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有濟(jì)說(shuō) | 眼科藥物非臨床藥代動(dòng)力學(xué)研究策略

是我們通向世界的窗戶(hù),隨著世界人口老齡化程度的提高、生活方式的改變,白內(nèi)障、青光眼、年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)、糖尿病性黃斑水腫(DME)、視網(wǎng)膜靜脈阻塞(RVO)、干眼病及過(guò)敏性結(jié)膜炎等眼科疾病,發(fā)病率逐年上升,在當(dāng)前全球人口老齡化不斷加劇的背景下,這些“定時(shí)炸彈”不僅影響個(gè)人的身體健康和生活質(zhì)量,還給家庭和社會(huì)帶來(lái)了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),已成為重大公共衛(wèi)生問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。


隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)眼科疾病發(fā)病機(jī)制認(rèn)識(shí)的不斷深入,眼科治療藥物研發(fā)取得了突破性的進(jìn)展。全球藥物市場(chǎng)分析數(shù)據(jù)顯示,眼科藥物市場(chǎng)增長(zhǎng)約是醫(yī)藥行業(yè)整體增長(zhǎng)速度的2.5 倍[1]。越來(lái)越多的新創(chuàng)企業(yè)和生物公司加入到眼科藥物研發(fā)行列,眼科藥物開(kāi)發(fā)正面臨前所未有的機(jī)遇。眼科藥動(dòng)學(xué)是藥動(dòng)學(xué)的一個(gè)分支,研究眼部各組織對(duì)藥物吸收、分布、代謝和排泄的時(shí)間過(guò)程,并可用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量表示,相對(duì)整體藥動(dòng)學(xué)更精細(xì)、復(fù)雜。





一、眼的解剖結(jié)構(gòu)

眼由眼球壁和內(nèi)容物構(gòu)成。眼球壁由三層組織構(gòu)成,外層為纖維膜(包括眼前部透明的角膜、后部白色的鞏膜及中間起連接作用的角膜緣),中層為葡萄膜(由虹膜、睫狀體和脈絡(luò)膜組成),內(nèi)層為視網(wǎng)膜。

眼內(nèi)容物包括房水、晶狀體和玻璃體,與角膜一起構(gòu)成眼的屈光系統(tǒng)。其中晶狀體是眼內(nèi)重要的透明實(shí)體組織,它位于虹膜后、玻璃體前,被晶狀體懸韌帶固定于睫狀體之間。晶狀體之前的眼結(jié)構(gòu)稱(chēng)為眼前段,約占眼球的1/3,由角膜、結(jié)膜、虹膜、睫狀體、晶狀體和房水組成;晶狀體之后的眼結(jié)構(gòu)為眼后段,約占眼球的2/3,由鞏膜、脈絡(luò)膜、視網(wǎng)膜及充滿(mǎn)玻璃體液的玻璃體組成[2-3]。

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二、眼科藥物常見(jiàn)給藥途徑

眼部給藥途徑大致可分為三類(lèi):局部給藥(滴眼液、眼膏、眼凝膠等)、眼內(nèi)(玻璃體腔注射及前房注射等)或植入給藥、眼周給藥(結(jié)膜下、球后、球周、筋膜下給藥等)。用于治療眼前段疾病的藥物常采用局部給藥途徑,治療眼后段疾病的藥物常采用眼內(nèi)、眼周注射或植入給藥途徑。

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局部給藥

局部給藥患者用藥方便,可選擇性的將藥物遞送到眼前段組織中,是目前眼科藥物的主要給藥途徑。

角膜前淚液體積僅7~10 μL,且淚液每2~3 min周轉(zhuǎn)一次,因此滴眼液常采用下結(jié)膜囊給藥[2]。結(jié)膜囊最大體積約為30 μL,由于眨眼等生理反應(yīng),大部分藥物會(huì)通過(guò)鼻淚管或面頰排出。由于眼的靜態(tài)屏障和動(dòng)態(tài)屏障,最終僅有1% ~ 7% 的藥物進(jìn)入房水中。藥物一旦進(jìn)入房水,可很快分布到虹膜和睫狀體中[3],進(jìn)入房水的少量藥物很難再進(jìn)入眼后段組織中達(dá)到有效的治療濃度,因此眼后段疾病治療藥物一般不采用局部給藥途徑。

