1、临床药代动力学研究及相关问题 北京协和医院临床药理中心 胡蓓 1 概念 药代动力学（ PK） 药效动力学（ PD） PK/PD 治疗 剂量 途径 血浆浓度 效应作用部位 2 PK基础基础 定义定义 药物代谢动力学药物代谢动力学 = 药物在体内发生了什么药物在体内发生了什么 3 PK基础 定义定义 吸 收 分 布 消 除 Resorption= Absorption + first pass effect 4 PK基础基础 吸收吸收 吸收吸收 = 药物从给药部位转移药物从给药部位转移 到附近的组织到附近的组织 5 PK基础基础 吸收吸收 口服进入口服进入 剂量剂量 例如：药物例如：药物 S 已不
2、是吸收的问题了已不是吸收的问题了 肠壁肠壁肠肠 腔腔 体循体体循体 吸收 代谢代谢 代谢代谢 测量测量 部位部位 粪便粪便 小肠小肠 肝肝 首过效应（两部分）首过效应（两部分） 6 PK基础基础 吸吸 收收 分分 布布 消消 除除 7 PK基础基础 分布分布 蛋白结合蛋白结合 f (u) = 1n P 1+ K+D P：蛋白浓度：蛋白浓度 n ： 固定作用部位的数量固定作用部位的数量 K：亲和常数：亲和常数 D：药物浓度：药物浓度 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10-6 0.25 10-5 2.5 10-4 25 10-3 250 10-2 2500 药物浓度药物浓度 -酸性 糖
3、蛋白 白蛋白 碱性药物 酸性药物 相比于白蛋白， a-酸性糖蛋白更容易被饱和 8 PK基础基础 吸吸 收收 分分 布布 消消 除除 9 PK基础基础 消除消除 代谢代谢 吸收和分布吸收和分布 相代谢相代谢 例：例： CYP酶微粒体酶微粒体 相代谢相代谢 例：磺基转移酶胞浆例：磺基转移酶胞浆 排泄排泄 10 代谢代谢 PK基础基础 消除消除 化合物化合物 相代谢产物相代谢产物 相相 代谢产物代谢产物 活动活动 酶酶 酶酶 毒毒 性性 11 PK基础基础 消除消除 代谢代谢 l 肝代谢，还有肠、肺、血液 l 代谢 = 酶类 抑制、诱导、互动 基因、年龄、环境的影响 区域内和区域间的个别差异性 P4
4、50所涉及的药物代谢所涉及的药物代谢 % CYP3A 43% CYP2A6 2% CYP2C19 4% CYP2D6 30%CYP2E1 5% CYP1A2 6% CYP2C9 10% 冬夏食物不 同诱导可能 不同 12 PK基础基础 消除消除 肠肝循环肠肝循环 肝肝 胆汁胆汁 肠肠 药物和代谢物的消除药物和代谢物的消除 13 尿排泄的机制尿排泄的机制 4. 肾小球过滤肾小球过滤 + 分泌物分泌物 + 重吸收重吸收 PK基础基础 消除消除 0 CLR 625ml/min 在在 pH = 6环境下非离子化的亲脂性化合物环境下非离子化的亲脂性化合物 14 PK基础基础 参数参数 不同剂型采用不同的
5、给药途径不同剂型采用不同的给药途径 血液样品血液样品 尿，粪便，胆汁尿，粪便，胆汁 15 PK基础基础 参数参数 Cmax 浓度浓度 吸收（主要的）吸收（主要的） 分布分布 消除消除 时间时间 Resorption 16 PK基础基础 参数参数 浓度浓度 Ci Ci/2 t 1/2 分布分布 + 消除消除 纯粹消除纯粹消除 时间时间 17 PK基础基础 参数参数 浓度浓度 AUC =曲线下面积曲线下面积 = 药物暴露的评估药物暴露的评估 时间时间 18 I期临床药代动力学研究的方案设计 SFDA指导原则 根据药物的特点设计研究 19 制定 I期临床研究方案经常遇到的问题 ？ 如何确定起始剂量
6、？ 如何进行剂量分组 ？ 如何确定最大耐受剂量 ？ 为什么要进行单剂给药的药代动力学研究 ？ 为什么要进行多剂给药的药代动力学研究 ？ 是否需要进行特殊人群的药代动力学研究 ？ 是否需要进行代谢产物的药代动力学研究 20 u 起始剂量：来自动物实验 未观察到不良反应的 剂量 no-observed-adverse-effect-level (NOAEL) 换算成人体剂量后的一个分量 （ e.g.,half log or less）。 制定 I期临床研究方案经常遇到的问题 21 确定起始剂量的原则：安全、科学 确定起始剂量参考的文献 ： Guidance for Industry and Rev
