Adrabetadex

本 文 目 录 1、临床前小分子原料药早期制剂开发策略 2、拜耳、勃林格殷格翰、BMS和杨森:早期制剂开发决策 3、辉瑞:多快好省的制剂处方前开发助力早期制剂开发策略 4、【原创】创新药早期制剂开发策略:聚焦临床前阶段小分子化合物的低溶解度/生物利用度技术难题 一、临床前小分子原料药早期制剂开发策略 （药药 药药小筑） 前言 本文概述了临床前小分子原料药（API）制剂开发策略，主要内容包括给药途径选择、预制剂和表征、辅料选择，及辅料相容性研究、体内PK和毒理试验的制剂选择等。 药物产品 (Drug Product, DP) 是包含活性药物成分 (Active Pharmaceutical Ingredient，API) 的制剂成品（即剂型），用于在药物开发全周期（包括临床前毒理学研究、各阶段人体临床试验及上市后临床应用）中评估其安全性、有效性和质量，并实现向患者的递送。(本文主要聚焦临床前阶段) DP开发需围绕关键质量属性（CQAs）展开，主要包括稳定性（化学/物理）、安全性（毒理学兼容性）、可制造性（工艺可行性）及生物利用度（体内释放与吸收）。成功的DP设计必须系统优化上述属性，以满足法规与临床需求。 剂型设计通常需要考虑API的性质。对于小分子API，其结晶性特性需满足大规模批量生产的反应器或结晶器要求，后续经过滤和干燥等步骤获得原料药。基于小分子的理化性质，常见的剂型包括固体口服制剂（如片剂、胶囊）、液体制剂（溶液、混悬液）及透皮贴剂等。这些药物的设计需确保 API 在给药前保持物理化学稳定性（如固态不溶或液态溶解状态），同时实现目标药效。 1.剂型设计需要应对的常规挑战 表1.剂型设计需要应对多项挑战 序号 挑战 1 提高疏水性或难溶性化合物的溶解度 2 通过增溶方法增强药物的生物利用度或暴露量 3 保持特定剂型中药物的物理和化学稳定性 4 调整药物释放速率和/或靶向特定部位 5 确保将药物产品的制造从实验室规模放大到临床数量的能力 6 探索替代递送系统和专利延期（通常称为生命周期管理） 2.给药途径选择和剂型设计密切相关 小分子药物的给药途径选择需基于临床需求与化合物特性综合评估。口服给药因其便利性成为早期临床试验的首选，而口服给药通常选择采用胶囊、片剂或混悬液等剂型，这类制剂则又需重点解决API的溶出度与胃肠稳定性问题。 非口服或肠外给药途径包括腹腔内（i.p.）、静脉内（i.v.）、皮下（s.c.）、透皮、颊、鼻、阴道和直肠（表2和表3）。如果需要快速起效，例如治疗剧烈疼痛和微生物感染，则使用静脉注射制剂。静脉注射制剂通常用于临床研究，以量化其他剂型的相对生物利用度。对于给定的化合物，肠外途径可能更受青睐，以克服口服生物利用度或耐受性挑战，或为延长制剂专利寿命的替代营销策略（生命周期管理）做准备。 透皮给药用于通过皮肤屏障（角质层）系统性递送药物。这种给药方式通常涉及使用粘性贴剂，方便、无创，并且可以容纳各种 API 的延长递送，例如镇痛药和避孕药。某些药物，使用透皮系统可以避免肝脏和肠道代谢。然而，化合物的分子量、溶解度和稳定性会影响其是否适合透皮制剂。 其他药物给药途径包括鼻腔、肺部和眼部给药（表2）。这些方法最常用于API的局部递送。注射和侵入系统（表3）虽然具有侵入性，但可以将药物导向特定部位并提供快速的生物利用度，但是，它们可能伴随炎症和手术并发症的额外风险，此时，则需权衡获益与安全性。 表2.常见给药途径及其优缺点与剂型示例 给药方法 优点 缺点 剂型示例 口服 对患者最方便，依从性高 口感问题，药物在胃肠道降解，生物利用度低 液体制剂、混悬剂、片剂、胶囊剂、袋装粉剂 眼部 直接递送至角膜或视网膜 转运和扩散差，流失至泪腺和鼻腔引流 滴眼剂、注射剂、泪点栓、隐形眼镜 鼻腔 鼻腔、鼻窦局部治疗，也可进入中枢神经系统 刺激，活性成分流失 喷雾剂、滴剂 肺部 直接呼吸道靶向和全身递送 活性成分在喉部和上支气管区域损失 吸入器（液滴和干粉微粒） 透皮 延长全身递送，避免肝脏首过代谢 仅限于高渗透性药物 贴剂（基质型、储库型、微针型） 口腔粘膜/颊部 生物利用度好，避免肝脏首过代谢 仅限于高渗透性药物，不适感 置于面颊内部的贴剂 直肠 克服呕吐问题，避免肝脏首过代谢 依从性低，不适感 栓剂 阴道 局部递送 依从性低，不适感 栓剂、乳膏 表3.常见注射/侵入性给药途径及其优缺点与剂型示例 给药方法 优点 缺点 治疗示例 静脉注射 (i.v.) 100% 生物利用度，起效迅速 全身毒性，需要监护，药物必须可溶且在体内不沉淀 麻醉剂，抗生素 肌肉注射 比 i.v. 危险性小，可注射混悬液、油剂 由于活动时血流变化导致吸收存在一定变异性 胰岛素，疼痛管理 皮下注射 患者耐受性好 注射体积小，因组织和膜导致生物利用度变异性大 疫苗，局部麻醉剂 动脉内注射 区域性递送至器官用于特定治疗或诊断 感染和栓塞风险高，侵入性 溶栓剂 鞘内注射 直接递送至脊髓和大脑 不适感，毒性 麻醉剂 关节内注射 递送至关节 不适感 骨关节炎，疼痛管理 植入物/贮库 长期释放和局部作用 需要外科手术，不适感 避孕药，支架，支架型给药系统 总的来说，无论选择何种给药途径，剂型的开发策略都需要基于充分了解化合物的物理化学性质及其与制剂成分和加工方法的相互作用，以及评估获益和风险。这一认知不仅是设计合理剂型的基础，更是衔接毒理学与药代动力学研究的关键—通过优化制剂，确保化合物在体内达到足够的暴露量，从而准确计算 NOAEL 并推导临床安全剂量。 3.预制剂与表征 预制剂（需要克级API）是剂型开发中最重要的步骤之一，为临床I期开发中使用的制剂技术策略提供指导。 候选药物的典型预制剂数据包需要评估其物理化学和生物药剂学性质，旨在开发出在临床中提供最佳暴露的稳健 DP。重要的化合物物理化学性质包括：pH-溶解度曲线、在各种溶剂中的溶解度、可离子化基团的pKa值、辛醇-水分配系数 (LogP) 和玻璃化转变温度(Tg)、熔融温度(Tm)等（下表4.预制剂中常关注的API物理化学性质（部分））。所有这些因素对于制剂开发都十分重要。此外，还包括关于各种固态晶体形式的早期信息，需开展盐筛选和多晶型筛选识别多晶型物和盐。一些化合物具有高度多晶型性，而其他化合物则形式有限，或者可能不会结晶。在临床IIa期开发后进行更彻底的盐和晶体形式 (多晶型物) 筛选，以确保选择正确的形式用于商业化。 表4.预制剂中常关注的API物理化学性质（部分） 主要内容 意义 晶体和多晶型物 结晶性优点：良好的物理和化学稳定性、纯度和机械性能，易于控制粒径和形状。 不可忽略：高度多晶型（即具有许多固态形式）的结晶 API 也可能具有较差的物理稳定性，导致在加工和储存过程中发生晶型转变。 溶解度差化合物：适合制备成为无定形 API（固体分散体技术）。 筛选策略：可以使用各种方法优化结晶和无定形API的性质，前者采用盐和多晶型筛选，后者采用聚合物/辅料稳定化方法。 盐型和多晶型筛选 筛选意义：利于获得最稳定和生物利用度最高形式。 多晶型缺点：高度多晶型的药物可能难以配制。 化学稳定性 API化学稳定性研究（强降解试验、溶液稳定性、光稳定性、湿稳定热、热稳定性等），对于在其定义的保质期内保持其质量至关重要。 强制降解试验：可探究各种降解反应机制，同时助于开发API和DP的分析方法。 溶解度和溶出度、LogP和渗透性 pH-溶解度信息可以与LogP和渗透性数据（通过体外或体内方法生成）结合，以确定生物药剂学分类系统（BCS）评级，溶出度测试可预测药物在胃肠道的释放行为，以上共同指导制剂策略选择。 4.生物药剂学分类系统（BCS） 通过API溶解度、渗透性等数据可以进一步将化合物纳入生物药剂学分类系统（BCS），从而为口服固体制剂的开发提供方向性指导。 生物药剂学分类系统（BCS）是由Amidon等于1995年提出的一个分类概念，是按照药物的水溶性和肠道渗透性对其进行分类的一个科学架构。当涉及到口服固体常释制剂中活性药物成分（Active Pharmaceutical Ingredient，以下简称API）在体内吸收速度和程度时，BCS系统主要考虑以下三个关键因素，即：药物溶解性（Solubility）、肠道渗透性（Intestinal permeability）和制剂溶出度（Dissolution）。上述分类原则可作为制定体外溶出度质量标准的依据，也可用于预测能否建立良好的体内-体外相关性（IVIVC）。 通常，BCS1类适合开发为口服固体速释剂型。BCS分类2类药物需要先提高溶解度，例如使用微粉化、固体分散体等技术。BCS分类Ⅲ类药物可能推荐在制剂策略中适当使用促渗透剂。BCS分类Ⅳ类药物则溶解性与渗透性都较差，制剂开发难度较大。 图1.生物药剂学分类系统（BCS）网格 5.制剂开发中辅料选择策略 辅料是无活性成分，有助于控制API的递送，并可能改善制剂的溶解度、稳定性和可制造性。这些材料必须对其杂质、毒理学特征以及与其在制剂中功能相关的物理化学性质进行充分表征。为确保符合各种监管指南，通常选择被归类为“公认安全”（GRAS）并通过了在美国、欧洲和日本药典（分别为 USP、EP 和 JP）等专论中明确定义的规格的成分。国际药用辅料协会对辅料及其性质提供了更详细的定义。 液体制剂：液体制剂中的辅料有助于溶解或悬浮药物，延长保质期，并掩盖味道。液体主要用于毒性研究或早期临床试验，以便于以选定的增量给药并最大限度地缩短开发时间。在 i.v./肠外制剂中可能需要缓冲剂，以防止 API 沉淀或减少注射时的不适感。防腐剂和抗氧化剂分别防止微生物生长和化合物降解，以延长保质期。液体 DP 可能由水性成分、油或乳液组成。 口服固体制剂： 与液体相比，固体制剂（即片剂、胶囊）更依赖于辅料的材料特性。当需要高载药量时（对于大剂量或低效价化合物），制剂可能在流动性、可压性以及在水性介质中的崩解/溶出方面“继承”不良的 API 性质。 透皮制剂： 辅料在透皮制剂中对于改善API溶解度、通量和渗透性以及DP对皮肤的粘附性至关重要。对于基质贴剂，辅料可能包括聚合物粘合剂、渗透促进剂和增溶剂的混合物。其他组分包括无纺布背衬材料和保护粘合剂的离型衬里。由于贴剂可能用于延长药物递送，因此密切监测 API 的物理稳定性对于确保通过皮肤的稳定通量非常重要。在过饱和基质中可能发生重结晶等问题。 表5.口服/肠外液体制剂辅料 表6.口服固体制剂辅料 6.制剂开发中的辅料相容性研究 进行 API 和赋形剂相容性研究以确保化合物在所需浓度范围内在赋形剂存在下稳定。该测试包括制备比最终制剂高 (通常5-10倍) 的赋形剂/API比率。这确保杂质或反应性物种超过 API，这往往会使降解机制更容易检测。研究可以在小规模上进行，所有测试使用约 5 克或更少的 API。加速稳定性测试在 ICH 指南中定义的条件下进行，例如5°C、25°C/60% RH、30°C/65% RH 和 40°C/75% RH。将 API 和赋形剂的样品在湿或干条件下紧密混合 (即研磨) 或压在一起，然后放入代表性包装中，如加速稳定性室中的瓶子或小袋。虽然二元混合物的使用探测直接相互作用，但如果已知几种成分的降解机制或怀疑有多种相互作用，“模拟” 制剂是有用的。 （具体可以参考：药用辅料与药物相容性研究的相关法规） 7.临床前PK和毒理制剂选择 体内PK制剂 创新性药物体内PK应选用两种或两种以上的动物，其中一种为啮齿类动物；另一种为非啮齿类动物（如犬、小型猪或猴等）。在考虑与人体药代动力学性质相关性的前提下，尽可能选择与毒理学和药效学研究相同的动物。剂量范围涵盖治疗值上下。 