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玻璃體腔注射

玻璃體腔給藥可將溶液、混懸液等直接注射進(jìn)入玻璃體腔中,藥物可直接與視網(wǎng)膜接觸。玻璃體腔注射藥物,一般需幾個(gè)小時(shí)才能擴(kuò)散分布至整個(gè)玻璃體腔。進(jìn)入玻璃體的藥物同時(shí)也可擴(kuò)散到眼前段組織或跨過(guò)視網(wǎng)膜內(nèi)屏障進(jìn)入視網(wǎng)膜毛細(xì)血管中消除[3]。受視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞緊密連接的阻礙,藥物從玻璃體腔轉(zhuǎn)運(yùn)到脈絡(luò)膜的速度很慢。影響玻璃體腔中藥物暴露的因素包括給藥劑量、分布容積和消除速率。玻璃體腔中藥物的清除速率主要和藥物分子量有關(guān),小分子藥物相對(duì)大分子藥物清除速率更快。

與眼周給藥途徑相比,玻璃體腔注射可獲得更高的玻璃體、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜藥物濃度,適用于眼底疾病治療藥物。但這種給藥方式會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的不良反應(yīng),如眼內(nèi)炎癥、晶狀體渾濁、視網(wǎng)膜脫落、視網(wǎng)膜出血等[4]

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眼周給藥

眼周給藥包括結(jié)膜下、球后、球周及筋膜下等給藥途徑,靠近鞏膜部位[3-4]。鞏膜是由膠原纖維構(gòu)成的纖維組織,藥物通透性較高。經(jīng)眼周給藥,藥物可穿過(guò)鞏膜,在視網(wǎng)膜和玻璃體腔中達(dá)到較高的藥物濃度,這是眼后段組織給藥最常采用的給藥方式。

  • 結(jié)膜下給藥:結(jié)膜是一種薄而半透明的黏液分泌組織,與角膜相連,覆蓋在鞏膜上方,在結(jié)膜和鞏膜之間的空隙即為結(jié)膜下。結(jié)膜下給藥一次可給予大約500 μL。


  • 筋膜下給藥:可將藥物直接注射于筋膜囊和鞏膜之間的間隙中,一次最大可注射4 mL,常用于眼科手術(shù)時(shí)的麻醉劑給藥,常見(jiàn)的不良反應(yīng)包括結(jié)膜下出血、結(jié)膜腫脹及眼部疼痛。
  • 球周給藥:在上下直肌和內(nèi)外直肌外側(cè)給藥,根據(jù)注射部位又分為前或后球周注射,一般用于白內(nèi)障手術(shù)時(shí)的麻醉藥物給藥,一次可注射8 ~10 mL。


  • 球后給藥:一種直接穿過(guò)眼瞼和眶筋膜將藥物注射入上下直肌和內(nèi)外直肌的肌間隙,主要用于麻醉藥物,這種給藥方式有損傷視神經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)。


不同給藥途徑的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表1[5-8]

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【表1】不同眼部給藥途徑的優(yōu)缺點(diǎn)





三、動(dòng)物種屬的選擇依據(jù)

由于眼的解剖結(jié)構(gòu)存在種屬差異,不同物種眼球?qū)τ谒幬锏娜菁{體積不同,藥物在眼內(nèi)的作用方式也不同。如對(duì)于藥物-黑色素親和性的研究,應(yīng)選擇眼內(nèi)含有黑色素的有色動(dòng)物。要根據(jù)藥物的性質(zhì)、劑型等特點(diǎn)選擇合適的動(dòng)物種屬,從而對(duì)非臨床安全性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)能夠有更加科學(xué)的解釋。

