1、概述

近几十年来，人们一直在研究预测制剂在体内性能，这一直是一件比较有挑战的任务。在选择一个新的化合物实体后，需要从生物相关条件下获得有关于药物的一些信息，但目前仅从体外或计算机中并不能很全面以及准确的获得这些信息。而在临床前研究的过程中，我们又需要对药物的安全性以及有效性进行评估，所以这就需要我们使用动物模型对药物进行初步的评估。

在一项调查中显示，所有参与的调查者都会使用动物模型对处方进行开发，尤其是药物发现以及处方开发的早期阶段。目前比较受欢迎的动物物种为狗和鼠等非灵长类动物。猴由于价格以及伦理道德等问题，限制了其的使用。本文我们将重点介绍几个早期处方筛选决策树（DT），主要为目前一些知名制药公司所使用的一些决策树。

2、拜耳公司

（1）早期处方筛选决策树

拜耳Ⅰ期临床研究候选药物处方主要取决于两方面：①在人体内溶解单位剂量药物所需体液的体积（VDAD）；②以混悬剂和溶液的形式在大鼠体内口服微粉化晶体化合物的相对生物利用度。VDAD的计算是使用微粉化的原料药在pH1.0(0.1M HCl)和pH7.0(磷酸盐缓冲液)的水溶液中的热力学溶解度，从而预测药物剂量。

如果中性化合物的VDAD<3L，则建议开发常规的速释(IR)片剂；如果pH7.0的VDAD<6毫升，则建议开发酸性药物；如果pH1.0的VDAD<175毫升，则建议开发碱性药物。

对于所有化合物，进行大鼠Frel、Susp/Sol（混悬剂与溶液剂生物利用度比）研究，并使用以下方法，以简单的估计治疗剂量，以下为两种不同的方法：

①乙醇/PEG400/水比例为10/50/40，或乙醇/溶媒/水比例为10/20/70，然后雄性Wistar大鼠口服测试化合物，进而基于溶解度数据选择最佳溶剂以确保将化合物最大程度溶解；

②由0.5%Tyose溶液溶解微粉化的化合物组成悬浮液；

在给药后24小时内采集血样，用LC/MS/MS分析，用标准PK软件根据血药浓度-时间曲线估算药代动力学参数。根据混悬剂与溶液剂的AUC之比，计算Frel、susp/sol。大鼠中Frel、susp/sol值大于50%的原料药适合开发为常规IR片剂剂型。而对于Frel、susp/sol值小于50%的原料药，则需要对处方进行“enabling formulations”来获得更好的生物利用度。

图1 拜耳决策树

（2）SWOT分析（优势以及劣势）

候选药物是否适合开发为常规IR片剂处方或是否需要EF开发，是基于决策树，该决策树结合了体外和体内数据：

①特性良好的微粉化化合物的溶解度；

②化合物预测人体有效剂量；

③微粉化化合物以混悬剂与溶液的形式在大鼠体内的Frel、Susp/Sol值。

DT的优势来自于多种化合物的动物体内Frel、Susp/Sol数据。根据数据，建议开发常规IR片剂或EF的开发。DT的另一个优点是通过在大鼠身上进行Frel、susp/sol研究，可计算在人体内溶解该剂量药物所需的体液体积。溶解度是在不同pH值的水溶液中测定的，在此阶段的化合物状态与IR片剂中的原料药尽可能相似，一般为微粉化原料，平均粒度D50<10微米。DT还预估化合物的电荷状态，即它们在GIT不同部分的电离程度，与治疗剂量结合，用来估计药物潜在的溶解度以及吸收问题。此外，还通过以溶液形式估算药物的绝对口服生物利用度，并通过体外Caco-2实验中的渗透行为来评估该化合物在人体的口服吸收行为，以确定是否存在药物渗透性限制药物吸收的问题。

DT已经成功地应用于许多药物发现和制剂的开发，但其也具有一定的局限性。首先是Frel，susp/sol的结果真实性，这就要确保化合物完全溶解在溶液中，即不能在体内的GIT环境中沉淀，从而导致高估的Frel，susp/sol值。DT的另一个限制为化合物在人体剂量范围。目前大多数化合物都是在人体剂量低于200mg的情况下使用DT的。当对化合物预测剂量超过200mg时，需要在体外使用生物介质进行溶解度的预测。