7、iewers Estimating the Safe Starting Dose in Clinical Trials for Therapeutics in Adult Healthy Volunteers (FDA, CDER) I期研究起始剂量的确定 FDA 对于 I期临床研究提出了人体等效剂量 HED (human equivalent dose)的概念，从动物实验数据 推算可能产生等价药效的人体剂量。 22 Guidance for Industry Estimating the Maximum Safe Starting Dose in Initial Clinical Trial
8、s for Therapeutics in Adult Healthy Volunteers U.S. Department of Health and Human Services Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research (CDER) July 2005 Pharmacology and Toxicology I期研究起始剂量的确定 23 动 物品种 小鼠 b 大鼠 b 比格犬 b 成人 b 标 准体重 /kg 0.02 0.15 10.0 60.0 表面 积 /m2 0.0066 0.025
9、0.5 1.62 体重系数 0.0898 0.0886 0.1077 0.1057 系数 S 3 6 20 37 小鼠 a 1.00 0.500 0.150 0.081 大鼠 a 2.00 1.00 0.300 0.162 比格犬 a 6.67 3.33 1.00 0.541 成人 a 12.33 6.17 1.85 1.00 例：已知 150g（标准体重）大鼠用 5mg.kg-1，求成人（标准体重 ）的用药剂量：查表，大鼠 a行，成人 b列的 Rab=0.162，故成人的 剂量为： Db= Da.Rab=5*0.162=0.81mg.kg-1。 Db=Da.Rab（ Da和 Db是标准体重剂
10、量， mg.kg-1 , Rab是换算系数） 举例： I期研究的起始剂量确定 引自：引自： 24 举例：抗肿瘤药物的起始剂量确定 多数抗肿瘤药物的治疗指数很窄，较高的 起始剂量可能导致出现严重毒性，甚至患者死 亡，从而使得原本具有很好潜力的有效药物不 能得以继续研发。另一方面，如果选择过低的 起始剂量，那么就有可能使得试验周期延长， 造成资源浪费，而且从伦理学角度考虑，不应 使过多患者暴露在无效剂量下。因此，起始剂 量的选择应当综合非临床药效、毒理和药代动 力学 /毒代动力学的研究结果综合考虑。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 25 举例：抗肿瘤药物的起始剂量确
11、定 对于细胞毒类药物， I期临床试验的起始剂量 计算原则上相当于非临床试验中啮齿类动物 MTD 剂量的 1/10，或非啮齿类动物 MTD剂量的 1/6， 单位用 mg/m2表示，同时还需考察 MTD剂量在其 他种属动物的毒性反应及可逆性。具体可参考 细胞毒类抗肿瘤药非临床研究指导原则 。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 26 举例：抗肿瘤药物的起始剂量确定 对于一些非细胞毒类抗肿瘤药，由于其毒性 相对较小， I期临床试验的起始剂量计算可采用 非临床试验中非啮齿类动物 NOAEL（未观察到不 良反应的剂量）的 1/5，或者更高。 若为国外已进行临床试验的新化合物，
12、已有 可靠的可借鉴临床试验资料，参照国外临床研 究数据设计国内临床试验的起始剂量也是可以 接受的。此时应当考虑不同人种间的差异可能 带来的影响。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 27 举例：抗肿瘤药的剂量递增 耐受性试验：剂量间隔可先大后小 举例：改良 Fibonacci 固定百分数递增法 ，即确定初试剂量后，第二剂量应比第一剂 量多一倍；第三剂量比第二剂量多 67%；第四 剂量比第三剂量多 50%；第五剂量比第四剂量 多 40%；以后的各级均应比上一级多 33%。 对于细胞毒药物，剂量逐渐递增到 MTD就可 停止爬坡。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿）
