人體物質(zhì)平衡（Mass balance）研究，或者稱為AME、ADME研究，是創(chuàng)新藥（新分子實(shí)體）的臨床藥理學(xué)研究中的一個(gè)重要的部分。通常來(lái)說(shuō)，物質(zhì)平衡研究必須被作為新藥臨床研究的一部分以支持藥物上市申請(qǐng)，僅極少數(shù)特別情況可以無(wú)需進(jìn)行這項(xiàng)研究。

我們?yōu)槭裁匆�進(jìn)行人體物質(zhì)平衡研究？一方面是基于審評(píng)審查的需要，另一方面則是基于物質(zhì)平衡試驗(yàn)的用途。通過(guò)物質(zhì)平衡試驗(yàn)我們主要研究如下的一些問(wèn)題：

• 研究物質(zhì)平衡，比較放射性給藥劑量和回收量

• 研究消除途徑和吸收程度

• 研究循環(huán)中和排泄物中的代謝產(chǎn)物

• 研究藥物的清除機(jī)制

• 研究原型和代謝產(chǎn)物的暴露度

• 驗(yàn)證用于毒理學(xué)測(cè)試動(dòng)物物種的合理性

• 探索代謝產(chǎn)物是否對(duì)藥理或毒理作用有影響

通過(guò)人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)可以了解這些問(wèn)題的答案，這些信息有助于幫助我們后期臨床試驗(yàn)的開(kāi)展，給予我們一定的啟示。比如如果我們知道藥物的主要消除途徑的經(jīng)過(guò)腎臟，我們就需要開(kāi)展相應(yīng)的特殊人群研究，指導(dǎo)腎功能不全人群的用藥；如果我們知道藥物經(jīng)由某個(gè)代謝酶代謝，我們就必須開(kāi)展相應(yīng)的DDI研究以論 證合并用藥的安全性和有效性。

下面我將從三個(gè)不同的階段闡述物質(zhì)平衡試驗(yàn)的操作：試驗(yàn)前的準(zhǔn)備階段，臨床試驗(yàn)階段，樣本處理和數(shù)據(jù)分析。

事實(shí)上，物質(zhì)平衡試驗(yàn)在首次給藥前很久很久就已經(jīng)開(kāi)始了，因?yàn)橛刑�多的重點(diǎn)需要提前進(jìn)行決定。

根據(jù)FDA、ICH、CDE、ICRP指南及相關(guān)法規(guī)的要求，在開(kāi)展人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)之前，需要在嚙齒類動(dòng)物中開(kāi)展定量全身放射自顯影技術(shù)（QWBA）以確定藥物在各個(gè)組織中的分布，是否存在放射性聚集在某一組織的情況，以及最重要的，計(jì)算人體對(duì)應(yīng)的放射性活度劑量。放射性安全的規(guī)定是按組織暴露來(lái)規(guī)定的，比如21 CFR 361.1中的規(guī)定，在特定組織如活躍造血?dú)夤�、晶狀體和性腺的最大暴露是30mSv，其他組織則是50mSv。ICRP第62號(hào)出版物中規(guī)定的對(duì)于社會(huì)有益處的Class IIa試驗(yàn)所能接受的人體總組織暴露度（E）是1mSv。我國(guó)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》指出，實(shí)踐中使公眾有關(guān)關(guān)鍵人群組的成員所受劑量不應(yīng)超過(guò)1mSv。所以如果沒(méi)有QWBA數(shù)據(jù)，我們就沒(méi)有辦法計(jì)算人體的放射性給藥劑量。在FDA2017-2019年批準(zhǔn)的化藥NME當(dāng)中，有77.4%的人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)給藥放射性劑量在35-200μCi之間，注意這里的單位是指放射性活度，應(yīng)和上面的組織暴露度區(qū)分開(kāi)來(lái)。單個(gè)碳14標(biāo)記的化合物其比活度為60.22μCi/mmol，所以對(duì)于某分子質(zhì)量為500g/mol的藥物，如果我們?cè)O(shè)定的放射性活度是120μCi則藥物的放射性給藥劑量為1mg。對(duì)于人體暴露小于0.5μCi的微劑量試驗(yàn)，一般不要求給出臨床劑量學(xué)研究報(bào)告（即QWBA等數(shù)據(jù)）。值得注意的是，給藥劑量的計(jì)算還需要根據(jù)我們檢測(cè)的方法學(xué)進(jìn)行調(diào)整，如果LLOQ很低，那么劑量可以相應(yīng)的下調(diào)，反之亦然。

