2023-04-27 14:00

通过产品质量研究所(PQRI)协调生物预测方法第一部分:布洛芬和双嘧达莫片的生物预测溶出度

摘要

评估体内性能,为配方选择和开发决策提供信息,是药物开发的一个重要方面。口服剂型的生物预测溶出度方法已经开发出来,以了解体内性能,协助配方开发/优化,并通过将它们与模拟工具相结合来预测人体血浆谱来预测生物等效性研究的结果。然而,与药典溶出度方法不同,各种生物预测方法尚未统一或标准化。本文介绍了通过产品质量研究所(PQRI, https://pqri.org)开发最佳实践和迈向生物预测方法标准化的初步阶段,题为“体外预测溶出方法的标准化和硅生物等效性研究工作组”。该工作组由来自10家制药公司和学术机构的参与者组成。该项目将分五个阶段完成,包括评估WG各个成员设计的溶解协议的性能,然后根据初始溶解概况构建“最佳实践”协议。在完善“最佳实践”方案以产生等效溶出谱后,这些方案将与基于生理学的生物制药模型(PBBM)相结合,以预测血浆谱。本文报道了五个阶段中的前两个阶段,即生成布洛芬和双嘧达莫的生物预测溶出度谱,并将这些溶出度谱与PBBM相匹配,以匹配临床血浆谱。确定了关键的实验参数,这些知识将在下一阶段用于构建“最佳实践”协议。

图形抽象

介绍

近年来,为了更好地了解口服立即释放剂型的体内行为,制药行业和学术界都进行了许多研究。通过将人体胃肠道(GI)生理学的各个方面纳入越来越先进的生物预测溶出度方法,体内溶出度的预测已经得到了实质性的改进,注意到这种预测是不可能使用传统的药典溶出度方法来预测低溶解度药物的。生物预测溶出度方法已被广泛采用来评估试验口服剂型的体内性能,在设计质量(QbD)概念的考虑下,作为优化口服剂型性能的整体努力的一部分。

药典溶出度实验通常在特定化合物的温度、体积、流体动力学和介质组成等高度规范的标准条件下进行,可能有助于预测高溶性口服药物的体内溶出度(1)。美国药典(USP)标准溶出度方法与其他发达国家的标准溶出度方法基本一致。主要用于质量控制目的,以保证口服药品的质量,并评价制剂变量,如辅料、批间差异和生产工艺/变更。尽管药典方法对这些目的很有价值,但它们通常不旨在反映体内溶出行为,主要是因为它们的构建是为了确定剂型的质量以及剂量可以从剂型中释放的程度,而不是专门考虑生理参数(例如,pH谱、胆盐浓度、流体动力学、胃肠道转运、消化酶)在很大程度上影响口服给药后药物的溶出。

为了使溶出度测试更有效地预测体内药物溶出度,从而预测口服药物吸收,它应该比药典方法更能反映胃肠道的生理状况。学术界和制药行业已经采用先进的溶出度测试,采用生物相关介质,这是Dressman等人在1998年首次提出的(2),结合pH值、离子强度、缓冲液和胆汁成分浓度在胃肠道中的变化,在预测口服剂型的体内行为方面产生更有意义的溶出度曲线(3,4,5,6,7,8)。

生物预测溶出度方法范围内的一个关键补充是转移方法,该方法由Kostewicz等人于2004年首次提出(4)。转移模型使研究人员能够模拟药物/剂型从胃进入小肠的行为,从而评估难溶性弱碱性药物(例如,生物制药分类系统(BCS)根据子分类分类IIb类),当它在小肠中达到较高的pH值环境时可能会沉淀,或者一种难溶性酸性药物(例如BCS类IIa)溶解并可被吸收需要多长时间(9)。

