放射性同位素标记人体物质平衡研究的设计与思考

前言

近期，首都医科大学附属北京天坛医院临床试验中心兼国家临床试验机构办公室举办了市级继续教育项目"临床研究同位素技术高峰论坛暨药物临床试验质量培训"。高博临床研究中心临床药理总监庄铨坤博士受邀参会，带来题为《放射性同位素标记人体物质平衡研究的设计与思考》的专题报告，介绍了人体物质平衡研究的目的和意义、放射性同位素示踪法的特点和优势、临床研究设计考量等内容。

创新、分析、论证

探究物质平衡研究的目的和意义

放射性同位素示踪研究是指利用放射性同位素标记药物来研究其在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)特征。

近几年，国内外监管机构相继发布了一些人体物质平衡研究相关的指导原则，例如NMPA CDE发布的《创新药临床药理学研究技术指导原则》《放射性标记人体物质平衡研究技术指导原则（征求意见稿）》和FDA发布的《Clinical Pharmacology Considerations for Human Radiolabeled Mass Balance Studies Guidance for Industry》从物质平衡的研究内容、研究时机以及试验设计和试验报告等进行了详细的指导和建议。

在放射性标记的人体物质平衡研究中，给予受试者14C标记的药物之后，通过采集血液样本，测量总放射性，可以获得血浆和全血中总放射性的药代动力学特征，通过血浆放射性代谢物谱的代谢产物鉴定分析，可以确定主要的代谢产物、人体特有代谢产物、高比例代谢产物。结合这些信息就可以评估动物的毒理是否充分、种属的选择是否合理，是否需要补充代谢物非临床安全性评价或开展药物相互作用研究。

同时，通过收集受试者尿液和粪便样本检测其总放射性，得到总累积排泄率以分析主要排泄途径；通过尿液和粪便代谢物谱的鉴定和定量分析，得到给药后药物在人体代谢清除途径。结合这些信息，可以判断是否需要在肝肾功能不全患者开展PK研究或开展DDI研究等。

庄铨坤博士报告演示稿

因此，人体物质平衡研究的意义就在于阐明某药物在人体内的消除代谢途径及贡献，为药物相互作用，肝/肾功能不全、生物利用度等研究的开展提供参考，同时支持确证性临床研究设计，为创新药的临床用药安全性、有效性评价提供重要依据。

精准、高效、全面

放射性标记方法的特点和优势

传统方法常规采用LC-MS，通常需要标准品才能进行定量，因此对于未知化合物难以实现定量分析，对于未知代谢物寻找也不完整的，同时也难以提供血浆药物相关的总暴露。但采用放射性同位素标记的方法，其具有灵敏度高、专属性强、适用性广的特点，可以提供更加全面、准确、可靠的药物体内代谢信息。

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开展时机

《放射性标记人体物质平衡研究技术指导原则（征求意见稿）》中明确指出，鼓励在药物临床开发的早期来进行放射性标记人体物质平衡研究，建议在III期前或者确证性临床研究开始前完成，最晚也须在NDA之前完成。放射性标记人体物质平衡研究在III期前完成可以支持III期临床研究的设计，例如肝/肾损伤患者是否纳入研究、合并用药的纳入与避免等。

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适用范围

一般情况下应对所有的新分子实体药物开展放射性标记人体物质平衡研究，除满足以下任意一种情况：

i）可以从可靠文献或药品监管机构批准的产品说明书中获得物质平衡研究结果的药物；

ii）基于基础药理学和非临床药代动力学等信息，代谢和消除途径已知的药物，如单克隆抗体、内源性物质及类似物，如多肽、激素、寡核苷酸治疗药物；

iii）在尿液中药物回收率不低于90%， 且尿液回收的物质大部分为原形的药物（即代谢很少）；

iv）没有或可忽略系统暴露量的药物。

科学、合理、准确

临床研究的设计考量

①同位素的选择。14C和3H属于低能量放射性核素，衰变时β射线穿透力很弱，易于防护，且半衰期长，无需进行衰减校正。在目前国内外的物质平衡研究中，99%以上都使用14C标记。3H虽然较14C价格更低、且有利于低剂量给药，但其稳定性较差容易产生同位素效应，同时检测灵敏度亦低于14C。