確定了放射性給藥劑量，下一步就是進(jìn)行同位素標(biāo)記藥物的合成，這里涉及到兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是放射性同位素的選擇，現(xiàn)在最常用的放射性同位素就是碳14，因?yàn)閹缀跛�有的新藥都含有�?4，而且它的半衰期很長(zhǎng)，不需要進(jìn)行同位素半衰期的校正。另一個(gè)選擇是氚，氚作為同位素標(biāo)記的好處是合成方便且便宜，但是也有致命缺點(diǎn)，氚會(huì)和氫發(fā)生交換導(dǎo)致放射性流失。第二個(gè)問(wèn)題是，同位素標(biāo)記的位置選擇。我們需要考慮幾個(gè)重點(diǎn)，首先是合成的難度，同位素標(biāo)記藥物的合成和非標(biāo)記的合成幾乎完全不同，一般來(lái)說(shuō)需要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備，所以需要考慮這一點(diǎn)。另外，結(jié)合體外的代謝數(shù)據(jù)，同位素標(biāo)記應(yīng)該放置于代謝穩(wěn)定的碳原子上，即代謝后留存在較大的分子片段上，避免放射性流失進(jìn)入內(nèi)源性物質(zhì)或者通過(guò)代謝為二氧化碳被呼出。如果化合物本身經(jīng)由酯水解，酰胺水解，N-去烷基化被代謝為兩個(gè)較大的分子片段，則可能需要對(duì)每一個(gè)片段上都進(jìn)行同位素標(biāo)記，從而完整的追蹤藥物的體內(nèi)過(guò)程。

對(duì)于給藥的途徑，一般來(lái)說(shuō)與既定的給藥途徑保持一致，不過(guò)在一些情況下也可同時(shí)開(kāi)展口服和靜注的物質(zhì)平衡試驗(yàn)以精確繪制消除機(jī)制。如果是吸入制劑，一般來(lái)說(shuō)需要開(kāi)展三周期的試驗(yàn)，分別經(jīng)口，靜注同位素標(biāo)記的藥物并加上一個(gè)非標(biāo)記的吸入試驗(yàn)。關(guān)于給藥的劑型，最完美的情況就是使用溶液劑，這是因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)的給藥劑量選用預(yù)計(jì)的藥理劑量或者是RP2D，所以往往需要將非標(biāo)記的藥物與標(biāo)記的藥物進(jìn)行混合以達(dá)到這個(gè)劑量水平，這主要考慮到不同劑量下藥物在體內(nèi)的行為可能不一致。既然我們需要混合非標(biāo)記和標(biāo)記的藥物，為了確保藥物的一致性，我們必須確保這兩者均勻混合，所以溶液劑一定是最好的選擇。當(dāng)然如果溶解度不允許我們使用溶液劑，也可與選擇混懸液或者松散填裝的膠囊，但這對(duì)我們藥物的均勻混合有更高的要求。一般來(lái)說(shuō)可以在標(biāo)記藥物的生產(chǎn)過(guò)程中的溶液狀態(tài)下進(jìn)行混合，這樣在重結(jié)晶的時(shí)候就可以分布的更加均勻，以確保試驗(yàn)的可靠性。一般來(lái)說(shuō)，同位素標(biāo)記藥品的生產(chǎn)過(guò)程也需要遵守GMP的要求。

一般而言，人體物質(zhì)平衡研究的受試者選用健康成年男性，一方面考慮到放射性對(duì)女性生育功能的影響，另一方面也盡量減少差異性。當(dāng)研究藥物具有細(xì)胞毒性時(shí)，可以考慮選擇既定適宜癥的患者進(jìn)行研究。在受試者例數(shù)方面，最為常見(jiàn)的例數(shù)為6例，在FDA2017-2019年批準(zhǔn)的新藥當(dāng)中，61.8%的受試者數(shù)量為6例，總的來(lái)說(shuō)基本在4-8例的范圍內(nèi)。如果前期研究提示PK參數(shù)變異性大，或者藥物代謝受代謝酶基因多態(tài)性影響較大，又或者檢測(cè)放射性低導(dǎo)致結(jié)果變異大等情況下，建議受試者例數(shù)為6-8例。如果沒(méi)有這些因素，4-6例受試者已經(jīng)足夠。

