關(guān)于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)給藥劑量的疑點(diǎn)解答

最近常常有同學(xué)問：對(duì)于一個(gè)新的化合物，我們已經(jīng)在體外細(xì)胞或者離體器官上看到較好的藥效，下一步就要進(jìn)行動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)，然而此時(shí)可以依據(jù)的往往僅有從細(xì)胞上的IC50數(shù)值，它可以外推到動(dòng)物試驗(yàn)的給藥劑量嗎？另外在設(shè)置給藥濃度時(shí)，我們看到大多數(shù)文獻(xiàn)都是以2倍系數(shù)遞增，這又是什么原理，是否可以適用于所有動(dòng)物試驗(yàn)?zāi)�？本期小編就把這些常見疑點(diǎn)總結(jié)了一下，統(tǒng)一為大家解答！

疑點(diǎn)1：體外細(xì)胞試驗(yàn)數(shù)據(jù)真的可以估算出動(dòng)物的給藥劑量？

案例：如果知道一個(gè)小分子化合物在體外試驗(yàn) (MTT) 對(duì)SGC7901細(xì)胞的IC50是20 µg/mL，現(xiàn)在需要做動(dòng)物試驗(yàn)，把SGC7901細(xì)胞接種到裸鼠身上，等到它們長出腫瘤塊之后進(jìn)行灌胃給藥，那么應(yīng)該如何確定這個(gè)動(dòng)物試驗(yàn)的給藥劑量呢？

分析：關(guān)于這個(gè)問題，目前還沒有明確的指導(dǎo)原則和公式進(jìn)行參考。有人建議可以根據(jù)動(dòng)物的體重、藥物的生物利用度來進(jìn)行換算。如，裸鼠的體重為25 g，藥物的口服生物利用度為20%，細(xì)胞試驗(yàn)IC50為20 µg/mL，血液占體重的比例為8%，則可以計(jì)算出該藥物在體內(nèi)的EC50（有效中濃度）為0.2 mg，即給藥劑量為8 mg/kg。EC50的計(jì)算公式如下：

         

答案：但是筆者覺得這種外推方法的參考價(jià)值不大，因?yàn)轶w內(nèi)的環(huán)境比較復(fù)雜，影響因素比較多。比如血漿蛋白結(jié)合率、靶器官（腫瘤）中的藥物濃度等對(duì)藥效的發(fā)揮起到關(guān)鍵的作用，不能忽略。因此這種換算方式并不值得借鑒。

那么問題來了，若細(xì)胞試驗(yàn)數(shù)值不能直接換算到動(dòng)物，對(duì)于一個(gè)新的化合物，且無參考數(shù)據(jù)的情況下，該如何確定給藥劑量呢？關(guān)于具體的試驗(yàn)方法大家可以參考往期發(fā)表的一篇文章，如何確定動(dòng)物試驗(yàn)的給藥劑量？本期我們不再贅述！下面我們主要探討一下劑量設(shè)置時(shí)的倍數(shù)關(guān)系。

疑點(diǎn)2：為何文獻(xiàn)多用4:2:1來設(shè)計(jì)給藥梯度？

案例：通過查閱大量文獻(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)大多數(shù)文章中所報(bào)道的藥效學(xué)試驗(yàn)一般都是三個(gè)劑量，即低、中、高濃度梯度（4:2:1），即按2倍遞增，如下圖為：檢測藥物MONCPT對(duì)異種移植瘤生長的影響，設(shè)置了5 mg/kg，10 mg/kg，20 mg/kg這3組濃度，究竟為何如此設(shè)置呢？這種設(shè)置方式適用所有動(dòng)物試驗(yàn)嗎？

圖1. MONCPT對(duì)人膀胱癌5637移植瘤的治療效果

分析1：首先理解濃度梯度設(shè)置的必要性

動(dòng)物藥效試驗(yàn)時(shí)，必須設(shè)置濃度梯度，目的是為了考察藥物的量效關(guān)系，為藥物的安全性和臨床用藥提供參考和指導(dǎo)。

量效關(guān)系：是指在一定范圍內(nèi)，藥物的效應(yīng)與血液中藥物的濃度成正相關(guān)，定量地分析與闡明兩者間的變化規(guī)律，有助于了解藥物作用的性質(zhì)，得知藥物的起效濃度 (EC_min 及最大效應(yīng)濃度 (EC_max)，如下圖為量反應(yīng)的量效曲線所示：

