[案例揭秘]亲脂性、难溶性药物的体外—体内相关性

从调研的角度详细把一个原研品种的40个厂家的仿制品的溶出和BE之间关系进行了总结归纳。文中选取了一些有代表性的案例进行叙述和说明,只是提示大家在一致性评价过程中可能会遇到各种各样不同的情况需要我们去面对。实际上我们看到的情况要比预想的复杂的多。对研发人员来说,更关注的是具有普遍规律之外的不同之处,对这些不同和偏差的分析也是研发工作中非常重要的一个环节。

比如说:我国于2016年3月18日CFDA下发了<以药动学参数为终点评价指标的 化学药物仿制药人体生物等效性研究 技术指导原则>,如餐后生物等效性研究是指导原则中明确要求的。

二:基本要求

第六条是这样规定的

(六)餐后生物等效性研究

食物与药物同服,可能影响药物的生物利用度,因此通常需进行餐后生物等效性研究来评价进食对受试制剂和参比制剂生物利用度影响的差异。

对于口服常释制剂,通常需进行空腹和餐后生物等效性研究。但如果参比制剂说明书中明确说明该药物仅可空腹服用(饭前1小时或饭后2小时服用)时,则可不进行餐后生物等效性研究。

对于仅能与食物同服的口服常释制剂,除了空腹服用可能有严重安全性方面风险的情况外,均建议进行空腹和餐后两种条件下的生物等效性研究。如有资料充分说明空腹服药可能有严重安全性风险,则仅需进行餐后生物等效性研究。

对于口服调释制剂,建议进行空腹和餐后生物等效性研究。

这个要求与FDA2013年12月美国食品药品监督管理局(FDA)颁布了<以药动学为终点评价指标的仿制药生物等效性研究指导原则>(草案)。中 涉及餐后生物等效性研究 内容是完全一致的。中美药审部门 对IR和DR剂型都要求提供空腹和餐后两套试验数据,而日本只要求空腹实验数据。依据来源(点击可跳转)[文献翻译]日本口服固体制剂生物等效性研究的监管考虑(第二部分)

                               
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我们做过新产品开发或者挑战专利的高手都知道,餐后BE是很难做成的,往往是空腹情况达BE,但餐后结果不容易过BE,这得费很大功夫调整工艺和配方。

可以预想有些在日本能通过餐前BE的品种按照中美要求参与审评,可能就不一定能通过餐后BE这一关。这种BE要求的差异必然会引起研发人员的关注,为避免项目开发的风险,减少误差,花力气去调研分析,找到解决问题的手段,自然而然成为研发人员需要承担的任务。

本文案例恰恰揭示了餐后BE难做的实际情况,也揭开了餐后BE冰山的一角。在我们没有获得中国通过一致性过评价的品种案例展示给同行之前,我们有机会给大家展示下国外同行对此类问题的解决思路及认识和理解,假如我们的本篇译文能给各位同行以启示、帮助与借鉴的话,那么我们的目的就达到了。本文出处见截图所示

                               
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亲脂性、难溶性药物的体外—体内相关性

作者单位:a德国法兰克福,歌德大学,制药技术研究所

b希腊雅典,雅典大学药学院

摘要

尽管新药分子可以考虑多种给药途径,最普遍的仍是口服途径。利用体外模拟影响吸收的限制因素,对预测药物口服给药后的体内性能是很重要的。对于BCS II类药物,溶出是吸收的限度步骤,可以使用生物相关溶出试验来预测不同处方和不同剂量条件下生物利用度的区别。为获得较好的相关性,需要精确模拟给药后胃肠道中内容物的组成、体积和流体力学等。选择4种溶出介质来模拟胃和肠道内容物在用餐前和用餐后的组成:SGF(模拟胃液),牛奶,FASSIF(模拟空腹状态小肠内肠液)和FeSSIF(模拟餐后小肠内肠液),利用他们来模拟胃和小肠在禁食和进食下的状态。下列难溶性的药物使用这些介质获得了良好的相关性:达那唑、酮康唑、阿托伐醌和曲格列酮。所有案例,均用溶出试验模拟了进食和 禁食的状态影响;对有几个试验处方的案例,同时采用溶出试验预判哪一个处方体内性能更优。

