納米藥物藥動學研究方法進展*

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. 深圳職業技術學院 食品藥品學院，廣東 深圳 518055；2. 南方科技大學 生物醫學工程系，廣東 深圳 518055；3. Department of Chemistry, Cape Breton University, 1250 Grand Lake Road Sydney, Nova Scotia, B1P 6L2, Canada）

基于納米技術的納米藥物開發是全球學術界和工業界的一個熱點研究領域．然而，納米藥物安全風險（毒性）方面的監管政策尚未得到很好的確立．主要挑戰是缺乏有效的分析方法來準確評估納米藥物在復雜生物系統中各形態（游離態，結合或包裹態）的濃度．目前納米藥物藥動學的研究思路，基本還是采用經典藥物的研究方法測定血液中藥物的總濃度．納米藥物藥動學研究方法的瓶頸是生物樣品的前處理技術，大部分研究采用有機溶劑萃取、沉淀蛋白或固相萃取技術等進行樣品前處理后只能測定血藥總濃度．近年來發展的平衡透析法、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．固相微萃取（SPME）和微透析（MD）技術可以在線取樣測定游離濃度，但還需要進一步發展合適的探針和相應的校正定量方法．本文對現有納米藥物藥動學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；形態分析；固相微萃取

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

與傳統藥物以游離分子態吸收相比，納米藥物主要以納米聚集態形式吸收，同時兼有分子態吸收，從而具有不同的體內過程，并產生特殊的生物學活性（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）[1-6]．這一特殊過程及由此產生的特殊生物活性正沖擊著傳統藥劑學、藥理學、藥效學及藥物分析學的基本理論和實踐，具有巨大潛力和研究發展空間．本文對近年來納米藥物藥動學的研究方法進展進行綜述．

1 納米藥物的藥動學研究思路和方法的局限性

納米藥物通常可改變藥物的轉運模式（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，能和體內多靶點相互作用，甚至穿越血腦屏障，且其不易被免疫系統識別，能干擾正常細胞信號轉導，可能對人類健康及環境造成損害．為避免納米技術研發的風險，開發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、系統的、標準化的評估方法體系[1-7]．同時，這也是藥物研發產業界面臨的重大項目，當納米藥品作為新藥報批上市之前，需要提供人體藥動學及生物利用度數據、臨床藥理學、臨床效果及安全性試驗的信息[3]．

目前納米藥物的藥動學研究思路，占主體部分的研究一般都是沿用傳統的藥物動力學研究模式，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（分子態和聚集態）藥物濃度區別測定的方法[7-10]，無法得到納米藥物與臨床效應之間的準確對應關系；國際上一些學者已經認識到納米藥物形態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并為納米藥物的藥效學和毒理學評價提供基礎．但目前還沒有成熟的方法對體內納米藥物的分子游離態和結合態藥動學分別進行研究，需要進一步發展納米藥物藥動學的研究方法和手段．

藥品的審批和管理方面，美國和歐盟的藥品審批管理機構和納米藥物研究機構已經認識到納米藥物生物分析必須起碼能夠區分游離和包裹濃度（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行為的認識，也嚴重影響納米藥物的研發和進入市場．

2 納米藥物藥動學研究主要方法分析

納米藥物生物樣本形態分析的瓶頸問題是樣品制備技術．納米藥物藥動學分析最常用的樣品制備技術，如有機溶劑萃取、沉淀蛋白或固相萃取技術等[7-10,14-16]，只能測定總濃度，不能區分游離濃度和結合（包裹）濃度．而游離藥物濃度測定方法，現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實時游離濃度監測的需要．

微透析（microdialysis，MD）技術可以活體、連續取樣而且沒有體液損失，可實時、在線檢測游離態藥物在機體的動態變化，近年來在納米藥物藥動學的游離態活體在線分析方面得到了廣泛的應用[19-22]．但MD技術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而靈敏度低，此外該技術對裝置有特殊要求，實驗難度較大（需要較高難度的手術），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用[19-22]．

固相微萃取（Solid Phase Microextraction，SPME）是操作最簡單且可實現體內在線采樣、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合率、生物利用度及多相分配平衡等方面有廣泛的應用[23-26]．近年來，用于活體采樣的固相微萃取技術在藥學、環境科學和代謝組學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，樣品中的分析物只有部分被萃取出來進行分析，因而定量校正技術對于SPME的應用及裝置的發展起著至關重要的作用．

3 具有發展前景的新技術展望

固相微萃取（SPME）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保樣品前處理技術．SPME技術在環境、食品、藥物分析和法醫鑒定等方面得到了廣泛的應用[25]．根據不同的校正原理，SPME分為平衡采樣法和預平衡采樣法[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體只能穩定4 h，因其較低的時間分辨力導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（實時）游離濃度，更能代表分析物在采樣時的生物效應濃度[31]．TR-SPME在生物樣本活體形態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用更是空白．

TR-SPME需要完善的基質效應評估及相應的校正方法．前人研究表明，復雜生物樣品、環境樣品中的基質（Matrix effect）會對分析物在被SPME探針吸附過程中傳質動力學有很大的影響，進而影響SPME非平衡動力學校正的準確定量，此問題已引起了研究者們的廣泛注意[29-32]．但目前已經發表的所有涉及納米顆粒復雜體系里用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動力學的因素與基質與分析物的結合系數及分析物在基質中的擴散系數有關，但是目前既沒有發展出準確描述這個動力學方面的基質效應的理論模型，也沒有找到準確快速測定分析物與基質的結合動力學和熱力學參數的技術方法．

TR-SPME用于納米藥物研究，還有一個關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．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，區分正在發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），該技術參數對于準確追蹤快速降解的藥物分子的代謝動力學極為必要[33]．但是直到目前為止，還沒有PEG探針的系統性研究（例如不同分子量的PEG以及PEG分子與SPME探針的不同的偶聯方法會如何影響不同藥物分子的吸附動力學、熱力學及選擇性等），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 語

納米藥物通常可改變藥物的轉運模式（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，能和體內多靶點相互作用，甚至穿越血腦屏障，且其不易被免疫系統識別，能干擾正常細胞信號轉導，可能對人類健康及環境造成損害．為避免納米技術研發的風險，開發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、系統的、標準化的的評估方法體系．發展具有高度時間分辨力和高度生物相容性的SPME新技術，研究納米藥物藥動學、生物利用度和安全性，對于迅猛發展的納米藥物科研和工業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)）和深圳職業技術學院2019年第二批創客項目（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．

（責任編輯：王璐）