体外活性浓度需要结合体内暴露解释

美国 Inotiv 与美国国家环境卫生科学研究所(National Institute of Environmental Health Sciences,NIEHS)研究者在 Frontiers in Pharmacology 讨论体外到体内外推(in vitro to in vivo extrapolation,IVIVE)的使用门槛。文章的出发点是:体外实验中的活性浓度,还需要与体内吸收、分布、代谢和排泄联系起来,才能用于暴露比较。

生理药代动力学(physiologically based pharmacokinetic,PBPK)模型可以从外部暴露推算血浆和组织浓度;反向计算则寻找能让体内浓度达到某一体外活性浓度的等效剂量(equivalent administered dose,EAD)。前者帮助确定实验浓度范围,后者帮助比较体外活性与预计暴露之间的距离。

图形界面降低操作门槛,参数来源仍须保留

作者介绍综合化学环境平台(Integrated Chemical Environment,ICE)中的 PBPK 与 IVIVE 工具。平台将高通量毒代动力学软件包(high throughput toxicokinetic,httk)、化学物参数和经过整理的体外高通量筛查数据放在图形界面中,用户可以选择模型、物种、暴露途径和暴露频率,并查看参数来源及输出。

实测参数不足时,平台可以调用开放定量构效关系应用(Open (quantitative) structure–activity Relationship App,OPERA)的预测,例如内在清除率和血浆游离比例。实测值、计算预测与默认值分别保留来源,预测值还涉及模型的适用域。参数为何适用于当前化学物,仍是解释结果的一部分。

2 种化学物的体外活性接近,药代预测结果不同

案例比较十二烷基三甲基氯化铵(dodecyltrimethylammonium chloride,DTAC)与 2-氯-N-苯基乙酰胺(2-chloro-N-phenylacetamide,CNPA)。前者用于清洁等产品,后者在文中被列为对乙酰氨基酚的潜在杂质。作者选择它们,是因为结构和药代性质不同,但一组受体相关检测中的体外活性接近。

DTAC 有 21 项阳性受体相关检测,CNPA 有 28 项;半数活性浓度(half-maximal activity concentration,AC50)的中位数分别为 20.04 μM 和 29.16 μM。这些检测覆盖激素、发育及代谢相关受体,文中以这组活性相近的数据检验药代差异的影响。

在相同的重复口服模拟情景中,DTAC 的血浆最高浓度超过 CNPA 的 10 倍,肝脏浓度则约为后者的 2 倍。DTAC 的血浆浓度高于肝脏浓度,CNPA 呈相反关系。作者将这种差别与清除、组织分配及肝脏首过代谢联系起来,说明血浆和组织的比较也需要分开。

等效剂量与预计暴露水平共同影响筛查排序

以这些体外 AC50 为输入,反向外推得到 DTAC 的 EAD 中位数为 13.53 mg/kg/day,CNPA 为 271.26 mg/kg/day,相差约 20 倍。相近的体外活性,经由不同的药代过程,因而对应了不同的模型剂量。

作者还用 EAD 除以预计日暴露量,计算两者的比值。采用文中第 95 百分位暴露估计时,DTAC 与 CNPA 的比值分别为 127.69 和 377,274。这个差距同时受到等效剂量和预计接触水平影响,为进一步研究的优先顺序提供参考。

计算也依赖暴露频率。论文的案例使用特定的重复暴露安排,作者明确指出,基于最高血浆浓度的 EAD 会随暴露频率改变。换成其他暴露情景时,等效剂量及其与预计日暴露量的比值需要重新计算。

案例中 2 种化学物的结构、血浆与肝脏模拟浓度、体外受体活性和等效剂量比较。

窄屏可横向滑动查看完整图表。

案例中 2 种化学物的结构、血浆与肝脏模拟浓度、体外受体活性和等效剂量比较;A、B 中的化学结构据 EPA CompTox Chemical Dashboard。(David E. Hines et al. / Frontiers in Pharmacology, 2022, Figure 2;CC BY 4.0)

体内效应还需要相应的生物学依据

受体检测记录的是特定分子作用,IVIVE 将这一活性浓度换算到体内暴露背景;是否会形成持续的体内反应,还取决于相应生物过程。文章强调,需要结合检测靶点、作用机制和不良结局信息解释计算结果,通用药代模型也可能牺牲部分精度来扩大筛查范围。

文章把 IVIVE 与体外浓度选择、代谢参数解释和暴露筛查联系起来,并讨论其对药物研发资料缺口的补充作用。本例采用通用模型进行化学物筛查;用于具体药物或杂质时,参数选择和实验资料仍需与相应研究问题匹配。

来源与延伸阅读

  1. Application of an Accessible Interface for Pharmacokinetic Modeling and In Vitro to In Vivo Extrapolation. Frontiers in Pharmacology. 2022. doi:10.3389/fphar.2022.864742 ↗