13、 二七年三月 尚未颁布 28 举例：抗肿瘤药的剂量递增 有些非细胞毒类药物的毒性很小，可能不 能观察到明显的 MTD。但即使药物活性的靶点已 经饱和或在没有显著毒性的时候就观察到了明 显疗效，也仍然建议研究更高的剂量，以便更 好的明确化合物的安全性。如果剂量递增到观 察到疗效后，继续增加剂量并没有看到疗效的 增加，而毒性增加明显，则应选择较低的剂量 进行下一步的研究。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 29 I期研究方案的设计问题 如何确定最大耐受剂量？ l 遇到不良事件是否立刻停止试验？ l 已达到方案预先设计的最大耐受剂量是否停止试验？ l 毒性分级表（轻、中
14、、重、危及生命） 常见的问题是：剂量间隔过大导致安全性问题或 I期试 验未达到最大耐受剂量，限制了 II期临床试验的剂量 范围，未能达到有效剂量。 推荐使用毒性分级表 30 Guidance for Industry Toxicity Grading Scale for Healthy Adult and Adolescent Volunteers Enrolled in Preventive Vaccine Clinical Trials U.S. Department of Health and Human Services Food and Drug Administration Cen
15、ter for Biologics Evaluation and Research April 2005 31 Mild (Grade 1) Moderate(Grade 2) Severe (Grade 3) Potentially Life Threatening (Grade 4) ALP 1.1-2.0 x ULN 2.1-3.0 x ULN 3.0-10 x ULN 10 x ULN ALT, AST 1.1-2.5 x ULN 2.6-5.0 x ULN 5.1-10 x ULN 10 x ULN Bilirubin* 1.1-1.25 x ULN 1.26-1.5 x ULN 1
16、.51-1.75 x ULN 1.75 x ULN *when accompanied by any increase in Liver Function Test 举例： FDA毒性分级表 32 举例：抗肿瘤药的毒性反应观察和评价 不良反应性质和严重程度的评价标准遵照 国际上通用的药物毒性反应标准（美国国立癌 症研究所 NCI的常见毒性反应标准（ Common Toxicity Criteria ， CTC）进行。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 33 举例：抗肿瘤药的剂量递增 为避免更多受试者使用无效药物，在每一剂量水 平应选用尽量少的可达到评价要求的患者，
17、一般至少 有 3名或 3名以上可评价的受试者，但若某一剂量并无 毒性或很小毒性反应，少于 3名受试者也是可接受的。 若出现明显毒性，应考虑增加受试者例数。如某一剂 量组有 1例产生 3度以上不良反应，则该剂量水平应继 续增加 3例受试者，如不再出现，可进入下一剂量组， 如仍出现，则停止剂量爬坡。只有当特定剂量水平获 得足够评价资料后方可进入下一个剂量水平。 抗肿瘤药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 34 举例：抗高血压药的耐受性研究 应该进行单次和多次给药的人体耐受性研 究，研究中可以同时观察试验药物的降压效应 、主要不良反应的类型和程度等，试验中需要 制定明确的终止标准
18、。 抗高血压药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 35 I期临床试验中耐受性试验与 药代动力学的关系 l 单独的耐受性试验 l 与耐受性试验结合的药代试验 l Intensive 药代试验 36 SFDA指导原则：临床药代动力学试验 健康受试者的药代动力学 1. 单次给药（线性药代动力学研究） 2. 多次给药（稳态药代动力学研究） 3. 食物的影响 4. 药物 药物相互作用 5. 代谢产物的 PK 37 SFDA指导原则：临床药代动力学试验 特殊人群的药代动力学 1. 肝功不全 2. 肾功不全 3. 老年人 4. 儿童 5. 其他：患者及不同种族 38 举例：抗高血压药的药
