[發明專利]一種基于三維細胞模型的藥物穿透動力學模型的構建及其在藥物評價中的應用

有效

• 申請號: 201610590072.5
• 申請日: 2016-07-22
• 公開（公告）號: CN106997423B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 王廣基;張經緯;劉嘉莉;周芳;言方容;趙小艾
• 申請（專利權）人: 中國藥科大學
• 主分類號: G16H70/40
• 分類號: G16H70/40;G16C10/00;G01N33/68;G01N33/569
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明創新性地建立了一種基于三維細胞模型的藥物穿透動力學評價方法：(1)建立三維球體細胞模型及“穿透動力學”數學模型，半定量化描述抗腫瘤藥物在球體細胞內的穿透行為及各層細胞內的累積過程，并擬合得到相應的動力學參數(2)基于所得動力學參數，可反向預測給予不同濃度藥物后在不同時間點時各層細胞內的藥物濃度，預測結果與實驗結果高度一致；(3)分析影響特征動力學參數的生物學因素，并根據血漿藥物濃度經時過程，推測藥物在腫瘤組織內的穿透行為，推測結果及實驗結果相關度較高；(4)將此模型及評價方法應用于二期臨床藥物INNO?206，并從瘤內穿透這一方面，闡明其臨床藥效優于阿霉素的原因，進一步證實此方法的普適性。

技術領域

本發明涉及藥物代謝動力學、藥理學、統計學、數學建模法等多個領域，創新性地建立了一種基于三維細胞模型的藥物穿透動力學評價方法，可半定量描述抗腫瘤藥物在實體瘤內的穿透及累積動力學行為，實現基于體外實驗結果對在體實驗結果的預測，并將其應用于小分子抗腫瘤藥物阿霉素及白蛋白結合的大分子前藥INNO-206，為抗腫瘤藥物在瘤內穿透的評價及抗腫瘤藥物的研發提供了一種合理可靠的新方法。

背景技術

隨著臨床需求的加劇及腫瘤生物學研究的高速發展，大量基于新的作用機制、作用靶點的抗腫瘤候選化合物及納米制劑等不斷涌現，但于此同時卻伴隨著臨床失敗率顯著增加，藥物研發成本大幅提升等問題。造成這一問題的原因眾多，其中體外單層細胞模型無法描述腫瘤微環境及腫瘤組織的異源性，以及對抗腫瘤藥物在腫瘤內穿透過程的忽略是導致抗腫瘤藥物從體外研究向體內轉化失敗的主要原因，同時也是影響臨床前藥物評價準確性的重要因素。

為了更好地在體外模擬在體腫瘤的生理生化狀態并滿足抗腫瘤藥物篩選高通量的要求，腫瘤3D球體細胞(multicellular tumor spheriod，MCTS)模型應用而生，其是腫瘤單細胞在培養過程中自發聚集形成的，類似腫瘤小結節的三維結構細胞團塊，在抗腫瘤藥物高通量篩選、腫瘤新生血管生成、腫瘤干細胞、腫瘤細胞與基質細胞共培養等方面均有應用。近年來，腫瘤3D球體細胞也被廣泛應用于納米制劑腫瘤內分布的評價。但這一評價方式卻始終處于現象描述的階段，且存在較多的局限性：(1)無法準確表征在體實驗結果：You J等發現磁性納米粒子在球體細胞內的穿透及累積隨粒徑的增大而逐漸減弱，而體內結果卻呈現相反的趨勢，造成這一現象的原因是因為體外球體細胞實驗過程中藥物暴露量始終保持恒定過量的狀態，進而忽視了其在體內血循環中的代謝處置過程，而這一問題也是造成體外實驗與體內實驗不相關的重要因素；(2)現有評價方式的重復性及普適性較差：小分子藥物阿霉素在直徑為250μm的球體細胞中穿透能力因細胞系的不同而異，其在250SH-SY5Y-MCTS中經阿霉素給藥8小時后，阿霉素可穿透至距外周50％處，而對于BCG-823-MCTS而言，其僅穿透至距外周10％處，結果提示同種藥物在不同細胞系培養的球體模型中穿透能力不同，此外，有文獻報道指出藥物的穿透能力隨球體細胞模型直徑的增大而減弱，而由球體細胞模型向在體腫瘤模型轉化的過程中，藥物需穿透的總距離及腫瘤自身理化性質是兩個極為重要的變化參數，若無法闡明藥物穿透能力的直接影響因素，定量化評價各因素與穿透能力之間的相互關系，藥物穿透動力學評 價的應用性及普適性將會受到極大的限制，同時降低其體外-體內轉化的準確性。