一、藥代動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)述
 

藥代動(dòng)力學(xué)（Pharmacokinetics）是研究藥物在動(dòng)物體內(nèi)的含量隨時(shí)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(jī)體內(nèi)的吸收、分布、代謝及排泄的過(guò)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(duì)指導(dǎo)新藥設(shè)計(jì)、優(yōu)化給藥方案，改進(jìn)劑量，提供高效、速效（或緩釋?zhuān)�、低�?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(dòng)力學(xué)研究所需的工具

1. Micro PET/CT

實(shí)現(xiàn)打藥與采集同步進(jìn)行，即邊注射邊采集，全程監(jiān)控藥物在受體代謝過(guò)程，是小動(dòng)物PET/CT設(shè)備在臨床前藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中價(jià)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(dòng)力學(xué)所需的動(dòng)態(tài)PET影像的采集和重建，可在藥物注射入動(dòng)物體內(nèi)的第一時(shí)間開(kāi)始觀察藥物在體內(nèi)的分布和代謝，并對(duì)活體組織中的生理生化過(guò)程做出定量分析，從而對(duì)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(duì)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(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和重建，可以觀察到第1秒到1小時(shí)后¹⁸F-FDG的小鼠體內(nèi)的分布變化。
 

 

 

圖1、注射FDG后， 1小時(shí)內(nèi)動(dòng)態(tài)PET/CT圖像（秒級(jí)）

 

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(duì)上述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的不同組織區(qū)域選取ROI進(jìn)行定量分析，可獲得18F-FDG進(jìn)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(duì)該藥物代謝的時(shí)間活度曲線(xiàn)（TAC）。

圖3、心臟代謝動(dòng)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(shí)內(nèi)的TAC

 
2. 專(zhuān)業(yè)的影像分析軟件PMOD
PMOD軟件具備強(qiáng)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(gè)過(guò)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(shí)自動(dòng)與模型進(jìn)行對(duì)比。
（3）人體和小動(dòng)物的圖像
大鼠、小鼠和人體的相關(guān)數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和模型套用。
（4）全面滿(mǎn)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(shí)驗(yàn)中，對(duì)正常小鼠注射¹⁸F-Fallypride后，用Super Nova® PET/CT（平生醫(yī)療）進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描及動(dòng)態(tài)重建，重建圖像利用PMOD的 PFUS模塊，對(duì)小鼠的腦部區(qū)域進(jìn)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(duì)不同時(shí)間片中的腦分區(qū)分別進(jìn)行定量計(jì)算，可繪制出腦分區(qū)內(nèi)核素劑量隨時(shí)間變化的TAC曲線(xiàn)，如下圖。

 

圖7、腦分區(qū)的TAC曲線(xiàn)

 

 

圖8、設(shè)備外形

•功能：適用于藥物動(dòng)力學(xué)血液放射活度實(shí)時(shí)量測(cè)研究
•實(shí)驗(yàn)對(duì)象：小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物至更大的個(gè)體（包括人體）
•原理：通過(guò)測(cè)量動(dòng)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(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模與圖像分析，得出實(shí)驗(yàn)體內(nèi)放射性物質(zhì)的代謝情況。
•應(yīng)用：藥代動(dòng)力學(xué)方面各參數(shù)的確定具有重大意義、 對(duì)臨床的藥物評(píng)價(jià)和藥效評(píng)價(jià)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(guó)總代理
 
三、藥代動(dòng)力學(xué)中的模型分析
進(jìn)一步，藥代動(dòng)力學(xué)可通過(guò)“速率類(lèi)型”和“數(shù)學(xué)模型與隔室”這兩個(gè)要素來(lái)分析藥物體內(nèi)動(dòng)態(tài)規(guī)律。
為了定量地分析體內(nèi)藥物的動(dòng)力學(xué)過(guò)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(yùn)速率相同，均可歸為一個(gè)房室，房室的劃分與解剖位置或生理功能無(wú)關(guān)。
在不適用房室模型的場(chǎng)合，還有其他模型被提出，比如圖模型（Graphical model, Graphical plot）和像素級(jí)藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)圖（Pixel wise kinetic modeling）等。
在藥代動(dòng)力學(xué)研究過(guò)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(shí)例
仍以正常小鼠注射18F-Fallypride的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為分析對(duì)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(gè)房室研究對(duì)象，選用 Simplified Reference Tissue Model作為藥代動(dòng)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(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)，如下圖，其中BPnd表示藥物達(dá)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(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

 
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(dòng)力學(xué)提供了無(wú)創(chuàng)方法�？稍赑ET圖像中測(cè)量每個(gè)器官中的藥物濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，因而能夠動(dòng)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(guò)程�？梢杂^測(cè)藥物是否穿越血腦屏障，是否有器官特異性的聚集，是否識(shí)別靶受體以及血漿與組織中藥物含量比值，適時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)物生理、生化過(guò)程及各種藥物作用于疾病進(jìn)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。