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嘉峪檢測網 2024-04-29 08:14
放射性治療藥物（Therapeutic radiopharmaceuticals）是將具有細胞毒性的放射性核素選擇性地輸送到病變部位，利用放射性核素的衰變特性釋放射線或粒子，對病變細胞產生殺傷作用，從而達到治療目的的一類藥物。通常由放射性核素和非放射性部分組成。放射性核素是指能自發衰變并釋放粒子或射線的不穩定核素。非放射性部分是指與放射性核素結合并將其遞送至體內靶標部位的配體或載體，如多肽、蛋白、脂質體和小分子。簡單示意圖如下：
根據給藥途徑不同可分為系統給藥和局部給藥，系統給藥包括口服或靜脈給予的同位素藥物（例如碘[131I]化鈉、氯化鐳[223Ra]等），和放射性配體藥物（例如lutetium Lu 177 dotatate、lutetium Lu 177 vipivotide tetraxetan等）；局部給藥包括植入放射性粒子（例如碘[125I]密封籽源）和放射性栓塞微球（例如釔[90Y]微球）等。
關于放射性治療藥物的非臨床研究，雖然特定針對該品類的指導原則還不多，但隨著這類藥物研究的增加，國內外監管機構陸續頒布了一些，羅列如下：
2011, FDA, Nonclinical-Evaluation-of-Late-Radiation-Toxicity-of-Therapeutic-Radiopharmaceuticals.
2018, EMA, Draft-guideline-non-clinical-requirements-radiopharmaceuticals.
2018, FDA, Microdose-Radiopharmaceutical-Diagnostic-Drugs--Nonclinical-Study-Recommendations.（診斷）
2019, FDA, Oncology therapeutic radiopharmaceuticals nonclinical studies and labeling recommendations guidance for industry.
2023, IAEA, Guidance for preclinical studies with radiopharmaceuticals.
2024, NMPA, 放射性治療藥物非臨床研究技術指導原則。
結合已頒布的各個法規和一些案例，分享下放射性治療藥物的臨床前研究策略。
與傳統藥物開發路徑類似，放射性治療藥物早期也會先進行體外研究包括理化表征、細胞吸收、親和力、特異性、體外代謝、血清穩定性等，之后進行體內研究，并逐步確認候選分子，進入臨床階段。當然，放射性治療藥物也有其特別之處，從這類藥物作用機理不難看出，其發揮藥理學作用需要依賴某些組分將放射性核素靶向遞送至特定組織（如腫瘤）的特定靶點。因此，藥物在靶組織的蓄積、滯留時間、放射活性就比較重要，可以通過體內組織分布考察。另外，靶向遞送分子的特異性決定了是否有脫靶毒性。而且，靶向遞送分子有些是多肽或小分子，還要按照化藥思路，考察體外肝細胞代謝，以評估種屬差異。放射性核藥開發過程示意圖如下。
主要藥效學
1、法規要求
CDE：在首次人體臨床試驗之前，應當根據作用靶點和作用機制等選擇合適的模型，開展主要藥效學試驗。例如抗腫瘤藥物應研究抗腫瘤活性、腫瘤組織攝取等。作用機制研究應評估藥物與靶點的親和性（如結合、解離能力等）、選擇性、特異性等。此外，評估藥物對其他受體、酶、離子通道、轉運體等的影響，分析可能的脫靶作用，有助于評估藥物的選擇性和特異性。