人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)一般為單劑量，單周期的試驗(yàn)，當(dāng)使用加速器質(zhì)譜啟用的人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)（AMS-enabled），由于檢測(cè)方法靈敏性極高，所以可以采用微劑量研究（microdose），一般的放射性給藥劑量在0.1-1μCi。這一給藥劑量使得靜注的物質(zhì)平衡試驗(yàn)成為可能，因?yàn)椴恍枰�考慮溶解度的問(wèn)題。但考慮到檢測(cè)放射性的量大幅減少，即使AMS的檢測(cè)靈敏度很高，還是建議采取兩周期，雙交叉的試驗(yàn)，兩周期分別以藥理劑量給藥非標(biāo)記的藥物合并極小劑量的口服或靜注的放射性標(biāo)記的藥物，這樣可以確保藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)的參考價(jià)值。當(dāng)然，使用AMS作為檢測(cè)方法可能會(huì)大幅增加樣本準(zhǔn)備處理的時(shí)間，應(yīng)該同時(shí)予以考慮。多次給藥研究也在某些特殊情況下可以使用，比如與特定器官結(jié)合導(dǎo)致產(chǎn)生長(zhǎng)期放射性危害的情況，可以考慮先非標(biāo)記藥物給藥以提前結(jié)合相關(guān)點(diǎn)位，再進(jìn)行標(biāo)記藥物的給藥，降低對(duì)受試者的傷害。

在人體物質(zhì)平衡試驗(yàn)中，需要采集的樣本一般包括全血、血漿、尿液和糞便，在特別情況下，需要采集受試者的呼吸二氧化碳，采用一定的方法進(jìn)行固定（如氫氧化鋇或者乙醇胺）。血樣的采集一般參考前期試驗(yàn)中獲得的PK參數(shù)，采血至5個(gè)半衰期左右。相比于一般的臨床藥理學(xué)試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，采血時(shí)長(zhǎng)應(yīng)相應(yīng)延長(zhǎng)，這是考慮到可能有長(zhǎng)半衰期代謝物的可能性。排泄物的收集一般需要滿足一定的條件，一般來(lái)說(shuō)采集到168小時(shí)，不過(guò)應(yīng)考慮實(shí)際情況。需要滿足總的放射性回收率達(dá)到90%，或者連續(xù)兩天排泄物回收率小于1%。這就要求試驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，排泄物放射性的檢驗(yàn)也要同步進(jìn)行，以獲得實(shí)時(shí)的放射性回收率。對(duì)于某些半衰期特別長(zhǎng)的藥物，一般不建議將受試者一直留在機(jī)構(gòu)，通常的住院時(shí)間是7-10天。如果在這段時(shí)間沒(méi)有獲得足夠的放射性回收率，在前期已經(jīng)獲得了部分消除參數(shù)的情況下，可以讓受試者離開(kāi)機(jī)構(gòu)，并在規(guī)定的時(shí)間回到機(jī)構(gòu)采集樣本，一般需要24-36小時(shí)。這樣我們可以通過(guò)消除參數(shù)進(jìn)行建模以補(bǔ)全未采集的放射性數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于半衰期比較短的藥物來(lái)說(shuō)，如果主要是尿液排泄，則7天一般足夠，如果糞便排泄占絕對(duì)主要的地位，建議延長(zhǎng)到14天，因?yàn)楸仨毰懦�是否是因�(yàn)樗幬锉旧聿�沒(méi)吸收的情況。對(duì)于半衰期長(zhǎng)的藥物來(lái)說(shuō)，除了上面說(shuō)的定時(shí)回到機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)外，也可以考慮將試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)到21天以充分收集樣本。無(wú)論那種情況，必須在試驗(yàn)的方案當(dāng)中規(guī)定提前出組標(biāo)準(zhǔn)（比如連續(xù)兩個(gè)采樣周期<1%的放射性回收），以及延長(zhǎng)試驗(yàn)的方法說(shuō)明（如住院、回到機(jī)構(gòu)或者在家采集）。

在試驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)注意排泄物樣本應(yīng)收盡收，避免遺漏放射性。受試者給藥必須進(jìn)行培訓(xùn)，當(dāng)給藥時(shí)出現(xiàn)滴漏，必須將滴漏處放射性按照適合的方法進(jìn)行收集，如滴落在織物上應(yīng)將織物剪下以評(píng)估放射性。在放射性安全方面，試驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)確定試驗(yàn)場(chǎng)所的本底放射性，在試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將試驗(yàn)場(chǎng)所放射性恢復(fù)到本底水平。所有放射性廢棄物應(yīng)分開(kāi)處理并相應(yīng)進(jìn)行標(biāo)注，防止意外的放射性暴露。

到目前為止我們已經(jīng)完成了臨床試驗(yàn)操作的所有階段，收集了血漿、尿液和糞便樣品，下一期我將介紹如何進(jìn)行樣本處理以及分析、分析的結(jié)果又將為新藥臨床提供哪些支撐。

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