圖2. 量反應(yīng)的經(jīng)典量效關(guān)系曲線

分析2：藥效劑量的設(shè)置常選倍數(shù)2的原因

我們通過參考經(jīng)典藥物的量效曲線（如上圖）發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)藥物濃度與藥效一般成正比關(guān)系，若按2倍遞增，多數(shù)藥物能夠做出量效曲線來，即低劑量在S曲線的下面拐點(diǎn)EC_min處，中劑量在EC₅₀處，高劑量在EC_max處。

但是有些時(shí)候并非這樣！如有些藥物的治療窗很窄（即最低有效劑量與最低中毒劑量接近），此時(shí)就應(yīng)注意適當(dāng)減小系數(shù)，因?yàn)樵谒幮�學(xué)試驗(yàn)中，劑量應(yīng)控制在一個(gè)治療區(qū)域，即治療窗。

何為治療窗？

藥物濃度太低不產(chǎn)生治療效應(yīng)（即＞最低有效濃度MEC），濃度太高則產(chǎn)生難以耐受的毒性（即＜最低中毒濃度MTC），在這兩個(gè)濃度之間限定一個(gè)合理治療區(qū)域，常稱為"治療窗"（或稱為治療范圍），它對(duì)評(píng)價(jià)一個(gè)新藥的安全性和有效性有非常重要的作用。如下圖為治療窗示意圖：

圖3. 藥物的治療窗示意圖

（非靜脈給藥，Cmax：達(dá)峰濃度；tmax：達(dá)峰時(shí)間）

治療窗比較窄：如已上市的茶堿類藥物、華法林、環(huán)孢霉素A、甲苯磺丁脲、地高辛等，其治療窗比較窄，我們應(yīng)該適當(dāng)縮小倍數(shù)，保證藥效試驗(yàn)劑量在治療窗范圍內(nèi)。

治療窗比較寬：對(duì)于某些藥物，治療窗比較大，也可增大系數(shù)，如按3.3倍或者5倍劑量遞增。另外對(duì)于釋放少的給藥方式，如透皮給藥，此時(shí)系數(shù)會(huì)大一點(diǎn)。

通過上述描述，我們可以看到，只要拿到藥物的治療窗數(shù)據(jù)，就可以初步確定濃度范圍，進(jìn)行給藥劑量的設(shè)置。那治療窗數(shù)據(jù)如何獲取呢？主要包括2個(gè)點(diǎn)：

• 最低中毒劑量MTD：指給藥后，產(chǎn)生強(qiáng)烈作用或者有害作用時(shí)的最小劑量。如一個(gè)未知藥物的大鼠PK試驗(yàn)，低劑量可以從0.01 mg/kg開始，按照10倍的關(guān)系遞增，依次設(shè)置給藥劑量為0.1 mg/kg，1 mg/kg，10 mg/kg，每組2只大鼠。在試驗(yàn)過程中注意觀察大鼠的行為動(dòng)態(tài)，如果高劑量組 (10 mg/kg) 出現(xiàn)萎靡不振、抽搐或其他異常行為，說明該劑量對(duì)大鼠有明顯的毒副作用，體內(nèi)藥物濃度可能已超過最小中毒濃度，在正式試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將該劑量組舍棄。

• 最低有效劑量MED：指絕大多數(shù)受試對(duì)象發(fā)揮生理功效的最低劑量。同樣地，藥效學(xué)試驗(yàn)也可以參考這個(gè)例子進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)。需要注意的是控制在最低毒性范圍之內(nèi)。

總結(jié)一下本期內(nèi)容：

1. 由于動(dòng)物體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，因此不建議用體外細(xì)胞試驗(yàn)數(shù)據(jù)估算動(dòng)物的給藥劑量；

2. 進(jìn)行藥效試驗(yàn)時(shí)必須設(shè)置濃度梯度，這樣可以作出量效關(guān)系，為指導(dǎo)臨床用藥作參考，藥效試驗(yàn)時(shí)，盡量地把量效關(guān)系作出來；

3. 給藥梯度一般會(huì)按2倍系數(shù)遞增，但也有特殊情況，需要結(jié)合藥物治療窗來最終確定，治療窗窄的，需要縮小系數(shù)；

4. 在實(shí)際的試驗(yàn)時(shí)，我們很少一下子就找到了有效劑量或合適的劑量，因此應(yīng)該多設(shè)定幾個(gè)劑量組。建議先設(shè)置3-5個(gè)給藥劑量組，每組2-3只動(dòng)物，每個(gè)劑量組之間的劑量可以按照5倍或者10倍遞增（基本上可以涵蓋大多數(shù)藥物的治療窗）。通過預(yù)試驗(yàn)得到一些初步的結(jié)果，然后再據(jù)此進(jìn)行調(diào)整。一般2~4次可達(dá)到預(yù)期劑量；如出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，則應(yīng)減少劑量再次試驗(yàn)。