临床前体内PK研究制剂研究首选液体制剂，因易开发和管理。亲水性API常用水为稀释剂，BCS 2/4类化合物常用聚乙二醇、含表面活性剂的油或乙醇溶解。通过获取血浆浓度-时间曲线、AUC、半衰期等数据指导制剂开发：半衰期短的化合物适合控释剂型，Cmax 和AUC低提示溶解度或吸收问题。IV 组常作为生物利用度参考，与其他给药途径比较暴露量。 毒理学制剂 毒理学制剂和体内PK制剂通常保持一致。毒理最佳制剂需进行稳定性研究。口服混悬液需确保剂量均一，借助分散剂提升载药量。制剂生产与稳定性需匹配毒理学研究周期，但液体制剂常因API化学/物理稳定性不足出现沉淀降解，短期研究可每日配制，长期试验则需优化配方。 用于毒理学研究的制剂需在良好实验室规范（GLP）下制备。FDA/NMPA监管临床前和临床制剂的全流程。制备中需完善文件记录，GLP 批次要检测 API 效价、纯度和剂量递送，达标后经分析和质量人员放行。制剂人员编写剂量测试方案供研究机构使用，研究结束后，依据毒代动力学、NOAEL 等数据，结合异速缩放，将临床前动物模型数据转换到人类，评估 API 血浆浓度在人体研究中的安全有效性。 8.小结 临床前小分子制剂开发需早期规划剂型与给药途径，基于API的理化性质（溶解度、多晶型等）和BCS分类制定差异化策略，并通过辅料相容性、稳定性及PK/毒理研究保障制剂可行性。最终目标是设计出平衡稳定性、生物利用度与可放大性的制剂方案，为临床研究奠定基础。 参考文献：Narayan P. Overview of drug product development. Curr Protoc Pharmacol. 2011;Chapter 7: doi:10.1002/0471141755.ph0703s55 二、拜耳、勃林格殷格翰、BMS和杨森:早期制剂开发决策 （原创 木下土 药物研发客） 在创新药实际的发现过程中，动物制剂的开发是相当重要的，而是通常会使用到增溶的制剂策略。有的时候，动物制剂的开发时间较短，表征较少，更甚者此时的制剂开发并非制剂人员来主导。那么动物实验的结果本身将很难解释，并为后面的制剂开发提供怎样的启示呢?不得而知。查看国际巨头开发相关文献，看到巨头们的经验，会存在开发评估小组，而且深刻意识到制剂人员在药物早期发现中的重要作用。当然，国内还有很长的路要走！！！只是可能花费点代价和金钱。 早期药物开发中制剂开发的体内模型和决策树：生物药剂学开发的当前实践和建议综述 In vivo models and decision trees for formulation development in early drugdevelopment: A review of current practices and recommendations forbiopharmaceutical development 摘要：使用体内动物模型预测新化学实体性能的能力已经研究了20多年。制药公司使用自己的战略，从早期开发开始就决定最合适的配方。在本文中，7家公司讨论了欧洲制药行业协会联合会(EFPIA)四个合作伙伴（拜耳、勃林格殷格翰、BristolMeyersSquibb和杨森）的生物药剂学决策树，其中4家公司目前没有定义决策树。讨论了每个决策树的优势、劣势和改进机会。药物发现与开发界面（ drug discovery & development interface）负责先导优化和候选药物选择的药物动力学学家和配方前科学家都对配方决策的总体进展做出了贡献。为IMI资助的OrBiTo项目设计的数据库中包含化合物信息的小数据集，用于检查测量的物理化学、溶出度和相对生物利用度参数之间的相互关系。 在首次人体试验（FIH）研究中，在选择新的化学实体（NCE）时，仅从体外和/或计算机工具无法很好地预测药物及其制剂的体内行为。需要尽早确定风险、挑战和策略，以准备在动物毒理学研究和FIH临床试验中提供足够临床前暴露的制剂，这是IMI资助的OrBiTo项目的重要组成部分。本文对体内模型和生物药剂学决策树在新型口服药物开发中的应用提供了一个视角。 1.引言 预测体内剂型性能的能力已经研究了20多年[1]。尽管如此，在药物发现界面负责先导优化和候选药物选择的制剂前科学家面临着艰巨的任务。在选择新的化学实体（NCE）时，需要有关药物在生物相关条件下从制剂中溶出的信息，但目前仅从体外和/或计算机工具中无法很好地获得这些信息。在动物毒理学研究和患者临床试验中提供足够临床前暴露的制剂的制备需要对相关风险、挑战和开发策略进行早期评估。所采用的方法可能不同[2–5，29]，但通常包括考虑关键因素组合的逐步方法，如与API在生物相关介质中的溶解度相关的口服剂量，即生物相关剂量数（DN）。此外，关于API特征的体内、体外和计算机信息对于补充单参数概念是必要的，例如溶解所用剂量的体积（VDAD），这与DN概念密切相关。 在一项针对参与由IMI倡议资助的公私合作OrBiTo的欧洲制药工业协会（EFPIA）合作伙伴进行的未发表的调查中，评估了目前在口服制剂开发过程中何时、如何以及使用哪些体内工具。事实证明，所有12名应答者都应用动物模型进行配方开发，尤其是在药物发现或早期开发阶段。狗和老鼠是迄今为止最受欢迎的物种。除了动物研究，超过一半的应答者表示经常或总是在配方开发中应用人类研究。总的来说，调查清楚地表明，公司的配方开发严重依赖动物模型，也依赖人类模型。     根据调查，OrBiTo启动前的几篇出版物表明，大鼠、狗和非人灵长类动物是API药物和模拟开发最常用的体内模型。因此，在本手稿中，研究了当前与动物使用有关的决策树，记住3Rs（替换、减少和细化）是研究中使用动物的所有决策中的一个有趣的影响因素。此外，还提供了一些关于研究设计、技术、体内和体外参数的指导，这些参数在确定决策的适当截止点以及早期开发中的计算机建模如何帮助决策方面发挥着重要作用。存在先前提出的决策树[6-8]。乌普萨拉EUFEPS第五届药物吸收、运输和递送世界大会[9]指出，许多主要分别基于溶液和悬浮制剂的绝对和相对生物利用度数据，并已实施，例如杨森制药公司和拜耳公司。 本手稿中作为OrBiTo项目的共识提出的决策树（DT）也与OrBiTo内其他工作包开发的API和配方产品的体外分析新方法（WP1-药物的体外表征，WP2-配方产品的体内表征方法和WP4-计算机模型）有关。内容来源于人类胃肠生理学的新信息，并与最常见的动物进行了比较。 在最近的一篇综述文章中，有人指出，犬胃肠道（GIT）的特征，特别是大型犬（体重约30公斤）的最终特征，与人类有各种相似之处。得出的结论是，与人类胃肠道最重要的区别与BCSII类药物的胆汁浓度更高、溶解度/溶出更高、BCSIII类药物的吸收率更高以及结肠特征的差异有关[12]。 在将狗与大鼠作为筛选工具的比较中，最近对包含大鼠和狗的数据的化合物数据库的回顾性分析表明，在狗身上，FaSSIF中极难溶解的化合物（<0.01mg/mL）主要对应于混悬液与溶液（Frel，混悬液/溶液）的相对生物利用度小于20%。对于大多数FeSSIF溶解度高于0.1mg/mL的API，给药混悬液后在狗体内的暴露与给药API溶液后的暴露相当（Frel，混悬液/溶液接近1）。与狗不同的是，大鼠的趋势不太清楚：对于可溶性极低的原料药，在大鼠身上观察到更高的相对生物利用度，甚至完全口服吸收，这表明在低可溶性化合物的情况下，狗实际上可能比大鼠更有辨别力。作为对大鼠和狗观察结果的解释，数据库评估中渗透率的差异似乎不那么重要[14]。 在大鼠和狗的数据都可用的大多数原料药中，大鼠的Frel,susu/sol高于狗的Frel,susu/sol。无论是餐前状态，还是胃或十二指肠中的电离百分比，似乎都不能解释大鼠和狗之间的差异[14]。 迄今为止，文献中尚未讨论的其他问题包括作为制剂成分的关键辅料的影响以及临床前物种反映其对吸收影响的能力。例如，当寻找口服溶液或静脉给药的制剂时，通常需要使用增溶剂。例如，口服PEG400往往会增加体内肠道的水量，并可能影响肠道的通透性。对于静脉给药，已知含有Tween80（或Solutol）的剂型会导致狗体内组胺释放，而在大鼠体内没有观察到这种作用。DMSO是另一种常用的增溶剂，用于两种给药途径，即使体积百分比较低，它也会在两种物质中产生不希望的渗透作用。在体外观察到PEG400对外排转运蛋白的抑制作用；目前尚未在体内得到证实[12，13]。     进一步的研究领域涉及作为体内吸收/生物利用度模型的特定动物的菌株和预处理条件。一般来说，比格犬最常用于早期配方开发[19,20]。 配方研究显示，在使用和不使用pH降低剂预处理狗的情况下（例如，肌肉注射1NHCl或0.6mg/kg五肽胃泌素，以更好地预测人类生理[18]）。文章将讨论物种选择和生理变量方面的问题。 本文将探讨7家顶级制药公司中3家的动物研究时间和研究设计。基于这些科学界的最佳实践和他们自己公司的经验，将提出一个共识驱动的决策树或战略。第一项将审查选择NCE或活性药物（API）所需的决策和数据，这些药物的性质允许未来的开发活动在临床前开发早期以最佳配方向前推进[25]。 本文将总结几家主要制药公司目前使用的一些实践，并提出一些在早期制剂开发过程中进行体内研究的最佳实践的通用规则或标准。 2.参与EFPIA公司早期配方选择的当前决策树 2.1.拜耳 2.1.1拜耳当前决策树 拜耳临床1期研究候选药物制剂开发类型的决策基于（i）在人体内溶解所施加剂量（VDAD）所需的体积，以及（ii）在大鼠体内以混悬液与溶液的形式口服给药的微粉化晶体化合物材料的相对口服生物利用度（Frel，susp/sol）[37]。该程序最近发表[4，14]。 VDAD的计算基于结晶的、无溶剂的、微粉化的API在pH1（0.1MHCl）和pH7（磷酸盐缓冲液）的水溶液中测得的热力学溶解度和预测的人类治疗剂量。 如果中性化合物VDAD小于3L，，如果酸性化合物VDAD在pH7时小于6mL，则为，如果碱性化合物VDAD在pH1时小于175mL，则建议化合物开发常规立即释放（IR）片剂。对于所有其他化合物，应进行大鼠Frel、混悬液/溶液研究，并用于以下决策：简言之，将受试化合物以两种不同的制剂，以mg/kg为基础，以估计的人类治疗剂量口服给导尿管雄性Wistar大鼠：（i）例如乙醇/PEG400/水，10/50/40或乙醇/Solutol/水，10/10/70，最佳载体为基于溶解度数据选择，以确保化合物材料以溶液的形式应用，和（ii）由0.5%Tylose溶液组成的悬浮载体，其中相应的化合物以微粉化材料的形式悬浮。在给药后24小时内收集血浆样本，并通过LC/MS/MS进行分析。使用标准PK软件根据血浆浓度-时间曲线估计药代动力学参数。Frel，susu/sol计算为从混悬液与溶液组获得的AUC比率。基于与Frel，悬浮/溶液的回顾性比较，在人类中获得的数据，在大鼠中具有Frel，悬浮/溶液值大于50%的原料药符合常规IR片剂制剂的开发条件，而对于具有Frel悬浮/sol的原料药值小于50%，则表明了启用制剂（EF）的开发（图1）。     2.1.2.BayerSWOT分析 临床1期研究的API配方选择首先在开发候选选择阶段形成，为其生成全面的体外和体内数据集。该分析包括深入的物理化学、药理学、DMPK和毒理学表征，作为决定哪种候选药物将进入临床前开发的基础[25]。 