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疾病与药物研究

小动物PET/CT在药代动力学中的应用

2018年12月28日来源：平生医疗科技（昆山）有限公司作者：平生医疗科技（昆山）有限公司责任编辑：admin

摘要：药代动力学（Pharmacokinetics）是研究药物在动物体内的含量随时间变化规律的科学，是药理学的一种。研究的是药物在机体内的吸收、分布、代谢及排泄的过程。可应用在药物治疗、临床药理、分子药理、生物化学、生物药剂、分析化学、药剂、药理及毒理等多种科学领域中。对指导新药设计、优化给药方案，改进剂量，提供高效、速效（或缓释）、低毒(或低副作用）的药物制剂，已经发挥了重大作用。

一、药代动力学简述

药代动力学（Pharmacokinetics）是研究药物在动物体内的含量随时间变化规律的科学，是药理学的一种。研究的是药物在机体内的吸收、分布、代谢及排泄的过程。可应用在药物治疗、临床药理、分子药理、生物化学、生物药剂、分析化学、药剂、药理及毒理等多种科学领域中。对指导新药设计、优化给药方案，改进剂量，提供高效、速效（或缓释）、低毒(或低副作用）的药物制剂，已经发挥了重大作用。

二、药代动力学研究所需的工具

1. Micro PET/CT

实现打药与采集同步进行，即边注射边采集，全程监控药物在受体代谢过程，是小动物PET/CT设备在临床前药物开发过程中价值的最有效体现。

Super Nova® PET/CT（平生医疗）设备支持药代动力学所需的动态PET影像的采集和重建，可在药物注射入动物体内的第一时间开始观察药物在体内的分布和代谢，并对活体组织中的生理生化过程做出定量分析，从而对药物剂量、作用部位、可能发生的毒副作用等做出前瞻性判断。

Eg1. 小鼠全身代谢成像

对小鼠尾静脉注射18F标记的FDG，使用Super Nova® PET/CT（平生医疗）进行动态数据采集和重建，可以观察到第1秒到1小时后18F-FDG的小鼠体内的分布变化。

Eg2. 不同组织器官的分布和代谢情况

对上述动态数据的不同组织区域选取ROI进行定量分析，可获得18F-FDG进入小鼠体内以后在各组织器官的分布和代谢情况，得到正常小鼠组织器官对该药物代谢的时间活度曲线（TAC）。

2. 专业的影像分析软件PMOD

PMOD软件具备强大全面的功能：

（1）药物代谢研究分析

药物的吸收、停留、代谢的整个过程，不同组织和器官之间的相关影响用参数K1、K2等量化并且用不同的颜色在图像中显示。

（2）全身组织和器官模型

心脏、脑部、内脏模型，图像处理和数据分析时自动与模型进行对比。

（3）人体和小动物的图像

大鼠、小鼠和人体的相关数据，自动进行数据对比和模型套用。

（4）全面满足医学图像分析的所有功能（如下表）：

Eg.3 小鼠脑部分区的TAC

如下实验中，对正常小鼠注射18F-Fallypride后，用Super Nova® PET/CT（平生医疗）进行动态扫描及动态重建，重建图像利用PMOD的 PFUS模块，对小鼠的脑部区域进行分区，可勾勒出小脑、下丘脑、海马体等不同脑部区域。

对不同时间片中的脑分区分别进行定量计算，可绘制出脑分区内核素剂量随时间变化的TAC曲线，如下图。

3. 血液放射性活度分析仪Twilite

•功能：适用于药物动力学血液放射活度实时量测研究

•实验对象：小型实验动物至更大的个体（包括人体）

•原理：通过测量动脉输入函数（AIF），与PET得到的数据图像结合，利用PMOD软件进行动力学建模与图像分析，得出实验体内放射性物质的代谢情况。

•应用：药代动力学方面各参数的确定具有重大意义、对临床的药物评价和药效评价具有重大指导意义

注：平生公司为该产品的中国总代理

三、药代动力学中的模型分析

进一步，药代动力学可通过“速率类型”和“数学模型与隔室”这两个要素来分析药物体内动态规律。

为了定量地分析体内药物的动力学过程，通常用房室模型模拟人体或生物体，将人体或生物体分为若干房室，只要体内某些部位的转运速率相同，均可归为一个房室，房室的划分与解剖位置或生理功能无关。

在不适用房室模型的场合，还有其他模型被提出，比如图模型（Graphical model, Graphical plot）和像素级药代动力学参数图（Pixel wise kinetic modeling）等。

在药代动力学研究过程中，建立正确的模型是至关重要的。

Eg.4房室模型分析的实例

仍以正常小鼠注射18F-Fallypride的动态实验结果为分析对象，以该小鼠的小脑为参考组织，将该小鼠的纹状体作为一个房室研究对象，选用 Simplified Reference Tissue Model作为药代动力学的房室模型，利用PMOD的PKIN可分析得到纹状体的药代动力学曲线，如下图，其中BPnd表示药物达到平衡后组织中与受体结合的药物与未与受体结合的药物的浓度比值。

四、Micro PET/CT用作总结

Micro PET/CT是定量化的核医学影像工具，为研究药代动力学提供了无创方法。可在PET图像中测量每个器官中的药物浓度随时间变化的曲线，因而能够动态地、定量地从分子水平观察药物在活体内的吸收、分布、代谢、排泄等过程。可以观测药物是否穿越血脑屏障，是否有器官特异性的聚集，是否识别靶受体以及血浆与组织中药物含量比值，适时监测动物生理、生化过程及各种药物作用于疾病进程的效果。因此，Micro PET/CT是预临床领域不可或缺的必要工具。

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