EMA：建議圍繞靶點/受體特征開展相關研究。應證明非放射性部分是否具備藥理學活性。
FDA：在腫瘤治療放射性核藥非臨床研究指南中提出，主要藥效學部分應該在首次人體臨床試驗之前完成概念驗證，證明藥物在腫瘤部位的吸收和抗腫瘤活性。可以通過體外實驗研究藥物的作用機制，比如體外的靶點結合和抗腫瘤活性。體內外研究均需要選擇合適的評價終點。
2、案例：
以2010年以后批準的3個核藥產品作為案例，分別是2013年上市的拜耳的Xofigo，又名223Ra dichloride，用于治療晚期骨轉移型去勢抵抗性前列腺癌；2018年上市的Advanced Accelerator Applications公司的Lutathera，又名177Lu dotatate，用于治療生長抑素受體陽性的胃腸道及胰腺的神經內分泌性腫瘤(GEP-NETs)；2022年上市的Novartis的Pluvicto，又名177Lu vipivotide tetraxetan，用于治療前列腺特異性膜抗原（PSMA）陽性、既往接受過治療的轉移性去勢抵抗性前列腺癌患者。
2.1 Xofigo
Xofigo的結構比較簡單，就是一個放射性鐳元素連接兩個氯離子。Xofigo的作用機理是鐳進入人體會被當做鈣質吸收，大量聚集在骨骼內，通過鐳223釋放的α射線粒子使鄰近細胞的DNA雙鍵斷裂，達到殺傷的目的。這就不難理解為什么Xofigo適應癥是癌癥骨轉移了。有點類似于碘131，一種親甲狀腺的物質。鐳223屬于親骨物質。這類核素不需要靶向載體遞送。
體外藥理研究內容：1）5項研究評估α射線粒子對NHIK3025、A549細胞的DNA損傷作用、存活、細胞周期影響等；2）對人、小鼠破骨細胞分化、發育的影響。
體內藥理研究內容：1）在乳腺癌骨轉移模型中的劑量探索研究；2）在乳腺癌骨轉移模型中的作用機理研究、動物生存研究。
Xofigo不是通過偶聯多肽或者抗體實現靶向，因此未開展非放射性部分的靶點親和力、選擇性、特異性等研究。主要圍繞Xofigo的放射性部分的殺傷機制、活性、親骨性及具備一定臨床轉化性的動物藥效進行了評估。
2.2 Lutathera
Lutathera是生長激素抑制素類似物的放射性標記藥物。生長激素抑制素受體2（Somatostatin receptor 2, SSTR2）在神經內分泌瘤中過表達，Lutathera結構中的生長激素抑制素類似物可以將放射性元素177Lu靶向遞送至腫瘤部位，并發揮腫瘤殺傷作用。
體外藥理研究內容：1）競爭性取代Somatostatin與細胞表面的SSTR1、2、3、4、5不同受體的結合（提交的文獻資料）；2）競爭結合CA20948胰腺癌細胞somatostatin受體；3）在大鼠AR42J胰腺癌細胞中的內吞研究。
體內藥理研究內容：CA20948大鼠胰腺癌移植瘤模型中的組織分布及藥效研究（單次、多次，IV給藥）。該研究還伴隨非放射冷藥阻斷研究。
Lutathera的主要藥效學研究均是采用熱藥開展的，研究內容相對規矩，體外探索結合特異性，既包括人為構建細胞，也包括了目標腫瘤細胞。體內考察了在目標瘤種中的藥效情況，既包括單次給藥，又涵蓋多次給藥，還通過給予冷藥阻斷熱藥的作用確證了發揮作用的物質基礎。將組織分布整合進藥效試驗，充分利用了動物資源。
2.3 Pluvicto
PSMA在前列腺癌細胞表面過表達，Pluvicto通過靶向PSMA的多肽配體，將177Lu遞送至腫瘤部位，并形成殺傷，如下圖所示。
