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原文作者展示了FDA仿制藥辦公室通過建模與模擬方法評估仿制藥質(zhì)量變化對生物等效性的影響。通過PBPK機制性吸收模型橋接藥品體外質(zhì)量變化和體內(nèi)PK行為，從而分析影響體內(nèi)PK參數(shù)的關鍵因素，制定了保證BE的溶出范圍；這對仿制藥企業(yè)采用建模與模擬方法確保在研藥品的生物等效性具有重要意義。

研究流程圖

原文作者

Zhang, X. , Wen, H. , Fan, J. , Vince, B. , Li, T. , Gao, W. , Kinjo, M. , Brown, J. , Sun, W. , Jiang, W. and Lionberger, R.

美國FDA仿制藥辦公室OGD

美國Vince and Associates 臨床研究公司

普渡大學

美國FDA研究與標準化辦公室ORS

參考文獻

Integrating In Vitro, Modeling, and In Vivo Approaches to Investigate Warfarin Bioequivalence. CPT Pharmacometrics Syst. Pharmacol., 6: 523-531. IF: 6.544

軟件用途

原文作者采用GastroPlus軟件搭建PBPK機制性吸收模型，通過模型連接了體外試驗數(shù)據(jù)和體內(nèi)PK數(shù)據(jù)，并通過參數(shù)敏感性分析考察了影響體內(nèi)PK參數(shù)的關鍵因素，如溶解度、粒徑、溶出速率等，接著在經(jīng)過驗證的模型上進行虛擬生物等效性評估，為制定質(zhì)量控制的體外溶出范圍提供了依據(jù)。

案例摘要

有文獻報道：華法林結晶包合物中異丙醇的減少和酸性pH條件（比如4.5）下溶出的變慢將對其體內(nèi)的PK有顯著的影響。原文作者通過建模與模擬的方法，探討華法林結晶包合物的質(zhì)量控制應采用pH 4.5還是pH 6.8的溶出介質(zhì)來評價其生物等效性。

本研究通過構建基于生理學的機制性吸收藥代動力學模型，并將制劑相關的參數(shù)和體外溶出相關數(shù)據(jù)輸入到模型中。模型的參數(shù)敏感性分析表明：溶解度、粒徑、密度不是影響華法林在體內(nèi)的PK行為的關鍵因素，pH 4.5溶出介質(zhì)中的溶出與體內(nèi)PK相關性不強，但在pH 6.8的溶出介質(zhì)中，其溶出速率和溶出能力與體內(nèi)PK有較強的相關性。

虛擬生物等效性試驗表明，經(jīng)加速降解實驗（高溫高濕處理）后的華法林鈉片在pH 4.5溶出介質(zhì)中的溶出速率將變慢，但不影響生物等效性結果；只要在pH 6.8溶出介質(zhì)中的溶出與未經(jīng)加速降解的制劑的溶出相似，就能確保二者生物等效。

接著，本研究在健康受試者中進行了BE試驗，試驗結果表明模擬結果是正確的。

研究亮點

該研究主題當前已獲得信息是什么？

研究表明，在短時間暴露于較高的溫度和濕度之后，華法林鈉片可能容易發(fā)生晶型的變化，但是這種藥品質(zhì)量的變化帶來的臨床意義（生物利用度）是未知的。

該研究想說明的問題是什么？

本研究采用建模和模擬評估藥品質(zhì)量的變化對其體內(nèi)行為的影響。

該研究能增加哪些知識？

除了獲得關于藥品質(zhì)量對華法林體內(nèi)PK性能影響的新見解之外，該研究還顯示了PBPK機制性吸收建模與模擬在科學研究中的重要作用。

將如何改變藥物發(fā)現(xiàn)、開發(fā)或治療的決策？

因制劑處方、生物藥劑學的變更可能導致藥物生物利用度的改變，可通過建模與模擬工具評估該變化給患者帶來的潛在風險，當達到的風險水平可能產(chǎn)生新的體內(nèi)BE或生物利用度數(shù)據(jù)時，會影響藥物開發(fā)和藥物監(jiān)管方面的決策。

