一、藥代動力學(xué)簡述
 

藥代動力學(xué)（Pharmacokinetics）是研究藥物在動物體內(nèi)的含量隨時間變化規(guī)律的科學(xué)，是藥理學(xué)的一種。研究的是藥物在機體內(nèi)的吸收、分布、代謝及排泄的過程�？蓱�(yīng)用在藥物治療、臨床藥理、分子藥理、生物化學(xué)、生物藥劑、分析化學(xué)、藥劑、藥理及毒理等多種科學(xué)領(lǐng)域中。對指導(dǎo)新藥設(shè)計、優(yōu)化給藥方案，改進劑量，提供高效、速效（或緩釋）、低毒(或低副作用）的藥物制劑，已經(jīng)發(fā)揮了重大作用。
 
二、 藥代動力學(xué)研究所需的工具

1. Micro PET/CT

實現(xiàn)打藥與采集同步進行，即邊注射邊采集，全程監(jiān)控藥物在受體代謝過程，是小動物PET/CT設(shè)備在臨床前藥物開發(fā)過程中價值的最有效體現(xiàn)。
Super Nova® PET/CT（平生醫(yī)療）設(shè)備支持藥代動力學(xué)所需的動態(tài)PET影像的采集和重建，可在藥物注射入動物體內(nèi)的第一時間開始觀察藥物在體內(nèi)的分布和代謝，并對活體組織中的生理生化過程做出定量分析，從而對藥物劑量、作用部位、可能發(fā)生的毒副作用等做出前瞻性判斷。

 

Micro PET/CT——Super Nova® PET/CT（平生醫(yī)療）

 
Eg1. 小鼠全身代謝成像
對小鼠尾靜脈注射¹⁸F標(biāo)記的FDG，使用Super Nova® PET/CT（平生醫(yī)療）進行動態(tài)數(shù)據(jù)采集和重建，可以觀察到第1秒到1小時后¹⁸F-FDG的小鼠體內(nèi)的分布變化。
 

 

 

圖1、注射FDG后， 1小時內(nèi)動態(tài)PET/CT圖像（秒級）

 

圖2、小鼠全身藥物代謝展示

 

Eg2. 不同組織器官的分布和代謝情況
對上述動態(tài)數(shù)據(jù)的不同組織區(qū)域選取ROI進行定量分析，可獲得18F-FDG進入小鼠體內(nèi)以后在各組織器官的分布和代謝情況，得到正常小鼠組織器官對該藥物代謝的時間活度曲線（TAC）。

圖3、心臟代謝動態(tài)成像示意

 

圖4、組織器官在1分鐘內(nèi)的TAC                          圖5、組織器官在1小時內(nèi)的TAC

 
2. 專業(yè)的影像分析軟件PMOD
PMOD軟件具備強大全面的功能：
（1）藥物代謝研究分析
藥物的吸收、停留、代謝的整個過程，不同組織和器官之間的相關(guān)影響用參數(shù)K1、K2等量化并且用不同的顏色在圖像中顯示。
（2）全身組織和器官模型
心臟、腦部、內(nèi)臟模型，圖像處理和數(shù)據(jù)分析時自動與模型進行對比。
（3）人體和小動物的圖像
大鼠、小鼠和人體的相關(guān)數(shù)據(jù)，自動進行數(shù)據(jù)對比和模型套用。
（4）全面滿足醫(yī)學(xué)圖像分析的所有功能（如下表）：

 
Eg.3  小鼠腦部分區(qū)的TAC

 

如下實驗中，對正常小鼠注射¹⁸F-Fallypride后，用Super Nova® PET/CT（平生醫(yī)療）進行動態(tài)掃描及動態(tài)重建，重建圖像利用PMOD的 PFUS模塊，對小鼠的腦部區(qū)域進行分區(qū)，可勾勒出小腦、下丘腦、海馬體等不同腦部區(qū)域。

圖6、正常小鼠腦部分區(qū)圖

對不同時間片中的腦分區(qū)分別進行定量計算，可繪制出腦分區(qū)內(nèi)核素劑量隨時間變化的TAC曲線，如下圖。

 

圖7、腦分區(qū)的TAC曲線

 

 

圖8、設(shè)備外形

•功能：適用于藥物動力學(xué)血液放射活度實時量測研究
•實驗對象：小型實驗動物至更大的個體（包括人體）
•原理：通過測量動脈輸入函數(shù)（AIF），與PET得到的數(shù)據(jù)圖像結(jié)合，利用PMOD軟件進行動力學(xué)建模與圖像分析，得出實驗體內(nèi)放射性物質(zhì)的代謝情況。
•應(yīng)用：藥代動力學(xué)方面各參數(shù)的確定具有重大意義、 對臨床的藥物評價和藥效評價具有重大指導(dǎo)意義

 

圖9、數(shù)據(jù)采集示范（左），數(shù)據(jù)分析示范（右）

注：平生公司為該產(chǎn)品的中國總代理
 
三、藥代動力學(xué)中的模型分析
進一步，藥代動力學(xué)可通過“速率類型”和“數(shù)學(xué)模型與隔室”這兩個要素來分析藥物體內(nèi)動態(tài)規(guī)律。
為了定量地分析體內(nèi)藥物的動力學(xué)過程，通常用房室模型模擬人體或生物體，將人體或生物體分為若干房室，只要體內(nèi)某些部位的轉(zhuǎn)運速率相同，均可歸為一個房室，房室的劃分與解剖位置或生理功能無關(guān)。
在不適用房室模型的場合，還有其他模型被提出，比如圖模型（Graphical model, Graphical plot）和像素級藥代動力學(xué)參數(shù)圖（Pixel wise kinetic modeling）等。
在藥代動力學(xué)研究過程中，建立正確的模型是至關(guān)重要的。
 
Eg.4房室模型分析的實例
仍以正常小鼠注射18F-Fallypride的動態(tài)實驗結(jié)果為分析對象，以該小鼠的小腦為參考組織，將該小鼠的紋狀體作為一個房室研究對象，選用 Simplified Reference Tissue Model作為藥代動力學(xué)的房室模型，利用PMOD的PKIN可分析得到紋狀體的藥代動力學(xué)曲線，如下圖，其中BPnd表示藥物達到平衡后組織中與受體結(jié)合的藥物與未與受體結(jié)合的藥物的濃度比值。

圖10、紋狀體的藥代動力學(xué)曲線

 
四、Micro PET/CT用作總結(jié)
Micro PET/CT是定量化的核醫(yī)學(xué)影像工具，為研究藥代動力學(xué)提供了無創(chuàng)方法。可在PET圖像中測量每個器官中的藥物濃度隨時間變化的曲線，因而能夠動態(tài)地、定量地從分子水平觀察藥物在活體內(nèi)的吸收、分布、代謝、排泄等過程。可以觀測藥物是否穿越血腦屏障，是否有器官特異性的聚集，是否識別靶受體以及血漿與組織中藥物含量比值，適時監(jiān)測動物生理、生化過程及各種藥物作用于疾病進程的效果。因此，Micro PET/CT是預(yù)臨床領(lǐng)域不可或缺的必要工具。