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淺析口服固體制劑生物等效性的影響因素

發(fā)布時(shí)間:2021-04-08

口服給藥是藥物最為常見的給藥形式,相比于靜脈注射、皮下注射、肌肉注射以及吸入等給藥方式來講,口服途徑給藥具有藥物服用方式的便利性、也具有良好的患者依從性、最重要一點(diǎn)是具有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的簡易性和可操作性。但盡管有這些優(yōu)點(diǎn),口服制劑的發(fā)展仍然面臨著一些挑戰(zhàn),這些限制性的方面主要來自于藥物較差的溶解性和滲透性,自然地,藥物的吸收也會(huì)因其不良的理化性質(zhì)而受到限制。另外由于口服固體制劑經(jīng)由腸胃道吸收,不可避免地會(huì)引起一些腸胃道的局部刺激和惡心反胃等情況。此外,藥物在機(jī)體內(nèi)的生物基質(zhì)穩(wěn)定性,生理學(xué)屏障阻礙,以及一些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和代謝酶的作用也會(huì)對(duì)藥物體內(nèi)的吸收分布造成影響。
 

生物等效性試驗(yàn)(BE試驗(yàn))是一致性評(píng)價(jià)和化藥仿制藥申報(bào)注冊(cè)中的重要環(huán)節(jié)。BE試驗(yàn)多數(shù)情況下以藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)為指標(biāo),比較同種藥物的相同或者不同劑型,在相同的試驗(yàn)條件下,其活性成分吸收程度和速度的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。最后通過血藥濃度的測(cè)定與分析,比較不同的制劑在受試者體內(nèi)的吸收差異性,以此來推測(cè)其臨床治療效果和制劑間的等效情況。近十年來,總局對(duì)于BE試驗(yàn)的管理力度和技術(shù)要求越來越嚴(yán)格,并逐漸趨于和歐美一致。因此,系統(tǒng)詳實(shí)地了解口服制劑給藥過程中,原輔料的理化性質(zhì),制劑工藝的細(xì)節(jié),人體生理學(xué)特征及腸胃道滲透性能,藥物的ADME過程和藥物藥代動(dòng)力學(xué)對(duì)BE試驗(yàn)的影響在藥物研發(fā)過程中具有重要意義。
 


 

口服固體制劑在人體內(nèi)的吸收過程
 

想要深入了解口服固體制劑生物等效性的影響因素,必須對(duì)口服固體制劑在人體內(nèi)的吸收過程做出詳細(xì)清楚的了解。如圖1所示,口服固體腸溶制劑在生物體內(nèi)要經(jīng)過崩解、分散、溶出、滲透等幾個(gè)步驟,才具備被生物機(jī)體吸收的前提條件[1]。
 

Figure1. 一般固體腸溶制劑在人體內(nèi)的崩散溶滲過程
 

一般地,藥物API分子在腸腔完成崩散溶滲等過程之后,它們會(huì)通過小腸絨毛上皮細(xì)胞被吸收[2]。如圖2所示,該步驟中,小腸絨毛上皮細(xì)胞對(duì)藥物粒子的吸收方式主要取決于API粒徑的大小、其分子量大小和其表面的官能團(tuán)和化學(xué)結(jié)構(gòu)特征。粒徑在100到500納米的API粒子一般經(jīng)由細(xì)胞內(nèi)吞作用或者細(xì)胞攝取的方式進(jìn)入細(xì)胞。
 


Figure2. 一般固體腸溶制劑在人體內(nèi)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程

 

以上匯總解釋了口服固體制劑吸收過程的兩個(gè)限速步驟,即,藥物溶出步驟和跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)步驟。以上兩個(gè)步驟跟API的分子量、脂/水溶性、以及人體生理學(xué)狀態(tài)緊密相關(guān)。藥物溶出足夠快時(shí),跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是藥物吸收的限速過程,但當(dāng)藥物溶出較慢時(shí),藥物的溶出釋放可能成為藥物吸收的限速步驟。
 

