放射性标记技术在新药研发中的应用

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放射性标记技术主要是利用放射性同位素结合到药物分子的结构中，为研究人员提供了定量评估化学实体的吸收、分布、代谢和/或排泄(ADME)和定性研究药物代谢物鉴定的高度灵敏的方法。

放射性技术已经在药物发现和开发过程中应用了几十年，欧盟EMA以及美国FDA等机构早已使用放射性标记技术进行药物的研发并制定了一系列的标准。2022年5月，FDA也提出了《人体放射性标记物质平衡研究临床药理学考量 工业界指导原则草案》，这也预示着放射标记技术在未来新药研发过程中将会占据更大的比重。

一、放射性标记技术的优势

LC/MS技术虽然能灵敏的检测到化合物的特征，但它仍然存在一定的限制，1、对于一些紫外响应低或者质谱响应差的结构或者母药代谢物而言，LC/MS无法对其进行分析；2、LC/MS分析需要有标准品，但是某些代谢物的标准品难以合成得到；3、由于化合物或者代谢物响应的问题导致遗漏或者误判主要代谢物。这对于药物的研发进程和策略会产生严重的影响，甚至导致药物研发的失败。

相比较于传统的LC/MS技术而言，放射性标记技术具有：1、在缺乏标准品的情况下可对特定基质中的代谢物进行半定量；2、放射性技术主要是利用核物理性质，因此其特异性强，受基质干扰的情况比较低；3、高效，相比较于传统方法来说，放射性标记技术可以较为快速、准确的找到相关的相关物质，然后可以反推从而找到相关的质谱信号来推测出相关结构等等。

二、放射性标记技术常用的的同位素

现实中常用标记核素有H-3、C-14、F-18、I-125等，但目前对于药物研究而言，常用的标记同位素主要是H-3、C-14两种。

首先，C、H两种元素是所有有机物的基本组成元素，目前而言所有的药物都来源于有机物，而其他的核素如F、I、S等在药物中出现的比率远远低于C、H；其次，相比较于实验周期而言，C-14和H-3的半衰期长，在检测过程中不需要考虑天然衰减导致的放射性的变化；最后，相比较而言，C-14、H-3衰变时主要时释放β射线，辐射能量低，安全性较高。

但C-14和H-3两种标记方式也有一定的区别。H-3标记较为简单，合成容易，但H-3容易与周围环境中的H发生交换，导致其比活度降低；同时，化合物如果发生氧化反应，H-3已变成水流失掉导致同位素丢失；H-3还存在明显的同位素效应，对轻（如：H）元素，由于质量差异相对于本身质量引起的相对的质量变化大，质量差异引起的同位素效应比重元素更为明显。C-14合成虽然较H-3较为困难，但C-14几乎不存在同位素效应，也不会发生与环境中的C交换的情况，因此，其比活度更为稳定，但是C-14标记也要注意放射性标记丢失的问题，需要注意C-14的标记位点尽量在稳定的C原子上，在不稳定C原子上发生氧化，导致C-14变成CO2从呼吸系统呼出，造成丢失。

三、放射性同位素在药物研发中的具体应用

1、物质平衡（Mass Balance）

物质平衡是指药物经口服、静脉货其他给药方式进入机体后的总量与从尿液、粪便中收集到的原形药和代谢物的总量是相等的。物质平衡研究可分为临床前动物的物质平衡和临床人体的物质平衡，放射性标记的化合物给药后，通过收集动物（大鼠、小鼠、狗、猴）或者人的排泄物（尿、粪/胆汁）进行放射性检测，从而可以获得药物的主要排泄途径和排泄率，同时还可以对收集到的基质提取后进行代谢物鉴定等研究，得到药物在机体内的代谢物谱和代谢物的相对含量信息有助于后续的DDI研究。同时，还可以进行胆汁排泄实验的研究，有助于了解药物经胆汁排泄情况和胆汁中的代谢物谱。

2、组织分布（Tissue Distribution）

组织分布是指药物进入机体后经血液循环进而分布全身。目前而言组织分布研究有两种方法：一是组织燃烧法，二是定量全身放射自显影（QWBA）。组织燃烧法是在放射性同位素标记的药物给予动物后（一般采用大鼠）在固定的时间点收集相应的组织样本，然后对组织中的放射量进行测量，从而得到药物在组织中的分布情况；而QWBA则是一种成像方法，采用数码叠加成像技术，运用AIDA软件分析彩色照片以及其所对应的放射性自显影图像。二者各有优缺点，组织燃烧法需要大量的动物，会产生较多的放射性废物，但其每个时间点雌雄各三只动物，降低了误差；QWBA可以更为直观的观测，但一般使用一个时间点仅一只单性别动物，仪器的使用以及产生的数据需要专业的人才来操作和解读。

3、放射性药动学实验（Pharmacokinetic）

放射性药代动力学可以了解药物相关物质（原形药物和代谢物）在机体内的整体情况，利用放射性药物给药后，定点收集血浆后测定血浆中的放射量。还可以对放射性浓度进行分析得到相关的放射性药动参数，为后期的实验提供参考。

4、体外实验（In-vitro）

目前，非放射性的体外实验均可用放射性药物进行相关研究，包括：酶表型、种属比较、代谢稳定性、血浆蛋白结合律以及MIST实验等。如果这些体外实验采用放射性药物进行可以避免紫外检测和质谱检测无法准确反映代谢物相对精确比例的缺点，同时还能避免基质效应带来的干扰。

四、国内放射性同位素研究进展

数据源于药物临床试验登记与信息公示平台数据来源于临床试验登记与信息公示平台

自2014年中国第一例放射性标记药物临床试验开展以来，目前国内已登记的放射性临床试验有68项，放射性标记的临床试验数量也呈现逐年上升的趋势。2017-2021年更是呈现线性增长，当然这种增长不排除是因为药企前期未进行相关研究后补试验所致。2022年临床实验有一定程度的减少，但这极大可能是因为疫情导致为数不多的临床试验中心停摆而导致。

FDA新的指导原则即将面世，这也就意味着放射性实验/试验（临床前和临床）极有可能会成为一种常规性的试验，更多的药物在申请上市的时候可能都需要经过这一实验来向审批机构证明自己药物的在体内的生物转化过程以及安全性。

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【参考文献】

• 钟大放等，《创新药物代谢和药动学研究》；
• 边诣聪等，放射性同位素标记药物在吸收、分布、代谢、排泄研究中的应用；
• 临床试验登记与信息公式平台。