藥物研發臨床前階段流程

摘要

藥物研發是高度復雜的系統工程,小編在這里把臨床前階段流程梳理一下,讓同學們可以簡易快速了解重點,這么實用文章,對此感興趣的你一定要收藏!

無論是代表小分子化合物藥物的新化學實體(NCEs)還是代表生物大分子藥物的新分子實體(NMEs)或新生物實體(NBEs),評價藥物的基本標準是安全、有效、可控。藥物的研發及生產除涉及到復雜的科學、技術、工藝、質量標準等一系列自身的內在問題外,也涉及到審評標準、流程、法規、倫理等外部控制問題。因此,藥物研發是一個高度復雜的系統工程。與小分子化合物藥物相比,生物大分子藥物結構更復雜,輕微的生產改變常常會造成藥性的巨大差別,質控標準復雜、生產工藝精細,因此其研究除具有與小分子化藥相同的共性外,還有一些獨自的特性。

 

新藥開發的許多環節可外包給專業的合同研究組織完成,如按GLP要求的藥效、毒理評價、藥代動力學分析及臨床試驗等。但疾病相關的靶點(也稱為靶標,靶分子)的確定及驗證,具有生物活性的NEEs/NMEs的設計和優化等核心問題需要自己解決,這也是新藥開發的兩個重要瓶頸。大多數藥物研發失敗的原因就是缺乏對藥物作用機理的研究以及不能對人體代謝的安全性能更做出很好的預測。

 

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一、藥物靶點的發現及其選擇

 

一旦選定一種潛在的可治療性疾病作為研究目標之后,就需要識別與疾病相關的靶分子,即確定有特殊生物活性且有潛在治療作用的分子(通常是蛋白質)。藥物靶點發現與確證的一般流程包括:①尋找疾病相關的生物分子線索;②對相關的生物分子進行功能研究,以確定候選藥物作用靶標;③針對候選藥物作用靶點,在分子、細胞和整體動物水平進行藥理學研究,驗證靶標的有效性。另外,還可以根據已經確證有活性的化合物進行受體垂釣,尋找其作用靶點。

 

分子生物學及生物技術的卓越成就使人們能鑒定出在普通及特殊細胞中起關鍵作用的多種蛋白,從而形成了如何調節特定的疾病相關蛋白的功能的假說。這些假說的基礎可以是一個科學理論,也可能是由特殊疾病組織的基因分析所獲得的信息。建立假說的過程通常稱為“靶點確認”。盡管人類全部的基因圖譜已經完成,但僅從這些測定序列的基因中發現可能的藥物作用靶標并非易事。目前人們共發現具有藥理學意義的藥物作用靶點大約500個,而根據人類基因組學計劃研究成果估計,人體內可能的藥物作用靶點大約有5000個以上,更多的藥物作用靶點有待于進一步挖掘。目前應用于新藥靶點發現的技術有基因組學技術、蛋白質組學技術以及生物信息學技術?;蚪M學技術包含差異基因表達(DGE)、表達序列標簽(EST)等技術。蛋白質組學技術在蛋白質水平上研究疾病狀態以及正常狀態下的細胞或組織的蛋白質差異變化,可以發現潛在的藥物靶蛋白,也有人稱化學基因組學是蛋白質組學和疾病治療間的橋梁。無論是靶基因還是靶蛋白,其與疾病間的關系尚不清楚,但是作為潛在的藥物靶點并不影響其對小分子配體的親和選擇作用,在疾病細胞或動物模型的活性檢測及臨床研究中可以進一步了解靶點與疾病間的關系,實現對靶基因或蛋白的功能分析,從分子水平上揭示疾病機理及其治療機制?;蚯贸P驮诨蚬δ芎退幬镒饔眯掳悬c的發現方面具有高度價值,同時也有助于確定藥物作用于特定靶點后的不良反應。目前正在系統地敲除鼠固有基因并根據哺乳動物生理學特點確定它們在體內的功能,這一研究足以覆蓋幾乎所有的蛋白質和可用于藥物研究的基因家族,如離子通道、核激素受體、蛋白酶、磷酸二酯酶、激酶、磷酸酶及其它關鍵的酶類。在制成基因敲除小鼠模型后,可以采用一個初級的表型篩選來確定藥物在心臟、脂代謝、免疫、神經、精神病、眼科、骨科、生殖和腫瘤學中的作用靶點。