藥物在人體內(nèi)ADME過程的影響因素
 

Figure3. 影響小分子藥物體內(nèi)吸收情況的因素匯總


Figure4. 藥物在人體內(nèi)ADME過程的影響因子
 

在固體制劑藥物吸收過程分析中,我們可以總結(jié)得到,影響其吸收的主要因素包括人體生理學(xué)特征,藥物原輔料的理化性質(zhì),和制劑工藝三個(gè)主要方面的因素,此外受試者年齡,性別,種群和其他因素也會(huì)對(duì)藥物的體內(nèi)吸收行為發(fā)生影響。如圖3,Mohammed S.Alqahtani等科學(xué)家在文獻(xiàn)中匯總了藥物吸收過程的影響因素[2]。進(jìn)一步地,Filippos Kesisoglou等科學(xué)家進(jìn)行了更為詳細(xì)的總結(jié),在圖4中全面匯總了藥物在人體內(nèi)吸收,分布,代謝,排泄全命運(yùn)周期的關(guān)聯(lián)因素和影響因子[3]
 

生理學(xué)因素與食物的影響
 

首先,胃腸液成分與性質(zhì)對(duì)藥物的吸收存在顯著影響,腸胃道pH值的變化,會(huì)影響小分子藥物的解離狀態(tài),這對(duì)于許多小分子化合物的吸收至關(guān)重要。膽汁中的的膽酸鹽對(duì)難溶性藥物有增溶作用,從機(jī)制上來講可以促進(jìn)吸收。其次,胃排空速度的快慢,對(duì)藥物的吸收也有影響。絕大多數(shù)藥物在小腸中吸收,那么胃排空加快,藥物到達(dá)小腸部位時(shí)間就會(huì)變短,吸收就會(huì)加快,生物利用度會(huì)提高。腸胃道的蠕動(dòng)可使食物與藥物充分混合,小腸的固有運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)固體制劑的進(jìn)一步崩解,有利于藥物的吸收。
 

Figure5. 食物對(duì)于藥物PK的影響
 

提及生理學(xué)因素對(duì)藥物吸收的影響,不得不提到食物對(duì)于藥物吸收的影響。如圖5所示,揭示了食物對(duì)于PK的三種影響狀態(tài)[4]。食物對(duì)于藥物吸收的影響機(jī)制較為綜合,涉及腸胃道pH值的變化,膽汁分泌,胃排空時(shí)間和腸胃蠕動(dòng)等方方面面。具體影響如下:食物改變腸胃道的酸堿性,由于進(jìn)食后胃酸或胃蛋白酶分泌增加,對(duì)于酸堿環(huán)境較為敏感的藥物,會(huì)影響其溶出溶解性質(zhì),化學(xué)穩(wěn)定性等特性,進(jìn)一步對(duì)其藥理藥效產(chǎn)生影響。高脂肪食物會(huì)降低胃腸道動(dòng)力,從而減慢胃排空速率,食物改變胃腸道動(dòng)力之后,對(duì)藥物的吸收會(huì)產(chǎn)生影響。另外,高脂餐也可以促進(jìn)膽汁分泌,增加血液循環(huán)。也有研究表明,食物中的特殊蛋白質(zhì)可與部分藥物結(jié)合成鹽,形成藥物蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu),致使藥物體內(nèi)吸收分布情況發(fā)生變化,或使得減少吸收,降低生物利用度達(dá)不到治療效果,或使得吸收增強(qiáng),血藥濃度超過最低毒性劑量濃度。

 

原輔料理化性質(zhì)的影響


1. API性質(zhì)

談及API性質(zhì),應(yīng)首先關(guān)注API的粒徑分布情況。一般來講,API粒徑越小,比表面積越大,藥物的溶解溶出速度越快。所以為達(dá)到增加難溶性藥物吸收目的,可采用藥物微粉化技術(shù),降低藥物粒徑提高比表面積。對(duì)于難溶性藥物來講,普通工藝的片劑可能存在批間溶出重現(xiàn)性差、生物利用度變異較高的問題,進(jìn)而直接影響臨床效果, 通過降低API的粒徑,可使API含量更為均勻,藥片更為細(xì)膩。
 

藥物的晶型會(huì)影響其溶出速率,進(jìn)而影響藥物的體內(nèi)吸收,在不考慮其他因素下的情況下,溶出最快的是無定形態(tài)。雖然無定形狀態(tài)溶出較快,但可能會(huì)在貯存或穩(wěn)定性期間發(fā)生晶型的轉(zhuǎn)化,改變其溶出性質(zhì)。有些多晶的品種在穩(wěn)定性期間發(fā)生溶出變慢的情況,有可能是發(fā)生了轉(zhuǎn)晶的情況。在固體制劑加工過程中,應(yīng)對(duì)晶型問題予以足夠的重視。
 

