基因治疗通过将遗传物质递送到患者的细胞中来治疗或预防疾病,可用于纠正缺陷基因、引入新基因或调节现有基因的表达,适应症范围覆盖癌症、遗传性疾病、传染病和自身免疫性疾病。这条技术路线的优势与风险同时存在:免疫原性、毒性、脱靶效应和基因沉默都可能在临床阶段暴露,因此产品进入临床试验或获批上市之前,安全性和有效性评价是必经环节,DMPK 研究是其中一块基础工作。
DMPK 研究药物或生物制剂如何被人体吸收、分布、代谢和排泄,提供生物利用度、清除率、半衰期、组织分布和药物相互作用等信息,也用于确定剂量、给药途径和给药频率。对基因治疗产品来说,它的意义还要再往前一步:这类产品是复杂且异质的分子,可以与多种生物系统和途径相互作用,常规小分子的评价思路很难直接套用。
DMPK 可分为两个主要组成部分:药代动力学(PK)和药效学(PD)。PK 研究药物或生物制剂如何随时间在体内移动,涉及在给药后不同时间点测量各种生物体液和组织中的浓度;PD 研究药物如何随时间影响身体,涉及测量对各种生物标志物和终点的生物反应。
对基因治疗产品,DMPK 要回答的问题比小分子多一层。产品如何递送到靶细胞和组织,如何在细胞中表达和调节,如何从体内降解和消除,如何影响身体的正常功能,这四个问题分别对应生物分布、转基因表达、载体清除和安全性。它们不是同一条曲线上的不同时间点,而是需要分别定量的对象。
这也是基因治疗 DMPK 与常规 DMPK 实质性的差别:一个产品里同时存在载体 DNA、转录出的 mRNA 和翻译出的蛋白,三者的动力学各不相同。只测其中一层,得到的结论往往是片面的。相关评价思路在基因治疗临床前药理中有更具体的展开。
基因治疗 DMPK 的困难集中在四个地方,且彼此牵连。
其一是物种差异。不同动物物种和人类之间可能发生药代动力学和药物代谢的变化,把动物研究的结果外推到人类因此具有挑战性。基因治疗还多一层:载体进入细胞依赖的受体、转录调控元件、免疫清除速度都可能种属特异,暴露和表达未必同向变化。
其二是样品收集和储存。用于 DMPK 分析的生物样品的收集和储存会影响结果的准确性。核酸类样品对冻融、吸附和降解尤其敏感,组织样本的取样位置和匀浆方式也会改变测得的浓度。
其三是高复杂性。DMPK 研究非常复杂,需要专门的设备、专业知识和昂贵的资源,而基因治疗还要在载体、转基因、蛋白三个层面各自建立方法。
其四是数据解释。由于药物和生物系统之间的复杂相互作用,DMPK 数据的解释可能具有挑战性。当暴露与表达不同步、表达与药效不同步时,单看任何一个指标都会得出错误结论。
对应的解法有五条:
这五条里,前两条属于执行层面,后三条属于能力层面。实际项目中,执行层面的问题更容易被低估:一个采集时间点偏了半小时,或者组织样本在室温多放了二十分钟,后面的建模再精细也补不回来。
DMPK 研究外包给 CRO 是行业内常见的安排,原因有几个方面。CRO 拥有专门从事 DMPK 研究的高素质和有经验的科学家;提供对单个实验室而言可能过于昂贵或不切实际的先进仪器和技术;与维护内部设施相比,外包可能更具成本效益;在监管合规方面有较丰富的经验,可以确保研究按照相关指南进行;通常配备一系列资源和系统,能够较快完成研究。
从项目角度看,外包还有几项直接收益。研究与执行由专业团队设计,可以减少浪费;降低与昂贵基础设施投资以及人员招聘、保留相关的风险;获得专业知识与技术的通道;可以根据特定需求或紧迫的时间表调整安排。
这些收益成立的前提是选对合作方。若方法学不匹配,外包只是把问题移到外部。
其一是经验与专业能力。考察对方在 DMPK 研究方面的积累,包括发表的研究和客户评价,重点看是否有与自身产品类型接近的项目经验。
其二是监管合规。确认其遵守相关法规和准则,设施经过相应审计,数据可用于申报。
其三是服务范围。从研究设计、样品制备到数据分析是否能在同一体系内完成,跨环节衔接往往是容易出问题的地方。
其四是质量保证。是否建立了质量控制和质量保证体系,以确保结果的准确性和可靠性,包括方法验证、对照设置和数据复核的记录。
其五是价格结构。与其他 CRO 比较成本,并确认定价公平、透明,避免在项目推进中出现范围外的追加。
把这五项放在一起看,基因治疗 DMPK 的选型其实是在选一套方法学。产品类型决定了要测什么,动物模型决定了能外推多远,分析平台决定了数据能不能支撑申报。安全性评价与 DMPK 的衔接方式,可参见基因治疗安全性评价;若产品属于核酸类,siRNA 筛选与 mRNA 治疗方法两篇提供了不同模态下的评价背景。

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