关于候选药物是否适用于传统的IR片剂制剂或是否需要EF开发的决定是基于决策树（DT），该决策树结合了体外和体内数据，例如（i）表征良好的微粉化化合物材料的水溶性，（ii）化合物的预测人类有效剂量，和（iii）以mg/kg为基础的人类等效治疗剂量在大鼠（雄性，禁食）中以混悬液/溶液的形式给予的表征良好的微粒化化合物材料。该数据用于如上第2.1.1节所述的决策。 DT的优势来自于基于20多种内部化合物的临床验证，这些化合物已经生成了人体Frel固体/溶液数据（IR片剂与液体制剂）和大鼠的Frel悬浮/溶液数据。根据所使用的数据集，推荐使用常规IR片剂或EF开发的大鼠的临界Frel、susu/sol值已定义为50%[5]。DT的另一个优势是使用实际药物开发候选物的预测人类治疗剂量，即非标准剂量，用于大鼠的Frel、susp/sol研究，并计算在人类中溶解该剂量所需的体积[21]。在不同pH值的水性缓冲液中测定溶解度，并测定在该开发阶段与API在IR片剂中尽可能接近的化合物状态，即平均粒径d50<10µm的规定晶体材料。DT还适应化合物的电荷状态，即它们在GIT的不同部分中的中性、碱性或酸性程度。该信息与预测的人类治疗剂量的使用一起用于估计给定候选药物的任何潜在溶解度受限和/或溶出受限吸收问题。此外，还通过以溶液形式给药的化合物的临床前物种的绝对口服生物利用度和体外Caco-2测定中的渗透行为来评估人体的口服吸收行为，以确定任何渗透性有限的吸收问题。     DT已成功应用于多个适应症的许多药物发现和开发项目，但承认其局限性对于每个新药开发候选药物的配方重新表彰的可靠性至关重要。其中一个方面涉及大鼠Frel，susu/sol研究中的溶液组，其中必须确保化合物完全保留在溶液中，即不会在体内GIT中沉淀，从而导致过高估计Frel，Susu/sol值。因此，在进行体内研究之前，需要非常谨慎地选择大鼠Frel、混悬液/溶液the solution arm的配方。首先，必须确定能够实现化合物最高溶解度的制剂。然而，由于过饱和溶液倾向于在体内的GIT中沉淀，因此作为第二步，还必须在体外沉淀测定中测试该制剂，以确定其在体内研究中对溶解度solubility arm的适用性。DT的另一个限制涉及Muenster及其同事[4]在出版物中使用的化合物组的人体剂量范围。所用数据集中的大多数化合物都是以低于200mg的人体剂量施用的。当对预计人体剂量超过该剂量范围的化合物使用DT时，需要考虑这一点。对于这类化合物，在生物相关介质中增加剂量的体外溶出试验具有特别重要的意义，以便能够预测人1期剂量递增的不同剂量步骤的吸收行为[21]。虽然过去的决策主要基于水性缓冲液中的溶解度估计，但现在越来越多地通过从生物相关介质中得出的估计来实现[22]。此外，基于生理学的口服吸收模型也越来越多地支持项目支持和决策[23-26]。 2.2.勃林格殷格翰 2.2.1勃林格殷格翰当前决策树 在勃林格殷格翰，可开发性评估是根据溶解度和估计的人体剂量以及各自的剂量数（DN；即（剂量/250mL）/（溶解度））正式进行的。还考虑了其他参数，如渗透率、生物利用度和溶出速率，但未反映在BI决策树（DT）中。 有三种不同的配方方案（A、B和C）。配方方案A用于固有DN（水中DN）<10的化合物。方案A化合物仅作为常规制剂开发，预计不会出现生物利用度问题。固有DN>10的化合物可分为两类。固有DN>10和在FaSSIF<10中DN的化合物被视为方案B，在水中和FaSSIF中DN>10的化合物被认为是方案C化合物。在方案B化合物的情况下，进行更复杂的制剂开发；除了常规制剂之外，还开发了几种含有表面活性剂或有机酸的改良的常规制剂。利用生物相关溶出和体内研究来选择Ⅰ期研究的最佳制剂。最复杂的方案是方案C。与其他两种类型类似，正在开发含有非晶或纳米晶API的非常规配方或EF。在方案C化合物的Ⅰ期，预计将在临床上测试几种制剂（图2）。     2.2.2.勃林格殷格翰SWOT分析（Ⅰ期前） 例如，DN是根据估计的人体剂量计算的。配方原则的决定适用于预期的商业配方。在Ⅰ期的研究中，给予更高的剂量，需要用这些剂量计算DN，以评估这类研究是否需要EF。DN的阈值基于先前化合物的经验，而不是由DN和绝对/相对生物利用度的相关性来确定。需要对此阈值进行内部验证。 决策树仅基于溶解度，Frel研究不作为该决策过程的一部分。如果DN较低，这是一个优势，因为这会导致快速的决策过程，有利于传统配方的开发，并且可以避免动物研究。然而，这可能是一个缺点，因为对上述DN>10的动物研究可能表明，传统配方方法仍然足够好，并且可以避免昂贵的非传统配方开发。在BI决策树中，混合2小时后的动力学溶解度被视为生物相关溶解度，而没有确定热力学溶解度。这使得很难与其他决策树进行比较。 2.3.BristolMyerSquibb（BMS） 2.3.1BMS当前决策树 在DiscoveryDevelopment界面，通常在Sprague-Dawley大鼠和Beagle犬中进行动物PK研究，以评估原料药和早期临床制剂的生物药剂学风险。狗模型更常用于配方和剂型的决策，以及评估早期临床试验的生物药剂学风险。 配方开发计划取决于临床候选药物的BCS类别。根据早期动物研究中使用的最高剂量（如Frel大鼠或毒理学）的渗透性（Caco-2和PAMPA）和溶解度进行初步分配。早期的临床前研究包括大鼠口服药物溶液制剂的绝对生物利用度评估，然后是混悬液制剂的相对BA。如果结晶混悬液的BA相对于溶液制剂大于50%，则无论BCS类别如何，都会考虑片剂或胶囊开发的常规制剂方法。然而，如果混悬液的BA＜50%，特别是对于BCS-II或IV化合物，则可能采用启用的API（例如高溶解度盐形式、共晶或尺寸减小的API）或启用的配方（EF）方法（例如无定形分散体或增溶体系）。基于理化性质和预配方研究，可以使用专门的生物相关体外溶出度研究和狗PK研究来进一步了解生物药剂学风险，如食物效应、对pH调节剂的敏感性以及临床相关剂量下低BA（如胃不稳定、润湿性差或初始溶出度差）的风险。这些生物相关工具的使用及其与临床前和临床PK的联系已在之前发表[28，29]（图3）。     2.3.2.BMSSWOT分析 决策过程以API的生物药剂学风险为基础，考虑临床剂量、物理化学数据和一系列生物相关性（SGF、FaSSIF和FeSSIF）体外溶解数据、体内药代动力学和计算机建模活性。配方决策过程的强度取决于卫生机构认可的BCS类别的通用指定，以及相对简单的要求，即相对于溶液配方达到50%的生物利用度阈值。几年来，这已应用于每一个临床发展候选者，并在FIH临床PK数据可用后通过回顾性分析和对控制风险因素的额外机制理解不断验证。 在早期临床配方开发中，狗研究主要用于测试API和配方选择，原因与之前描述的相同。五肽胃泌素和法莫替丁的预处理用于控制狗固有的可变胃pH值，并复制更像人类经验的条件。然而，在这个早期阶段，当采用这种简单化的方法时，存在一些未知因素。例如，API晶体性质（最终形式）可能尚未最终确定，粒径的影响也不完全清楚；剂量范围可以显著变化；并且某些以患者为中心的生物药剂学风险，例如对pH效应和/或食物效应的易感性，可能会出现影响制剂选择的风险。为了应对这种不确定性，使用生物相关溶解模型和计算机PBPK模型来衡量风险的严重性，并可能证明需要进行额外的动物PK测试。 2.4.杨森 2.4.1杨森当前决策树     在早期开发中，通过临床前研究来指导配方选择，确定药物在Sprague-Dawley大鼠或Beagle犬的溶液（Fabs，sol）和Frel，susp/sol中的绝对生物利用度[14]。PEG400和环糊精通常用作口服溶液制剂中的增溶剂，而甲基纤维素通常用作悬浮剂。该临床前混悬液/溶液生物利用度研究中的常用给药剂量为标准剂量，例如大鼠为5mg/kg，狗为10mg/kg。 该研究的结果可以提供一种指示，说明临床研究必须开发哪种制剂类型。对传统技术、增强技术或EF技术进行了区分，因为它们决定了开发成本和时间表。常规配方是指没有经过深思熟虑来改变药物溶解性、释放/溶出速率、渗透性和/或稳定性（例如直接压缩、干/湿法制粒、灌胶囊技术）的配方。 提高溶解性或渗透性的配方使用常规技术来分别提高API的溶解性/溶出（例如盐形式、包含溶解度或溶解增强辅料）或渗透性（例如添加渗透促进剂）。当使用复杂的制造技术（例如固体分散剂、纳米混悬液、基于脂质的系统）来提高API的溶解性/溶出时，使用“溶解性EFs”一词。 对于具有高Frel，混悬液/溶液（≥0.8）的化合物，当Fabs，溶液高（≥0.7）时，或者当Fabs溶液低时，由于高的首过效应，可以开发常规的模拟。在Fabs溶液是低的情况下，分别由于溶解的API的低Peff或沉淀，提出了提高渗透性或提高溶解性/EF。对于具有低Frel、混悬液/溶液的化合物，当Fabs、溶液较低时，应考虑溶解度EFs，而当Fabs，溶液较高时，可能适合使用溶解度增强制剂。如果已知或估计临床DN较低，则在提出溶解度增强或使能技术的情况下，可以开发传统制剂（图4）。     2.4.2.杨森SWOT分析 使用杨森化合物的广泛数据库（主要是弱碱，logP>2，肠道人体有效渗透率（Peff）>2*104cm/s）验证了DT，表明狗的临床前数据与化合物的BCS分类和开发的临床制剂类型非常一致，而大鼠的临床前数据则不太清楚[14]。在验证数据集中，大多数大鼠数据是在进食状态下生成的，而大多数狗数据是在禁食状态下生成。与狗相比，由于大鼠的永久性胆汁引流和狗的食物诱导胆汁分泌，大鼠肠道中的平均胆汁浓度更高，这可能至少部分导致了这些观察结果。 进行体内研究的优势在于，它们能够评估化合物溶解度和渗透性对药物暴露的综合影响。这些研究通常有多种用途，包括对药代动力学的初步了解和毒理学研究的准备，以及制剂类型的选择。通过在分离过程的早期生成和评估Frel、susp/sol和Fabs、sol，并结合一些体外读数（如渗透性、沉淀测试等），创造了理解机制的机会。基于体外数据的计算机模拟也可以应用，但模型构建需要大量的时间投资，建议根据体内数据进行验证。 由于仅基于体外和/或体内动物药理学模型时，在发现和临床前研究阶段进行的治疗剂量估计具有不确定性，因此建议的临床前生物利用度研究是用标准剂量进行的。然而，该剂量可能不能反映预期的临床剂量。如果已知临床剂量与建议的标准剂量有显著偏差，则可以使用更具代表性的剂量进行临床前研究。 人们认识到，API的颗粒大小和物理形式以及溶液和混悬液的辅料会影响所测试化合物的溶解度和/或溶出行为，从而影响体内生物利用度研究的结果。如果这些参数在开发过程中发生变化，则必须评估对配方类型的影响。 3.与API决策树的相互作用（药物的体外表征） 药物开发决策树是OrBiTo项目中物理化学工具的结果，基于几种新的小规模生物相关体外工具，开发这些工具是为了表征NCEs的物理化学性质，从而评估是否需要EF方法。在DT的第一步中，建议使用一组模拟肠道介质来确定NCE的溶解性，该介质是通过应用实验设计（DoE）开发的，以确保在GIT中可能遇到的所有相关的肠道内流体成分都是可溶解的。使用这种DoE方法，可以确定哪些因素驱动NCE的溶解度，例如pH、胆盐、磷脂、单甘油酯等，这也可以指示哪种模拟方法适用于给定的NCE。DoE溶解度数据将得出每个选定剂量的NCE的剂量数范围，进而可用于进一步评估NCE的开发策略。 如Andersson等人[30，31]所述，如果一个或多个剂量数高于1，则建议进行小规模的固有溶出研究（IDR）。根据NCE的溶解度，可以使用圆盘、粉末或受控混悬液。控制NCE颗粒的大小能够评估颗粒大小对溶解给定剂量的NCE的影响。