納米藥物藥動學(xué)研究方法進展*

陳永麗，蘇璐，魏燕琴，ZHANG Xu，崔淑芬*

納米藥物藥動學(xué)研究方法進展*

陳永麗1,2，蘇璐1，魏燕琴1，ZHANG Xu3，崔淑芬1*

（1. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品藥品學(xué)院，廣東 深圳 518055；2. 南方科技大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東 深圳 518055；3. Department of Chemistry, Cape Breton University, 1250 Grand Lake Road Sydney, Nova Scotia, B1P 6L2, Canada）

基于納米技術(shù)的納米藥物開發(fā)是全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界的一個熱點研究領(lǐng)域．然而，納米藥物安全風(fēng)險（毒性）方面的監(jiān)管政策尚未得到很好的確立．主要挑戰(zhàn)是缺乏有效的分析方法來準確評估納米藥物在復(fù)雜生物系統(tǒng)中各形態(tài)（游離態(tài)，結(jié)合或包裹態(tài)）的濃度．目前納米藥物藥動學(xué)的研究思路，基本還是采用經(jīng)典藥物的研究方法測定血液中藥物的總濃度．納米藥物藥動學(xué)研究方法的瓶頸是生物樣品的前處理技術(shù)，大部分研究采用有機溶劑萃取、沉淀蛋白或固相萃取技術(shù)等進行樣品前處理后只能測定血藥總濃度．近年來發(fā)展的平衡透析法、超濾離心法、超速離心法和凝膠過濾法等能夠測定游離藥物濃度，但只能用于體外分析．固相微萃?。⊿PME）和微透析（MD）技術(shù)可以在線取樣測定游離濃度，但還需要進一步發(fā)展合適的探針和相應(yīng)的校正定量方法．本文對現(xiàn)有納米藥物藥動學(xué)研究方法進展進行了評述，并對新的研究方向進行了展望．

納米藥物；藥動學(xué)；形態(tài)分析；固相微萃取

具有新性質(zhì)和新功能的各種納米材料的發(fā)明和發(fā)展給傳統(tǒng)的藥物學(xué)帶來了新的機遇．納米藥物（Nanomedicines）通常指運用納米技術(shù)、特別是納米化制備技術(shù)（包括藥物的直接納米化和納米載藥系統(tǒng)）研究開發(fā)的一類新的藥物制劑[1]．納米藥物是納米技術(shù)與藥劑學(xué)相結(jié)合形成的新學(xué)科，是當(dāng)前制藥工業(yè)快速發(fā)展的新方向．據(jù)國際著名機構(gòu)Business Wire的研究，這一領(lǐng)域是全球資本匯聚的熱點，全球納米醫(yī)藥市場在2016年達到1119.12億美元，預(yù)計到2023年將達到2610.63億美元，目前正以12.6%的年增長率遞增[1]．

與傳統(tǒng)藥物以游離分子態(tài)吸收相比，納米藥物主要以納米聚集態(tài)形式吸收，同時兼有分子態(tài)吸收，從而具有不同的體內(nèi)過程，并產(chǎn)生特殊的生物學(xué)活性（如更高的生物利用度、更好的溶解性、靶向性及緩控釋等效應(yīng)）[1-6]．這一特殊過程及由此產(chǎn)生的特殊生物活性正沖擊著傳統(tǒng)藥劑學(xué)、藥理學(xué)、藥效學(xué)及藥物分析學(xué)的基本理論和實踐，具有巨大潛力和研究發(fā)展空間．本文對近年來納米藥物藥動學(xué)的研究方法進展進行綜述．

1 納米藥物的藥動學(xué)研究思路和方法的局限性

納米藥物通常可改變藥物的轉(zhuǎn)運模式（吸收、分布、代謝、排泄），并改變生物利用度和靶向性，但由于其特殊的理化性質(zhì)，能和體內(nèi)多靶點相互作用，甚至穿越血腦屏障，且其不易被免疫系統(tǒng)識別，能干擾正常細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可能對人類健康及環(huán)境造成損害．為避免納米技術(shù)研發(fā)的風(fēng)險，開發(fā)安全有效的納米藥物，需要評價藥物的安全性、有效性和可控性，形成準確的、系統(tǒng)的、標(biāo)準化的評估方法體系[1-7]．同時，這也是藥物研發(fā)產(chǎn)業(yè)界面臨的重大項目，當(dāng)納米藥品作為新藥報批上市之前，需要提供人體藥動學(xué)及生物利用度數(shù)據(jù)、臨床藥理學(xué)、臨床效果及安全性試驗的信息[3]．

