人体物质平衡（Mass balance）研究，或者称为AME、ADME研究，是创新药（新分子实体）的临床药理学研究中的一个重要的部分。通常来说，物质平衡研究必须被作为新药临床研究的一部分以支持药物上市申请，仅极少数特别情况可以无需进行这项研究。

我们为什么要进行人体物质平衡研究？一方面是基于审评审查的需要，另一方面则是基于物质平衡试验的用途。通过物质平衡试验我们主要研究如下的一些问题：

• 研究物质平衡，比较放射性给药剂量和回收量

• 研究消除途径和吸收程度

• 研究循环中和排泄物中的代谢产物

• 研究药物的清除机制

• 研究原型和代谢产物的暴露度

• 验证用于毒理学测试动物物种的合理性

• 探索代谢产物是否对药理或毒理作用有影响

通过人体物质平衡试验可以了解这些问题的答案，这些信息有助于帮助我们后期临床试验的开展，给予我们一定的启示。比如如果我们知道药物的主要消除途径的经过肾脏，我们就需要开展相应的特殊人群研究，指导肾功能不全人群的用药；如果我们知道药物经由某个代谢酶代谢，我们就必须开展相应的DDI研究以论 证合并用药的安全性和有效性。

下面我将从三个不同的阶段阐述物质平衡试验的操作：试验前的准备阶段，临床试验阶段，样本处理和数据分析。

事实上，物质平衡试验在首次给药前很久很久就已经开始了，因为有太多的重点需要提前进行决定。

根据FDA、ICH、CDE、ICRP指南及相关法规的要求，在开展人体物质平衡试验之前，需要在啮齿类动物中开展定量全身放射自显影技术（QWBA）以确定药物在各个组织中的分布，是否存在放射性聚集在某一组织的情况，以及最重要的，计算人体对应的放射性活度剂量。放射性安全的规定是按组织暴露来规定的，比如21 CFR 361.1中的规定，在特定组织如活跃造血气管、晶状体和性腺的最大暴露是30mSv，其他组织则是50mSv。ICRP第62号出版物中规定的对于社会有益处的Class IIa试验所能接受的人体总组织暴露度（E）是1mSv。我国《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》指出，实践中使公众有关关键人群组的成员所受剂量不应超过1mSv。所以如果没有QWBA数据，我们就没有办法计算人体的放射性给药剂量。在FDA2017-2019年批准的化药NME当中，有77.4%的人体物质平衡试验给药放射性剂量在35-200μCi之间，注意这里的单位是指放射性活度，应和上面的组织暴露度区分开来。单个碳14标记的化合物其比活度为60.22μCi/mmol，所以对于某分子质量为500g/mol的药物，如果我们设定的放射性活度是120μCi则药物的放射性给药剂量为1mg。对于人体暴露小于0.5μCi的微剂量试验，一般不要求给出临床剂量学研究报告（即QWBA等数据）。值得注意的是，给药剂量的计算还需要根据我们检测的方法学进行调整，如果LLOQ很低，那么剂量可以相应的下调，反之亦然。

确定了放射性给药剂量，下一步就是进行同位素标记药物的合成，这里涉及到两个问题。第一个问题是放射性同位素的选择，现在最常用的放射性同位素就是碳14，因为几乎所有的新药都含有碳14，而且它的半衰期很长，不需要进行同位素半衰期的校正。另一个选择是氚，氚作为同位素标记的好处是合成方便且便宜，但是也有致命缺点，氚会和氢发生交换导致放射性流失。第二个问题是，同位素标记的位置选择。我们需要考虑几个重点，首先是合成的难度，同位素标记药物的合成和非标记的合成几乎完全不同，一般来说需要花费几个月的时间进行准备，所以需要考虑这一点。另外，结合体外的代谢数据，同位素标记应该放置于代谢稳定的碳原子上，即代谢后留存在较大的分子片段上，避免放射性流失进入内源性物质或者通过代谢为二氧化碳被呼出。如果化合物本身经由酯水解，酰胺水解，N-去烷基化被代谢为两个较大的分子片段，则可能需要对每一个片段上都进行同位素标记，从而完整的追踪药物的体内过程。