这将告知是否可行将颗粒尺寸减小到在可用于吸收的传输时间内完全溶解的水平[30]。     在不可能通过减小颗粒尺寸来实现完全溶解的情况下，可以探索NCE的过饱和倾向。为此，开发了一种小规模标准化体外超饱和沉淀法（SSPM）[40]。简言之，将NCE溶解在DMSO中，并以四种不同浓度过量添加到生物佐剂介质中。这使得能够在四个标准化条件下消除最大过饱和度、沉淀前的诱导时间和沉淀速率。由此，可以确定过饱和倾向。此外，SSPM还可用于筛选不同辅料延迟沉淀或降低沉淀速率的能力。 为WP1描述的物理化学DT与当前提出的“决策图/策略”有几个接口，提供了NCE物理化学性质的信息，从而能够更好地决定选择哪些动物研究。首先，基于DoE方法获得的剂量数可以很容易地作为公司用于决策的剂量数。此外，IDR研究可以增加关于是否需要进行体内Frel、susp/sol研究的进一步信息。过饱和倾向可能会影响小样本体内沉淀的风险，也会影响配方开发方法的选择 4.建模与仿真（M&S）在开发过程中的作用（WP4——体内数据的计算机建模工具） 近年来，使用基于生理学的药代动力学（PBPK）软件或其他类型的建模与仿真工具进行建模与仿真的作用对NCEs的开发变得非常重要，特别是在使用任何给定开发计划中的研究得出的临床数据的后期开发中。 特别是PBPK的使用在早期制剂开发过程中可能非常有用。通常，如果有足够的体外参数和物理化学信息可用，建模可以提供有用的信息，或者至少可以深入了解哪些参数对进一步的配方优化最重要。此外，这些模型可以改善和/或证实对胃肠道中发生的事情的机制理解。它们在早期配方设计中的价值在于提高早期动物模型用于参数敏感性分析的有效性，并在有更多临床数据可用的开发后期提供模拟方案的能力。随着更多人类临床信息的收集，应继续在这些模型的开发过程中进行改进。 作为一个群体，我们不推荐任何特定的软件，但建议科学家遵守卫生当局提出的PBPK软件的验证指南。 最终，在早期配方工作中使用M&S或PBPK建模现在正成为一项标准活动。从历史上看，主要的缺点是PBPK模型的复杂性和缺乏在动物物种中进行适当建模的数据。EFPIA公司仅在人体细胞系中进行渗透性实验或对人体组织进行酶研究并不罕见。因此，例如，这将使在大鼠身上建模变得非常困难，而且内部对进行此类实验以支持在动物身上建模的价值存在很多争论。随着更新、更用户友好的软件和药物计量专业知识的激增，作者们一致认为，即使在早期发现中这样做是有成本的，也不能低估建模的价值。许多化合物由于无法在动物体内实现Frel或Fabsolute而失效。这是开设一门不直接关注人类发展的课程的一个小原因。在早期发现过程中，确定动物模型中渗透性或代谢周转等参数的高通量方法对于提供最佳信息作为开发新化合物及其制剂的基础来说是一个很小的代价。 5.体内和理化因素     5.1大鼠 制剂开发的典型strains是Sprague-Dawley或Wistar大鼠。在大鼠中，液体微量取样（包括干血点）现在可以评估个体内测试，并且可能使用相同的动物进行静脉给药，以获得与狗相同的绝对生物利用度。主要关注的是基于维持大鼠体重和年龄所需半衰期的冲洗时间。血容量问题通常不是DBS或液体微量取样的混淆因素[32]。体内大鼠研究可能包括每个治疗组的动物数量，范围从3到6，这取决于API的可用性和检测给定API/BCS类别差异的统计能力。 在我们的比较中所代表的研究在进食状态方面是混合的。例如，拜耳在大多数研究中使用禁食大鼠，而杨森在体内研究中使用喂养动物。 一般来说，大鼠通常的禁食时间为夜间~16小时。另一个考虑因素是，与狗或人相比，大鼠在肠道中的胆汁盐浓度更高（可能与胆囊的存在导致的持续胆汁流有关）[12]。然而，很明显，大鼠和狗之间存在生理差异，这可能解释了这两个物种之间的一些差异。 5.2.狗 一般来说，比格犬因其体重较低（～10公斤），在早期研究中被用作配方开发的犬种[15]。根据OrBiTo缺口分析[11，33]，狗倾向于过度预测BCSIII类化合物的人体生物利用度。根据大鼠和狗Frel、混悬液/溶液生物利用度数据的比较，Janssen观察到了相反的情况，但得出的结论是，狗比大鼠更善于区分制剂类型选择[14]。 一般来说，如果在交叉设计中使用相同的狗，早期阶段配方实验中使用的狗的数量取决于化合物的半衰期，以确定冲洗期。在狗身上使用交叉设计可以最大限度地减少个体间的差异，并允许个体内的比较。使用的狗的数量最终将由测试的化合物的数量、给定化合物的API可用量以及动物之间的变异性（如果从其他体内研究中已知）决定。此外，研究表明，狗胃的pH值显著高于人类胃的pH[5，16]。因此，许多作者使用五肽胃泌素（肌肉注射6mg/kg）或每次口服1NHCL进行预处理。许多研究人员使用简单的pH测试条以及更复杂的工具，如SmartPill®[5，10，11，17]，对胃pH进行了测量。有条件的是，在文献中，狗体内肠道转运蛋白的分布几乎与人类的情况相似[41，42]。狗通常在给药前禁食。在生物等效性研究中，一些公司在服用片剂后服用50毫升自来水，与人体服用250毫升自来水成比例。 5.3.其他物种和信息 非人类灵长类动物也被用于文献中的体内研究，假设它们与人类最相似[34]。然而，动物的治疗指南和灵长类动物的喂养习惯与人类的情况有很大不同[33]。小型猪也被用于体内实验。这两个物种都可能具有在相对生物利用度试验中使用的适用性，但动物饲养和3Rs的考虑有利于使用狗或大鼠[35]。     哪种制剂载体可用于每种物种，可能受到其与所用物种相互作用的限制。例如，PEG增加了大多数动物体内肠道的水量，这可能会影响肠道的通透性。在体外观察到PEG400对外排转运蛋白的抑制作用；然而，这一事实尚未在体内得到实验证明[36，38]。 5.4.化合物信息：主要性质、溶解度和溶出度 如果我们深入研究表征药物的具体方法，很明显，一些特征是化合物的固有特征，如酸性或性质的分类。因此，这些特征是独立于方法的，不是目前讨论的主题。 另一方面，其他特征可以以各种方式来表征，并且结果可能强烈地取决于具体使用的方法。关于该配方，许多公司通过获得有关该化合物溶解度和溶出特性的早期信息来开始决策过程。 溶解度测定可在两种常见介质中进行：水性介质和生物相关介质。利用水性介质对不同pH值下的溶解度进行了基本概述，总体生理范围约为pH1-8。然而，众所周知，这些纯水性介质仅以有限的方式反映GIT内生理条件的性质[27]。生物相关介质，如SGF、FaSSIF和FeSSIF，旨在更密切地反映体内胃肠道条件，并由体内存在的几种其他成分组成，如胆汁盐、磷脂或更多的体内相关盐。这些媒体大约在20年前就开始实施了。正在进行的进一步衍生物的评估和开发，不仅针对人类条件，也针对不同动物物种的条件，表明了这种体外工具的至关重要性。OrBiTo[39，40]的工作包1中对生物相关介质的不同成分对溶解度的复杂影响和相互作用进行了更深入的研究。第3节更详细地描述了与工作包1的交互。 在EFPIA合作伙伴中，水性介质可以作为了解溶解度的开始，但生物相关介质也广泛用于确定溶解度，并在此基础上进行DN计算。 在比较不同EFPIA合作伙伴的方法时，注意到他们中的大多数人更喜欢在溶液沉淀之间的稳态下和沉淀的平行溶解之间进行溶解度测定，从而确定热力学溶解度。搅拌混悬液后达到这种稳定状态的时间可能高度依赖于化合物，但通常使用24或48小时的时间框架作为粗略估计来确定热力学溶解度。一些EFPIA合作伙伴更喜欢更短的溶解度测定时间框架，如2或4小时，这更好地反映了GI的传输时间。在大多数情况下，没有达到溶解度浓度的稳定状态，因此该程序将用于确定更多的动力学溶解度。与热力学溶解度相比，该程序更多地依赖于化合物的粒径，但考虑到过饱和和缓慢溶出程序，可能更好地反映相关的体内浓度，并且可能更适合后续的PBPK计算。 5.5.决策工具：剂量数和动物研究 大多数EFPIA合作伙伴普遍认为，常规或EF之间的决策是一个两阶段的过程，DN的计算和动物研究作为工具。     DN的计算基本上是药物化合物相对于剂量的溶解度的结果。溶解度在前面的章节中进行了详细讨论，正如概述的那样，可以讨论本次评估推荐的溶解度。这也是一个关键的问题，采取何种剂量进行计算。在EFPIA合作伙伴的策略中，关于这一主题存在不同的想法，但基本上它们围绕着一个问题，即是服用标准剂量，还是在估计的治疗范围内服用预先预测的剂量，还是一种“最坏情况”剂量，这是由于在Ⅰ期进行的耐受性研究而产生的最高剂量。由于候选药物的知识不断发展，剂量预测很复杂，因此这是一个不断变化的目标，很可能是一个变化的问题。将剂量预测调整为更高的药物量可能很容易导致从非常合适的DN转变为不合适的DN。另一方面，使用标准剂量可以避免DN评估的变化。然而，许多其他药物领域都使用不同的剂量。由于在心血管疾病等已经研究得很好的治疗领域具有很高的临床标准，较低剂量更为常见，可能是候选药物成功的重要因素。相比之下，对于更严重和危及生命的疾病，以及对肿瘤治疗等新治疗方法的高需求，有更高的耐受性和更高的剂量。标准剂量应考虑到各种治疗标准的这些差异。 另一个主题也是Ⅰ期试验中的剂量递增，以获得有关候选药物耐受性的信息。传统的IR制剂可以在较低剂量下工作，但对于较高剂量，可能需要EF。开发两种不同的配方不仅需要加倍的努力，而且与剂量相似的传统配方相比，EFs的开发可能更复杂、更耗时。赞助商实验室内确定临界值的统计数据将取决于在进入体内动物研究之前可以在体外测量的额外变量。 剂量数是一种简单方便的方法，可以了解传统配方足够生物利用度的可能性。在OrBiTo数据库中，有许多不同公司的DN计算示例（见表1）。EFPIA合作伙伴之间的直接比较是困难的，因为每家公司都根据上述使用剂量和溶解度的差异以自己的方式评估DN。在所示的决策树示例中，经常使用的、因此得到认可的DN截止值为10（见第2节）。对于较高的DN，大多数公司的决策基于体内动物研究结果的配方策略。 5.6.其他需要考虑的因素 在使用体内模型时需要考虑的其他因素可以描述为进行任何制剂评估之前的最低标准。这些因素是使用人体细胞系的体外渗透性，用于配方评估的动物物种的静脉（IV）药代动力学数据（以计算绝对生物利用度和估计的有效人体剂量和/或“I期耐受性的最坏情况剂量”），可以通过异速测定法或PBPK模拟进行建模。最终，这些因素、要使用的物种和物理化学特征的组合可以提供足够的信息来确定是否应该在动物物种中进行Frel、susp/sol。 在进行初步PK研究以根据决策树做出配方决策后，在进行临床试验的过程中往往会出现变化。例如，剂量可以改变，配方策略可以改变（例如，切换剂型，禁食至喂食条件，或将受试者纳入pH调节剂），API特性可以随着放大而改变（例如新的更稳定的多晶型、盐或优选的粒径范围）。可能不需要对所有这些变化进行PK研究，只需要对那些存在溶解/吸收改变风险的情况进行PK研究。当PBPK模型清楚地表明对PK没有影响，并且生物相关的溶解支持剂量的完全溶解时，动物PK研究就成了多余的。这更有可能适用于BCS-1和3类药物。     6.OrBiTo化合物的剂量数评估 如上所述，早期决策树或策略是在获得临床数据之前进行制剂开发的决策树或战略。4家EFPIA公司收集的信息如表1和图5所示。 在Spotfire和Excel中使用针对大鼠的Frel、susp/sol的各种参数进行线性回归分析。在任何pH值下，无论是否存在DN的对数转换，都没有发现不可分辨或显著的相关性（图5R2=0.02）。     7.结论 在这项工作中，回顾了4家EFPIA公司早期配方开发方法的不同策略。显而易见的是，目前还没有结论表明哪种方法更可取。