19、代动力学研究 “ 应该进行详细的人体药代研究，抗高血 压药物常用于老年人，因此要对老年人进行特 殊研究，对于不同程度的肝肾功能不全患者也 应进行特殊研究。高血压药物常与其他药物合 并使用，应该进行相关药物的药代相互作用研 究。同时进行药代 /药效研究，可以提供额外的 信息。 ” 抗高血压药物临床试验技术指导原则（第二稿） 二七年三月 尚未颁布 39 单剂给药（线性）药代动力学研究单剂给药（线性）药代动力学研究 开放、随机、交叉、单剂、多周期试验设计 双盲 、随机、交叉、单剂、多周期试验设计 开放 、随机、平行、单剂、单周期试验设计 双盲 、随机、平行、单剂、单周期试验设计 药代动力学临床试验的
20、设计药代动力学临床试验的设计 40 多剂给药（稳态）药代动力学研究多剂给药（稳态）药代动力学研究 开放、随机、平行、多剂给药试验设计 双盲、随机、平行、多剂给药试验设计 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 41 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 食物对药代动力学的影响食物对药代动力学的影响 开放、随机、交叉、单剂、两周期试验设计 开放、随机、平行、单剂、两阶段试验设计 42 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 特殊人群的药代动力学研究：设计试验时有特殊考虑特殊人群的药代动力学研究：设计试验时有特殊考虑 肝功能不全患者的药代动力学 肾功能不全患者的药代
21、动力学 老年受试者的药代动力学 儿童受试者的药代动力学 43 受试者的数目受试者的数目 SFDA指导原则：至少 8例 一般不需要 根据统计学的把握度进行计算 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 44 受试者的性别受试者的性别 SFDA指导原则：男女各半（在使用盲法时可 能出现数目不等的情况） 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 45 受试者的入选剔除标准受试者的入选剔除标准 根据 SFDA指导原则 因试验方案而异 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 46 取血点的设计（生物等效性试验的要求与此一致）取血点的设计（生物等效性试验的要求与此一致） SFDA
22、指导原则：至少 9个点 避免第 1个取血点是 Cmax 在消除相应至少有 3个取血点 取血至 3-5个消除相半衰期或血药浓度降至 Cmax的 1/10-1/20。 药代动力学临床试验的设计药代动力学临床试验的设计 47 药时曲线与采样时间的关系药时曲线与采样时间的关系 Conc. Cmax tmax 标准曲线下限浓度太高 Time 开始采样时间太晚 标准曲线上限 Cmin 1, 关系是先凹 (C C50)，总体上是 S形曲线关系 (在线 性坐标时 )。0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 1 2 3 4 5 CONCENTRATION (MULTIPLES OF C50) EFF
23、ECT (FRACTIONS OF Emax) = 0.5 = 5 = 2 = 1 药代 /药效动力学链式研究 80 间接链式模型 定义 药时曲线不伴随药 效时间曲线 在 Cmax之后观察到 Emax (最大效应 ) 药物浓度下降快于 效应强度下降 药代 /药效动力学链式研究 81 定义 药时曲线不伴随药 效时间曲线 在 Cmax之后观察到 Emax (最大效应 ) 药物浓度下降快于 效应强度下降 滞后环 典型的间接模型 药代 /药效动力学链式研究 间接链式模型 82 间接链式模型间接链式模型 效应隔室方法效应隔室方法 Made popular by SHEINER (1979). 1. 在血
24、浆浓度 Cp和效应部位之间引入一级吸收动力学， k1e和 ke0是微小的常数 2. 估计参数使 Ce与效应同步 3. 给出 Ce的直接浓度效应关系 PK model for Cp k1e Effect site Ce ke0 83 - 假设在血浆浓度和效应之 间间接链接 - 间接链接意味着 CA给出效 应 EA : 存在一个时间的 延迟 因此血浆浓度 Plasma Cp不能反映 作用部位的浓度 定义 - Emax :为最大效应 - EC50 :给出 50%Emax 时的 受体部位药物浓度 - Ke0 : 在血浆和受体之间的 平衡常数 间接链式模型间接链式模型 效应隔室方法效应隔室方法 84 定