 

藥物發現中的靶點選擇過程是由科學、醫學、財務、市場、法規及戰略性思考間的復雜平衡決定的。藥物失敗的一個主要原因就是開發初期對藥物靶點生物學功能的認識不足或錯誤理解。因此,“確定”靶點,識別并確認其生理學、病理學的重要性是藥物開發階段極其重要的一個部分。一般選擇藥物作用靶標要考慮兩方面的情況:首先是靶標的有效性,即靶標與疾病確實相關,并且通過調節靶標的生理活性能有效地改善疾病癥狀;其次是靶標的副作用,無論與疾病多么相關,如果對靶標的生理活性的調節不可避免地產生嚴重毒副作用,那么將其選作藥物作用靶標也是不合適的。在具體靶點選擇上要充分考慮舊靶點與新靶點、已有藥物與尚無藥物、靶點作用單一與靶點作用復雜、靶點作用在上游與靶點作用在下游等多因素的影響及優劣。

 

、新分子實體篩選

 

一旦靶點的生物學功能被明確下來,就必須找到一種與靶點準確結合的藥物(NMEs/NBEs),并與該靶分子進行生物學效應實驗。設計和篩選NMEs/NBEs是非常艱巨的任務,需要多方面的知識、技術、信息、甚至藝術的組合,有時也需要耐心和運氣。理論上,計算機不僅可以預測藥物與結構已知靶點的匹配度,還可以從最開始為靶點量身定做藥物。靶點的結構越復雜,模擬藥物的相互作用就會越困難。最有希望的NMEs/NBEs將被挑選出來并優化成符合藥物特性的形式。這些優化符合藥物特性的形式。這些優化后的NMEs/NBEs被稱為“先導化合物/分子”。然后要在分子、細胞和整體動物水平進行藥理學研究,在人類疾病的動物模型中觀察療效,并進行安全評價。驗證靶標的有效性。如果一切進展順利,最終將進入人體臨床實驗。如果NMEs/NBEs的毒性太大,即使最有希望的候選藥物也是要被淘汰的。分析前導化合物的一個重要環節是通過ADMET(指藥物的吸收、分布、代謝、排泄與毒性)弄清藥物在體內作用的過程。早期的ADMET研究可利用動物進行,但由于動物模型的局限性,特別是針對人類使用的重組蛋白質藥物對動物來說都是抗原性較強的大分子,因此多數結果只有在人類臨床實驗時才會變得清晰。從理想上來說,毒性研究應在較早的開發階段完成,但對大分子藥物來說,到目前為止還是很難做到的。

 

選擇何種類型的NBEs作為藥物候選者對藥物開發成功率有較大影響。激素及治療性酶制劑類藥物多為功能活性明確,用位點清楚并且局限,對符合適應癥的特殊疾病群體(也包括一些罕見疾病的孤兒藥)具有不可替代性,甚至部分需要終生依賴服用。盡管隨著功能基因組學、蛋白質組學和代謝組學等研究的深入,越來越多的蛋白質與疾病的關系將被揭示,但可作為該類藥物開發的候選蛋白分子將越來越少。細胞因子和生長因子具有微量強效、作用快速、多短期使用等特點,可滿足如增強造血及免疫功能、止血及抗凝血、平衡內分泌紊亂、調節生育及生長過程等臨床需求,臨床效果顯著。但由于體內多數細胞因子、生長因子的生物活性廣泛、作用靶點多元,其藥學作用延伸可引起復雜的生物效應,甚至毒副作用,將限制其成為藥物的潛能。而目前已知的作用位點單一的分子(如刺激紅細胞生成、促進白細胞增殖的細胞因子等)多數已經開發成為藥物??梢灶A料,該類蛋白質藥物的開發難度將越來越大。但由于該類藥物的專利基本已經過期,隨著生物仿制藥/生物相似藥法規的統一和完善,該類品種的仿制及改構將有較大的發展潛力。

 