尽管这些方法在许多细节上有所不同，如剂量预测的整合或用于体内研究的动物物种，但每个DT都由相似的关键元素汇编而成。因此，在更广泛的背景下，每家公司都从相似的参数中得出其配方决策，这些参数可以用不同的方式进行评估。每种方法都有其自身的基本原理，在每家公司的特定环境中都有意义，比如实验室环境和战略。通过这种方式，建立了一个内部数据库，用于比较历史数据和当前数据。这项工作没有调整单一的方法，从而失去其独特的优势和机会，而是试图总结对早期制定战略至关重要的最重要的关键要素，因此，在单一决策树中预先发送（图6）。 总体而言，每个DT都从分析药物的物理化学特征开始，如固态性质和溶解度。在下一步中，溶解度和剂量（DN）之间的关系将发挥作用，如果认为有必要，将通过靶向应用途径在动物中进行首次探索性生物利用度研究。这些工具有助于做出关于开发常规还是EF的配方决策，并成功应用于不同赞助商的药物开发。     然而，观察到Frel与DN之间缺乏相关性（图5），可能提出了几个原因。第一个可能的理由是，每个实验室的实验条件不是以第2.2.1节中所述的类似方式进行的。第二个考虑因素是，在确定这种相关性时可能有多个因素在起作用。最近在狗身上观察到了这一点，其中许多物理化学参数对于描述PBPK模型范式中Fa数据的最佳拟合（观察到的与预测的）是必要的[42]。第三个可能的原因是，单一的物理化学性质不能充分描述整个化学空间。在这篇手稿的准备过程中，作者没有考虑空间的结构或指示。对于任何一个特定的赞助商来说，将几种类似的化学物质带到动物粪便中并不罕见。此外，没有理由相信结构系列代表了一个宽或窄的化学空间。 因此，很难定义一个跨公司和不同化学类别化合物的总体决策树/战略。因此，建议对于每个项目，即化学多样的一组化合物，都需要验证决策树，并定义可用于该任务的最合适的工具。 这篇综述试图为基于理化特性和/或动物PK研究的制剂选择决策过程提供一种一致的方法。它概述了在发现-开发界面上需要考虑的一些标准，其中变量数量很高，并且在临床研究之前存在不确定性。    三、辉瑞:多快好省的制剂处方前开发助力早期制剂开发策略 （原创 木下土 药物研发客） 2.1引言 在过去的二十年里，高通量筛选（HTS）和组合化学的引入改变了药物发现过程，使大量化合物能够针对感兴趣的靶标进行快速评估（Bajorath，2002；Hefti，2008；Hughes等人，2011）。过去，用于进展（先导鉴定）的化合物的选择主要集中在亲和力和选择性上。然而，人们已经认识到，化合物的物理化学性质（如溶解度和亲脂性）对该化合物是否成为一种成功的药物具有重要作用。为了确保为项目进展选择的先导具有正确的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）特性，基于规则的系统，如“五规则”，已被用于预测化合物的药物相似性，并指导选择进展中的化合物（Lipinski et al.，1997）。“五规则”是在对已成功进入临床研究的化合物进行审查的基础上制定的，并规定口服活性化合物必须成功；它不应违反以下标准中的一个以上： ● 不超过5个氢键供体（氮-氢和氧-氢键的总数） ● 不超过10个氢键受体（全部为氮或氧原子） ● 分子量小于500 ● 辛醇-水分配系数（logP）不大于5 尽管实施了“五条规则”类型的筛选来引导选择，但进入临床研究的药物中有相对较高的比例未能进入市场（Hann，2011）。因此，引入了“药物相似性定量评估”（QED）等替代方法（Bickerton等人，2012）。QED基于理想性的概念测量药物相似性，并使用理想性函数将多种分子性质的值组合成单一的化合物质量测量值。 一旦选择了先导，优化过程就开始了，从而改善了化合物的弱点，同时保持了化合物良好的性质（Hughes等人，2011），使得进入临床研究的化合物在体外性质和ADME性质之间具有良好的平衡。 2.2化合物的早期表征 在此阶段，在先导上生成的预成型数据用于识别可开发性风险并指导分子结构修饰。配方科学家在这一阶段面临的关键挑战是关于化合物的有限信息和有限的实验用量（如果有的话）。因此，在先导鉴定和先导优化的早期阶段，计算建模和HTS在评估化合物的物理化学和药物性质方面发挥着至关重要的作用。随着化合物进入先导优化的后期阶段，并且有更多的材料可用，可以使用集中的实验来回答有关化合物的特定问题，并提高生成数据的质量。 2.2.1处方前 高口服生物利用度通常是药物开发的重要目标。因此，对限制口服生物利用度的特性有足够的了解是很重要的。为了准确评估化合物的生物药剂学特性，在处方前阶段确定的关键物理化学参数是溶解度、亲脂性、pKa和渗透性。 2.2.1.1溶解度 对于口服吸收的药物，化合物必须溶解在溶液中才能发生吸收。随着溶解度差的化合物数量的增加，溶解度有限的吸收已成为临床生物利用度差的主要原因之一（Di等人，2012）。在评估安全性问题的临床前阶段，溶解度有限的吸收更是一个问题，尤其是在需要高剂量的情况下。因此，在药物发现阶段进行溶解度研究的重要性得到了充分认识。 在先导鉴定的早期阶段，由于筛选了大量化合物且缺乏材料，溶解度实验不可行，可以使用计算模型进行溶解度预测。这些计算模型包括使用基于物理化学性质（如logP和pKa）的半经验方程的简单模型，以及基于分子量、极性表面积（PSA）和氢键容量等分子性质的更复杂模型。尽管溶解度预测是有用的，但这些模型的准确性是可变的，并且高度依赖于所使用的训练集。 一旦材料可用，就可以进行实验以更准确地确定化合物的溶解度。根据混合物的开发阶段、可用于实验的材料量以及生成数据的目的，可以进行一系列不同的溶解度测定。例如，高通量（HT）动力学溶解度筛选可用于帮助化合物选择，而平衡溶解度实验可用于帮助生物药剂学预测和指导模拟开发。 2.2.1.1.1动力学溶解度 动力学溶解度测定通常在先导鉴定过程中进行，因为该测定使用储备溶液（如二甲基亚砜储备溶液），在该阶段很容易获得。此外，该测定使用最少的材料，并且该测定的形式易于自动化并集成到HTS过程中（Lipinski等人，2001）。 典型的动力学溶解度研究将涉及向介质中加入少量储备溶液以形成过饱和溶液。然后将溶液温育一小段时间，以使混合物沉淀。然后通过紫外线或浊度法分析溶液中残留的化合物量（Avdeef和Testa，2002；Kerns等人，2008年）。 虽然动力学溶解度是化合物是否存在溶解度问题的指标，但研究表明，动力学溶解度往往高估了化合物的实际溶解度（Saal和Petereit，2012；Sugano等人，2006年）。这种差异可能是几个因素造成的，包括孵育时间短和无定形或亚稳态固体形式的沉淀（图2.1）。 2.2.1.1.2平衡/热力学溶解度 化合物的平衡或热力学溶解度定义为化合物的最大浓度，在给定的温度和压力下，只要固相与溶液相平衡，该化合物在热力学上是有效的（Murdande等人，2011）。虽然平衡溶解度被认为是确定化合物溶解度的“金标准”，但由于体积和资源要求较高以及周转时间较长，它在早期先导鉴定中不太常用。 平衡溶解度测量是通过向缓冲液中加入过量的固体物质，并在规定的时间内（通常在24至48小时之间）将所得混悬液在预定温度下振荡来进行的。去除实验结束时残留的固体，并分析溶液中的量，以获得化合物的平衡溶解度值。由于材料的固体形式（结晶度和多晶型）可能在实验过程中发生变化，因此在审查溶解度数据时，对剩余固体的表征很重要。 除了水性缓冲液外，还经常使用模拟胃液和肠液（SGF、FaSSIF和FeSSIF）进行平衡溶解度研究。这些研究的溶解度结果被用作GastroPlus™ 等计算机模型的输入和Simcyp®，以帮助预测化合物的体内性能。 2.2.1.1.3假动力学溶解度 为了弥补动力学溶解度测定和平衡溶解度测定之间的差距，辉瑞公司的科学家开发了“假动力学溶解度”筛选。与动力学筛一样，假动力学筛选从预溶解的化合物开始，可以很容易地实现自动化。然而，假动力学筛选具有较长的孵育时间（20小时），并且对the screen plate进行了修改，以便能够使用偏振光显微镜（PLM）获得固体形式的信息（Sugano等人，2006）。 图2.2比较了从动力学筛选和假动力学筛选获得的溶解度值与通过平衡溶解度研究获得的值之间的相关性。 2.2.1.2 pKa 化合物的酸碱离解常数（pKa）用于在特定pH下承受溶液中化合物的电离状态。pKa很重要，因为它可以影响分子的溶解度、亲脂性和渗透性，尤其是在生理相关pH为2–8时电离时（Manallack，2007）。处于带电状态的分子将显示出比不带电状态更高的溶解度，但相反，其渗透性更低。换句话说，化合物的渗透性和/或溶解度可以通过引入或修饰可离子化基团来改变。 在早期的先导鉴定中，ACD/Labs等软件包可用于预测化合物的pKa值。pKa值也可以使用滴定法（电位法或紫外光谱检测）或毛细管电泳法（CE）进行实验测定（Wan等人，2003）。 2.2.1.3亲脂性 化合物的亲脂性代表该化合物对油、脂肪和非极性溶剂的亲和力，并通过使用两种不混溶溶剂（通常为正辛醇和水）的分配系数（logP）或分布系数（logD）测量来确定。LogP值是辛醇-水系统中未结合药物的浓度比，而logD值是辛醇/水系统中非结合药物和离子化药物的浓度之比，并受系统pH的影响。LogP/D测量通常通过将溶解的化合物加入含有辛醇和水的烧瓶中并摇动烧瓶直到达到平衡来进行。然后使用适当的技术如UV对每种溶剂中化合物的浓度进行定量。 Analiza公司（www.Analiza.com）推出的96孔格式辛醇-水摇瓶法提供了−3至4的logD范围。另一种常见的方法是使用与一组具有已知logD的标准物相关的HPLC保留时间来预测感兴趣化合物的近似logD（Yamagami等人，2002）。 此外，该化合物的亲脂性影响该化合物的渗透性以及通过胃肠道（GIT）和血脑屏障的转运（见第2.2.1.4节）。此外，它也可以在制剂开发过程中用于帮助选择增溶制剂（例如，对具有高logP/D的化合物使用自乳化药物递送系统）。 2.2.1.4渗透性 口服给药后，溶解在胃肠液中的化合物有可能通过各种机制被吸收，包括被动扩散或主动转运（图2.3）。对于大多数药物化合物，主要吸收途径是通过跨细胞途径的被动扩散。跨细胞扩散速率主要由通过顶端细胞膜的转运速率决定，并由化合物的亲脂性和电离状态控制。 pKa、logD/P和GIT中吸收位点pH的相互关系构成了pH分配理论的基础（Shore等人，1957）。该理论指出，只有当药物分子处于未结合状态时，药物分子才能通过肠膜的脂质双层进行跨细胞扩散。因此，弱碱性药物的吸收在pH较高的小范围内是有利的，因此，将有更大比例的未结合药物可用于吸收。相反，在pH值较低的胃中，弱酸的吸收将是有利的。然而，事实上，小肠仍然是所有药物的主要吸收部位，因为与胃和结肠相比，小肠可用于吸收的表面积更大（Hurst等人，2007）。 在早期药物发现过程中，可以使用化合物的PSA进行渗透性估计。Palm等人的研究结果。（1996，1997）已经表明，PSA<60Å2的化合物显示出完全吸收，而PSA>140Å2化合物的吸收率低得令人无法接受（Artursson和Bergström，2004）。最近，作为口服生物药剂学创新工具（OrBiTo）项目的一部分，对表面活性（药物溶液的表面活性和表面压力之间的关系）和表面张力对药物渗透性的使用进行了研究（Bergström等人，2014）。 体外渗透研究可以使用细胞单层（例如Caco-2或MDCK）或人工膜（例如平行人工膜渗透性测定（PAMPA））进行。