在过去的二十年里,个别研究小组典型地创造/调整了他们的溶解方法来适应他们的研究目标。因此,即使使用相同的药物和口服剂型,已发表的生物预测溶出谱也可能因报道的实验条件(如缓冲液种类、缓冲液体积和缓冲液ph)的变化而有所不同。因此,很难确定关键的实验条件并建立最佳的生物相关溶出实践。来自工业界和学术界的科学家在PQRI的支持下聚集在一起,PQRI是一个非营利组织联盟,为来自工业界、学术界和监管机构的科学家创造了一个合作的机会,以解决生物制药问题。在本研究中,每个研究小组被邀请对同一批次的两种口服药物产品执行自己的生物预测溶出度方法,以解决以下问题:(1)如PQRI工作组成员所示,科学界能否通过比较其溶解谱来识别对溶解性能至关重要的元素;(2)结果是否使我们能够朝着协调实验方法的方向发展;(3)利用基于生理学的生物制药建模(PBBM)方法,预测溶解谱以预测临床数据中的生物等效性(BE)。这些研究背后的基本原理是,通过比较结果和确定详细溶出度方法中的任何差异,有可能加强和协调对生物预测溶出度方法的要求,从而为制药工业和监管机构提供更清晰和更明确的结果解释。使用“最佳实践”方法的实验的溶解谱将随后输入PBBMs,以确定它们是否产生BE或非BE血浆谱,并与临床结果进行比较。潜在地,“最佳实践”方法的识别将需要一种“学习和/确认/i”方法,因此需要多次迭代才能达到全球适用的“最佳实践”方法。

PQRI工作组研究的总体目标是推进和协调生物预测工具。为了实现这些目标,研究分为五个阶段:

  1. (1)

    使用广泛使用的弱酸性药物布洛芬(400 mg),生成并比较工作组成员之间的生物预测溶出谱,以确定参与研究小组在生成PBBM血浆谱方面的结果是否相同,这些结果与临床药代动力学研究中观察到的结果相似。

  2. (2)

    使用广泛使用的弱碱性药物双嘧达莫(50mg),采用与(1)相同的方法生成生物预测溶出谱,并在工作组成员之间进行比较,以确定参与研究小组在生成PBBM血浆谱方面的结果是否相同,这些结果与临床药代动力学研究中观察到的结果相似。

  3. (3)

    使用更高剂量的双嘧达莫(200mg),将使用与(1)相同的方法生成生物预测溶出谱,并在工作组成员之间进行比较,以确定参与研究小组在生成PBBM血浆谱方面的结果是否相同,是否与临床药代动力学研究中观察到的结果相似。

  4. (4)

    如果(3)的结果在参与者中不相等,那么在200mg双嘧达莫剂量下,将使用“最佳实践”生物预测方案生成溶出度谱。如果使用该方法获得的所有溶出谱不能模拟体内观察到的血浆谱,则将在“学习和/确认/i”周期中进一步修订。

  5. (5)

    在这四个阶段中,工作组成员将讨论如何将生物预测溶出谱纳入PBBM。目标是识别生物预测溶出度测试中的重要参数,然后协调方案以实现统一的溶出度曲线,而不考虑地点和研究人员/操作员。反过来,这将启用PBBM设置的优化。

由于本PQRI工作组的目的是统一生物预测溶出度方法,因此为每个参与者提供了相同批次的布洛芬和双嘧达莫,以评估不同的实验条件和溶出度方法。本文介绍了总体研究计划中描述的前两个阶段的结果:比较工作组成员根据各自方案进行的布洛芬和双嘧达莫溶出度测试结果。研究结果将有助于确定关键的实验参数,以便在这两个阶段制定“最佳实践”方案。

材料

共购买了400 mg布洛芬片(批号7708221A, Stride Pharma Science Ltd,班加罗尔,印度)和50 mg双嘧达莫片(批号200203A, Rising Pharmaceuticals, East Brunswick, NJ, USA)并分发给PQRI工作组的所有成员。对于生物预测介质的制备,FaSSGF/FeSSIF/FaSSIF以粉末形式从Biorelevant.com (Biorelevant.com, London, UK)购买,并在生物预测溶出研究前由每个工作组制备。其他均为分析级或高效液相色谱级。

方法

本研究的参与者有阿斯利康、勃林格殷格翰制药、百时美施贵宝公司、弗劳恩霍夫转化医学药理学研究所、歌德Universität、MSD、薛定谔公司、Sawai制药有限公司、明尼苏达大学和米格尔埃尔南德斯大学。

在每种情况下,工作组都被指示使用他们通常的内部生物预测方法进行两阶段溶出法和/或转移法,包括他们通常选择的实验条件和缓冲液(方案1)。这些溶出方法受到宽松的监管,以保持在如下所示的广泛实验条件范围内的参数:

