教你輕松掌握小分子化合物動物給藥計算方法

留在家里 2024-10-11

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Hi，大家好，新的一天又即將在明天開啟

最近在研究動物相關的實驗，于是相把自己最近所學記錄一下，以備不時之需，同時也分享給看到這篇文章如此幸運的你。

前言：剛開始學習大小鼠給藥劑量計算時，一開始連mpk什么意思都不明白，還總是弄不明白需要多少化合物粉末，用多少溶媒稀釋，或者用什么溶媒稀釋，現在終于搞明白了，今看你骨骼驚奇，與我有緣，便傳授與你。歡迎大家留言區批評指正，互相學習。

目錄：

mpk
等效劑量計算關系
常用的動物實驗中的給藥體積
常用給藥方式及特性
常用溶媒及原理
動物給藥計算方法
作業

1. mpk

mpk指'milligrams per kilogram'（毫克/千克）（藥物質量毫克/動物重量千克）指每千克動物體重給予的藥物毫克數。這個單位有助于標準化劑量，使得不同體重或不同種類的動物之間的劑量可以進行比較。

以小鼠為例： 10mpk=10mg/kg=10ug/g ，每千克體重的小鼠將接受10毫克的藥物

2. 等效劑量計算關系：

一般實驗動物種類、重量范圍、體表面積：

表格說明：

Working Weight Range 為一般給藥時小鼠重量范圍。
Km（a）：轉換因子 Km 的單位是 kg/m2；通過將物種的平均體重（kg）除以其體表面積（m2）所得。
動物 A 劑量 (mg/kg) = 動物 B 劑量 (mg/kg) × 動物 B 的 Km /動物 A 的 Km
例如化合物 X 在小鼠的劑量為 20 mg/kg, 折算成大鼠的給藥劑量：
大鼠劑量 (mg/kg) = 小鼠劑量 (20 mg/kg) × 小鼠的 Km 系數 (3)/ 大鼠的 Km 系數 (6) = 10.0 mg/kg

上述換算方案供參考：不同藥物除了代謝本身之外，不同動物之間存在多方面的差別 ( 藥物的吸收、分布、轉化、排泄等方面都可能有差距 )
Km 為轉化因子估計值，與動物中的實測和計算值并不一定相等。

3. 常用的動物實驗中的給藥體積：

在接近體積限制或靜脈給藥 IV 時，必須考慮溶液的性質，如 pH 等。推薦的工作范圍為 pH 為 4.5 至 8.0。
不同給藥途徑對 pH 的耐受程度依次為口服> 靜脈注射> 肌肉> 皮下> 腹腔。還須考慮動物本身健康狀況，如腎功能和心血管功能，靜脈滴注或者接近體積限制時這些系統必須正常才能增加體積。
每天不應使用超過兩個肌肉注射部位。皮下注射部位應限制在每天兩到三個。
黃色標注：為了適應更大的體積，可以隨時間分開（例如，每天 4 次，每次 20 mL/kg，以在 24 小時內達到總量 80 mL/kg）。
藍色標注：如果使用的體積大于常見使用體積，建議將該體積劃分到多個站點。
紅色標注：分為多個站點和交替腿，每條腿最多 5 個站點。最終體積不超過 0.10 mL；也可以隨時間給藥（例如，每天 4 次給藥，劑量為 10 mL/kg，以在 24 小時內達到總量 40 mL/kg）。
紫色標注：不經常使用。
NIA 縮寫：無可用信息。

4. 常用給藥方式及特性：

5. 常用溶媒

在溶媒選擇時可優先參考對照化合物的專利或文獻，其次再選擇嘗試不同的溶媒。
在PK研究中，藥物通常以均一溶液或混懸液的形式給藥，不同的配方會在不同程度上影響藥物在體內的溶解性和滲透性。
常見的給藥方式包括靜脈注射（IV）、口服（PO）、皮下（SC）、腹腔（IP）等，其中，IV等血管內配藥必須是澄清透明溶液，而PO溶液狀態需是透明溶液或者均一混懸液。
嚴格的溶媒選擇需要根據研究目的、劑量、給藥途徑、制劑要求、動物種屬、藥物化合物狀態等決定。
溶媒的選擇以及用量與化合物的性質有關，若已知藥物化合物結構或者相關理化性質如解離常數（pKa）、表面特性、吸濕性、水中溶解度等，這些參數可以對溶媒的選擇提供一些指導作用。如利用化合物結構中的親水基團或者疏水基團可以對化合物的水溶性作初步判斷。
溶媒選擇首先從水性緩沖液開始，如果沒有良好的溶解性，再改用其他溶液方法：助溶劑，環糊精，膠束等，特別注意pH值與這些輔料的聯合使用。
一般考慮順序為：單一溶媒-調節pH -助溶劑-表面活性劑-新配方（在配藥過程中，要按照配方順序依次加入，且每加入一種溶劑，都要充分振蕩，或者輔助加熱、超聲、調節PH等手段，以確保溶液溶解為均一狀態。）

1. 單一水性緩沖液作為溶媒：如水，生理鹽水，pH2~9的buffer等。
2. 調節pH：pH緩沖液適用于在生理pH值2~9下電離的弱酸或弱堿。藥物配制時的pH值由藥物溶解度和藥物溶液穩定性決定，按照化合物的一般規律，堿性基團多時降低pH可以提高溶解度，酸性反之。需要注意的是：極端pH值可能會產生生物相容性問題，如組織刺激、藥物沉淀。對于各種動物物種，期望制劑中的緩沖系統不會破壞動物全身循環中的pH/緩沖液平衡。一般來說，pH 2~9的范圍是可以接受的。