人的視盤(pán)與視覺(jué)中央?yún)^(qū)域的相對(duì)位置為鼻側(cè)和顳側(cè);非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物(NHP) 視盤(pán)與視覺(jué)中央?yún)^(qū)域的相對(duì)位置為鼻側(cè)和斜上方的眼底上半球;小型豬的視盤(pán)與視覺(jué)中央?yún)^(qū)域的相對(duì)位置為眼底下半球和上半球;而兔子與小型豬相反,視盤(pán)與視覺(jué)中央?yún)^(qū)域的相對(duì)位置為眼底上半球和下半球;貓和犬的眼球有獨(dú)特的絨氈層結(jié)構(gòu),絨氈層是反射性的藍(lán)/綠/黃色層,位于眼底上半球,在具有絨氈層的動(dòng)物眼球中,視網(wǎng)膜色素上皮層幾乎沒(méi)有色素或根本沒(méi)有色素(否則會(huì)破壞光放大作用的目的),可使絨氈層的顏色得以顯示出來(lái);犬的黃斑發(fā)育不完整,NHP眼底有一個(gè)橢圓形的視盤(pán)和發(fā)育良好的黃斑,有一中央動(dòng)脈供應(yīng)系統(tǒng),有中心無(wú)血管區(qū)。除NHP外很多動(dòng)物都沒(méi)有黃斑區(qū),總體上講NHP與人眼的解剖結(jié)構(gòu)最為接近。

對(duì)于眼底疾病治療的生物技術(shù)藥物,非臨床研究的動(dòng)物種屬應(yīng)首選NHP。

人類(lèi)約75-80% 的淚液量通過(guò)每次眨眼排出。據(jù)估計(jì),高達(dá) 80% 的滴眼液可被吸收而分布全身,其中部分通過(guò)結(jié)膜的血管吸收,而大部分液體則通過(guò)鼻淚管系統(tǒng)直接到達(dá)高吸收性的鼻粘膜。眼瞼的大小和形狀對(duì)藥物的全身吸收也有一定的影響。眼瞼較松弛且結(jié)膜囊較大的動(dòng)物(例如兔)在眨眼時(shí)可吸收比非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物更多的“液滴”,因?yàn)榉侨遂`長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的眼瞼更貼緊于眼球,其通過(guò)眨眼流出到周?chē)つw和被毛上的液體量可能更高(參見(jiàn)圖1)。在犬和兔中所觀察到的滴眼給藥后的全身吸收是相似的。由于兔易獲得、成本低,小分子藥物常采用兔開(kāi)展藥代動(dòng)力學(xué)研究;大分子藥物受免疫原性及嚴(yán)重炎癥反應(yīng)影響,常采用猴開(kāi)展藥代動(dòng)力學(xué)研究。

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【圖1】眼瞼結(jié)構(gòu)和眼球暴露:a 食蟹猴 b 犬 c 新西蘭大白兔 d 哥廷根小型豬 e Brown Norway大鼠 f 白化小鼠


由于眨眼可影響局部給藥的供試品在眼內(nèi)的停留時(shí)間以及淚膜,因此眨眼頻率可提供不同種屬給藥后局部或全身反應(yīng)的一些解釋角度。與較慢的眨眼速率相比,更快的眨眼速率可縮短藥物在眼部的停留時(shí)間,并改變局部給藥供試品的全身吸收特征。不同種屬的眨眼頻率見(jiàn)表2。

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【表2】不同種屬的平均眨眼頻率[9]





四、眼組織生物樣品的采集和處理

對(duì)于眼部藥代動(dòng)力學(xué)研究而言,采樣時(shí)間點(diǎn)的確定對(duì)研究結(jié)果有重大影響,若采樣點(diǎn)過(guò)少或選擇不當(dāng),得到的眼部血藥濃度-時(shí)間曲線(xiàn)不能反映藥物在眼內(nèi)的實(shí)際過(guò)程,也無(wú)法獲得合理的眼部藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)。與全身藥代動(dòng)力學(xué)類(lèi)似,完整的眼部血藥濃度-時(shí)間曲線(xiàn)應(yīng)包括藥物的吸收相、平衡相及消除相,因此采樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧各個(gè)時(shí)相。整個(gè)采樣時(shí)間一般應(yīng)至少持續(xù)到峰濃度的1/10,以準(zhǔn)確判斷藥物在眼內(nèi)作用的持續(xù)時(shí)間。對(duì)具有緩、控釋作用的滴眼劑應(yīng)特別注意消除相的分布,以有效評(píng)估藥物濃度在眼內(nèi)的保持時(shí)間及藥物的消除規(guī)律。