體外藥理：1）177Lu-PSMA-617與PSMA陽性前列腺癌細胞系LNCaP的結合研究；2）PSMA-617阻斷177Lu-PSMA-617與LNCaP的結合研究；3）提交文獻資料，內容包括非標PSMA-617與重組人PSMA蛋白的分子親和力、細胞親和力和競爭實驗；4）177Lu-PSMA-617在PSMA陽性和陰性PC-3人前列腺癌細胞系中的內吞作用研究；5）177Lu-PSMA-617對PSMA陽性和陰性PC-3細胞活力、生存的影響。
體內藥理：1）177Lu-PSMA-617對RM1-hPSMA小鼠同源移植瘤模型的藥效學研究；2）177Lu-PSMA-617在PSMA陽性和陰性PC-3人前列腺癌細胞小鼠移植瘤模型中的組織分布、藥效學研究。
次藥藥效學：175Lu-PSMA-617非放射性藥物與不同受體、離子通道、酶和轉運體的相互作用研究。另外，證明了非標、冷標供試品無藥理學活性，即殺傷作用是依賴177Lu實現的。
Pluvicto是通過結合PSMA發揮作用，因此藥效學部分重點研究了177Lu-PSMA-617與表達PSMA的細胞的結合、阻斷、內吞及活性。種屬選擇性方面雖然未提供數據，但體內藥效采用的是人PSMA轉基因的鼠RM-1細胞，說明非放射性多肽部分PSMA-617可能不與小鼠PSMA結合。另外，Pluvicto開展了比較全面的脫靶風險研究，類似化藥的開發思路。
安全藥理學
1、法規要求
CDE：通常在首次人體臨床試驗之前完成安全藥理學試驗。
EMA：未提及。
FDA：對于治療腫瘤的產品，單獨開展針對心血管、呼吸和神經系統安全藥理學研究并不是必須的，可以伴隨毒理研究或組織分布研究開展。
2、案例
Xofigo開展了223鐳對大鼠神經系統、呼吸系統，比格犬心血管系統安全藥理學研究。
Lutathera開展了175Lu冷標化合物對大鼠神經系統、呼吸系統，比格犬心血管系統安全藥理學研究。另外，開展了體外hERG試驗。
Pluvicto開展了非標PSMA-617和冷標175Lu- PSMA-617化合物（1:1混合）對大鼠神經系統、呼吸系統，小型豬心血管系統安全藥理學研究。另外，開展了體外hERG試驗。
從以上可以看出，雖然FDA支持安全藥理學研究伴隨毒理或組織分布實驗中開展，但3個已上市產品均采用了單獨研究的形式。
藥代動力學
1、法規要求
CDE：特別強調，放射性治療藥物的組織分布試驗，是支持臨床試驗中人體組織分布、器官輻射劑量估算和安全性評估的關鍵試驗，應在首次人體臨床試驗前完成。吸收試驗可以伴隨組織分布開展。組織分布實驗其它考量點包括單種屬、雙性別、多劑量、采樣不小于5個半衰期，鼓勵在模型動物中開展。其它藥代研究內容包括體內、外代謝研究，排泄研究。如果載體或配體是新結構化合物，應提供該部分的ADME信息。
EMA：應開展生物分布、消除研究，為毒性靶器官鑒定，臨床組織、全身放射性劑量估算提供依據。
FDA：應在IND之前開展動物生物分布研究以指導臨床生物分布試驗的劑量選擇。可以單種屬、雙性別（除非適應癥為單性別）設計，采樣周期至少覆蓋5個半衰期。冷標和熱標化合物比例應與臨床擬用產品相當。鼓勵進行多劑量水平設計。排泄數據可以從尿液和糞便中收集。
在藥代動力學法規層面，CDE和FDA的要求是比較類似的。當然，指南中內容還包括建議采集的組織、臨床放射劑量換算等，篇幅所限，只能提綱挈領。
2、案例
Xofigo開展了：1）223鐳在BALB/CA雌性小鼠單次給藥PK和生物分布試驗；2）223鐳在犬中單次給藥生物分布和單次給藥毒性試驗；3）223鐳在犬中重復給藥長期放射毒性試驗；4）223鐳在小鼠尿和糞便中的排泄研究；5）唑來膦酸治療時，223鐳在小鼠體內的PK和生物分布研究。
