多途徑改進抗腫瘤藥物輸送

許多腫瘤的營養(yǎng)與氧氣供應都不足，因為它們的組織性差，血管網(wǎng)絡效率低。這導致腫瘤內(nèi)一些部位的氧水平低甚至極低（缺氧），而這些部位對放療、化療均有抵抗力。缺氧細胞對化療產(chǎn)生抗藥性的主要原因之一是它們遠離血管，許多抗癌藥物都難以達到。另外，如果藥物血管外輸送途徑受阻，即使離血管不太遠的腫瘤細胞在化療期間也可能幸免于難。顯然，這些現(xiàn)象對于腫瘤治療預后將有消極影響。

最近，新西蘭奧克蘭大學與加拿大多倫多化學新技術(shù)開發(fā)公司的研究人員FrederikBPruijn與RobertSDeWitte聯(lián)合在“當代藥物發(fā)現(xiàn)”（CurrentDrugDisco-very）雜志上撰文，介紹了當前改進腫瘤藥物輸送實用途徑方面的研究進展。他們指出，通常難以測定腫瘤組織中的藥物濃度，尤其是在微小尺度與解析度上（腫瘤血管間的距離多為100~150微米），所以需要開發(fā)改進抗腫瘤藥物輸送的理論與實驗模型。

構(gòu)建多細胞層模型

多細胞層（MCL）模型是一種模擬血管外腫瘤區(qū)室的試管內(nèi)實驗模型。MCLs是從腫瘤細胞生長在可滲透的涂有膠原質(zhì)的特氟綸支持膜上，以達到組織樣的細胞密度。這些結(jié)構(gòu)依賴于生長條件而有限擴散，最終展現(xiàn)出類似于真實腫瘤的中央性組織缺氧，甚至壞死。許多人類的癌細胞作為MCLs和異種移植物在實驗鼠體內(nèi)生長良好。

通過彌散室中藥物濃度的測定可獲得MCL的彌散系數(shù)（DMCL）。為了做到這一點，科研人員需要用組織學（冷凍或石蠟切片）、流量標記與電阻抗光譜等方法檢測MCL的厚度。電阻抗光譜常規(guī)用于確定Caco-2單層的完整性（由透上皮電阻抗TEER表示）。但許多人類癌細胞株分化差，不能形成致密的連接，因此其TEER低。應用流量標記（如14C尿素或3H甘露醇）是確定MCL厚度以及流量實驗期間完整性的另一種簡便方法。流量標記的彌散僅需要對MCL厚度（以直接方法如組織學測定）一次性校準，獲取標記的彌散系數(shù)。在隨后的流量實驗中，可從流量標記的彌散逆向獲取MCL的厚度值。

在藥動學/藥效學結(jié)合（PK/PD）模型中，通過這種彌散參數(shù)的測定與已知（或預期）的血漿PK聯(lián)合，可以建立一種腫瘤內(nèi)空間解析的藥物濃度PK模型。如果還知道PD（即腫瘤細胞殺傷）中藥物濃度與時間的關(guān)系，那么可以將這些結(jié)合到PK/PD模型中，預測系統(tǒng)給藥后腫瘤內(nèi)的細胞殺傷。在這樣的模型中，組織彌散系數(shù)（直接源自DMCL）成為一個至關(guān)重要的參數(shù)。

開展腫瘤滲透性基礎研究

與MCLs中的Caco-2單層相似，藥物彌散可利用的途徑有兩條：透細胞與旁細胞途徑。透細胞適用于可以透過細胞膜的藥物。相反，不易透過細胞膜的藥物只能經(jīng)旁細胞途徑，在細胞之間進行彌散。通常來說，經(jīng)透細胞途徑的彌散由于易進入的表面積更大而速度相當快，而旁細胞途徑可能更加曲折，因此彌散路線更長。