关键词:BCS分类,溶出度,体外—体内相关性(IVIVC),亲脂性药物

1.介绍

口服给药后药物是否被完全吸收取决于下图中的各个因素,其相对于其他因素的相对重要性以及发生的速率。药物的释放和吸收必须发生在可用的转运时间内。在此处,可用的转运时间即指药物到达吸收部位之前在胃肠道的时间,以及在吸收部位停留的时间。还需要考虑的是药物在管腔液中的稳定性和药物在肠壁和/或肝脏的首过代谢性。

                               
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图1.口服给药后胃肠道中的事件

对于速释制剂,药物的释放速率对吸收的速率和程度都至关重要[相对于小肠对药物转运速率和渗透性(包括通过P-糖蛋白的运输)而言]。BCS系统(Amidon et al., 1995)将药物根据其本身的溶解性和渗透性特征分为四类(表1)。根据该表,I类药物应该至少吸收90%。II类药物虽然具有较高的膜渗透性,但因溶解性太低,以致不能被完全吸收。III类药物与II类相反,具有较高的溶解性,但膜的渗透性较低,因此不能迅速渗透过肠壁以吸收完全。而IV类药物既没有较好的溶解性,也没有较高的渗透性,故不能完全吸收。然而,请注意,虽然他们不具备最佳的性质,该类化合物中的某些药物仍然可以有较好的吸收,允许口服。

表1  BCS分类(据 Amidon et al., 1995)

I类	II类	III类	IV类
高溶解性	低溶解性	高溶解性	低溶解性
高渗透性	高渗透性	低渗透性	低渗透性

目的:为使用体外研究替代临床研究来建立两个药物的生物等效性提供指导。

BCS II类药物的体内结果与溶出试验相关性可能是最好的,因为在这类药物中,溶出速率是影响吸收的首要因素。而其他几类药物中, I类药物制备成缓释产品时也具有较好的体内/体外相关性,因为这种情况下,释放曲线决定了吸收速率。

2.哪一个参数影响II类药物的溶出度?

影响溶出度的重要因素可由以下修正的Noyes–Whitney方程看到:

                               
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DR溶出速率,A药物表面积,D药物的扩散系数,h有效边界层厚度,CS局部胃肠条件下的饱和浓度,V可利用的溶解药物液体的体积,Xd已溶解的药物的量。

与药物的物理特征一样,许多生理参数也会影响溶出速率。与药物溶出相关的物理和生理参数,及其Eq,如下表2所示。

表2 对药物溶出重要影响的物理和生理因素

参数	物理因素	生理因素
表面积	粒径大小	天然表面活性剂
扩散系数	分子大小	管腔内容物的粘度
边界层厚度		运动模式
		流速
溶解性	亲水性	pH,缓冲容量
	晶体结构	胆汁,食物成分
溶液中药物浓度		渗透性
胃肠道内容物的体积		分泌物
		摄入液体

药物的粒径大小是一个影响溶出接触表面积的重要物理因素。一个典型的粒径影响生物利用度的例子是地高辛(图2)(Dressman andFleisher, 1986)。胃肠道内天然表面活性剂也会通过润湿作用影响可利用的有效表面积。

                               
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图2.预测高辛粒径对吸收的函数。实线:预测,符号:来自文献的数据(Dressman and Fleisher, 1986)

药物溶解性不仅是结晶度和亲脂性的函数,也决定于所要溶解它的介质。在胃肠道,表面活性剂、pH、缓冲容量和食物成分等都对药物的局部溶解度起到决定性作用。

剂量:溶解度比(Dressman and Fleisher, 1986)表明胃肠内液体的量是否足以溶解给药剂量。剂量:溶解度比>250 ml表明胃肠道内液体量少于药物溶解需要的量,漏槽试验不适用。一个典型的例子是灰黄霉素,剂量高达500 mg,37oC下,水中溶解度15 mg/ml,这个药物的剂量:溶解度比高达33: 1。

边界层厚度取决于流体力学,我们可以解释为胃肠生理学的混合模式和胃肠道内的流速。

药物溶解的液体量包括:给药液体量和从胃肠道器官进入管腔的分泌物量。这些分泌物往往以显著不同的速度产生,其速度取决于是否是基础生理条件,或者分泌物是否因进食产生,或者随着时间和病理的变化,或者与某种特定类型药物的共同给药。因此,应根据模拟的胃肠道位置和给药条件调整溶出介质的体积。当使用标准的USP桨法装置(USP 23, 1995),可使用以下体积来近似模拟上消化道内的可利用体积:胃禁食状态,300–500ml;胃进食状态,900 ml;小肠禁食状态,500 ml;小肠进食状态,900–1000 ml。在基础生理条件下,胃内分泌物的体积为300 ml,加上给药的液体量250 ml,这是桨法溶出介质使用的最低体积。尽管小肠上段在进食状态下体积可以达到1.5 L (Fordtran andLochlear, 1966),设备中可以容纳的最大体积是1 L。一般来说,上述建议都基于正常的生理范围。