  • 胃禁食情况:

    • 缓冲液:0.01-0.1 M HCl、SGF或FaSSGF

    • pH范围:pH 1-2.5

    • 体积50 - 500ml(仅缓冲液或缓冲液+水)

    • 混合方式:未指定

  • 肠道禁食情况:

    • 缓冲液:5-10 mM马来酸盐,25-100 mM磷酸盐缓冲液,或FaSSIF

    • pH值范围:pH 6.0-7.5

    • 体积:40 - 500ml

    • 混合方式:未指定

  • 转帐方式的转帐率:

    • 转移速率:1-62 mL/min(零阶或一阶速率)

方案1
scheme 1

体内预测溶出方法的基本方案:两阶段溶出和b转移溶出(5,10,11)

溶解的方法

工作组对布洛芬和双嘧达莫的溶出度方法分别总结于表1和表2。一些方法背后的理论和更详细的描述可以在文献中找到(5,10,11)。

表1:布洛芬溶出度、缓冲种、叶片/旋转的方法和结果速度,体积,pH值,实验时间
表二:双嘧达莫溶出度、缓冲剂种类、桨/旋转的方法和结果速度,体积,pH值,实验时间

目录


摘要
介绍
材料
方法
溶解的方法
建模方法
结果
讨论
结论
参考文献
致谢
作者信息
道德声明




#####

建模方法

使用参与者的生物预测方法获得的溶出度谱与计算机方法(GastroPlus™version 9.8 (SimulationPlus, Inc., Lancaster, CA))相结合,模拟人类血浆谱,如下所示。为了最大限度地减少建模中的任何版本或变化,所有模拟都由同一操作员集中执行。

使用先前报道的模拟方法,通过布洛芬(BCS IIa类药物)和双嘧达莫(BCS IIb类药物)的理化、药代动力学和溶出特性计算口服药物吸收(8,12)。简单地用生物预测溶出度谱进行单次模拟,比较400mg布洛芬IR片和50mg双嘧达莫IR片在禁食条件下的药动学特征。这些生物预测溶出谱被纳入到计算机软件中作为控制释放谱来指定药物释放谱。在这组预测中,没有假设药物从胃中吸收。模拟持续时间为24小时。用于预测布洛芬和双嘧达莫血浆分布的计算机模拟输入参数从文献中获得,其值总结于表III(1,13,14,15,16,17,18,19,20,21)。使用GastroPlus™标准生理条件进行预测:人类生理禁食和Opt LogD模型SA/V 6.1。

表III用于GastroPlus™模拟的布洛芬和双嘧达莫的化学/生理/药理学参数

将预测的血浆谱与布洛芬和双嘧达莫药代动力学的临床试验结果进行比较,以评估将各种溶出研究的结果纳入GastroPlus™是否能够预测体内性能(22,23,24,25)。

结果

布洛芬解散

图1为两阶段法,图2为转移法,对布洛芬的溶出谱进行了总结。在两阶段溶出法中,无论缓冲液体积、缓冲液种类、缓冲液pH、转速和第一阶段(胃)持续时间如何,在上述约束条件下的实验条件下获得的溶出曲线都显示出相似的曲线(图1)。在转移法溶出曲线中,仅绘制了小肠血管中的溶出曲线(图2)。D研究所和G研究所的溶出曲线均达到100%溶出。与布洛芬在肠道ph值的溶解度一致。相比之下,来自F研究所的数据显示,布洛芬的溶解度只有50%,这可以事后解释为50%的药物保留在胃期而不是转移。H研究所的资料显示,布洛芬的溶出度甚至更低,因为第二个(“十二指肠”)腔通过丢弃从该腔中转移出来的液体,保持在30毫升的恒定体积。由于H研究所只测量了第二个腔室的药物浓度,所以布洛芬的溶出度基本上只在30ml的0.01N HCl/SIF混合物中测量。

图1
figure 1

使用不同的两阶段方法设置生成的布洛芬溶解谱。第一阶段溶出在开始第二阶段小肠溶出前20或30分钟进行。*研究所B1 - hplc法和研究所B2 - UV探针

图2
figure 2

布洛芬在小肠腔内的溶出曲线采用不同的转移模型设置

由于布洛芬是一种弱酸性药物,小肠环境有利于其溶解,因此为了建模,有必要考虑所有从胃转移到小肠阶段的物质。因此,在每个时间点观察到的浓度和十二指肠腔排出量被用来生成小肠区域的完全溶解谱,以供H研究所的结果使用(图2)。

