果是对特定粒径下吸收量随给药剂量变化的估计。或者,可以绘制图表来预测特定剂量下吸收量与粒径之间的关系。吸收也可能受到胃pH值和喂养状态的影响,导致口服暴露的可变性,这取决于候选药物的pH依赖性溶解度曲线和溶解特性。这些因素应加以表征,并在设计公式和临床研究中得到适当应用。对于生物药剂学分类系统(BCS)2类和4类化合物,仅通过粒径减小可能无法在所需的临床剂量范围内提供足够的吸收。因此,可能有必要开发替代方案,如盐、共晶、无定形固体分散体、脂质基或纳米晶制剂,以提供所需的暴露曲线。
结晶固体的体内溶出行为可以用标准的生物相关体外溶出工具相对较好地表征。然而,赋能固体的溶出、超饱和和沉淀更为复杂,评估工具仍在不断发展[40]。因此,明智地应用正交溶出筛选和仔细分析和建模数据可以提供合理的预测结果[41,42]。
虽然模拟临床吸收对指导药品开发和临床研究的重要性不容小觑,但同样的工具可用于指导药理学和毒理学的非临床体内研究[43]。如果应用得当,这些工具可以极大地影响发现先导优化中的化合物进展,提高研究的技术成功率,并最大限度地减少可能无法吸收的材料的浪费合成,尽管有最好的使能技术。
配方和交付标准
在药物发现计划的过程中,许多不同的化合物在配方开发的早期阶段进行了评估。通常,预测和/或测量的物理化学性质用于指导初始制剂选择过程。最近,当化学物质的生物药剂学特性未得到优化时,早期使用赋能制剂的流行率很高,通常需要高剂量和更大的剂量范围来充分探索疗效和安全终点。
在配方筛选和开发过程中,可以构建结构-配方-性能关系,前提是这些关系在早期阶段是微妙的。对哪种配方方法成功或失败的仔细观察可能与可能/可能的特定结构属性有关。还应为关键先导系列制定结构-配方-性能关系的工作原理。根据这些关系,制剂科学家可以推荐分子的优化区域,以提高启用制剂的性能,从而实现更稳健的药物递送。表I概述了指导配方选择的分子特性的一般描述。这些信息包括每种配方方法的候选药物的典型物理化学空间和优选固体形式。如果制剂平台在某一系列中表现出前景,制剂科学家可以指导药物设计团队保持在指定的化学空间内,并纳入根据结构制剂性能观察确定的任何分子变化,这将改善或增强药物在该制剂中的性能。
表1:启用配方选择标准和首选固体形式建议
非水性药物溶剂增溶(聚乙二醇、丙二醇等)是一种早期制剂方法,可用于口服和非肠道给药[44]。这种制剂平台可以转化为液体填充胶囊,用于药品生产,以支持临床和商业药物递送。在大多数情况下,非电离的酸性或碱性以及中性分子最能实现最佳增溶;然而,盐形式的碱改善了潜在的氧化化学稳定性风险。有效配方的一般分子和物理化学性质考虑因素包括中等亲脂性(Log P,介于1和3之间)、存在多种氢键受体和中等熔点Tm(即Tm<200°C)[45]。相对于剂量,候选药物在这些溶剂体系中应具有足够的溶解度和长期物理稳定性。
另一个需要考虑的因素是溶剂体系在引入水性环境时所具有的高沉淀潜力。这种现象是生物性能的主要问题,风险随着剂量的增加而增加。抑制沉淀的赋形剂通常在这些制剂中进行筛选和使用。筛选这些溶剂体系中的亲脂性、结晶度(熔点)、溶解度和沉淀潜力以及化学和物理稳定性是指导候选物选择的关键因素。这些因素应在早期和整个设计过程中加以考虑。或者,化合物可以通过液-液相分离(LLPS)或液-固相分离(LSPS)以无定形形式沉淀[46,47]。在这些情况下,过饱和优势并没有完全丧失,因为无定形形式往往比原始晶体材料更易溶解,溶出速度更快。
亲脂性类型的自乳化制剂(SEDD),如I型、II型和IIIA型[48],通常被认为适用于具有中高Log P(>3)的疏水性化合物和熔点低于225°C,优选低于150°C的化合物。制剂开发因素包括药物在类脂赋形剂成分中的溶解度、药物在制剂中的化学和物理稳定性以及药物的两亲性,这可以对应于药物在表面活性剂赋形剂中的结合程度和溶解度。脂质会随着时间的推移形成过氧化物,具有强碱性位点(共轭酸pKa>6)的候选药物可能容易氧化。因此,对设计团队的建议可能涉及降低游离胺位点的碱度。药物从形成的乳液中结晶(即在水中分散和/或脂质消化后)通常是一个值得关注的问题,可以降低熔点的分子设计因素,如去除氢键供体和受体,可以缓解乳液结晶问题。
喷雾干燥分散体(SDD)用于稳定纤维素聚合物中无定形形式的候选药物,是不溶性晶线材料的常见固体替代品。决定SDD配方成功的关键参数包括Log P、结晶熔点(Tm)和原料药的无定形玻璃化转变温度。通常优选具有中等Log P值[2-4]和较少氢键供体或接受杂原子的分子。非晶材料应具有相对较高的Tg值(即>40°C),以获得最佳的物理稳定性,从而降低结晶的可能性。影响小分子玻璃化转变温度的分子特征包括分子形状和体积,以及氢键官能团的屏蔽类型和程度[49]。
湿磨纳米混悬剂(纳米晶体)制剂在候选药物为晶体且水溶性低(即<150μg/mL)以防止成熟和晶体再生时表现最佳。散装药物应具有高脆性和低延展性和弹性[50],以通过研磨实现有效的尺寸减小。这种递送选项适用于广泛的药物分子,熔点通常为100-350°C,Log P值为0-5。
水性环糊精制剂通常用于难溶性药物的胃肠外给药。通过药物分子在环糊精的疏水性更强的内部低聚糖“笼”中的分子络合来提高溶解度[51]。通常,当分子含有(i)在这些芳香环上或附近具有很少取代或很少可电离中心的单环芳香基团,(ii)亲脂性基团,或(iii)低空间位阻时,分子表现出更有效的环糊精络合[52]。可以利用这些信息和从化学结构预测环糊精结合的能力,但药物配方设计师要为药物化学家提供重要指导,说明哪些结构特征有利于纳入分子框架。
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