25、义 效应部位的浓度 (Ce)的 确伴随效应时间曲线变化 在 Cmax出现时观察到 Emax (最大效应 ) 在 Ce 与效应之间存在 直接关系 Ke0 : 在 Cp 与效应之 间校正时间延迟 Cp Ce 在 Ce 与效应之间存在直接关系 间接链式模型间接链式模型 效应隔室方法效应隔室方法 85 研究药物 S1: 在口服和静脉给药后建立 S1的 PK/PD 模型 举例 1: S1 86 研究静脉和口服 给药 后 S1的 PK/PD 特征。 研究目的 49/102 举例 1: S1 87 PD 参数或生物标志物的选择 Biomarker X Biomarker X 随 给药浓 度的升高而降低 举例
26、 1: S1 88 研究方法 药代动力学 PK 采样时间 = PD 测量时间 : PK/PD 建模 药效动力学 : 已知作用机制为直接关系（临床终 点） IV 和 PO 数据共同建模 比较两种给药途径的 PD参数 举例 1: S1 89 PK/PD 建模 PK/PD 模型 : 与受体的直接关系 抑制性 sigmoidal Emax 模型 : 随血浆浓度 (Cp)变化与基线值相 比的降低 举例 1: S1 E0 : Biomarker X 基线值， Imax : 给药后与基线相比最大抑制百分比， IC50 : 达到最大抑制效应时的浓度， : Sigmoidicity 因子， Cp : 血浆药物浓
27、度 90 在静脉和口服给药后，在 Biomarker X 和 S1 血浆 浓度之间 PK/PD关系 举例 1: S1研究方法 91 结果 : IV / PO的比较 举例 1: S1 0 50 100 150 200 250 1 10 100 1000 10000 100000 S1 (ng/ml) VEB (Beats/min) Observed data after PO adm PKPD model after PO adm Observed data after IV adm PKPD model after IV adm 92 结论 - S1 的浓度与 Biomarker X 直接相关
28、 确 认 了 S1的药效作用 - 最大效应约为 90% 几乎恢复正常 : 疗效好 - 在静脉给药和口服给药之间， EC50 不同 存在一个或几个活性代谢产物的征兆，且浓度在 口服给药之后 静脉给药之后 典型地由口服给药后的首过效应代谢所致 Biomarker X 举例 1: S1 93 u Cmax u Tmax u 半衰期 u 线性药代剂量范围 u 蓄积比 u PK/PD & Pop PK 与 II期给药方案关系密切的 药代参数 94 结果的分析是许多研究报告中缺乏的，研究者应该对研究结 果逐一进行分析。例如： u 可耐受剂量范围与有效浓度的关系 u Cmax、 Cav与有效浓度的关系 u
29、Tmax与起效时间的关系 u T1/2、 AUC与给药频率的关系 u 性别、特殊人群、药物 -药物相互作用等因素与剂量 调 整的关系 I期研究数据如何支持后续研究 ICH E3 95 I期研究质量对后续研究的影响 l 安全性数据的收集与评价：是否继续开发 l PK数据的准确性：给药方案是否正确 l 产品说明书的内容 96 I期临床研究的目的：初步的临床药理学及人体安全性评价试验。是在 人体上进行新药研究的起始期，为制定 给药方案 提供依据。 I期临床研究可为后续研究提供以下数据（可覆盖将来药品说明书的大部 分内容）： u人体最大耐受剂量（ MTD） -耐受性试验 u线性药代动力学范围（ Cma
30、x、 AUC、 Tmax、 t1/2） -单剂 PK研 究 u稳态参数（蓄积比与波动系数） -多剂 PK研究 u有效剂量范围 -PK/PD Link u服法 -进食对口服吸收的影响、半衰期对给药次数的影响 u剂量调整 -特殊人群用药指导、药物 -药物相互作用、代谢产物 PK u不良事件 I期研究的目的与作用 说明书 97 I期临床药代动力学研究方案实施 I期临床研究室 组织结构 硬件设施 质量控制 人员培训 98 I期临床试验研究室的 组织结构与管理 以北京协和医院 I期临床研究室为例 99 SOP和质量保障 第一章 : I期临床研究室的 SOP 第二章 : 质量保障体系的 SOP 第三章 :