图2.4显示了每可测量性测定的典型设置。在实验开始时将溶解的化合物添加到顶膜室中，并使用方程2.1测定表观渗透率（Papp）： 其中dQ/dt=渗透率；A=膜的表面积；C0＝顶膜室中的初始浓度。 Caco-2细胞单层由于其形态和功能与人类肠道相似，最常用于渗透性筛选（Varma等人，2004）。Caco-2渗透性的主要缺点是，由于实验条件（例如，培养基的pH和/或离子条件、振荡速率）或细胞培养条件的可变性，Papp值在细胞内和细胞间的可变性（Yamashita等人，2000）。因此，重要的是，Papp值必须与内部标准的参考值一起使用。 大多数Caco-2渗透性实验是在顶膜室中使用pH6.5或7.4进行的。由于电离程度会对渗透性产生重大影响，因此将化合物的pKa与Papp值一起考虑是很重要的。例如，美托洛尔在pH6.5时的Papp为7.8×10−6 cm/s，而在pH7.4时，Papp增加到39.7×10−6cm/s。 2.3药物发现的配方方法 药物发现早期阶段的配方开发通常因药物的有限可用性而变得复杂，这导致了不完整的物理化学和生物药剂学概况。溶解性和渗透性特性通常是不利的，需要使用超越简单溶液或混悬液配方的方法来达到所需的暴露水平。许多文献报告（Chaubal，2004；Li和赵，2007；Maas等人，2007；Niwa和Hashimoto，2008；Saxena等人，2009；Wilson，2010）描述了候选性质阶段的重要配方努力，但只有少数出版物描述了支持早期发现体内研究的综合配方策略（Kwong等人，2011）。这些研究可分为三种主要类型：（i）药理学（PK）研究，（ii）药效学（PD）研究，以及（iii）支持毒理学研究的毒代动力学/剂量范围发现研究（Shah和Agnihotri，2011）。这些研究是在先导识别到先导优化阶段按顺序进行的。PK研究是评估给药后药物命运并提供有关先导分子或系列ADME特性的信息的重要第一步。相比之下，PD研究评估药物对身体的影响，并用于阐明浓度-药物活性关系，并建立PK与生物活性或疗效的任何相关性。进行毒代动力学或剂量范围发现研究，以确定暴露/剂量关系，并了解最大可吸收剂量。这些研究之后进行了多次给药研究，用于确定新化学实体的无明显影响水平（NOEL）或无明显不良反应水平（NOAEL）。毒理学研究的形成策略将在本书的下一章中讨论。 2.3.1先导化合物的PK/PD研究：用于临床前开发的配方 在整个早期发现阶段，需要配方专业知识，以使临床前物种的PK和早期生物学研究能够建立先导系列的关键ADME参数和药理学证明。随着分子通过先导优化进入探索性毒理学，然后进入监管安全评估研究，开发有效配方以提供足够的暴露对该计划的成功至关重要。将毒理学暴露水平提高到为未来临床研究提供足够安全保障的水平，这通常是一个需要克服的相当大的开发障碍。由于典型先导候选分子具有挑战性的物理化学性质，这一临床前制剂变得更加困难。从整个行业的经验中可以清楚地看出，对新的生物靶点空间和药理学机制的探索，结合高通量现代药物发现方法的使用，产生了高效和选择性的分子，提供了化学底物，由于疏水性和低水溶性等较差的分子性质，其变得越来越难以配制。与这种基质相关的额外复杂性迫使该行业在发现过程中更早地应用配方资源。过去的实践，如“分散和剂量”（Maas et al.，2007），即发现生物学家、化学家或药物代谢科学家为筛选PK或早期PD研究制定简单的溶液和混悬液，在很大程度上已被候选配方团队整合到多学科发现团队中所取代。这一点从主要制药公司中对发现支持具有特定作用的团体的出版物数量中可以明显看出，例如诺华公司的开发能力评估小组（Saxena等人，2009）、辉瑞公司的研究配方、BMS的发现药物（Chen等人，2012）和默克公司的基础药物科学小组（Palucki等人，2010）。 在PK和PD研究的临床前制剂开发过程中遇到了一些常见的挑战。API的数量通常是有限的（10-20mg不适用于配方开发），原料药的质量可能因纯度、粒径和固体形式而变化。时间线也被压缩了，因为发现团队需要几天而不是几周的时间，当然也不是几个月的通知。当然，这可以通过使用小型配方技术和标准化配方协议进行有效的配方开发来解决，但这确实需要物理化学表征数据和适用的分析方法。PK和PD研究在设计和目标参数方面也存在一些关键差异，这对可采用的配方方法施加了不同的约束。一般来说，PD研究更复杂，因为它们的持续时间更长，多次给药，并且需要避免与制剂辅料相关的任何生物活性。表2.1概括了PK和PD研究之间的这些以及一些其他区别方面（Maas等人，2007）。 体外代谢数据（从小鼠、大鼠、狗或人的肝微粒体或肝细胞中获得）（Asha和Vidyawathi，2010；Naritomi等人，2003年；Obach等人，1997年；Parkinson等人，2010）是先导选择和优化过程的关键组成部分。从代谢筛选中出现的预测PK可靠性有限的化合物，或从筛选系统（如UGT）获得的数据对预测的置信度较低的化合物（Ritter，2007；Soars等人，2002）被选择用于整个动物研究中的PK评估。由于易于给药和取样，大鼠通常被用作该阶段的首选物种，尽管如果已经在该物种中建立了后期疗效模型，或者大鼠表现出特异性代谢，则可以使用小鼠（Saxena等人，2009）。这些研究的目的是提供固有PK参数（血浆半衰期、清除率和生物利用度）的数据，并全面了解候选分子的ADME特性。此类早期PK研究的数据用于为后续药理学和毒理学研究的设计提供信息。 通常，早期PK研究将以相对较低的剂量（大鼠为0.5-10mg/kg）进行静脉注射和口服，并在可能的情况下使用简单的溶液或混悬液配方。图2.5中的流程图显示了用于指导作者实验室临床前PK研究IV制剂设计的原则。 基于pH调节的简单增溶方法的可行性可以很容易地从基本的物理化学参数来评估，例如热力学溶解度和计算或测量的pKa。对于非离子化合物，通常使用共溶剂，因为它们可以将非极性分子的溶解度提高几个数量级（Lee等人，2003）。在一项对2000年辉瑞发现管道中配制的300种化合物的研究中，发现约38%的化合物的溶解度低于30µg/mL，总的来说，约33%的化合物非离子化。本研究的作者提出了一个复杂的配方决策树，该决策树考虑了分子的电离状态和在含有一种或多种选自二甲基乙酰胺、乙醇、丙二醇和PEG400的共溶剂的混合水-共溶剂系统中的溶解度。使用这种经验方法，作者能够将80%以上的提交化合物溶解在载体中，该载体含有可接受量的共溶剂，并且含有至少20%的水性成分。这样的经验方案可以适用于高通量小型化筛选，并为共溶剂的选择提供了一条简单的途径。经验方法的另一种选择是利用计算工具来预测共溶剂的溶解度。这种方法的一个例子是使用量子化学程序，Pozarska等人的conductor screening model for real solvents（COSMO‐RS）工具。（2013）。COSMO‐RS计算独立于任何分子和结构信息，因此适用于早期发现，如前所述，化合物的物理化学特征信息可能受到限制。评估了COSMO‐RS加速临床前制剂开发辅料选择的潜力。将从COSMO‐RS获得的七种低水溶性（<1mg/mL）化合物的辅料溶解度预测与16种共溶剂的实验获得的溶解度进行了比较。总体而言，测试的七种化合物中有五种显示出COSMO‐RS预测的溶解度与实验溶解度之间的良好一致性。COSMO‐RS对16种辅料中的大多数进行了正确的排名。因此，在开发配方时，可以从辅料选择过程中快速消除预计溶解度低的辅料，从而节省API、时间和实验资源。IV给药的共溶剂方法的一个主要限制是给药时潜在的药物沉淀。这可能是静脉推注给药比输注更令人担忧的问题，因为时间更短，但可能导致局部不良反应和血浆水平变化（Li和赵，2007）。了解共溶剂载体中感兴趣药物的过饱和相以及用血浆稀释时沉淀的倾向是IV共溶剂制剂开发过程中的一个重要考虑因素。 对于不适合pH或共溶剂增溶方法的分子，可以考虑使用环糊精进行络合。虽然需要更多的化合物来支持制剂开发，但改性的β-环糊精衍生物，如羟丙基-β-环环糊精（HP-β-CD）和SBE-β-CD具有良好的溶解性和安全性，并且有多种出版物可供使用，支持其用于临床前制剂（Koltun等人，2010；李和赵，2007；Shah等人，2014）。重要的是要了解与环糊精的结合常数，以避免环糊精对血浆中感兴趣分子分布的任何影响（Buggins等人，2007）。表面活性剂也可用于临床前IV制剂的增溶，但历史上，由于担心某些动物物种的过敏反应，它们的使用受到限制。表面活性剂研究的进展为临床前配方科学家提供了新的材料来考虑功能化聚合物材料，如Solutol HS 15（mac rogol 15羟基硬脂酸酯）、维生素E TPGS（d‐α-生育酚聚乙二醇1000琥珀酸酯）、，以及pluronics/poloxamers（聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物），其提供了诸如聚山梨醇酯80或cremophor系列的较老表面活性剂的替代品。由于递送系统对生物分布的影响以及与这些系统的开发相关的复杂性，使用脂质体或纳米颗粒系统的更复杂的制剂方法在早期PK研究中没有典型使用。 需要注意的是，胃肠外给药并不局限于早期PK研究。在早期的帕金森病生物学研究中，先导分子的递送通常没有得到优化，通过腹膜内皮下或静脉途径的胃肠外递送为探索PK/PD关系提供了一种实用的选择。虽然这些途径在载体选择和可接受性方面有很大的局限性，但它们确实开辟了通过微型泵或持续输注进行连续输送的可能性。Alzet®渗透泵就是这样一个例子，它可以皮下植入（或如果需要在腹膜腔内植入），如果需要，可以在7-14天内延长输注时间。当考虑到泵在啮齿类动物中的应用时，泵的体积限制（小鼠约0.2mL，大鼠约2mL）是一个重要的限制因素，有必要调整输送载体以溶解高浓度的感兴趣的活性物质（Gullapalli等人，2012；Neervannan，2006年）。渗透泵已被证明可以输送更复杂的制剂，其中非诺贝特的纳米混悬液成功地从小鼠皮下植入的装置中输送（Hill等人，2013）。 早期PK研究的口服部分旨在提供与先导系列的溶解和/或溶解度有关的生物有效性和任何吸收限制的程度的指示。如前所述，即使在临床前开发的早期阶段，低溶解度候选药物在发现管道中的优势也推动了启用或生物增强制剂的使用。可以使用溶液制剂，但与静脉注射制剂一样，需要小心确保与胃肠道管腔液混合时不会发生沉淀。一种非常常用的方法是给药一种简单的聚合物或表面活性剂稳定的混悬液。在这种情况下，使用的聚合物（如甲基或羟丙基纤维素）有助于混悬和均质，而表面活性剂有助于分散和润湿。在早期配方开发过程中，需要确认简单混悬液的物理稳定性，监测这一时期固体形态的变化也很重要。混悬液制备的粒度控制可以从简单的技术（如研钵和研杵研磨）到使用研磨/微粉化材料，或使用高压均质或湿法研磨等加工方法来实现一致的颗粒磨损。 如果这些简单的制剂方法不足以在体内提供一致、可重复的暴露，则可以考虑生物增强制剂，如纳米颗粒、增溶系统（环糊精、自乳化药物递送系统等）或稳定的无定形系统。在临床前开发的这一阶段，由于时间限制和API的可用性有限，通常不使用固体形式的操作（除了原位盐形成（Tong和Whitesell，1999））。类似的限制适用于前药的开发，特别是为了在早期阶段克服暴露限制。选择合适的生物增强方法通常是由对可用物理化学性质的分析来驱动的，这可以提供一些关于候选分子的暴露可能是溶出速率还是溶解度受限的见解。