BCD与BDDCS简介通过查阅相关文献和资料,了解到生物药剂学分类系统和基于药物体内分布的生物药剂学分类系统是近二十年新兴的药物分类系统,它们还未被相关学科的科学家和相关机构完全认可。
不过,目前FDA、EMA已经WHO已经根据这两种分类系统的内容颁发了一些指导原则,还有许多科学家在积极推进这两种分类系统的发展和应用。
由于文献研读的时间较有限,下面就从四个方面简单描述一下自己的研读收获。
一、生物药剂学分类系统简介生物药剂学分类系统(Biopharmaceutics Classification System,BCS)是一个根据药物在水中的溶解度和肠壁渗透能力对药物进行科学分类的标准。
1995年,BCS的概念首次被提出。
BCS概念的提出最初是基于对药品上市后的变更以及放大给予免除生物等效性研究的考虑,即在考证变更前后产品以及放大前后的产品是否保持生物等效时,不再采用耗时耗资源的体内研究来进行验证,而是采用体外溶出度的测定方法。
2000年,美国FDA 颁布《基于生物药剂学分类系统对口服速释固体制剂免除生物利用度和生物等效性的工业指导原则》,标志着基于BCS分类体系免除生物等效研究的应用正式扩展至口服仿制药的申请,不过主要是局限在口服速释固体制剂。
BCS将药物分为四类,分类如下:第一类,高溶解度—高渗透性药物,如维拉帕米(verapamil)、美托洛尔(metoprolol);第二类,低溶解度—高渗透性药物,如环孢素(ciclosporin)、苯妥英(phenytoin);第三类,高溶解度—低渗透性药物,如阿昔洛韦(acyclovir),西咪替丁(cimetidine);第四类,低溶解度—低渗透性药物,如呋塞米(furosemide)、氯噻嗪(chlorothiazide)。
BCS界定高溶解度的标准是:在37℃,pH 1.0 ~ 7.5范围内,药物的最高使用剂量可以完全溶解于250 mL或更少的水溶性介质中,即为高溶解度;界定高渗透性的标准是:明确药物在胃肠道内保持稳定的情况下,有90%以上的药物可以被吸收,即为高渗透性。
建立BCS的主要目的是生物等效性豁免。
基于BCS的生物等效性豁免即对于特定剂型,在符合某一标准时,BCS可以作为申请人和监管机构评判是否可以豁免生物等效性研究的工具,这就是基于BCS的生物等效性豁免的定义。
根据美国FDA 颁布的《基于生物药剂学分类系统对口服速释固体制剂免除生物利用度和生物等效性的工业指导原则》,全部符合以下条件的药物制剂可以申请生物学实验豁免:①不属于治疗指数窄的药物;②制剂为口服;③固体速释制剂,不包括口腔内吸收的药物,如含片和舌下片;④原料药属于BCS Ⅰ类;⑤制剂能够快速溶出,即该制剂在3种不同pH的溶出介质中( pH1.2,pH4,5和pH6.8标准溶出介质) ,以桨法( 50r/min) 或篮法( 100r/min) ( 体积≤900mL) ,在30min内的溶出量≥85%;⑥辅料应使用FDA批准的用于口服固体速释制剂的辅料。
基于BCS的生物等效性豁免,其理论依据是原料药溶解性渗透性和制剂溶出度很大程度上决定了口服固体速释制剂的吸收速度和程度,但某些辅料可能影响药物的体内吸收,却无法从体外溶出反映出来因此,基于BCS的生物等效性豁免,除了考虑上述3种因素外,也必须将辅料纳入考察范围。
通常,使用经FDA批准的用于口服固体速释制剂的辅料,不会引起BCS 类药物的吸收问题。
二、基于药物体内分布的生物药剂学分类系统简介基于药物体内分布的生物药剂学分类系统(Biopharmaceutics Drug Disposition Classification System,BDDCS) 是根据药物在水中的溶解度和代谢程度对药物进行科学分类的标准。
2005年,BDDCS的概念被提出,科学家吴和Benet认为,如果药物有很好的肠道通透率,那么药物在人体内的主要排泄途径是通过代谢作用;如果药物的肠道通透性较差,那么该药物在人体内主要是通过尿液和胆汁以原药形式被排泄。
他们建议可以建立BDDCS作为预测药物在体内分布和药物间相互作用的基本原则。
2010年,欧洲药品管理局(EMA)采纳了使用物料平衡(代谢物数据)作为渗透性药物分类的替代指标。
BDDCS根据溶解性和代谢能力将药物分为四类,具体分类见图一。
图一BDDCS分类系统与BCS不同的是,BDDCS除采用溶解度指标外,还引入了代谢能力的指标。
BDDCS采用大于等于70%代谢作为高代谢药物的分类标准。
2010年,欧洲药品管理局(EMA) 颁布生物等效性指南,定义代谢能力的标准如下,单次口服给予最高剂量强度的药物,根据质量守恒定律,可以从排泄物中测量到大于等于85%的一相氧化及二相结合反应生成的药物代谢产物,包括未标记的、放射性同位素标记的、以及非放射性同位素标记的代谢产物,即为高代谢。