双嘧达莫解散

双嘧达莫的溶出曲线在图3中总结了两阶段方法,在图4中总结了转移方法。使用两阶段溶解方法,三个研究所(研究所A、B和D)显示,无论缓冲液种类和容量如何,双嘧达莫完全溶解,没有或接近没有沉淀,而研究所C在使用NaOH将pH调整到6.8后观察到沉淀(图3)。

图3
figure 3

用两段法生成的双嘧达莫溶出谱。第一阶段溶出时间为20或30分钟,然后开始第二阶段小肠状态。*第二阶段的缓冲液:SIF -模拟肠液,1/10 SIF - 1/10 SIF浓度,Maleate - 7 mM Maleate缓冲液

在转移方法中,仅绘制了小肠血管中的溶出度曲线(图4)。来自研究所D、E和I的结果显示,在实验结束时,双嘧达莫的溶出度超过80%,而研究所G和F报告的双嘧达莫溶出度仅为50-60%。至于布洛芬,H研究所报告双嘧达莫的溶出度非常低,因为再一次,溶出度曲线是根据第二(“十二指肠”)腔的体积乘以样品提取时间点的药物浓度计算的。双嘧达莫是一种弱碱药物,胃环境、pH、搅拌速度、体积和停留时间都可能是描述其从片剂中溶出的重要因素。由于双嘧达莫的pKa (pKa 6.4)接近代表小肠的溶解缓冲液的pH值(pH 6.5-7.5,取决于研究所),因此缓冲液的容量、种类和体积都预计会影响其溶解。这反映在记录的大范围结果上。

图4
figure 4

使用转移模型生成的小肠区域双嘧达莫溶出谱

布洛芬建模

利用WG产生的溶出度曲线作为体内溶出度输入,模拟布洛芬的血浆溶出度曲线。该模拟的目的不是提供对观察到的临床血浆分布的完全准确预测(例如,没有尝试进一步优化,例如,模型中的配置参数),而是旨在评估WG不同成员(包括pH,缓冲液种类,缓冲液容量,介质体积,介质变化条件和搅拌速率)不同体外条件的临界性。通过两阶段试验的生物预测溶出度曲线对口服400mg布洛芬吸收的预测与临床数据完全吻合(图5)。表4的模拟结果表明,尽管缓冲液、转移速率/时间和其他实验条件存在一些差异,但所研究的所有两阶段溶出度条件确实对布洛芬具有生物预测作用。部分原因是,对于像布洛芬这样的弱酸性药物,小肠中的环境远比胃中的环境更有利于溶解,所以只要缓冲pH值高于药物的pKa,并且在实验过程中充分维持pH值,溶解条件的适度差异就不太可能影响BE的模拟结果。

图5
figure 5

基于生物预测溶出谱预测布洛芬的血浆谱。深蓝色虚线代表80%和125%的平均临床血浆谱(23)。A表示基于两阶段溶解法的模拟结果,b表示基于转移法的模拟结果

表4胃肠plus™仿真软件对布洛芬与临床血浆相似度的比较基于生物相关溶出谱

在转移试验中,只有D研究所、G研究所和H研究所的结果符合BE限值(图5)。F研究所的结果不符合BE限值可以追溯到实验设计:在F研究所的实验中,只有50%的布洛芬从胃腔转移到小肠腔。即使重新生成了溶出度曲线,假设小肠其余部分的浓度与十二指肠腔中的浓度相同,但用于生成模拟体内溶出度曲线的十二指肠腔中布洛芬的浓度可能太低,无法评估与生物相关的溶出度。由于大量的酸从胃腔进入十二指肠腔(十二指肠腔只容纳30毫升的小肠缓冲液),十二指肠腔的pH值降低,从而限制了布洛芬的溶解程度,导致对布洛芬的预测血浆谱的低估。由于布洛芬在肠道pH值下溶解良好(如研究所D和研究所G设置所示),并且在体内被完全吸收(23,26),因此在研究所H设置中,溶解持续时间短、pH值较低以及用于表示小肠环境的体积小,似乎结合在一起,产生的溶解范围不如在体内小肠中广泛。