目前納米藥物的藥動學(xué)研究思路，占主體部分的研究一般都是沿用傳統(tǒng)的藥物動力學(xué)研究模式，通過測定包括血液、組織等生物樣品中的藥物總濃度（包括游離藥物、結(jié)合或包裹藥物）來研究納米藥物濃度隨時間的變化趨勢，研究方法方面缺乏用于生物樣品中不同形態(tài)（分子態(tài)和聚集態(tài)）藥物濃度區(qū)別測定的方法[7-10]，無法得到納米藥物與臨床效應(yīng)之間的準確對應(yīng)關(guān)系；國際上一些學(xué)者已經(jīng)認識到納米藥物形態(tài)分析的重要性并開展了一些探索性工作[11-13]，證明了分別測定不同形式的藥物濃度有助于更好地闡述納米藥物的藥動學(xué)并為納米藥物的藥效學(xué)和毒理學(xué)評價提供基礎(chǔ)．但目前還沒有成熟的方法對體內(nèi)納米藥物的分子游離態(tài)和結(jié)合態(tài)藥動學(xué)分別進行研究，需要進一步發(fā)展納米藥物藥動學(xué)的研究方法和手段．

藥品的審批和管理方面，美國和歐盟的藥品審批管理機構(gòu)和納米藥物研究機構(gòu)已經(jīng)認識到納米藥物生物分析必須起碼能夠區(qū)分游離和包裹濃度（free concentration Vs conjugate concentration）[3]．解決這些難題的瓶頸問題就是納米藥物生物分析方法的滯后，這些問題不僅影響對納米藥物體內(nèi)行為的認識，也嚴重影響納米藥物的研發(fā)和進入市場．

2 納米藥物藥動學(xué)研究主要方法分析

納米藥物生物樣本形態(tài)分析的瓶頸問題是樣品制備技術(shù)．納米藥物藥動學(xué)分析最常用的樣品制備技術(shù)，如有機溶劑萃取、沉淀蛋白或固相萃取技術(shù)等[7-10,14-16]，只能測定總濃度，不能區(qū)分游離濃度和結(jié)合（包裹）濃度．而游離藥物濃度測定方法，現(xiàn)有主要的樣品處理方法包括平衡透析法、超濾離心法、超速離心法和凝膠過濾法，但這些方法都有一定的缺點[17,18]，并且都需要離體操作，無法滿足納米藥物活體內(nèi)實時游離濃度監(jiān)測的需要．

微透析（microdialysis，MD）技術(shù)可以活體、連續(xù)取樣而且沒有體液損失，可實時、在線檢測游離態(tài)藥物在機體的動態(tài)變化，近年來在納米藥物藥動學(xué)的游離態(tài)活體在線分析方面得到了廣泛的應(yīng)用[19-22]．但MD技術(shù)不適合分析疏水性較強的藥物，而且因為對分析物幾乎無富集濃縮效應(yīng)而靈敏度低，此外該技術(shù)對裝置有特殊要求，實驗難度較大（需要較高難度的手術(shù)），探針直徑過大以及體外回收率測定方法等問題，在一定程度上制約了其更廣泛的應(yīng)用[19-22]．

固相微萃?。⊿olid Phase Microextraction，SPME）是操作最簡單且可實現(xiàn)體內(nèi)在線采樣、富集等功能的綠色樣品前處理方法[23]．SPME通過吸附原理富集復(fù)雜樣品中的游離分析物，在通過游離濃度的測定來評估藥物和有機污染物的蛋白結(jié)合率、生物利用度及多相分配平衡等方面有廣泛的應(yīng)用[23-26]．近年來，用于活體采樣的固相微萃取技術(shù)在藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)和代謝組學(xué)研究中取得了巨大的進展[24-28]．與溶劑萃取和固相萃取所不同的是，SPME是一種非完全萃取技術(shù)，樣品中的分析物只有部分被萃取出來進行分析，因而定量校正技術(shù)對于SPME的應(yīng)用及裝置的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用．

3 具有發(fā)展前景的新技術(shù)展望

固相微萃?。⊿PME）是一種集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，簡單方便、省時省力、不需溶劑的新型綠色環(huán)保樣品前處理技術(shù)．SPME技術(shù)在環(huán)境、食品、藥物分析和法醫(yī)鑒定等方面得到了廣泛的應(yīng)用[25]．根據(jù)不同的校正原理，SPME分為平衡采樣法和預(yù)平衡采樣法[29]．平衡采樣法耗時較長并且所得濃度是時間平均濃度，例如SPME平衡采樣法測定納米藥物紫杉醇的游離濃度需要平衡24 h，而其納米藥物載體脂質(zhì)體只能穩(wěn)定4 h，因其較低的時間分辨力導(dǎo)致無法完成納米藥物的準確游離濃度分析[30]．Zhang Xu等最早在國際上采用預(yù)平衡時間分辨固相微萃取（Time-Resolved SPME，TR-SPME）獲得活體魚類中藥物的動態(tài)（實時）游離濃度，更能代表分析物在采樣時的生物效應(yīng)濃度[31]．TR-SPME在生物樣本活體形態(tài)分析方面具有很大潛力，目前研究只是初步探索，校正方法等還需要完善，在納米藥物生物樣本體系應(yīng)用更是空白．