②放射性标记位点。通常情况下大部分药物采用单标记即可，当化合物结构复杂时可采用双标记，以防止丢失重要的代谢片段。标记位点总原则是标记在化合物的母核上，代谢和化学性质比较稳定的位点；需要避免同位素效应，注意可能的辐射自分解情况。

③剂型及制剂准备。目前临床上使用较多的是溶液剂、混悬剂、胶囊剂和注射剂。一般要求标记与非标记化物要分布均匀，才更具有代表性；必须具有化学一致性（盐类型、游离碱或酸等）；临床使用制剂应做好均一性、稳定性等考察，混悬液特别要提前做好配药和服药方式的考察，降低受试者服药失败的风险；14C标记化合物的放射性化学纯度一般要求>98%，且不含有>1%的单一杂质。

④给药途径。指导原则要求应包括最终临床拟定的给药途径，难以实现的情况除外（如吸入剂）。虽然给药途径需要与临床一致，但制剂可以不同，例如临床使用片剂或胶囊剂，在做物质平衡研究时可以配制成溶液剂或混悬剂。

⑤给药频次。一般为单次给药，特殊情况则需要开展多次给药后的物质平衡研究。比如一些药物具有时间依赖性的药代动力学特征，或是药物的安全性不足以支持在健康人群中开展，而需要在患者人群开展且单次给药不可行。

⑥剂量选择

i）冷药剂量，一般选择临床预期的治疗剂量。

ii）放射剂量，通常需要通过动物的组织分布来估算人体辐射剂量，再结合辐射安全限制规定，来确定人体可以使用的放射性剂量范围。

庄铨坤博士报告演示稿

⑦受试者选择。通常选择健康受试者，但对一些毒理、在动物14C组织分布试验发现药物在某些组织器官长时间滞留或蓄积、在已有的临床安全性观察到不支持健康人群时，可以选择患者。样本量一般要求为不少于6例，微剂量研究一般增加为8-12例。一般选择男性受试者，但如果是目标人群为女性患者的药物，可选择无生育潜力的女性进行研究。统计显示，大概90%药物的物质平衡研究是采用健康志愿者，国内目前只有三个项目在患者人群开展。

⑧试验流程。首先筛选合格受试者入组，然后给药，采集样本后送到检测单位检测，与普通药代动力学研究不同，物质平衡研究的样本基本采用实时送检，研究中心根据实时检测结果来判断受试者出组时间。

⑨生物样本采集与分析

i）血液样本: 全血+血浆，采集时间参照原药和已知代谢物的PK特征来进行设计（至少大于5个半衰期，实际可能会更长）。采集终点为血浆样本放射性水平小于三倍的空白血液样本本底值。样本分析需要测定原形药物和已知代谢物浓度（LC-MS/MS)、全血和血浆中的总放射性（LSC或AMS）、分析血浆放射性的代谢物谱和主要代谢产物结构鉴定（LC-RAM/MS）。

ii）排泄物收集：尿液+粪便+其它（呕吐物、唾液、呼气等），收集时间参考药物半衰期及动物的排泄数据，一般为7-21天。长半衰期或排泄较慢的药物采用连续收集+间隔阶段收集，有的长达2-3个月。采集终点为排泄物的总放射性回收率超过给药量的90%，并且连续两天的单日总排泄量<1%给药量。样本分析需要测定尿液和粪便中的总放射性（LSC或AMS）、分析尿液和粪便中的放射性代谢物谱及主要代谢物鉴定。

⑩检测方法。最常用的是液闪（LSC），对于微剂量或低剂量研究，可能需要液闪结合更高检测灵敏度的AMS。

庄铨坤博士报告演示稿

最后，讲者通过两个典型案例（常规剂量和微剂量研究）对如何设计和开展放射性标记人体物质平衡研究，以及如何解读研究结果进行了详细的分享。

结语

国内放射性同位素示踪事业从起步到现在已经历经十多年的历程，随着CDE发布《放射性标记人体物质平衡研究技术指导原则（征求意见稿）》，同位素示踪研究已经成为药物人体研究未来的发展趋势之一。作为相关研究者，不仅要关注新药临床研发整体策略的制定，更要重视临床研究方法的技术和平台创新，通过科学合理的临床药理学设计，有效提升研发效率。

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