成鹽的策略對(duì)藥物溶出也有影響,難溶性化合物成鹽后,溶解度增加,能夠在消化道中迅速溶解,生物利用度提高,改良其PK特征。

2. 輔料性質(zhì)
 

輔料稱為非活性成分。但是,輔料可以影響藥物的吸收、分布、代謝和排泄過程。研究表明,輔料對(duì)藥物的溶解度,溶出,滲透性,吸收等性質(zhì)均有影響。添加功能性輔料的目的在于改善制劑的穩(wěn)定性、控制藥物釋放、便于工業(yè)化大批量生產(chǎn)等。合適的輔料選擇可以調(diào)節(jié)藥物釋放情況、解決制劑穩(wěn)定性、生產(chǎn)可行性、設(shè)備匹配性等諸多問題。但是輔料的使用預(yù)期往往只能改善其中某一個(gè)方面,所以經(jīng)常需要在幾個(gè)面臨的問題之間做一些平衡,采取一定的工藝策略解決這些問題。
 

總的來講,輔料對(duì)于藥物制劑的溶解溶出影響較為復(fù)雜,不同輔料的作用機(jī)理機(jī)制也不盡相同。值得一提的是,有些輔料可以導(dǎo)致API晶型的轉(zhuǎn)變。一般認(rèn)為輔料對(duì)BSC I類藥物溶出影響較小,對(duì)BCS III類藥物的溶出影響有限,對(duì)于BSC II類和BCS IV藥物來說,輔料對(duì)溶出影響較為顯著。
 

工藝與制劑的影響
 

原輔料的理化性質(zhì)可以影響口服固體制劑的吸收,溶解度大、分子量小的藥物溶出和吸收較快。同種藥物的不同劑型,其吸收也有較大的差異。一般來講,緩釋制劑溶出和吸收慢于片劑慢于膠囊劑。
 

那么,對(duì)于劑量和劑型相同的同種藥物,因制劑工藝的不同,藥物吸收速度和程度也會(huì)有明顯差異。如圖6的匯總所示,采用不同的工藝技術(shù)對(duì)不同BCS分類藥物進(jìn)行制備后,各藥物的藥代動(dòng)力學(xué)特征會(huì)有顯著改善[2]。
 

Figure6. 工藝與劑型對(duì)于藥物PK的影響
 

思考與后記
 

綜上所述,藥物的口服吸收取決于藥物API的溶解度、粒徑、晶型、滲透性和輔料的性質(zhì)以及人體胃腸道的生理學(xué)特性和食物攝取情況等等因素。這其中的每個(gè)因素都影響藥物的釋放,吸收和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。在藥物研發(fā)過程中,一般采用體外溶出實(shí)驗(yàn)獲取溶出數(shù)據(jù),后使用Gastroplus軟件進(jìn)行以生理學(xué)為基礎(chǔ)的藥代動(dòng)力學(xué)(PBPK)建模,對(duì)藥物的吸收情況進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)。
 

在進(jìn)行口服固體制劑的溶出實(shí)驗(yàn)時(shí),溶出介質(zhì),原輔料理化性質(zhì)等等因素都需要進(jìn)行充分研究,來保證自制品與自制品批次間,自制品與參比批次間的溶出行為和品質(zhì)的一致性,為臨床生物等效性試驗(yàn)的開展奠定前期良好基礎(chǔ)。

 

參考文獻(xiàn):
 

1. E.S. Kostewicz et al. PBPK models for the prediction of in vivo performance of oral dosage forms. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 57 (2014) 300-321.
2. Alqahtani et al. Advances in oral drug delievery. Frontiers in Pharmacology  Front. Pharmacol. 12 (2021) 618411.
3. F. Kesisoglou et al. Physiologically Based Absorption Modeling to Impact Biopharmaceutics and Formulation Strategies in Drug Development--Industry Case Studies. Journal of Pharmaceutical Sciences xxx (2016) 1-12.
4. M. Koziolek et al. The mechanisms of pharmacokinetic food-drug interactions--A perspective from the UNGAP group. European Journal of Pharmaceutical Sciences 134 (2019) 31-59.??????
 
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