從藥物設計和開發(fā)的觀點出發(fā)，重要的是要知道哪些化合物能經(jīng)哪條途徑彌散以及彌散的范圍。換句話說，人們必須知道化學結(jié)構(gòu)與DMCL之間的關(guān)系，以及DMCL與化合物的分子量、疏水性（親油性）與氫結(jié)合力之間存在的復雜關(guān)系。

在上述理化參數(shù)中，分子量、氫結(jié)合力可能直接與化學結(jié)構(gòu)有關(guān)。但中性化合物藥物的親油性通常是用辛醇描述的：水區(qū)隔系數(shù)（P）或logP。對于電解質(zhì)來說，更適當?shù)氖强紤]logD(7.4)，這是考慮中性與所有pH=7.4的離子形式區(qū)隔的分布系數(shù)。采用這一參數(shù)，研究人員能夠在一種模型中同時考慮酸、堿與中性。logP易于用實驗方法確定，而logD（7.4）可用許多運算法則從結(jié)構(gòu)方面計算（預測）出來。顯然，在化學合成之前的性能計算方面，logD（7.4）的計算機確定要大大優(yōu)于實驗方法，從而可能設計對化學結(jié)構(gòu)進行特殊改變。因此，也可運用能精確計算logD的軟件直接從化合物結(jié)構(gòu)預測DMCL。

根據(jù)許多已知抗腫瘤藥物的計算值，可以分成logDMCL的低值組與高值組。在每一組中，可以看出每一分子物理參數(shù)獲得值的變化很大。但如評價其隨后的簡單表達，就能可靠地將化合物分成具有高的腫瘤滲透性與低的腫瘤滲透性兩類。

應該注意的是，上述因素僅與在給定的血漿（游離）藥物濃度時游離（未結(jié)合）藥物被動彌散滲透到腫瘤組織中有關(guān)。顯然，所討論的分子物理特性也在不同血漿水平中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。對于口服的劑型來說，其大小、含量、親脂性與氫結(jié)合特性在溶解性、滲透性與血漿蛋白結(jié)合方面發(fā)揮作用，并且對于第一位的清除酶與/或運輸?shù)牡孜锾禺愋钥赡墚a(chǎn)生重要影響。通常的經(jīng)驗是，親脂性對這些終點具有相反作用：它改進滲透性（某種程度），提高腫瘤滲透性，但是妨礙溶解性，增加蛋白結(jié)合。此外，許多抗癌藥物也在血管外腫瘤區(qū)隔內(nèi)發(fā)生代謝，顯示組織結(jié)合與螯合作用，并可作為特殊運輸?shù)牡孜?。因此，可在實驗室中對已?jīng)確定和描述的人類細胞株的這些過程進行大范圍鑒定與定量檢測。

為了達到適當?shù)难帩舛?，一個先導化合物最優(yōu)化計劃不僅必須仔細關(guān)注這些因素，更應集中考慮這些因素與DMCL值的關(guān)聯(lián)，以提高其在腫瘤細胞內(nèi)的功效，降低這些制劑對健康正常細胞的損傷作用。例如，雷替曲塞（raltitrexed）是一種具有低logD(7.4)、許多給予體和受體以及高分子量的葉酸類似物。根據(jù)上述探索性的方案，將雷替曲塞這種低分類化合物轉(zhuǎn)化成高分類型化合物的惟一途徑是移去兩個羧酸基，而修改后的化合物就不再屬于葉酸類似物。

改進抗腫瘤藥物輸送效率模型的應用，可促進先導化合物鑒定：按這種方式，先導化合物如果不能釋放接近“高分”的物理特性與適當?shù)男Я?，那么就可能不適合；可以實現(xiàn)先導化合物的最優(yōu)化：在實驗早期考慮包括logDMCL在內(nèi)的支持系統(tǒng)，對于項目組能夠協(xié)同最優(yōu)化藥物動力學（即血液水平）和腫瘤滲透性是至關(guān)重要的；可以進行靶標選擇：如果母體化合物在試管中呈現(xiàn)活性的特性與logDMCL值相關(guān)的特性相同，那么要開發(fā)具有高腫瘤滲透性的候選藥物可能是很難的。