溶解浓度(译者注:指溶解饱和浓度)和溶液浓度之间的差异,对溶出有推动作用;Xd/V,即已溶解的药物浓度,影响溶解浓度和溶液浓度之间的差异。高渗透性药物会被迅速吸收,这样溶液中的浓度保持在较低的水平,因此对溶出有持续的促进作用。因此肠壁对药物的渗透性也可以间接地影响药物的溶出速率。

3.模拟上消化道的溶出介质

4种合适的溶出介质用来模拟上消化道的组成:SGF加表面活性剂(禁食/胃部);液态牛奶,3.5%脂肪(进食/胃部);FaSSIF(禁食/小肠)和FeSSIF(进食/小肠)(如Galia et al.,1998)(表3和表4)。

表3 溶出介质FeSSIF模拟小肠禁食状态

KH2PO4		3.9 g
NaOH	qs	pH 6.5
Na taurocholate 牛磺胆酸钠		3 mM
Lecithin 卵磷脂		0.75 mM
KCl		7.7 g
Distilled Water 蒸馏水	qs	11

a pH=6.5; 摩尔渗透压=270±10

表4 . 溶出介质FeSSIF模拟小肠进食状态

Acetic acid醋酸		8.65 g
NaOH	qs	pH 5
Na taurocholate牛磺胆酸钠		15 mM
Lecithin卵磷脂		3.75 mM
KCl		15.2 g
Distilled water蒸馏水	qs	11

a pH=5; 摩尔渗透压=635±10

胃部禁食状态下典型的表面张力近似35–45 mN/m(如Finholtand Solvang, 1968)。为模拟这一条件,可在溶出介质中加入合适的表面活性剂。用牛奶模拟进食后胃部的状态(Macheras et al., 1987),因为牛奶中的碳水化合物:蛋白质:脂肪的比例与典型的西方的饮食相似。

FaSSIF,模拟近端小肠禁食状态的介质,由pH 6.5的磷酸盐缓冲液构成,缓冲容量为10 mEq/L/ΔpH。为避免pH的不稳定性,使用磷酸盐而不是天然缓冲成分_碳酸氢盐。这个溶出介质中的胆汁盐和卵磷脂水平接近禁食状态;并用KCl(也可以用等摩尔量的NaCl)调节等渗。尽管这个组成建立在1L的基础上,建议使用较小的体积以更好的反映禁食状态下小肠上端的可利用体积(见前文)。

FeSSIF,进食状态的溶出介质,含醋酸盐缓冲液而不是磷酸缓冲液,因为必须调整pH以充分模拟进食状态下小肠上端的条件(表4)。其缓冲容量为75 mEq/L/ΔpH,要比禁食状态下溶出介质的缓冲容量高,反映出食物和分泌物的作用。这种介质中的胆汁盐和卵磷脂水平也同样的比禁食状态的高,分别高大概15 和4 mM。同样,进食状态渗透压也较高,约为 600 mOsm。

4.案例

亲脂性药物的案例,如阿苯达唑(Galiaet al., 1999),达那唑,酮康唑(Galia etal., 1998),阿托伐醌和曲格列酮(Nicolaideset al., 1999),用药典和生物相关溶出介质方法进行试验,表现出巨大的溶出差异。

4.1 阿苯达唑

为说明禁食状态下不仅要模拟胃液的pH,还要模拟胃液的表面张力,将几个阿苯达唑产品在SGFsP (USP23)和SGFsP加0.1%的曲拉通-100的溶出行为进行对比(Galia etal., 1999)。图3显示这个新药(译者注:指Zentel)在两种溶出介质的溶出都是可以接受的,然而有几个产品在没有表面活性剂的条件下显示出较差的溶出。只有一种产品,即使存在表面活性剂,溶出也较差,表明该药物在体内可能不是及时释放。对原料粉末的研究表明润湿对于阿苯达唑的溶出十分重要_有曲拉通-100的条件下,超过90%在2个小时内溶解,没有曲拉通-100的条件下,仅有24%。