TR-SPME需要完善的基質(zhì)效應(yīng)評估及相應(yīng)的校正方法．前人研究表明，復(fù)雜生物樣品、環(huán)境樣品中的基質(zhì)（Matrix effect）會對分析物在被SPME探針吸附過程中傳質(zhì)動力學(xué)有很大的影響，進而影響SPME非平衡動力學(xué)校正的準確定量，此問題已引起了研究者們的廣泛注意[29-32]．但目前已經(jīng)發(fā)表的所有涉及納米顆粒復(fù)雜體系里用SPME進行藥物分析的研究都沒有解決這個準確定量的問題[25]．盡管以往的研究認識到影響分析物傳質(zhì)動力學(xué)的因素與基質(zhì)與分析物的結(jié)合系數(shù)及分析物在基質(zhì)中的擴散系數(shù)有關(guān)，但是目前既沒有發(fā)展出準確描述這個動力學(xué)方面的基質(zhì)效應(yīng)的理論模型，也沒有找到準確快速測定分析物與基質(zhì)的結(jié)合動力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)的技術(shù)方法．

TR-SPME用于納米藥物研究，還有一個關(guān)鍵問題是在萃取樣品中分子藥物時，如何避免把納米藥物載體同時吸附到吸附相表面或者內(nèi)部．前人嘗試使用透析膜保護SPME吸附相的方法[30]，但是這樣的設(shè)計極大限制了藥物分子的擴散速率，使得萃取過程冗長，無法對在生物樣品中易于降解的藥物分子進行準確分析其代謝動力學(xué)．有前途的途徑可能是通過采用具有選擇性的萃取涂層來解決這個問題．以前研究表明聚乙二醇（PEG）可以顯著地增強SPME采樣探針的生物相容性，減少對血漿蛋白的吸附，而且可以做到快速萃取，以提高方法的時間分辨力（即分析方法準確定量藥物分析物瞬時濃度，區(qū)分正在發(fā)生快速代謝分解的藥物分子在相鄰的時間點上不同濃度的能力），該技術(shù)參數(shù)對于準確追蹤快速降解的藥物分子的代謝動力學(xué)極為必要[33]．但是直到目前為止，還沒有PEG探針的系統(tǒng)性研究（例如不同分子量的PEG以及PEG分子與SPME探針的不同的偶聯(lián)方法會如何影響不同藥物分子的吸附動力學(xué)、熱力學(xué)及選擇性等），目前也沒有任何將PEG功能化的SPME探針用于納米藥物生物分析的研究[25]．

4 結(jié) 語

納米藥物通常可改變藥物的轉(zhuǎn)運模式（吸收、分布、代謝、排泄），并改變生物利用度和靶向性，但由于其特殊的理化性質(zhì)，能和體內(nèi)多靶點相互作用，甚至穿越血腦屏障，且其不易被免疫系統(tǒng)識別，能干擾正常細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可能對人類健康及環(huán)境造成損害．為避免納米技術(shù)研發(fā)的風(fēng)險，開發(fā)安全有效的納米藥物，需要評價藥物的安全性、有效性和可控性，形成準確的、系統(tǒng)的、標(biāo)準化的的評估方法體系．發(fā)展具有高度時間分辨力和高度生物相容性的SPME新技術(shù)，研究納米藥物藥動學(xué)、生物利用度和安全性，對于迅猛發(fā)展的納米藥物科研和工業(yè)具有重要性和緊迫性．

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Research Advances in Analytical Methods of Nanomedicines Pharmacokinetics

CHEN Yongli1,2, SU Lu1, WEI Yanqin1, ZHANG Xu3, CUI Shufen1

（）

Development of nanomaterials-based drug delivery systems (NDDS or nanomedicines) represents a booming area of research on both academic and industrial sides globally. However, the regulatory policies for nanomedicines in terms of their safety risks (toxicity) have not been well-established yet. The main challenge is the lack of efficient analytical methodologies to accurately assess the concentrations of nanomedicines in various forms (free, bound or encapsulated) in complicated biological systems. At present, the research ideas of pharmacokinetics of nanomedicines are mainly to determine the total concentration of nanomedicines in blood as usual. The bottleneck of the pharmacokinetic study of nanomedicines is the pretreatment method of biological samples. Most studies use organic solvent extraction, precipitated protein or solid phase extraction technology as pretreatment method to determine the total concentration of nanomedicines in blood samples. Such pretreatment methods as equilibrium dialysis, ultrafiltration centrifugation, ultracentrifugation and gel filtration, etc. developed in recent years can determine the concentration of free medicines, but can only be used for in vitro analysis. Solid phase micro-extraction (SPME) and microdialysis (MD) techniques can be used for on-line sampling and determination of free concentration, but appropriate probes and corresponding calibration methods need to be further developed. In this paper, the present methods of pharmacokinetics of nanomedicines are reviewed and the new research directions are prospected.

nanomedicines; pharmacokinetics; speciation analysis; solid phase microextraction

R285

B

1672-0318（2021）05-0048-05

10.13899/j.cnki.szptxb.2021.05.009

2020-12-21

深圳市科技計劃項目（(GJHZ20180928161212140)）和深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院2019年第二批創(chuàng)客項目（SZPT20190210）資助．

陳永麗，女，廣東人，博士，副研究員，研究方向：基于納米技術(shù)的腫瘤診斷．

崔淑芬，女，遼寧人，博士，教授，研究方向：樣品前處理及分析新方法．

（責(zé)任編輯：王璐）