1. 研究背景

基于生理學的藥代動力學的建模與模擬已經(jīng)在藥物制劑開發(fā)和監(jiān)管審評方面展現(xiàn)出實用性，基于生理的機制性吸收模型連接了藥物的理化性質(zhì)、制劑的體外行為和體內(nèi)行為。在生物等效性（BE）、建立體內(nèi)外關系和藥品開發(fā)中的質(zhì)量源于設計方面，機制性的吸收模型已被用于研究處方、體外行為對口服給藥后藥物體內(nèi)行為的影響。

在本文中，作者將以華法林鈉片為例，說明建模和模擬在探究仿制藥BE問題中的作用。華法林屬于弱酸，pKa 5.05，在低pH條件下溶解度較低，高pH條件下溶解度較高。華法林鈉是華法林的鈉鹽，以無定型形式或結晶包合物形式存在。結晶包合物是一種華法林鈉異丙醇（IPA）復合物，在高濕度（RH）環(huán)境中IPA減少，結晶包合物轉變成無定型并且此轉變不可逆。對于浴室這種高濕度的環(huán)境，是否會引起IPA的減少從而影響藥物的體內(nèi)行為，這是接下來的研究方向。文獻報道指出硬度、崩解時間、含量、均一性、IPA、含水量、結晶度、溶出等關鍵質(zhì)量屬性都會影響華法林鈉制劑的質(zhì)量，并且還觀察到從結晶包合物到無定型的晶型轉變、酸性條件下（pH 1.2 和pH 4.5）溶出速率的降低都會影響華法林鈉的藥品質(zhì)量，而中性條件下（如pH 6.8）溶出速率的降低對不會對其產(chǎn)生影響。由于華法林鈉片中IPA的減少，在酸性pH條件下釋放變慢，導致經(jīng)加速降解（高溫、高濕處理）和未經(jīng)加速降解之間生物等效性的問題。由于華法林的劑量或血漿濃度的微小變化都可能導致嚴重的治療失敗或嚴重的不良事件，被FDA歸類為窄治療指數(shù)藥物。

2. 研究方法

1）體外研究內(nèi)容：

研究內(nèi)容包括含量、純度、IPA含量、體外溶出、無定型晶型含量的測定，體外溶出實驗采用USPII法，溶出介質(zhì)包括水、pH4.5磷酸鹽緩沖液、雙階段溶出介質(zhì)（0.1 N HCl溶出30分鐘，然后加入100 mL強磷酸鹽緩沖液將pH升至7.4±0.1，50rpm，37℃。）

2）建模與模擬研究內(nèi)容：

建模參數(shù)

為了研究酸性pH條件下體外溶解速率降低影響藥物制劑的體內(nèi)行為，采用建模與模擬的方法搭建了基于生理的吸收模型。建模工具包括GastroPlus v9.0等軟件；GastroPlus采用Johnson溶出模型，雙階段溶出結果使用Z-factor模型進行數(shù)據(jù)的整合。

對溶解度、粒徑、密度、劑量、Z值進行了敏感性分析，并進行三維參數(shù)分析以探究pH值4.5和pH 6.8的Z值之間的相互作用及其對Cmax的影響，還對密度、粒徑進行了三維參數(shù)敏感性分析，以探索兩者之間的相互作用及其對Cmax的影響。

通過虛擬BE試驗模擬各比較組的BE通過率,采用30名健康受試者雙處理、兩序列、四周期、完全重復交叉體內(nèi)虛擬BE試驗設計。隨機選擇1,200名虛擬健康受試者基于Z因子模擬未經(jīng)加速降解或經(jīng)加速降解的PK，對于每個BE模擬試驗，隨機選擇30名受試者，并且對每個比較組進行100次虛擬BE模擬試驗。