(译者注:曲拉通,聚乙二醇对异辛基苯基醚,一种非离子性表面活性剂)

                               
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图3 不同阿苯达唑产品在SGFSP(上图)和SGFSP加0.1% Triton X 100(下图)100 rpm下的平均溶出曲线(Galia et al., 1999)

4.2 达那唑

达那唑的实验结果可以用来解释胆汁盐对亲脂性药物在小肠内溶出的重要性。达那唑是用于治疗子宫内膜异位症的类固醇类物质。这个化合物是中性的,水中溶解度在1 μg/ml,亲脂性极强,log Poct为4.53。从这些物理性质可以推测,达那唑属于BCS II类。

市售的达那唑,Danatrol&reg;在各种溶出介质中,100 rpm下的溶出曲线如图4所示。在不含胆汁盐的溶出介质中,如SIF和水,几乎没有溶出。在存在胆汁的条件下,尽管不完全,可以检测到溶出。比较FeSSIF介质(模拟进食状态)和FaSSIF介质(拟禁食状态)中达那唑的体外溶出结果,发现FeSSIF介质(模拟进食状态)溶出更快。

                               
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图4.Danatrol&reg;胶囊在不同溶出介质(100rpm)中的平均溶出曲线(Galia et al., 1998)

比较FaSSIF和FeSSIF的数据可以推测,当达那唑片与食物同时服用,达那唑的吸收将增加三倍。

据Charman等人报道(1993),在健康志愿者的结果(图5),与从两种模拟生理溶出介质的预测结果一致。当达那唑在进食状态下给药,无论是峰浓度还是曲线下面积都要比禁食状态高出三倍。

                               
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图5.禁食和进食状态下给药达那唑的血浆浓度曲线(Charman et al., 1993)

4.3 酮康唑

酮康唑不仅像达那唑一样难溶,且其溶解度有强烈的pH依赖性。这个化合物的基准pKa为6.5和2.9,在酸性条件下溶解度急剧增加。因此会产生两种结果。第一种,当胃部pH增加时,如服用H2受体阻断剂,禁食状态下给药会出现较差的吸收性。Van der Meer 1980年公开的研究表明,酮康唑以四种不同给药条件向健康志愿者给药1)在酸溶液中,(2)单独,(3)服用400 mg的西咪替丁后2 h,(4)在服用400 mg的西咪替丁2 h后与碳酸氢盐一起给药。这些数据(图6)清楚地表明,酮康唑在胃部的酸性环境比中性pH环境吸收更好。

                               
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图6. 酮康唑的血浆浓度曲线:对健康空腹志愿者胃pH的依赖性(Van derMeer et al., 1980)

由于胶束的增溶作用,我们预测酮康唑的第二个结果是,在进食状态下给药将改善酮康唑的吸收。禁食状态给药,酮康唑的溶出的主要部位是胃(图7 酮康唑在SGF和FaSSIF中的比较结果)。而在进食状态下,酮康唑在小肠中的溶解(图7 FeSSIF)也有助于促进整体的溶出。应当注意的是,图7中的溶出曲线结果均为使用500 ml溶出介质的条件进行测定得到。推测当生理条件能够提供更合适的溶出体积时,进食状态下给药,在小肠的溶出几乎与在禁食状态下胃部的溶出一样完全(未公开数据显示,1000 ml FeSSIF介质2h溶出度为84%,300ml SGFSP介质1h溶出度为92%)

相关文献(Daneshmend etal.,1984)的临床结果也表明,在正常剂量范围内,酮康唑与食物一起服用时,其药时曲线下面积(AUC)与单独空腹服用的AUC是相似的。因此,临床数据的结果与禁食和进食状态溶出介质中的测定结果一致。

                               
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图7 Nizoral&reg;产品在各溶出介质中的溶出曲线,溶出介质的体积均为500ml,转速为100转(Galiaet al., 1998)

4.4 阿托伐醌

阿托伐醌是亲脂性的抗原虫药,log P5.07,难溶于水(0.43 μg/ml)。尽管它是酸性,但由于较高的PKa,使得它在生理pH值范围内呈现中性。图8为Wellvone&reg;在各溶出介质中的溶出曲线(Nicolaides et al., 1999)。

图8 Wellvone&reg;在各溶出介质中的溶出曲线

阿托伐醌在水或者SIFsp中的溶出为零,溶出介质中胆汁的加入能够提高化合物的溶出度,在FaSSIF和FeSSIF溶出介质中溶出分别为0.62%和1.98%。由于阿托伐醌具有较高的脂溶性,其在牛奶中的溶出度达到约12%,远远的高于在其余介质中的溶出度。