31、 生物分析实验室的 SOP 第四章 : 临床试验过程的 SOP 第五章 : 实验室安全性检查的 SOP SOP总数： 157个 各种工作表单： 196个 Updated: Oct 24, 2008 100 I期试验三大关注重点 药品管理 /样品管理 /急救技术支撑 临床试验药品及各类标准品均有专人专柜管理， 严格执行 SOP 临床试验生物标本严格按照方案和 SOP采集、转 运、保管 凡涉及试验药品 /生物标本摆放、储存的地方均 有 24小时全天候环境参数（温度 /湿度）测定，人 工记录和计算机自动记录对此提供双重保障 与急诊科长期合作，急诊科医师定期为 I期病房 医护人员培训急救技术，所有 I
32、期试验急诊大夫均 在试验现场随时提供急救技术支撑 101 I期临床研究室使用的软件 样本量估计软件 (NQUERY ADVISOR 7.0) 药代分析软件 (WinNonlin Enterprise version) 统计软件 (SAS) I期病房信息管理： Promasys 实验室信息管理： Watson LIMS 102 国内、国际认证 在临床药理专业中我室的生物分析实验室 于 2005年在国内率先获得国际质量体系 ISO/IEC 17025认证 获得国家认证认可委员会的计量认证 103 人员培训情况 自 2005年以来每人每年均有年度培训计划 科室负责提供各种内部和外部的 GCP/SOP
33、等 质量培训及试验技术培训，由质量保障组监督 执行 仅 2007年一年我室就先后组织了 18次质量培 训， 38次技术培训，总计 56次培训。 每次培训均有包括培训时间、地点、内容、 培训者、参加者等信息的书面记录 104 l 包括 48台床边监护仪在内的各类临床设 备 168台套 l EDC系统 1套 l 扩音系统 1套 l 环境温度湿度监控系统 1套 I期临床试验病房的仪器设备 105 l 包括 4台 LC-MS/MS在内的各类分析设备 39 台套 l 实验室信息管理系统 1套（ Watson LIMS） l 实验室温度湿度监控系统 1套 生物分析实验室的仪器设备 106 总结报告撰写 S
34、FDA 指导原则 ICH 指导原则 107 SFDA 指导原则： 1.5.4 讨论和结论 对临床研究的有效性和安全性结果进行总结 ，讨论并权衡受试药的利益和风险。不要简单 地重复结果，也不要引出新的结果。结论应清 晰明确，对其意义和可能的问题应结合文献加 以评述，阐明对个体患者或针对人群治疗时所 获的利益和需注意的问题以及今后进一步研究 的意义。 化学药物临床试验报告的结构与内容技术指导原则 二 五年三月 已颁布 108 ICH E3 STRUCTURE AND CONTENT OF CLINICAL STUDY REPORTS 13. DISCUSSION AND OVERALL CONCL
35、USIONS “The discussion and conclusions should clearly identify any new or unexpected findings, comment on their significance and discuss any potential problems such as inconsistencies between related measures. The clinical relevance and importance of the results should also be discussed in the light
36、 of other existing data. Any specific benefits or special precautions required for individual subjects or at-risk groups and any implications for the conduct of future studies should be identified. Alternatively, such discussions may be reserved for summaries of safety and efficacy referring to the entire dossier (integrated summaries). ” 109 感谢您的参与，欢迎提问 ! 110
