逐孔改变浓度,复现药物暴露的峰谷
体外药物实验常在加入药物后维持一个固定浓度,体内浓度则随吸收、分布和消除不断变化。英国 CN Bio、阿斯利康(AstraZeneca)与美国范德堡大学(Vanderbilt University)团队在 PLoS Biology 报道 Microformulator 装置,把药代动力学(pharmacokinetics,PK)曲线带入常规多孔板实验。
系统由计算机控制的泵、阀门、培养液和药物储液组成。一组管路移除孔内液体,另一组补入不同药物配比的培养液,让每个孔按设定时间改变浓度。两种药物可以采用各自的曲线,并在同一孔内联用。
研究把小鼠 PK 数据拟合为一室模型,再将曲线切成 1 或 2 小时的区间,以每个区间的中位浓度作为目标。24 小时暴露程序每日重复,连续运行最长约 3 周。装置可放入普通培养箱,实验采用 24 孔板或 96 孔板中的一个分区。
固定峰值浓度掩盖了两种肺癌细胞的敏感性差异
第一组比较使用细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK1/2)抑制剂 AZD0364。既有小鼠移植瘤研究显示,同一给药方案对 Calu-6 的作用强于 A549。两种细胞均有 KRAS 突变,研究想检验体外实验能否观察到这种差别。
团队连续处理细胞 11 天。动态组复现小鼠每日 1 次给药后的浓度曲线,每天有 13 个浓度步骤;固定组使用 2.16 μM,等于动态曲线中的最高浓度,并按常规安排每 72 小时补换培养液及药物。
固定给药显著抑制了两种细胞,动态给药仍强烈抑制 Calu-6,却仅较弱地抑制 A549。这一差异通过细胞汇合度、ATP 检测和细胞核染色分别观察,动态结果更接近两种移植瘤的相对敏感性。
本次比较检验的是固定最高浓度与实际 PK 曲线。研究没有系统遍历全部固定浓度和检测时间,因此其结果具体对应这两种暴露安排。

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两药联用的给药节律改变药效排序
第二组在 ATM 缺失的头颈鳞癌 FaDu 细胞中,比较多聚 ADP 核糖聚合酶(poly(ADP-ribose) polymerase,PARP)抑制剂奥拉帕利与 DNA 依赖性蛋白激酶(DNA-dependent protein kinase,DNA-PK)抑制剂 AZD7648。动态系统分别复现奥拉帕利及 AZD7648 的小鼠暴露曲线,进行 14 天单药和联用实验。
AZD7648 的每日 2 次曲线,比每日 1 次的较高剂量曲线产生更强生长抑制;与奥拉帕利联用后,这一排序仍然存在。相关相对效果也出现在论文所比较的小鼠移植瘤资料中。
奥拉帕利单药的体外细胞生长抑制强于小鼠肿瘤结果。作者讨论了二维细胞与三维肿瘤中的药物暴露不同,以及细胞对 PARP 抑制的敏感性等可能解释。AZD7648 单药及其与奥拉帕利联用的相对效果更接近小鼠结果,奥拉帕利单药仍有偏差。
持续时间与抑制强度共同决定联用效果
团队随后把 AZD7648 浓度固定在 0.1 或 0.9 μM,分别对应本模型中的半数与较高抑制水平;每日暴露 5、14 或 24 小时,同时保持奥拉帕利动态曲线,连续观察 21 天。
较高浓度只有短时暴露时,仍不足以得到最强生长抑制。延长暴露会增强联用作用;在相同暴露时间下,较高浓度的作用也更强。14 小时的较低浓度暴露,甚至强于较高浓度的较短暴露。
DNA-PK 磷酸化检测支持较高浓度具有更强的靶点抑制。实验将浓度和时间分开改变,使研究者能够直接观察药物覆盖时间如何影响药效。
平台扩展仍需处理材料与模型差异
装置保留了多孔板和已有成像设备的兼容性,每孔可以独立安排曲线。作者提出,可进一步连接人原代细胞、类器官或组织芯片,并研究其他给药节律;这些扩展在本文中属于后续用途。
泵阀采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS),小分子吸收仍是材料选择需要考虑的问题。本文的直接成果,是在既定细胞系及小鼠 PK 输入下,改善相对药效排序,并用可控暴露实验分析药效所需的持续时间。