如下圖藥物的酸堿性占比中，酸性占比20%，堿性占比75%。多數藥物分子是可以解離的弱酸或弱堿，所以調節pH值是使難溶性藥物解離的一種簡單有效的增溶方法。因此緩沖液得到了廣泛的應用，如：檸檬酸緩沖液（Citrate Buffer），醋酸緩沖液（Acetate Buffer），磷酸緩沖液（PBS）等。不同的給藥途徑對pH值有不同的限定。通常口服制劑給藥的pH值應在2～11的范圍內，不過pH在4～8的制劑更常見，刺激性較小。靜脈給藥的pH值相對縮小，以減小對血管的刺激，應在3～9的范圍內。

3. 助溶劑：當使用單一溶媒不能完全溶解時，就需要考慮在配方中加入助溶劑，從而促進大多數水溶性差的藥物化合物的溶解能力，保證藥物在體內外的溶解性及穩定性，提高藥物的溶出度和生物利用度。優先選擇的助溶劑有環糊精、甲基纖維素（MC）等，極性較大的助溶劑有DMSO、N，N-二甲基乙酰胺（DMA）和N-甲基吡咯烷酮（NMP）等，極性稍小的助溶劑有乙醇、PG（丙二醇）和PEG（聚乙二醇）等，助溶劑與pH調節的聯合使用可以顯著增加藥物的溶解度。

環糊精（CD）被廣泛應用于難溶性藥物的增溶，其獨特的籠狀結構可以形成主客分子復合物，非極性藥物分子位于非極性的籠狀結構內部，環糊精外部的多羥基與極性的水分子親和力強，從而有增溶效果。作為藥物的增溶劑最常用的是兩種β-CD的衍生物：羥丙基-β-環糊精 (HP-β-CD）和磺丁基-β-環糊精 (SBE-β-CD），其優點是提高藥物的穩定性、水溶性、安全性、降低腎毒性、緩和藥物溶血性、控制藥物釋放速率、掩蓋不良氣味等，是目前被FDA批準的僅有的兩種可注射型環糊精輔料。

4. 表面活性劑的使用：表面活性劑可以提高藥物溶解度、通過形成膠束來增加非極性藥物在水中的溶解度；同時由于藥物在膠束中與水分子的接觸減少，增加了穩定性；在含蛋白質的制劑中還可以減少蛋白質的降解。改善藥物顆粒潤濕和溶解、減少或消除藥物沉淀、減少藥物降解、調節藥物釋放、促進藥物更新等。表面活性劑以多種劑型使用：溶液、膠體體系(乳液、微乳液等)、膠囊/片劑等。常規的表面活性劑包括吐溫80、聚氧乙烯蓖麻油(Cremophor EL)等。

1.聚氧乙烯醚（35）蓖麻油（Cremophor EL）：主要作為增溶劑，乳化劑，潤濕劑，特別用于揮發油，脂溶性維生素及疏水性物質，作為非離子型表面活性劑，主要用于口服制劑，外用制劑和注射劑中。但是當靜脈給藥時劑量過高會導致在液質檢測分析血漿時易產生大的基質效應。
2.吐溫80：易溶于水，溶于乙醇、植物油、乙酸乙酯、甲醇、甲苯，不溶于礦物油。低溫時成膠狀，受熱后復原。吐溫80具有很強的破裂細胞膜的作用而引起刺激性，溶血性和組胺釋放（致敏性）。吐溫80用于注射劑，會引起過敏反應，包括休克，呼吸困難，低血壓，血管性水腫，風疹等過敏樣反應癥狀。

注：表面活性劑的一個主要問題是會引起全身毒性，包括組胺釋放和心血管副作用。并且，許多常規表面活性劑會干擾體內生物學過程，例如胃腸道滲透性增強、外排轉運蛋白P-糖蛋白(P-gp)的抑制。因此，在溶媒開發中，表面活性劑適用于低劑量應用，且少量的表面活化劑可以最小化或消除潛在的藥物沉淀。

然而，配藥并非給藥，考慮到助溶劑和表面活性劑等的毒性，其用量應控制在盡量低的水平，表中是目前總結出來的一些溶媒使用的推薦范圍。

給藥（主要是注射）時的沉淀是溶液制劑的一個重大挑戰，在沒有確定的藥物飽和時間的情況下，通常將配制好的vehicle在環境溫度下放置24或48小時，觀察溶液或混懸液的結晶情況。

為防止體外沉淀，一般措施為：
1、助溶劑之后再加水相，一般會減少超聲時間，以防析出。
2、少量表面活性劑的存在干擾了結晶的形成，導致延遲、最小化甚至消除了結晶過程。因此，可以通過加入少量表面活性劑或甚至親水聚合物來優化配方，以最小化或消除潛在的沉淀。
3、可以使用系列稀釋法在體外沉淀中評估制劑，確保藥物在注射前和注射時保持溶解。
4、現配現用，盡可能在動物給藥前制備新鮮的制劑。
5、選擇合適的儲存環境。如儲存溫度，避光等。