双嘧达莫建模

利用WG产生的溶出度曲线作为体内溶出度输入,模拟了双嘧达莫的血浆谱,类似于布洛芬的方法。同样,该模拟的目的不是对观察到的临床血浆谱提供完全准确的预测,而是旨在评估不同研究所体外条件差异的临界性。结果如图6a、b所示。

图6
figure 6

基于生物预测溶出谱预测双嘧达莫的血浆谱。深蓝点线代表80%和125%的计算平均临床血浆谱(43)。A表示基于两阶段溶解法的模拟结果,b表示基于转移法的模拟结果

虽然11个模拟血浆谱中有9个在Cmax方面与临床数据相当,但高估了AUC,但F研究所的溶解谱导致的模拟满足AUC0-24的BE要求,但在Cmax上却没有达到(表V)。所有模拟的一个问题是,选择作为参考的临床数据在体内数据显示Tmax为0.5 h。而基于生物相关溶解谱的计算机模拟一致地预测了更长的Tmax为~1.5 h(27)。双嘧达莫等BCS类IIb类药物在胃环境中溶解良好,Tmax越早说明胃排空时间越快。事实上,胃有一种被称为“Magenstrasse”的快速排空机制,这可能解释了参考临床数据中观察到的相对较快的Tmax(28,29)。还应该提到的是,Gregov等人报道的其他临床数据显示,在25-200 mg剂量范围内,Tmax为1.06-1.58 h,这与模拟结果一致,并且,可以看到,在双嘧达莫的PK研究中,已经报道了很高的研究间和受试者差异(10,24,30)。

表5肠胃加思™模拟软件与双嘧达莫临床血浆谱相似性比较基于生物相关溶出谱

本组实验中50mg双嘧达莫剂量较低,pKa较高(pKa 6.4)。由于实验结束时可溶解的总水体积为~300 ~ 500ml(除H研究所外),大多数双嘧达莫剂量溶解,沉淀很少,因此大多数模拟预测的吸收比临床观察到的要多。

虽然这超出了当前评估的范围,但需要对沉淀动力学和肠道pH值以及缓冲能力进行更多的研究,以充分模拟这种难溶性但高渗透性弱碱的整个血浆浓度谱。由于双嘧达莫是一种弱碱性药物,胃环境更有利于其溶解,因此有必要以一种密切反映生理学的方式(通过胃排空动力学)模拟胃中的pH和溶解时间,以获得更具预测性的溶解和模拟。此外,测试方法的介质体积和流体动力学可能需要调整,以充分反映过饱和和沉淀动力学。

讨论

随着溶出技术的进步,学术界和制药公司试图预测口服制剂在人体胃肠道中的溶出情况,以便用硅技术预测口服吸收并优化口服制剂。对口服剂型的生物性能进行有意义的预测将带来巨大的好处,然而,与药典溶出度方法不同,目前还没有统一的生物预测溶出度方法及其在监管应用中的使用。这可能是因为每个制药公司和学术机构都开发了自己版本的生物预测方法来测试他们感兴趣的口服化合物并合理预测其性能。

许多BCS II类和IV类药物在生理pH范围内具有pH依赖性的溶解度。这些口服药物,特别是双嘧达莫等BCS类IIb类药物,应在不同的pH缓冲液、胃和肠道pH条件下进行顺序研究,以充分预测这些口服药物制剂的生物性能。有多种不同的方法来预测口服药物产品的生物性能(3,7,31,32,33,34)。然而,在很大程度上,生物相关的方法,或体内预测溶出(iPD),可以分为两种主要类型:两阶段溶出和转移方法。即使这两种方法也受到各种各样的实验条件的影响,包括缓冲液的种类和体积、缓冲液的pH、转速、溶解时间以及转移方法的转移速率(表1和表2)。许多研究所已经成功地利用生物预测溶解结果来预测他们所测试的剂型的体内性能,并优化了将结果输入到硅模型中(6,31,35,36)。