3）體內(nèi)研究內(nèi)容：

臨床研究在空腹條件下，對32名健康受試者進行單中心、開放標記、單劑量、隨機四交叉BE研究，四個給藥組分別為：

A：5 mg儲存在約20-25℃的密閉容器中的華法林鈉片（受試制劑未經(jīng)加速降解）；

B：5 mg儲存于40℃、75％濕度的開口瓶中24小時的華法林鈉片（受試制劑經(jīng)加速降解）；

C：5 mg儲存在約20-25℃的密閉容器中的香豆定（參比制劑未經(jīng)加速降解）；

D：5 mg儲存于40℃、75％濕度的開口瓶中24小時的香豆定（參比制劑經(jīng)加速降解）。

3. 結果與分析

1）體外研究結果

華法林鈉經(jīng)加速降解中的IPA含量低于質(zhì)量標準，并且在40℃、75％濕度的環(huán)境中4小時即檢測不到IPA。華法林鈉經(jīng)加速降解和香豆定經(jīng)加速降解均發(fā)生了結晶包合物到無定型晶型的轉變，但含量及雜質(zhì)均沒有顯著變化。經(jīng)加速降解在低pH條件下的溶出速率降低。IPA的減少有助于結晶包合物轉變?yōu)闊o定型、降低在水、pH 4.5和1.2中的溶出度和在低pH條件下的溶出速率，而對高pH介質(zhì)（如pH 7.5）經(jīng)加速降解和非經(jīng)加速降解的前120 min的溶出度沒有差異。

2）建模與模擬研究結果

使用PBPK機制性吸收模型預測華法林的PK曲線，并將模型用于分析不同pH對應的溶解度和Z因子對華法林PK曲線的影響。參數(shù)敏感性分析表明，華法林的PK曲線對溶解度（如Figure 2c）、粒徑和密度的變化不敏感。低溶解度會延遲Tmax，而Cmax和AUC對溶解度的變化不敏感。比較溶解度-pH曲線（Figure 2a）和體內(nèi)溶出曲線（Figure 2b），可知即使來源B的溶解度很低，但在給藥后的1h體內(nèi)也能達到完全釋放。參數(shù)敏感性分析還表明華法林的PK參數(shù)如AUC、Cmax和劑量成正相關，而且華法林也是窄治療窗藥物，最近美國藥典也規(guī)定了華法林鈉片含量不得少于95.0％且不超過105.0％。

圖2.（a）四種不同來源的溶解度數(shù)據(jù)；（b）四種不同來源的溶解度數(shù)據(jù)對應于ACAT模型（高級房室吸收與轉運模型）中的體內(nèi)溶出曲線；（c）使用a圖中的溶解度數(shù)據(jù)通過ACAT模型預測到的體內(nèi)PK曲線。

使用Figure 2中的溶出曲線預測華法林的體內(nèi)PK，BE模擬結果表明所有比較組都具有高通過率，結果如下圖，所有的比較組通過點估計（PE）計算都接近1。

圖3. 使用Z-factor模型預測四種制劑的體內(nèi)PK，A：5 mg儲存在約20-25℃的密閉容器中的華法林鈉片（未經(jīng)加速降解，T）；B：5 mg儲存于40℃、75％濕度的開口瓶中24小時的華法林鈉片（經(jīng)加速降解，T）；C：5 mg儲存在約20-25℃的密閉容器中的香豆定（未經(jīng)加速降解，R）；D：5 mg儲存于40℃、75％濕度的開口瓶中24小時的香豆定（經(jīng)加速降解，R）。

各組比較的統(tǒng)計結果如下Table 1，使用ABE標準（平均生物等效性標準，90%的置信度）每個比較組的Cmax BE通過率均高于80％，AUC通過率均為100%；按照RSABE（reference scaled average bioequivalence）標準，A vs.B比較組通過率最低，Cmax通過率為78%、AUC0-72通過率為84%。