在这方面，使用GastroPlus或Simcyp等生物建模软件的计算机方法可能非常有用（Keisoglou和Wu，2008；Kuentz，2008）。文献中报道了基于物理化学/生物药剂学特性指导配方选择的决策树或流程图的多个实例（Balbach和Korn，2004；Ku，2008；Li和赵，2007；Maas等人，2007；Palucki等人，2010；Rabinow，2004），图2.6显示了一个在作者实验室内开发使用的此类实例，这与之前报道的有很多共同之处。 在选择提高难溶性化合物生物利用度的制剂策略时，了解吸收的限制因素很重要。药物在GIT中的溶出通常被认为是在漏槽条件下发生的，如果溶出速率慢于穿过肠上皮的渗透速率，则口服吸收受到溶出的限制。在Yu（1999）提出的框架工作中，溶解性导致溶出不良，但溶出速率受限的化合物的吸收强烈受颗粒大小的影响。对于这种溶出速率有限的化合物，吸收的药物绝对量随着剂量的增加而增加。对于溶解性有限的化合物（即，剂量/溶解度比高和/或溶出速率远大于渗透速率），由于胃肠道管腔的溶解能力饱和，溶解发生在非漏槽条件下。对于这种溶解度有限的化合物，吸收的药物绝对量不会随着剂量的增加而增加，并且随着剂量水平的提高，暴露量会趋于平稳（Sugano和Terada，2015；Sugano等人，2007年；Takano等人，2008年）。在临床前研究的背景下，很明显，化合物可能主要在低剂量下受溶出速率限制（例如筛选PK研究），而在高剂量下受溶解度限制（例如毒代动力学或毒理学研究）。在这种情况下，在对更复杂的制剂（SDD、SEDDS、环糊精增溶）进行竞争之前，使用简单的尺寸缩小策略进行早期PK研究是合理的，以解决后期毒理学研究的溶解度限制。 选择合适的生物增强方法通常是通过分析可用的PK数据或来自计算机生物建模软件的预测吸收曲线来驱动的，这可以提供一些关于候选分子的暴露率是否可能是溶出速率或溶解度受限的见解。这些信息与分子的物理化学性质一起考虑，以选择合适的生物增强策略。生物药剂学分类方案（BCS）通常用于根据溶解度和渗透性参数对NCE进行分类，但可能难以在临床前应用，通常是未知的或范围非常广（在临床前发展的这个阶段，临床剂量的可能范围从几微克到几百毫克并不罕见），与临床前物种在PK或毒理学剂量水平下的吸收挑战没有太大相关性。然而，许多研究小组对BCS的一般概念进行了调整，以提供一个框架，用于在临床前和早期配方开发过程中为配方选择提供信息。一个被称为“可开发性分类系统”（DCS）的特定例子提供了对传统BCS II类空间（低溶解度/高渗透性）的区分，并可用于基于NCE的生物药剂学来完善合适配方方法的选择（Butler和Jennifer，2010）。对于那些被认为主要受溶出速率（DCS IIa）限制的化合物，通过微粉化（很容易通过台式喷射研磨设备小规模实现）或通过湿法研磨更积极地减少到纳米尺寸等策略可能是提高吸收速率和程度的有效方法。对于DCS-IIb区域的化合物，溶解度限制占主导地位，需要考虑使用增溶系统等策略。 就技术复杂性而言，所选择的增溶系统类型可以从简单的共溶剂系统/增溶辅料（如低分子量PEGS、丙二醇）、环糊精增溶剂的使用，到更复杂的多组分制剂，如SEDDS、SMEDDS或超大型SEDDS（Kawabata等人，2011）。如果在这些载体中无法获得足够的溶解度，则可以通过配制稳定的无定形分散体来利用无定形形式通常更高的动力学溶解度，该分散体通常通过喷雾干燥API和稳定聚合物的有机溶液小规模制备（Friesen等人，2008）。 与生物增强临床前制剂开发相关的许多挑战与对节省材料、小型化工艺的需求有关，这些工艺为不同的分子底物提供可重复的制剂。在这方面，使用计算工具辅助的经验程序来开发增溶制剂（通过潜溶剂或更复杂的SEDDS、SNEDDS或SMEDDS方法）可以很容易地适应高通量、多孔板自动筛选型程序（Gopinathan等人，2010；Mansky等人，2007年；Sakai等人，2012年）。另一种生物增强制剂方法是创建无定形固体分散体（ASD），其中药物分子分散并稳定在聚合物基质内的无定形中。无定形分散体通常通过热熔挤出或药物/多聚物混合物的喷雾干燥获得。通过使用溶剂蒸发法，将API和亲水性聚合物溶解在低沸点有机溶剂中，如二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸乙酯或这些溶剂的组合，这可以适用于小规模实验室生产。在过去的十年里，ASD的使用已经成为一种越来越受欢迎的策略，以解决溶解性挑战。这种配方策略的成功体现在市场上非晶产品的兴起上（Smithery等人，2013；Thayer，2010年）。为了降低识别聚合物类型、辅料和溶剂以及喷雾干燥过程所用过程的复杂性，可以采用类似于Duarte等人发表的筛选方法（2015）。通过这种筛选方法，计算机建模与实践实验（solvent casting）相结合，使用少量API来确定药物在聚合物中的热力学溶解度、最佳药物载量、喷雾干燥的首选溶剂以及聚合物类型和比例，这是确保制剂在生产和长期储存过程中的稳定性所必需的。关于喷雾干燥分散体应用的化学空间和相关稳定性的知识也得到了很好的发展（Baumann等人，2013；Friesen等人，2008；He和Ho，2015；Ray，2012），并有助于快速选择用于无定形系统开发的聚合物/药物载量。在早期先导开发阶段使用ASD的策略可以为进一步用于毒理学和可能的临床制剂铺平道路。总体而言，ASD已被证明是一种有效的方法，可以增加具有挑战性的溶解性限制药物的体内暴露，从实践角度来看，提供API损失最小的分散体的小型设备是该技术的一个显著优势。一种更难适应小规模制备的技术是通过湿珠研磨工艺进行纳米化。虽然纳米化在增强吸收方面的优势已经被大量难溶性分子清楚地证明，但设计这种工艺以高效和可重复生产少量原料药，对工艺控制和产量损失等问题来说是一项挑战。下文描述了适用于处理少量API的台式工艺，该工艺解决了许多问题（图2.7和2.8）。 PF‐04191834的纳米尺寸（pKa为2.5的游离碱，在生理pH范围内基本上是非离子的，水溶性~1µg/mL，高渗透性）的结果如图2.9所示。可以看出，前面描述的使用简单装备的小规模方法可以在2小时内有效地将微粉化的API减少为纳米材料。通过PXRD测量，没有观察到固态的变化，并且结晶纳米混悬液在72小时内具有良好的化学和物理稳定性，使其适用于早期PK和PD研究。 五肽胃泌素处理（肌肉注射6µg/kg）犬模型的PK评估显示，相对于微粉化的水性分散体，纳米混悬剂显著提高了Cmax和AUC（表2.2）。 一种小规模制备纳米颗粒的替代技术是ContraSol™ 由IOTA NanoSolutions开发的乳液templating（IOTA参考文献）。这种乳液冷冻干燥方法使用高内相乳液作为模板来制造高度多孔的材料（Cameron，2005）。相比之下，IOTA NanoSolutions™ 使用相同的乳液templating原理，将水溶性辅料溶解在乳液的连续水相中，同时将药物溶解在不连续的油相中。将该乳液冷冻在低温液体中以“锁定”乳液结构，然后冷冻干燥以去除水和挥发油相，留下高度多孔的基质，其中含有分散在其中的难溶性药物（图2.10）。这种高度多孔的结构迅速溶解在水中，释放出药物的纳米颗粒（Zhang等人，2008）。 如图2.11所示，该技术已成功用于纳米尺寸的PF‐04191834，并以其一步加工和生产窄尺寸分布的优势说明了该技术的潜力，可与临床前纳米制剂的基于磨损的方法相媲美。 在候选先导的筛选准备过程中，大多数临床前候选先导都面临着在几个物种中证明可接受的毒理学特征的挑战。为了实现这一点，必须证明、预期和要求候选药物高暴露于毒理学研究中选择的剂量。如前所述，难以实现充分的口服暴露通常源于次优的物理化学性质（即溶解度）。因此，配方科学家通常面临着选择对毒素友好的配方策略以增强难溶性化合物的口服吸收的困境。在API供应有限的情况下，确定体外/体内研究将是一项挑战，这些研究可以显示低剂量的暴露，同时剂量比例高达毒理学团队定义的最大剂量。Higgins等人最近发表了一篇关于影响安全评估研究的临床前制剂开发策略的综述（2012）。在这篇综述中，除了使用a phase formulation approach来实现暴露多重性外，Hilgers等人提出了“最大可吸收剂量”（MAD）的简单计算。（2003）使用化合物的溶解度和渗透性来估计GIT中吸收药物的量。Wuelfing等人描述了这种方法的细节（2012）其中，目标化合物的溶解度可用于在表面混悬液或共溶剂（如PEG 400）中以10–100mpk的高剂量口服吸收。这种方法被证明可以使用最少的资源快速选择配方。 2.4结论 制剂科学家在早期药物发现团队中支持其药物化学、生物学和药物代谢同事所面临的挑战与后期开发中遇到的挑战非常不同。在此早期阶段的配方策略需要满足积极的时间表，并使用最小量的API。提供先导化合物的配方平台的选择通常依赖于不完整的物理化学和生物药剂学概况，配方制定者经常利用历史经验来指导他或她的工作。然而，展望未来，我们可以预见，开发和采用具有更高预测精度的新的计算机和体外工具将推动开发更明智的早期生物药剂学风险评估来指导配方策略的进展（Bergström等人，2014）。这些工具与高通量配方筛选技术相结合，将使药物发现的早期配方支持从一个主要的经验过程过渡到一个牢牢固定在数字配方设计框架内的过程。 四、【原创】创新药早期制剂开发策略:聚焦临床前阶段小分子化合物的低溶解度/生物利用度技术难题 （原创 老六 注册圈） 本文旨在系统性地探讨小分子创新药在临床前研究阶段，特别是针对动物药代动力学（PK）及安全性评价中，由候选化合物“低溶解度/低生物利用度”引发的技术难题及相应的制剂开发策略。随着新药研发管线中难溶性分子比例的持续攀升，早期制剂开发已成为决定项目成败的关键节点。本文深入分析了各项主流及新兴增溶技术的核心原理、应用场景与局限性，重点对比了纳米晶技术与无定形固体分散体（ASD）两大核心平台。此外，还提出了一个基于生物药剂学分类系统（BCS）和化合物自身属性的综合决策框架。 01 临床前制剂开发在创新药研发中的关键战略地位 在全球创新药研发的激烈竞争格局下，如何高效、科学地将具有生物活性的新化学实体（NCE）推进至临床阶段，是所有制药企业面临的核心挑战。据统计，近年来进入开发阶段的小分子候选药物中，超过70%属于水溶性差的化合物。这种“低溶解度”特性直接导致了“低生物利用度”，成为临床前研究阶段最大的技术障碍之一。 在临床前阶段，制剂开发的核心目标并非最终的商业化剂型，而是为动物体内的药代动力学（PK）研究和毒理学（安全性）评价提供稳定、可靠且具有足够暴露量的给药系统。一个不恰当的临床前制剂，可能导致以下严重问题： ● 药代动力学数据失真：由于药物在动物体内吸收不完全、变异性大，导致测得的PK参数（如Cmax,AUC）无法真实反映化合物的内在处置特性，从而误导后续的开发决策。 ● 无法达到毒理学评价所需的暴露量：在GLP毒理学研究中，必须给予动物足够高的剂量以暴露潜在的毒性反应。若制剂的生物利用度过低，即使给予最大可行剂量，也无法在动物体内达到目标血药浓度，导致毒理研究失败。 ● 增加研发成本与时间：失败的动物实验需要重复进行，这不仅直接增加了高昂的实验成本（包括动物、特殊材料和人力），更严重的是拖延了整个项目的研发周期，在新药专利期有限的背景下，时间即是金钱。 