Lutathera開展了：1）177Lu-DOTA-Try3-Octreotate在CA20948胰腺癌移植大鼠中的生物分布研究；2）177Lu-DOTA-Try3-Octreotate在AR42J胰腺癌移植大鼠中的生物分布研究（添加非標化合物Try3-Octreotate進行阻斷）；3）冷標化合物175Lu-DOTA-Try3-Octreotate在大鼠、犬和人肝細胞、腎勻漿物體外代謝研究；4）冷標化合物175Lu-DOTA-Try3-Octreotate體外CYP450酶抑制、誘導實驗；5）177Lu-DOTA-Try3-Octreotate在CA20948胰腺癌移植大鼠中的排泄研究；6）DDI方面研究了對BCRP、OATP1B1、OATP1B3、OAT1、OAT3、OCT2、OCT1的抑制研究，并通過Caco-2評價了P-gp介導的相關作用；7）多次給藥PK數據源自重復給藥TK；8）其它PK相關研究還包括體內外大鼠血漿穩定性、血漿蛋白結合實驗等。
Pluvicto開展了：1）冷標化合物175Lu- PSMA-617、非標化合物PSMA-617與大鼠、小型豬和人血漿蛋白結合、血漿穩定性實驗；2）177Lu- PSMA-617小鼠組織分布研究（提交的文獻資料）；3）177Lu- PSMA-617雄性大鼠單次IV給藥組織分布研究；4）排泄研究伴隨在組織分布試驗中開展；5）冷標化合物175Lu- PSMA-617、非標化合物PSMA-617大鼠單次給藥TK研究（伴隨毒理研究中考察）；6）冷標化合物175Lu- PSMA-617、非標化合物PSMA-617小型豬單次給藥TK研究（伴隨毒理研究中考察）；7）175Lu- PSMA-617、PSMA-617體外大鼠、小型豬和人肝臟、腎臟代謝穩定性研究。
毒理學
1、法規
CDE：評價分為輻射相關毒性和非放射性部分的毒性。如果藥效學和組織分布試驗劑量能夠覆蓋毒理學劑量，放射性治療藥物的一般毒理學試驗可以伴隨在這些研究中開展，但動物數量、評價指標應符合毒理研究相關指南要求。如果放射性核素是全新的，建議嚙齒+非嚙齒雙種屬開展一般毒理試驗。如果核素已有人用經驗，且臨床風險可控，可選擇一種相關動物種屬開展一般毒理研究。除放射性藥物即所謂的“熱藥”毒理研究外，需開展“冷藥”的一般毒理試驗，原則上采用嚙齒+非嚙齒雙種屬。
以上是支持IND毒理研究要求。支持后續臨床試驗和上市時，還需要開展更長周期毒理研究和遲發放射性毒性評估。更長周期毒性研究要求可參考ICH M3（R2）、S6（R1）和S9相關要求。不過，如果當臨床給藥次數有限（如給藥2次或3次）、配體或載體僅用于遞送目的且給藥劑量低（如在微克范圍內）、配體或載體的半衰期短且給藥頻率低時（如每4至8周給藥一次），可能不需要開展冷藥的更長周期的一般毒理學試驗。遲發放射性毒性評估可以在一個種屬中開展，觀察周期至少為1年，且應在Ⅱ期臨床試驗開始前完成。遲發放射性毒性至少設置4個劑量，以確定NOAEL和遲發放射性毒性的劑量相關性。該研究還需設置冷藥對照組。選擇的最高劑量應產生急性放射性毒性，該劑量應至少是人體最大擬用劑量或關鍵器官的輻射耐受劑量（TD5/5外照射）的2倍。
放射性治療藥物通常不需要開展遺傳毒性、生殖毒性和致癌性研究。
放射性治療藥物當配體或載體為多肽、蛋白等大分子時，應開展免疫原性和免疫毒性研究。
放射性治療藥物應在首次臨床試驗之前，完成制劑安全性研究。
EMA：建議開展嚙齒和非嚙齒類動物的毒理研究。如果非放射性部分無藥理活性（大多數核藥屬于這類情況），則可以在1個種屬中開展，首選嚙齒類動物。局部耐受性、安全藥理研究可以伴隨單次給藥毒理試驗開展。
如果非放射性部分不是生物技術產品，應開展遺傳毒性研究，比如Ames。當然，如果適應癥為腫瘤，則不用開展。
