在過去數十年，無論是制藥企業(yè)還是學術界都耗費了大量的財力物力來提高體外篩選技術的實用性和準確性。既然體外篩選技術已經能夠測試出化合物的生物活性及理化性質，為什么還要繼續(xù)在動物模型中研究潛在的候選藥物呢？

FDA、NMPA及其他監(jiān)管機構要求：在藥物進入臨床前必須在動物體內證明其有效性和安全性。對于一個完整的動物而言，無論是鼠、犬、猴，甚至人類，都是一個相互交織、互相作用的復雜生物系統(tǒng)。目前，沒有體外篩選方法或是組合方法能夠模擬和反映整個有機體的復雜性。因此，利用動物模型來評價候選藥物對人體及疾病的影響是不可或缺的。

 

腫瘤動物模型的分類

1、小鼠異種移植腫瘤模型及分類

在腫瘤動物模型中，使用廣泛的一種是小鼠異種移植腫瘤模型，該模型利用了特定的小鼠，如SCID，NSG，B-NDG鼠等常規(guī)免疫缺陷或者重度免疫缺陷小鼠，該類小鼠無法對外來細胞產生免疫攻擊。有以下分類：

（1） CDX模型（Cell-line-Derived Xenograft）：使用標準化的癌種細胞系進行建模，該類細胞培養(yǎng)方便，容易獲得，不過有其缺點，就是不能代表原始臨床腫瘤。

（2） PDX模型（Patient-Derived Tumor Xenograft）：從腫瘤病人身上獲得的腫瘤組織或細胞，雖然有其臨床腫瘤的特點，該種組織不易獲得，并且生長“繁育”周期比較久，成功率較低。

 

 

圖1. 小鼠異種移植腫瘤模型示意圖

 

抗體藥物多數是通過介導免疫系統(tǒng)對腫瘤進行殺傷的，所以評價其有效性需要重建（Reconstitute）人免疫系統(tǒng)（包括DC，B，T，NK等）的動物模型。

 

表1. 小鼠異種移植腫瘤模型是否需要人的免疫系統(tǒng)重建

 

2、小鼠同種移植腫瘤模型

異種移植模型的缺點就是需要使用免疫缺陷的小鼠進行建模，為了避免跨種屬移植免疫系統(tǒng)的排斥反應。而重建人的免疫系統(tǒng)似乎又是無奈之舉，不是小鼠本身的免疫系統(tǒng)，影響了免疫細胞的發(fā)育和成熟。同種移植腫瘤模型可以讓研究者使用免疫系統(tǒng)健全的小鼠模型，但需要使用小鼠腫瘤細胞系進行建模研究。功能完整的免疫系統(tǒng)使得同種移植模型比異種移植模型能更好地模擬癌癥的真實情況。

（1） 野生小鼠同種移植模型：主要應用于Surrogate抗體的藥理藥效研究

（2） 基因改造（人源化）小鼠模型：用于人源化抗體的研究

 

圖2. 人源PD-1在小鼠基因組上的改造方案

 

3、野生小鼠及寵物自發(fā)腫瘤模型

隨著年齡的增長，小鼠和寵物大概率會發(fā)生腫瘤，這種自發(fā)腫瘤更接近人類癌癥，對于臨床的轉化將更有意義。

 

圖3. 體內外模型及臨床轉化

 

利用基因人源化小鼠進行抗體藥生物標記物的研究

 

開發(fā)創(chuàng)新藥物需要對疾病、靶點及藥理機制有更深入理解�；�因人源化小鼠模型體內藥效研究逐漸受到藥企認可，那么如何利用它進行藥理藥代（PD/PK）的研究、怎樣尋找合適的生物標記物，如何聯(lián)系藥理藥代、動物模型和疾病狀況之間的關系？如果想要回答這個問題，可能您又有一個疑惑是基因人源化小鼠是否可以作為研究PD/PK的模型。

這個問題目前很難給出明確的答案，仍需要藥企，CRO及監(jiān)管部門三方共同進行探索。需要驗證什么是相關種屬， FDA等監(jiān)管機構要求臨床前的動物實驗必須使用相關種屬，對于抗體藥物的研究，除了需要和靶點結合外，更重要的是需要有藥效PD活性，才能叫做相關種屬。

 

如何評估PD（pharmacodynamics）?

需要尋找合適的生物標記物（正常生物過程、致病過程或治療過程中，可以被客觀地測量和評價的一種特征指標。）

生物標記物主要分三類：

 

1、靶點生物標記物

靶點受體占位（Receptor occupancy，RO）實驗：

 

 

圖4. RO實驗的原理

 

2、機制生物標記物

 

腫瘤微環(huán)境的檢測：Biomarker Profiling

腫瘤微環(huán)境檢測包括

（1） 腫瘤內免疫細胞的數量，位置及狀態(tài)（如激活，dysfunction）的改變

（2） 腫瘤細胞數量，狀態(tài)的改變

 

圖5. 腫瘤微環(huán)境示意圖

 

表2. 常用腫瘤微環(huán)境檢測Biomarker

（此表讓人有想要收藏的沖動~）

 

 （3） 實驗設計及結果：

 

圖6. Urelumab給藥后腫瘤體積變化

 

圖7. 不同給藥頻次對于腫瘤微環(huán)境的效果差異

 

圖8. 免疫熒光檢測腫瘤微環(huán)境

 

3、毒性生物標記物

 

利用基因人源化小鼠進行抗體藥藥物代謝的研究

一般認為，藥物治療的因果邏輯鏈條是：劑量-暴露量-靶點作用-效應-臨床獲益。由于生命體和疾病的多樣性及復雜性，從藥物劑量到病人獲益之間每一個環(huán)節(jié)，實際上都沒有絕對的因果關系。

 

圖9. 藥物的作用機理

 

與小分子藥物不同， 影響抗體藥代的因素有以下幾方面（圖10）：

（1） Fcγ受體

（2） FcRn循環(huán)

（3） 吸收代謝

（4） 免疫原性

（5） TMDD（靶點介導的藥物處置）

 

圖10. 影響抗體藥物代謝的因素

 

因抗體有靶點特異性，在抗體與靶點結合后會介導藥物的代謝變化，這也是相關種屬或者靶點人源化小鼠所特有的， 當然，僅僅依靠靶點結合就判定與臨床一致是不現實的�？贵w在每個物種的半衰期不同，在人體一般為21天，在小鼠一般為兩周，在人源化小鼠上時間還要縮短。所以不能通過半衰期及其他藥代參數的絕對值判定動物模型與人體的相關性。

 

圖11. 藥代典型模型及TMDD模型

 

總結

藥物與機體的關系錯綜復雜，利用動物模型進行臨床前研究可以快速有效的提供數據反饋，幫助了解抗體藥物作用的機制和藥物性質，為抗體藥物的成功開發(fā)提供指導思路。

 

圖12. 藥物與機體的關系

 

圖13. 百奧賽圖藥理藥效服務平臺