因此，针对低溶解度化合物，在早期阶段选择并优化合适的制剂技术，是降低研发风险、加速项目进程的战略性举措。 02 低溶解度/低生物利用度问题的核心挑战与诊断 2.1 生物药剂学分类系统（BCS）的指导意义 生物药剂学分类系统（BCS）是理解和应对药物溶解度与渗透性问题的基础理论框架。它将药物根据其水溶解度和肠道渗透性分为四类： ● BCS I类：高溶解度，高渗透性（问题最少） ● BCS II类：低溶解度，高渗透性（吸收的限速步骤是溶出） ● BCS III类：高溶解度，低渗透性（吸收的限速步骤是渗透） ● BCS IV类：低溶解度，低渗透性（溶出和渗透均为限制因素） 在创新药研发中，绝大多数难溶性化合物属于BCS II类和IV类。对于临床前制剂开发而言，这意味着：BCS II类化合物：策略重点是“提高溶出速率和/或表观溶解度”，因为一旦药物分子溶出进入溶液状态，就能较好地被吸收。BCS IV类化合物：面临双重挑战，制剂策略必须同时解决“溶解度”和“渗透性”两个问题，技术难度极大。因此，在启动制剂研究前，通过体外实验初步判定候选化合物的BCS分类，是制定正确技术路线的第一步。 2.2 临床前阶段的具体挑战 在动物实验（通常为啮齿类如大鼠、小鼠，和非啮齿类如犬、猴）中，低溶解度化合物带来的挑战尤为突出。动物的胃肠道生理环境（如体积、pH、转运时间）与人类存在差异，一个简单的混悬液可能在动物体内发生沉降、聚集，导致吸收极不稳定。开发一个能够克服这些障碍，并在不同种属动物间表现相对一致的“使能制剂（enabling formulation）”至关重要。 03 主流增溶技术及其在临床前研究中的应用 为了应对上述挑战，制剂科学家已经开发出一系列旨在提高药物溶解度和生物利用度的技术平台。这些技术主要通过改变药物的物理形态或分子状态来实现增溶目的。 3.1 物理形态改造技术：增加有效表面积 根据Noyes-Whitney方程，药物的溶出速率与其表面积成正比。因此，减小粒径是提高溶出速率最直接的手段。 3.1.1 微粉化技术（Micronization） 通过气流粉碎等机械方法将药物颗粒减小至微米级别（通常<10μm），是传统且成本相对较低的增溶方法。对于溶解度稍差的BCSII类药物，微粉化可能足以在临床前研究中获得足够的暴露。然而，对于极难溶的化合物，微粉化带来的溶出改善有限，且粉末可能因静电和范德华力而发生聚集，反而降低有效表面积。 3.1.2 纳米晶技术（Nanocrystal Technology） 纳米晶技术是将药物粒径进一步减小至纳米级别（通常<1000nm）的升级策略。这不仅仅是简单的粒径减小，其增溶机理更为复杂： ● 巨大表面积：纳米颗粒极大地增加了药物与溶出介质的接触面积，从而显著提升溶出速率。 ● 饱和溶解度提升：根据Ostwald-Freundlich方程，当颗粒尺寸减小到纳米级时，其曲率增加，导致药物分子的化学势升高，从而使其饱和溶解度（Cs）相较于粗粉有所增加。 ● 黏膜粘附性增强：纳米颗粒能够增强在胃肠道黏膜上的附着时间，延长吸收窗口，有利于提高生物利用度。 临床前应用案例：纳米晶技术在动物PK研究中已展现出卓越的效果。例如，研究人员将难溶性的槲皮素制备成纳米颗粒后，在兔子体内的AUC（血药浓度-时间曲线下面积）和Cmax（峰浓度）均得到显著提高，证实了生物利用度的改善。同样，针对苯并咪唑类抗寄生虫药（如芬苯达唑和阿苯达唑）的研究表明，其纳米晶制剂在绵羊和小鼠等动物模型中，药代动力学参数得到显著优化。这些案例充分说明，纳米晶作为一种“即用型”的给药系统（通常制成纳米混悬液），非常适合临床前高剂量毒理研究中的灌胃给药。 3.2 分子状态改变技术：提升药物分子能量状态 这类技术旨在将药物从低能量、稳定的晶体状态转变为高能量、不稳定的状态，从而获得远高于晶体溶解度的“过饱和溶液”，驱动药物吸收。 3.2.1 无定形固体分散体（Amorphous Solid Dispersions,ASDs） ASDs是将药物分子以无定形（非晶体）状态分散在水溶性聚合物载体（如PVP、HPMC-AS等）中的技术。其核心优势在于： ● 热力学优势：无定形态药物分子没有晶格能的束缚，其表观溶解度可比晶体形式高出数倍至数千倍。 ● 抑制结晶：聚合物载体在体外和体内能形成一个“屏障”，抑制药物分子在溶出过程中重新结晶，维持过饱和状态，为吸收创造有利条件。 ● 制备方法多样：常用的制备方法包括喷雾干燥和热熔挤出（HME），技术成熟度较高。 ASDs是目前公认的针对BCSII类药物最强效的增溶技术之一。然而，其最大的挑战在于物理不稳定性。高能量的无定形态有自发转变为低能量晶态的倾向，这会导致制剂在储存过程中或在体内溶出时失效。因此，在临床前阶段选择ASDs，必须进行严格的物理稳定性考察。 3.2.2 纳米晶与ASDs的临床前应用对比分析 在临床前制剂策略选择中，纳米晶与ASDs是最常被考虑的两个“高端”技术平台： ● 对于溶解度极差、需要最大程度提升溶出的化合物，ASDs通常是首选的尝试方向。 ● 对于需要高剂量给药的毒理研究，或者对稳定性要求极高、担心ASDs开发风险的化合物，纳米晶则是一个更稳健、可靠的选择。 特性 纳米晶技术(Nanocrystals) 无定形固体分散体(ASDs) 核心原理 动力学增溶：增加表面积，提高溶出速率 热力学增溶：提升分子能量状态，提高表观溶解度 增溶潜力 中到高 高到极高 物理稳定性 高。药物本身仍是晶体状态，稳定性好 主要风险点。无定形态有结晶风险，需聚合物稳定 药物载量 高。可高达90%以上，制剂体积小 较低。通常为10-50%，高剂量药物开发受限 临床前适用性 适合制成高浓度混悬液，便于高剂量毒理研究 适合制成粉末填充胶囊或压片，但高剂量下辅料量大 开发考量 关注研磨或沉淀过程中的颗粒生长和团聚 关注聚合物选择、药物-聚合物相互作用和长期稳定性 3.2.3 共晶技术（Co-crystal） 共晶技术通过将药物分子与一个或多个药学上可接受的“共形成物”以氢键等非共价键形式结合，形成一种新的、具有独特性质的晶体结构。这种新的晶格可以显著改变药物的溶解度、溶出速率和稳定性。与盐形成相比，它适用于不含可离子化基团的分子，拓宽了应用范围。在临床前阶段，共晶是一种有吸引力的选择，因为它在提升溶解度的同时，保持了晶体的物理稳定性。 3.3 基于载体的递送系统-脂质基制剂（Lipid-Based Formulations） 包括自乳化给药系统（SEDDS）、自微乳化给药系统（SMEDDS）、固体脂质纳米粒（SLN）等。其机理是在胃肠道中形成乳滴或微乳，将药物包裹其中，使其在被吸收前始终处于“溶解”状态，从而绕过固有的溶出障碍。脂质基制剂尤其适合亲脂性强（高LogP）的BCS II类药物。在临床前，它们通常以液体形式直接灌胃给药，制备相对简便，是早期PK筛选的常用手段。 04 临床前制剂开发的技术选择策略 面对众多技术选项，如何在临床前阶段为特定候选化合物选择最合适的技术路径，需要一个系统性的决策框架。 4.1 基于BCS分类的决策路径 对于BCS II类化合物：这是增溶技术应用最广泛的领域。 1.初步评估：首先尝试简单的制剂，如使用共溶剂（co-solvent）的溶液或简单的微粉化混悬液。如果暴露量足够，则无需更复杂的技术。 2.中等挑战：如果初步尝试失败，可考虑纳米晶技术或脂质基制剂。选择取决于药物的LogP值（高LogP倾向于脂质基）和所需剂量。 3.严峻挑战：对于溶解度极低的化合物，ASDs通常是攻坚的利器。此时需要评估药物的结晶倾向和热稳定性，以选择合适的制备工艺（喷雾干燥或热熔挤出）。 对于BCS IV类化合物：挑战最大，需要组合策略。 首要任务：必须先解决溶解度问题，可选择ASDs或纳米晶等强效增溶技术。 同步解决渗透性：在此基础上，需联用渗透促进剂，或利用靶向递送系统（如配体修饰的纳米载体）来提高药物穿过肠道上皮细胞的能力。 4.2 结合候选化合物自身性质的考量 剂量大小：高剂量药物（如>100mg）不适合使用ASDs（辅料比例高，体积大）或脂质基制剂，而纳米晶技术（药物载量高）则更具优势。 理化性质：药物的熔点、玻璃化转变温度（Tg）、热稳定性决定了其是否适合热熔挤出等工艺。酸碱性质则影响其是否能通过成盐或pH调节来改善溶解。 开发阶段与目标：用于快速PK筛选的制剂可以“简单粗暴”，容忍度高；而用于GLP毒理研究的制剂则必须稳定、可放大，且辅料安全性需有充分依据。稳定同位素标记等方法可以在早期帮助快速获得可靠数据，节约时间和成本。 4.3 成本与时间周期考量 虽然具体技术的实施成本和时间难以量化（因项目而异），但总体趋势是，技术复杂度越高，所需的时间、设备和专业知识投入也越大。例如，开发一个稳定的ASDs配方，可能需要数月的时间进行聚合物筛选、工艺优化和稳定性测试，而制备一个简单的共溶剂溶液可能只需要几天。因此，应采取分级递进（Tiered Approach）的策略：从最简单、最经济的方法开始，仅在必要时才升级到更复杂、更昂贵的平台。 05 结论 综上所述，解决小分子创新药在临床前阶段的低溶解度/生物利用度难题，是一项涉及多学科知识的系统性工程。现在已拥有包括纳米晶、无定形固体分散体、脂质基制剂等在内的强大技术工具箱。成功的关键不再是单一技术的优劣，而在于如何基于对BCS理论的深刻理解，结合候选化合物的独特性质和具体的研发目标，制定出科学、高效、分阶段的制剂开发策略。 【参考文献】 1.Adapting to Solubility/Bioavailability Challenges 2. Development and evaluation of solvent-free processing techniques for poorly water soluble drugs. 3. NOVEL KINETIC SOLUTION-BASED SEPARATION APPROACHES FOR SMALL MOLECULE DRUG DISCOVERY 4. Use of the Biopharmaceutical Classification System in Early Drug Development 5. Applying Nanotechnology to improve the Bioavailability of Qurcetine 6. Recent Technologies for Amorphization of Poorly Water-Soluble Drugs 7.Insoluble Polymers in Solid Dispersions for Improving Bioavailability of Poorly Water-Soluble Drugs end 本公众号声明： 1、如您转载本公众号原创内容必须注明出处。 2、本公众号转载的内容是出于传递更多信息之目的，若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者或发布单位与我们联系，我们将及时进行修改或删除处理。 3、本公众号文中部分图片来源于网络，版权归原作者所有，如果侵犯到您的权益，请联系我们删除。 4、本公众号发布的所有内容，并不意味着本公众号赞同其观点或证实其描述。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本公众号证实，对本文全部或者部分内容的真实性、完整性、及时性我们不作任何保证或承诺，请浏览者仅作参考，并请自行核实。