生殖毒性試驗和致癌性試驗通常不開展。
GLP依從性方面，由于放射性核藥的特殊性，有些毒理研究結果可能來自non-GLP條件，比較常見的是組織分布研究中伴隨的毒理學評價。因此，通常會開展GLP條件下的冷標化合物毒理學研究，以彌補可能的風險。
FDA：對于腫瘤適應癥放射性核藥，應開展放射性毒性和配體相關的毒性。可以單獨開展，也可以伴隨組織分布試驗開展。如果供試品是純核素（如無配體偶聯），則不用開展毒理研究。關于放射性相關毒性評估，FDA認為不用開展放射性藥物的一般毒理研究，動物生物分布研究中伴隨毒理學終點考察即可。另外，最好提交放射性核素相關的器官特異性毒性的文獻資料作為輔助性證據。關于配體介導的毒性，應開展冷藥的一個種屬的一般毒理學研究（這點與CDE的要求不同）。
以上是支持IND的毒理試驗要求，對于支持后續臨床試驗和產品上市的毒理研究還涉及更長周期的毒理試驗。其中，涉及冷藥部分的配體介導的更長周期毒性要求與CDE一樣，兩個機構的關于這部分的描述基本是中英文翻譯版。另外，FDA提到遲發性放射毒性可以和更長周期一般毒理研究合并開展。這點沒太明白，指的是采用熱藥在non-GLP條件下開展的遲發性放射毒性/更長周期毒理合并研究可以接受？畢竟EMA提到，來自組織分布的non-GLP放射毒性研究結果是可以接受的。當然，如果GLP實驗室本身就具備資質，能開展熱藥的毒理研究那是最好不過了。
FDA不建議開展遺傳、生殖和致癌性試驗。
2、案例
2.1 Xofigo
Xofigo開展了：1）223鐳小鼠單次給藥毒性試驗；2）223鐳大鼠單次給藥毒性試驗；3）223鐳在犬中單次給藥生物分布和單次給藥毒性試驗；4）大鼠每4周給藥一次重復給藥223鐳4次，恢復期1年毒理研究（合并考察了遲發性放射毒性）。另外該研究還設置了4組單次給藥組別。5）大鼠重復給藥223鐳12個月恢復期4周（3個劑量，每4周給藥一次，共12次）毒性試驗；6）犬重復給藥223鐳20周恢復期4周毒性試驗（每4周一次，共6次）；7）兔局部刺激性試驗。
Xofigo結構中涉及冷藥部分，開展的均是熱藥的毒理研究。Xofigo是首個上市的223鐳核素，開展的嚙齒+非嚙齒多種屬單次和多次給藥毒性研究。當然，單次毒理試驗可以與組織分布試驗合并開展。Xofigo臨床給藥方案是每4周一次，共給藥6次。非臨床重復給藥周期也是支持的。
2.2 Lutathera
Lutathera開展了：1）冷標化合物在大鼠、犬中單次給藥毒性試驗；2）冷標化合物在大鼠中42天重復給藥毒性試驗（3個劑量，每2周給藥一次）；3）冷標化合物在犬中42天重復給藥毒性試驗（3個劑量，每2周給藥一次）；4）遺傳毒性：冷標化合物Ames試驗、L5187Y TK+/-小鼠淋巴瘤細胞試驗。
Lutathera臨床每8周（±1周）給藥一次，共給藥4次。非臨床毒理研究均采用冷標化合物開展。體內藥效中有伴隨熱藥的部分毒理學指標考察。
2.3 Pluvicto
Pluvicto開展了：1）冷標化合物175Lu-PSMA-617和非標化合物PSMA-617按1:1混合后，大鼠單次給藥毒理研究；2）冷標化合物175Lu-PSMA-617和非標化合物PSMA-617按1:1混合后，小型豬單次給藥毒理研究；3）非標化合物PSMA-617雄性大鼠重復給藥毒性研究（每周1次，給藥4次）；4）非標化合物PSMA-617的Ames試驗。未開展生殖毒性和致癌性試驗。
Pluvicto臨床給藥方案為每6周一次，給藥6次。從非臨床研究內容看，似乎未披露太多熱標藥物的毒理研究數據。因臨床目標人群為男性，重復給藥毒性僅在雄性動物中開展。
來源：藥理毒理開發