三、BCS与BDDCS的比较BCS与BDDCS都是尝试使用体外的测量方法预测药物在体内的特征。
但不同之处是BCS 用药物的吸收程度来界定渗透性,而BDDCS 则是使用代谢来界定渗透能力。
在大多数情况下,BCS和BDDCS预测可以得到比较满意的相关性,因为药物只有具有良好的渗透性,才可以保证良好的吸收,以及良好的跨膜能力,从而进入细胞并接触到内质网上的代谢酶。
但BDDCS在BCS的基础上做了改进,引入药物代谢和转运体的内容,使得该系统具有更加广泛的应用价值。
BCS以吸收能力界定渗透能力存在一定的问题,以低渗透—高吸收的药物为例。
FDA于2009年的一项统计研究显示在所考察的51种高吸收药物中,有14种药物为低渗透、低代谢。
在吸收程度与渗透性出现分歧时,FDA采用吸收程度数据对药物的渗透性进行分类。
这样,上述低渗透—高吸收的药物就被分为了BCS中的第一类药物。
但如果根据BDDCS的分类标准,上述低渗透、高吸收、高溶解度的药物在BDDCS系统就被分为第三类药物,其高吸收机制可能是细胞旁路和载体介导的转运途径,这类药物在体内可能受到转运体的影响,可以通过BDDCS对药物体内分布情况进行更加准确的预测。
建立BCS的目的是进行生物等效性豁免,它以吸收程度定义药物渗透性。
而BDDCS 则是通过代谢程度和渗透性的相关性,利用代谢来定义药物的渗透能力。
由于BDDCS在BCS 的基础上引入了药物代谢和转运体的内容,使得该系统具有更加广泛的应用价值:①预测药物在体内的分布、消除途径;②预测转运体对药物吸收的影响;③研究转运体—代谢酶相互作用;④研究食物对药物吸收的影响;⑤使预测第二、三、四类药物在体内的分布成为可能。
另外,目前BDDCS系统主要提供药物在小肠和肝脏中分布的预测,对于其他分布有转运体的器官,如大脑和肾脏,可能会有不同的分布情况。
四、BDDCS的应用目前,BDDCS的应用包括:1)预测转运体对药物吸收的影响;2)预测药物相互作用;3)预测高脂饮食对药物吸收的影响;4)预测药物在中枢神经系统的分布;5)在药物研发早期对新化学实体(NME)在体内的分布特征、相互作用发生的可能性进行预测。
(一)利用BDDCS预测转运体对药物吸收的影响药物转运体在体内分布广泛。
研究发现小肠、肝脏、肾脏及血脑屏障等部位均有转运体存在,其中小肠和肝脏的药物转运体与药物吸收密切相关。
目前BDDCS系统主要提供药物在小肠和肝脏中分布的预测,对于其他分布有转运体的器官可能会有不同的分布情况。
在小肠和肝脏中,根据转运体的转运方向不同,将其分为摄取和外排转运体,它们一般分布于细胞的顶端和(或)基底端。
在BDDCS系统中,不同种类药物间具有不同的渗透性和溶解度,因而药物在吸收过程中需要不同的转运体给予协助。
根据BDDCS的分类标准,我们可以预测转运体对不同类别的BDDCS药物吸收的影响。
见图二。
图二预测转运体对药物吸收的影响第一类药物:转运体在小肠和肝脏中的作用可以忽略。
由于第一类药物对细胞膜具有高渗透性,该类药物可以不经转运体的转运而直接进入细胞。
此外,第一类药物在肠道中具有较高溶解度,可以达到很高的浓度,足以饱和任何摄取和外排转运体。
因此,即使该类药物在体外试验中证实为某种转运体的底物,但该转运体效应在体内试验中是观察不到的。
第二类药物:外排转运体在小肠药物吸收转运中占主导作用,在肝脏药物转运中也起到很重要的作用。
第二类药物的高渗透性保证药物可以很容易地进入小肠细胞,但是低溶解度使药物在细胞内达不到足够的浓度,无法进行被动扩散,需要外排转运体的协助。
因此,外排转运体会影响该类药物的口服生物利用度和吸收速率。
另外,在肝脏中,摄取转运体和外排转运体都可能对该类药物产生影响。
第三类药物:摄取转运体占主导作用。
与第二类药物相反,高溶解度、低渗透性的第三类药物可以在肠腔内达到很高的浓度,但是低渗透性使它们需要摄取转运体的协助才可以进入细胞。
对于第三类药物,虽然外排转运体对其吸收的影响不占主导地位,但是当药物被转运进入细胞后,外排转运体则可以对细胞内的药物进行调节。
第四类药物:摄取转运体和外排转运体都起主要作用。
由于第四类药物的溶解度和渗透性均较低,因此摄取转运体和外排转运体都会影响到该类药物的吸收和分布。
BCS和BDDCS系统通过体外实验替代了体内研究,节省了药物研发及申报过程中的时间和经济消耗。
目前,许多科学家在努力尝试将BCS应用于缓控释制剂中,而BDDCS则被认为是更优于BCS的一类可应用于多个研究方面的分类系统,相信它们在未来还会带给我们更多的惊喜。
不过,由于BCS使用吸收程度界定渗透性存在一定误差,且体外实验条件与胃肠道生理环境间存在一定差别,所以BCS和BDDCS系统的广泛应用还有着巨大挑战。
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