人類一直在實踐中探討應用天然存在的非人源蛋白質來治療人類疾病,該組藥物就是指在人體內不存在或即使存在但通常不行使蛋白功能的蛋白質藥物,包括某些有新功能的外源蛋白及只在特定時間或機體特定部位發揮功能的內源蛋白。例如,對大分子酶促降解的膠原酶、透明質酸酶,對小分子代謝物酶促降解的聚乙二醇化天冬酰胺酶,將血漿酶原降解為血漿酶的鏈激酶,凝血酶抑制劑重組水蛭素等。該類藥物未來的發展主要依賴于對各種新的外源蛋白質在人類生理及藥理學功能方面的進一步認識。另外,由于外源大分子蛋白多具有較高的免疫原性,將在很大程度上限制了該類藥物的開發及應用。

 

單克隆抗體及抗體融合蛋白(也稱免疫球蛋白相關分子)可直接干擾靶分子或靶組織功能,針對靶點范圍廣泛、療效確切,已經涉及到腫瘤及相關疾病、自身免疫性疾病、感染性疾病、器官移植、過敏性疾病、血液疾病、呼吸性疾病等多種疾病領域,是目前市場份額最大,研究最多未來最有發展前景的群體。

 

為得到更好的藥代動力學,彌補某些體內功能蛋白的缺陷或增加蛋白在人體內的功能,對天然蛋白結構進行改造或修飾是有效途徑。各種修飾多從改變重組蛋白質的性狀入手,如增加分子量、減緩蛋白酶降解、降低免疫原性、提高生物及化學穩定性等,進而改善其體內藥代動力學性質,延長體內半衰期或加速體內的釋放,降低中和抗體產生率,提高患者適應性及治療效果等。鑒于經過改構或修飾的蛋白比未經改構或修飾的蛋白有很多優勢,重組蛋白質的改構及修飾必將得到越來越廣泛的使用。

 

、重組蛋白質藥物的生產平臺

小分子化藥的生產體系依賴于規范的化學中間體和原料藥的供應。由于生物技術藥物原料藥的概念才剛剛出現,其質量標準和產品規范還沒有形成,截止目前為止,多數重組蛋白質藥物由生物制藥公司自己從頭生產。

 

重組蛋白的表達、翻譯后修飾及分泌均具有高度復雜性,參與合成的基因數量及是否有糖基化都可影響蛋白質的活性。例如既有由單一基因產生的一條氨基酸鏈(如生長激素),也有從單一基因經過翻譯后由“連接肽”形成的兩條相同氨基酸鏈(同型二聚體)(如α-半乳糖苷酶A)的重組人蛋白衍生物。蛋白還有可能從兩種不同的基因產生(如人胰島素、腦垂體激素、促甲狀腺激素、促黃體激素和卵泡刺激素),也可由眾多的人類基因片段經過“體細胞重組”過程進行基因重排而得到重組治療性抗體的高變區域。因此,對于特定的重組蛋白必須選擇相對應的某一特定表達體系(例如,細菌與哺乳動物細胞系統)作為生產平臺。

 

目前所有被批準為藥物的重組蛋白質,基本上都是由下列4種生產系統生產的:大腸桿菌、釀酒酵母、CHO和BHK細胞,但近5年新批準的重組蛋白藥物,多數使用哺乳動物細胞系統,其中CHO的應用更多。通常情況下,某一特定的治療性蛋白,可以利用兩種不同的表達系統生產。例如,胰島素和人生長激素可以在大腸桿菌或釀酒酵母中表達;IFN-β可在大腸桿菌及CHO細胞中表達。CHO細胞中表達的IFN-β蛋白結構與人類天然蛋白相同,大腸桿菌表達的IFN-β蛋白則是N-末端缺失,一個半胱氨酸被絲氨酸取代,沒有任何糖基化。

 

哺乳類細胞生產體系對軟硬件要求均很高,在工業化大規模表達、分離純化和存儲時,蛋白的穩定性、折疊、聚集等可影響蛋白質的生物學活性。另外,生產成本過高及產量不足也是瓶頸,導致重組蛋白藥物治療費遠超過普通小分子藥物。因此,提高大規模哺乳類細胞的表達水平,優化生產流程及工藝,提高產品質量及產能,降低生產成本將成為重組蛋白質藥物產生的重點發展方向。

 

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