最流行的生物预测溶出度测试程序似乎是两阶段溶出度方法,该方法涉及两种不同的生物相关介质条件(胃条件,即酸性,作为第一阶段,肠道条件,即接近中性,作为第二阶段),以评估原料药和/或口服制剂在引入两种不同pH环境时的生物性能(3,10,34)。另一种生物预测溶出测试程序是转移模型方法,其原理与两阶段溶出方法相同,但可能涉及两个以上的腔室,将溶出缓冲液从一个腔室机械转移到另一个腔室(5,8,11,36)。在这些溶解方法中使用了不同的溶解介质来模拟胃液条件,即0.01-0.1N盐酸(HCl),模拟胃液(SGF),禁食状态模拟胃液(FaSSGF),以及酸性较低的缓冲液,如马来酸缓冲液,以代表盐酸条件(pH 4.0至6.0)。为了模拟肠道状况,在pH为6.5至7.5的范围内,使用不同浓度的磷酸盐缓冲液,如模拟肠液(SIF)和禁食状态模拟肠液(FaSSIF),包括其不同版本(37,38,39,40)。这些生物相关的溶解方法主要用于研究难溶性药物或ph依赖性溶解度药物的过饱和和沉淀行为。

如表1和表2所示,尽管PQRI工作组非常了解人类胃肠道生理学,并且所使用的方法在其方法上是相似的,但其生物相关/ iPD方法的条件在PQRI工作组之间有所不同。为了预测制剂的体内性能,每个研究所的科学家都倾向于根据他们所要研究的特定药物和制剂特性定制溶出度测试的方法和条件,而不是采用“一种方法适合所有人”的方法。在过去的几年里,人们也广泛认识到,用来代表体内条件的体外实验条件的选择应该这样,溶出曲线可以很容易地连接到PBBM中的PBPK模型,以实现成功的体内预测(27,41,42,43,44,45)。在目前的研究中,所有数据都使用相同的方法和相同的操作人员输入到GastroPlus™中,因此溶出度数据的任何差异都将以相同的方式反映在PK剖面的模拟中。了解方法上的哪些差异会导致模拟等离子体剖面的差异,哪些差异不会,这一点很重要。

口服生物制药工具(OrBiTo)项目作为一个联合体在欧洲国家开展。这种合作努力已经获得了很多知识,填补了我们对胃肠道功能与口服药物吸收和口服药物递送的理解的许多空白,为下一个预测性生物制药工具的开发和验证创造了一个框架(46,47,48,49,50,51)。在OrBiTo项目中,学术界和工业界合作伙伴进行了一项环研究,验证了基于固定溶解方案的位点间生物相关溶解的可重复性和可靠性。

相比之下,在本PQRI项目中,使用不同的生物预测溶出方法进行生物相关溶出,以了解这些结果在使用PBBM模拟体内性能方面的可比性。这使我们能够确定哪些实验参数可能对模拟等离子体剖面有很大影响。布洛芬的结果与大多数PQRI WG的临床数据一致(表4和图5)。鉴于布洛芬是弱酸性药物,约3小时的肠道转运时间有利于其溶解。而双嘧达莫等弱碱性药物在胃中溶解时间较短,胃排空时间为~ 0.5-1 h(52)。因此,满足BE标准的溶解结果范围对于难溶性弱酸可能比难溶性弱碱更宽。布洛芬和双嘧达莫的模拟结果证实了这一点。尽管如此,项目前两个阶段的结果给了WG继续进行项目下一阶段的信心。下一步,工作组将讨论和确定生物预测溶出最重要的实验参数,并缩小实验条件的范围,以期开发“最佳实践”生物预测溶出方法。然后,工作组将使用用于产生当前研究结果的相同批次进行进一步的溶出实验,目的是协调生物预测工具和条件,并确定PBBM中成功预测体内性能的最佳实践。

结论

从本质上讲,生物预测溶出度是一种替代方法,由于替代方法的设计是为了防止临床失败,因此设计良好且经过验证的生物预测溶出度方法的可用性甚至可能导致将临床PK研究视为验证性方法。在这些PQRI研究的下一步中,将确定关键的实验参数,工作组将开发“最佳实践”生物预测溶出方法,进而通过测试它们在PBBM框架下预测血浆谱的能力来验证这些方法。“最佳实践”生物预测溶出度方法的可用性和应用将提高口服产品开发的效率,减少临床前开发中的动物研究数量,并有可能提高临床研究的成功率。PQRI研究是朝着协调生物相关溶出方法迈出的第一步。



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