对于给药的途径，一般来说与既定的给药途径保持一致，不过在一些情况下也可同时开展口服和静注的物质平衡试验以精确绘制消除机制。如果是吸入制剂，一般来说需要开展三周期的试验，分别经口，静注同位素标记的药物并加上一个非标记的吸入试验。关于给药的剂型，最完美的情况就是使用溶液剂，这是因为一般来说人体物质平衡试验的给药剂量选用预计的药理剂量或者是RP2D，所以往往需要将非标记的药物与标记的药物进行混合以达到这个剂量水平，这主要考虑到不同剂量下药物在体内的行为可能不一致。既然我们需要混合非标记和标记的药物，为了确保药物的一致性，我们必须确保这两者均匀混合，所以溶液剂一定是最好的选择。当然如果溶解度不允许我们使用溶液剂，也可与选择混悬液或者松散填装的胶囊，但这对我们药物的均匀混合有更高的要求。一般来说可以在标记药物的生产过程中的溶液状态下进行混合，这样在重结晶的时候就可以分布的更加均匀，以确保试验的可靠性。一般来说，同位素标记药品的生产过程也需要遵守GMP的要求。

一般而言，人体物质平衡研究的受试者选用健康成年男性，一方面考虑到放射性对女性生育功能的影响，另一方面也尽量减少差异性。当研究药物具有细胞毒性时，可以考虑选择既定适宜症的患者进行研究。在受试者例数方面，最为常见的例数为6例，在FDA2017-2019年批准的新药当中，61.8%的受试者数量为6例，总的来说基本在4-8例的范围内。如果前期研究提示PK参数变异性大，或者药物代谢受代谢酶基因多态性影响较大，又或者检测放射性低导致结果变异大等情况下，建议受试者例数为6-8例。如果没有这些因素，4-6例受试者已经足够。

人体物质平衡试验一般为单剂量，单周期的试验，当使用加速器质谱启用的人体物质平衡试验（AMS-enabled），由于检测方法灵敏性极高，所以可以采用微剂量研究（microdose），一般的放射性给药剂量在0.1-1μCi。这一给药剂量使得静注的物质平衡试验成为可能，因为不需要考虑溶解度的问题。但考虑到检测放射性的量大幅减少，即使AMS的检测灵敏度很高，还是建议采取两周期，双交叉的试验，两周期分别以药理剂量给药非标记的药物合并极小剂量的口服或静注的放射性标记的药物，这样可以确保药代动力学参数的参考价值。当然，使用AMS作为检测方法可能会大幅增加样本准备处理的时间，应该同时予以考虑。多次给药研究也在某些特殊情况下可以使用，比如与特定器官结合导致产生长期放射性危害的情况，可以考虑先非标记药物给药以提前结合相关点位，再进行标记药物的给药，降低对受试者的伤害。

在人体物质平衡试验中，需要采集的样本一般包括全血、血浆、尿液和粪便，在特别情况下，需要采集受试者的呼吸二氧化碳，采用一定的方法进行固定（如氢氧化钡或者乙醇胺）。血样的采集一般参考前期试验中获得的PK参数，采血至5个半衰期左右。相比于一般的临床药理学试验来说，采血时长应相应延长，这是考虑到可能有长半衰期代谢物的可能性。排泄物的收集一般需要满足一定的条件，一般来说采集到168小时，不过应考虑实际情况。需要满足总的放射性回收率达到90%，或者连续两天排泄物回收率小于1%。这就要求试验进行的同时，排泄物放射性的检验也要同步进行，以获得实时的放射性回收率。对于某些半衰期特别长的药物，一般不建议将受试者一直留在机构，通常的住院时间是7-10天。如果在这段时间没有获得足够的放射性回收率，在前期已经获得了部分消除参数的情况下，可以让受试者离开机构，并在规定的时间回到机构采集样本，一般需要24-36小时。这样我们可以通过消除参数进行建模以补全未采集的放射性数据。一般来说，对于半衰期比较短的药物来说，如果主要是尿液排泄，则7天一般足够，如果粪便排泄占绝对主要的地位，建议延长到14天，因为必须排除是否是因为药物本身并没吸收的情况。对于半衰期长的药物来说，除了上面说的定时回到机构的设计外，也可以考虑将试验时间延长到21天以充分收集样本。无论那种情况，必须在试验的方案当中规定提前出组标准（比如连续两个采样周期<1%的放射性回收），以及延长试验的方法说明（如住院、回到机构或者在家采集）。

在试验的过程中，应注意排泄物样本应收尽收，避免遗漏放射性。受试者给药必须进行培训，当给药时出现滴漏，必须将滴漏处放射性按照适合的方法进行收集，如滴落在织物上应将织物剪下以评估放射性。在放射性安全方面，试验开始前应确定试验场所的本底放射性，在试验结束后，应将试验场所放射性恢复到本底水平。所有放射性废弃物应分开处理并相应进行标注，防止意外的放射性暴露。

到目前为止我们已经完成了临床试验操作的所有阶段，收集了血浆、尿液和粪便样品，下一期我将介绍如何进行样本处理以及分析、分析的结果又将为新药临床提供哪些支撑。

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