由于眼部采樣的特殊性,一般無(wú)法在同一受試眼中連續(xù)采集生物樣品,需按不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)受試者進(jìn)行隨機(jī)分組采樣,每個(gè)時(shí)間點(diǎn)通常至少應(yīng)有6只受試眼的數(shù)據(jù),以減少試驗(yàn)誤差。眼部藥代動(dòng)力學(xué)樣本濃度的個(gè)體差異較大,因而在正式試驗(yàn)前,通常需先選擇少量受試者進(jìn)行預(yù)試驗(yàn),并根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果調(diào)整采樣點(diǎn)。

眼由多種異質(zhì)性的組織和液體組成,在進(jìn)行眼組織藥代動(dòng)力學(xué)研究時(shí),需要對(duì)各組織、液體進(jìn)行精細(xì)分離。

按照結(jié)構(gòu)組成和樣品后續(xù)處理程序的不同分為:

① 淚液,主要由蛋白、脂質(zhì)、碳水化合物和電解質(zhì)組成,可采用淚液檢測(cè)濾紙條采集;


② 房水,和血漿超濾液電解質(zhì)濃度基本相似,但房水中蛋白含量很低,約是血漿蛋白濃度的0.5%,樣品處理方法相對(duì)簡(jiǎn)單;


③ 玻璃體液,主要由水組成,但含有膠原蛋白、透明質(zhì)酸及其他蛋白聚糖,這使玻璃體液具有凝膠樣性質(zhì),藥物在玻璃體液中不均勻分布,因此應(yīng)將全部玻璃體液混勻后再取樣分析;


④ 角膜、鞏膜和晶狀體組織含有膠原蛋白、糖胺聚糖和蛋白聚糖,難以勻漿,需要更長(zhǎng)或更多的勻漿處理操作;


⑤ 虹膜、睫狀體、脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜組織中存在黑色素,若藥物與黑色素結(jié)合,可能會(huì)影響藥物的檢出,樣品處理和分析時(shí)應(yīng)考慮黑色素結(jié)合對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。


動(dòng)物安樂(lè)死后,眼組織中的生物屏障會(huì)迅速破壞,藥物會(huì)在整個(gè)眼組織中迅速達(dá)到平衡。眼組織中的酯酶在離體條件下也有一定的活性。因此處理動(dòng)物后,應(yīng)迅速摘取眼球并立即放入液氮或干冰中保存,以防止藥物轉(zhuǎn)移到鄰近組織中或被代謝消除,解剖分離眼組織時(shí)也應(yīng)全程在冷凍狀態(tài)下完成[10-11]。

結(jié)語(yǔ)

眼具有的特殊的解剖生理結(jié)構(gòu)和屏障系統(tǒng),使外源藥物很難進(jìn)入眼內(nèi)。不同給藥途徑下,藥物在眼內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)特征和風(fēng)險(xiǎn)也各不相同。

因此,眼科新藥非臨床研究也不同于其他藥物,藥效、藥代動(dòng)力學(xué)方面需證明藥物可在靶組織中達(dá)到有效治療濃度,安全性方面需同時(shí)考察全身毒性和眼局部毒性。對(duì)于眼科新藥,應(yīng)根據(jù)擬定適應(yīng)證、用藥人群、給藥途徑、給藥期限、給藥頻率,按照“Case-by-Case”及“基于風(fēng)險(xiǎn)”的原則分階段的開(kāi)展相應(yīng)的非臨床研究,為擬開(kāi)展的臨床試驗(yàn)或上市提供支持性數(shù)據(jù)。

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