根据图8中的结果,可以得到结论,这种制剂中的阿托伐醌远不能完全吸收;对比其在牛奶、FeSSIF和FaSSIF介质中的溶出数据(肠道)可以总结出,阿托伐醌在进食条件下的的口服生物利用度将得到显著的提高。

据Glaxo Wellcome数据, Wellvone&reg;片在禁食和进食条件下的绝对生物利用度分别为10%和30%,结果与溶出数据相一致。

4.5 曲格列酮

图9为三种曲格列酮速释制剂的多介质溶出曲线。由于水溶液pH不足(水和SIFSP)、缓冲容量不足(水),曲格列酮在水溶液介质中的溶出度很低。处方D157/155D的溶出曲线在水和SIFsp介质中均有一个峰。在这三种制剂,药物均是以固体分散体的形式存在,多为无定形,差别在于辅料的选用(Nicolaides et al., 1999)。尽管在处方中加入的成核抑制剂会延迟药物重结晶的速度,但是在溶出过程中,药物仍会出现重结晶现象并随着pH而逐渐增多。因此,溶出曲线中的峰可能是由于溶出介质相对于结晶药物的过饱和及其导致的沉淀。对于其它介质,溶解效应和通过加入表面活性剂组分能够延迟晶体生长从而防止出现峰值现象。

                               
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图9三种不同曲格列酮速释片在各介质中的溶出曲线A)Romozolin&reg;片、(B)处方D157/155B、(C)处方D157/155D

在FaSSIF,FeSSIF和牛奶中的溶出结果表明,胆汁盐和卵磷脂浓度以及牛奶成分对这三种产品中曲格列酮的溶出特性有很大的影响。与SIFSP相比,FaSSIF的 pH值更低,但可通过胆汁盐和卵磷脂补偿溶解作用。虽然FeSSIF的pH值更低,曲格列汀在FeSSIF溶出介质中有更好的溶解度。根据生理相关介质中获得的数据预测Romozin&reg;可能比其他两种产品吸收更好,并且不管处方如何,在进食状态下服用曲格列酮的生物利用度更高(图9)。这些预测与在健康受试者中进行的体内实验的结果一致。在进食状态的生物等效性研究数据,与美国已上市药物对比(如与Rezulin&reg;比较),Romozolin&reg;、D157/155B、D157/155D的相对生物利用度分别为98%、87%和58%(Glaxo Wellcome数据)。Noscal&reg;(片剂,规格为400mg,固体分散体,晶型为无定形,与Romozin&reg;生物等效(Glaxo Wellcome数据)),显示有显著的食物效应。给药后30min,进食条件给药与禁食条件给药相比,其AUClast和Cmax分别要高59%和72%。

溶出数据可以与生理药代动力学模型结合使用,生成血浆曲线(图10)。该模型根据模拟的剂量条件使用胃肠道参数(例如胃排空,体积,pH等)的标准值,假设II类化合物的渗透性对其吸收无限制性作用,结合化合物在体内的分布和消除行为(在最佳情况下,基于静脉注射数据),可用于比较不同制剂并基于所产生的药代动力学模型研究潜在的食物效应。图11列出了阿托伐醌的曲线,比较禁食状态在水/SIF和SGF/FaSSIF,进食状态在水/SIF和牛奶/FeSSIF的曲线。与药典中溶出介质相比,生物相关的溶出介质具有显著的优势,它不仅能够预测可能存在的食物效应,而且计算得到的血药浓度更接近观察值。

                               
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图10 用于得到模拟曲线模型的示意图(Nicolaides et al., inpress)

                               
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图11 A■)为禁食条件下阿托伐醌在不同介质中的血浆浓度数据,(^)为模拟其在标准介质(水/SIF)的曲线,(—)为模拟其在生物相关的溶出介质(SGFSP/FaSSIF)的曲线;B■)为进食条件下阿托伐醌的血浆浓度数据,(^)为模拟其在标准介质(水/SIF)的曲线,(—)为模拟其在生物相关的溶出介质(牛奶/FeSSIF)的曲线

5.结论

总之,生理相关溶出度介质可以被用来成功预测亲脂性、难溶性药物的体内行为,对药物制剂的处方开发是非常有用的。

参考文献

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