PBPK模型用于制定體內(nèi)外相關的溶出空間，通過多個參數(shù)敏感性分析探索確保BE的溶出空間，測試了pH 4.5和pH 6.8條件下的多個Z因子以產(chǎn)生虛擬溶出曲線，如下圖（Figure 4b）展示了在pH 4.5和6.8條件下PE（Cmax）與Z因子之間的關系三維圖，該區(qū)域的大部分空間PE均在0.95-1.00的范圍內(nèi)。根據(jù)RSABE標準，如果Cmax的PE為0.955且合格率為80％(Figure 4a)，則在pH4.5條件下30分鐘至少釋放30％，在pH6.8條件下30分鐘至少釋放80％(Figure 4c, d)。

圖4. 對pH 4.5和6.8對應的Z因子進行三維敏感性分析，（a） 使用RSABE的方法評估幾何平均比（GMR）對假設的窄治療指數(shù)藥物（rWR= 0.10）的影響，（b）對pH 4.5和6.8對應的Z因子進行參數(shù)敏感性分析，（c）在pH 6.8下各Z因子對應的虛擬溶出曲線，（d）在pH 4.5下各Z因子對應的虛擬溶出曲線。

3）體內(nèi)研究結果

4種制劑的體內(nèi)PK曲線較為接近，主要的藥動學參數(shù)如下表，且AUC0-72、Cmax的CV%值均小于30%，按照ABE標準，各比較組都是生物等效的，如Table 3。

4. 結果與討論

本文展示了仿制藥辦公室使用建模與模擬的方法解決在仿制藥替代方面的應用。華法林制劑質(zhì)量的變化會產(chǎn)生生物不等效的風險，華法林作為長期服用的窄治療指數(shù)的藥物，病人可能會把藥物儲存在高濕的浴室中，而在高溫和高濕環(huán)境中華法林會發(fā)生制劑顏色改變、在pH4.5緩沖液中溶出降低、IPA減少、華法林鈉晶型轉變的變化。為了進一步探究華法林的體內(nèi)PK行為是否發(fā)生變化，建立了機制性吸收模型，并將體外溶出曲線導入到模型中考察體內(nèi)PK的變化，只要在pH6.8條件下120 min可以完全釋放，無論是IPA減少或者在pH4.5緩沖液中溶出降低都不會影響B(tài)E。

體內(nèi)研究結果也證明了體外制劑特性的變化并沒有對體內(nèi)PK產(chǎn)生影響，與建模與模擬的結果一致。進一步利用PBPK機制性吸收模型繪制了體內(nèi)相關的體外溶出空間，以用于對疑似批次進行體內(nèi)PK行為的檢驗。

總之，通過本研究作者獲知了華法林鈉片中IPA減少對其體內(nèi)PK行為的影響，并且證明了機制性的吸收模型在橋接體外研究和藥物體內(nèi)行為及在監(jiān)管審評中的重要作用，成功預測了華法林鈉片產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生變化后的BE情況。在體內(nèi)研究開展之前，F(xiàn)DA有足夠的信心使用建模和模擬進行初始風險評估，仿制藥辦公室通常在科學調(diào)查過程中加入建模和模擬的工作，F(xiàn)DA在監(jiān)管審查中利用建模和模擬方法獲得了經(jīng)驗和信心。

5. 應用軟件與模塊

該案例應用的軟件：GastroPlus (version 9.0)，涉及模塊有Base, ADMET Predictor, PKPlus.

參考文獻

Zhang, X. , Wen, H. , Fan, J. , Vince, B. , Li, T. , Gao, W. , Kinjo, M. , Brown, J. , Sun, W. , Jiang, W. and Lionberger, R. (2017), Integrating In Vitro, Modeling, and In Vivo Approaches to Investigate Warfarin Bioequivalence. CPT Pharmacometrics Syst. Pharmacol., 6: 523-531. IF: 6.544