3、勃林格英格翰公司

（1）早期处方筛选决策树

在勃林格英格翰，可开发性评估是根据化合物溶解度、预估的人体剂量以及剂量数（剂量数（DN）即（剂量/250毫升）*（溶解度））进行的。其他参数如渗透性、生物利用度和溶出度也被考虑，但没有反映在决策树中。

图2 勃林格英格翰决策树

该决策树有三种不同的处方方案A、B以及C。方案A用于固有DN<10的化合物。方案A化合物仅作为常规处方开发，不会有生物利用度问题。对于方案B化合物，将进行更复杂的处方开发。除了传统处方外，还会开发几个含有表面活性剂或有机酸的改进处方，利用生物介质的溶出度和体内研究来选择第一阶段研究的最佳处方。最复杂的为方案C化合物，包含无定形或纳米晶API的非常规处方或EFs开发。在方案C化合物的第一阶段，几种处方预计将在临床上进行测试。

（2）SWOT分析

该决策树基于药物溶解度，Frel研究不作为此决策过程的一部分。如果DN较低，这是一个优势，因为此时有利于加快常规处方开发进程，并且可以避免动物实验。但是当DN>10时，通过动物实验分析，常规处方方法可能仍然足够好，并且可以避免昂贵的非常规处方开发。在该决策树中，将混合2h后的动力学溶解度视为生物介质解度度，不确定热力学溶解度，这使得它很难与其他决策树进行比较。

4、百时美施贵宝

（1）早期处方筛选决策树

在药物发现与开发阶段，动物PK研究通常在SD大鼠和比格犬中进行，以评估API和早期临床处方的风险。犬模型更常用于处方和剂型的决策，以评估早期临床试验的药物风险。

图3 百时美施贵宝决策树

处方开发计划取决于临床候选药物的BCS级别，这基于早期动物研究中使用的最高剂量的化合物对其渗透性和溶解度的研究结果。早期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，随后是混悬剂的相对BA。如果混悬剂的BA相对于溶液制剂>50%，则考虑用开发传统的片剂或胶囊，而不考虑BCS级别。然而，如果悬浮液的BA<50%，特别是对于BCS-II或IV化合物，可能会采用一些技术手段增加原料药溶解度(例如高溶解度盐型、共晶或减小原料药粒径)或启用处方EF研究(例如，无定形分散体或增溶体系)。基于理化性质和处方前研究，专门的生物介质体外溶出度研究和狗PK研究可用于进一步了解药物的风险，如食物效应、对pH的敏感性以及胃肠道内稳定性等。

（2）SWOT分析

决策过程以原料药的制药风险为基础，考虑了药物临床剂量、物理化学数据和一系列生物介质的体外释放数据以及体内药代动力学数据。处方决策取决于药物BCS级别以及相对于溶液处方达到50%生物利用度阈值。

在早期的临床处方开发中，狗的研究主要用于测试原料药和处方。然而，在这个阶段，当采用这种简单的方法时，可能会存在一些不确定的影响。例如，原料药的晶体最终形式可能没有确定，颗粒大小的影响也不完全清楚，剂量范围可能会发生重大变化，对pH效应和食品效应的敏感性，可能会影响处方选择。

5、总结

总体而言，每个决策树从分析药物的物理化学特征开始，如固态特性和溶解度，进而研究溶解度和剂量 (DN) 之间的关系，如果有必要，通过在动物中溶液剂以及混悬剂生物利用度的研究，有助于对是否开发为常规制剂或EF做出决策。

图4 用于处方决策的物理化学和活体工具

而目前不同公司的早期处方开发具有不同的方法，而目前也没有哪种方法更好的结论。每一种方法都有自己的理由，在每个公司的特定环境下都是有意义的，比如它的实验室环境和战略。我可以通过借鉴各大公司早期处方筛选的决策树，以期望更快速、全面的对化合物以及处方进行评估，从而节省人力、财力以及时间等。

参考文献

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[4]《化学药物制剂人体生物利用度和生物等效性研究技术指导原则》