近年来,为保证给儿童提供更好的安全有效的药物,基础研究取得很大进展,但儿童药物研发和临床使用仍远远落后于成人用药的水平,儿童用药仍然是“孤儿领域”。出现这种情况主要是由于临床药代动力学数据缺乏,理论的机制的研究成果没有得到临床数据的充分验证。数学工具虽然在一定程度上减少了临床数据需求,但仍无法解决儿童临床试验所需入组受试者多,研发周期长的缺陷,尤其是缺乏个体暴露曲线数据,很难达到申报资料的要求和标准。因此急需开发一种试验方法,在符合伦理下描述每个个体的药代动力学行为。非侵入替代基质采样是首选的策略,尿液是首选的研究对象。本文选择有广泛临床应用的药物为受试药,选择标准为:（1）儿童专用药或成人共用制剂;（2）有足够的临床患者;（3）给药方式涵盖常见种类。本文建立了尿液和血液之间的药物暴露关系的数学模型,然后对这一新方法进行全面的试验验证,最终期望应用于临床。建模和验证试验设计的原则是从简单到复杂,从一房室模型到多房室模型,从静脉给药到口服给药,从单次给药到多次给药,从动物到临床,以期促进儿童（尤其是幼儿）用药的临床研究,促进儿科药物开发,为新药报批提供理论和数据支撑。本课题的研究内容包括:1.利用经典的房室模型,建立静脉注射、口服（血管外）、输注等方式给药后,尿累积排泄曲线与血浆暴露曲线之间的数学关系;2.静注模型以地氯雷他定为受试药,通过测定大鼠静脉注射地氯雷他定后尿排泄曲线和血浆暴露曲线,,综合评价不同房室模型、不同单点血浆数据对血药浓度和药代动力学参数的拟合结果,阐述模型的优化过程;3.口服模型以地氯雷他定为受试药,通过测定大鼠口服地氯雷他定后尿排泄曲线和血浆暴露曲线,综合评价不同房室模型、不同单点血浆数据对血药浓度和药代动力学参数的拟合结果,阐述模型的优化过程;4.静脉输注模型以白消安为受试药,测定大鼠（单剂量和多剂量）静脉输注白消安后体内的药代动力学和尿便排泄,综合评价模型拟合效果,判断最佳建模方法;5.研究肾损伤对大鼠静脉注射白消安、马兜铃酸I后药代动力学和尿便排泄的影响,并从损伤机制解释药代动力学和尿便排泄变化;研究肾损伤对尿清除率的影响,探讨拟合血液暴露的可行性;6.招募3～18岁青少年白血病患者,完成临床研究,验证输注模型在临床拟合儿童患者血液暴露的可行性。主要研究结果:1.尿液累积排泄方程转换为剩余尿药量方程后,与相应房室模型的血浆暴露方程具有相同的混杂参数,因此从尿排泄逆推血液暴露具有理论可行性。但模型拟合过程中,需要判定房室,并需要单点血药浓度数据以计算尿排泄率,才能锚定血浆暴露曲线。本文主要针对以上2个主观判定因素,以静注、口服、单剂量输注和多剂量输注等给药途径,建立并优化逆推过程,并验证模型效力。2.大鼠单次静脉注射地氯雷他定0.5 mg/kg后,体内消除半衰期为2.14 h,广泛分布于各组织器官,血药浓度较低;24 h内累积排泄率为5.19%,排泄率较高。通过建立一、二、三房室模型逆推方程发现,二房室和三房室模型比一房室模型具有更好的拟合效果。经过模型拟合值的MAPE、AFE、AAFE以及t1/2、Vd、AUC拟合误差的综合比较,三房室模型结合T=1 h血药数据计算具有最理想的拟合效果,其中MAPE＜100%,AFE＜1,AAFE＜3,AUC等主要药代动力学参数拟合误差均在0.5～2倍之内。但也有个别受试大鼠显示出较差的拟合效果,例如Rat06的剩余尿药曲线呈二房室模型,而血浆药-时曲线为三房室模型,因此导致利用T=1h单点数据锚定所获得的药-时曲线拟合效果差,分析可能原因是,α相持续时间短,尿液排泄受采样时间段限制,未能充分展现α相;或者α相血药浓度高,肾排泄饱和,尿液排泄曲线未能展现α相。3.大鼠口服2 mg/kg地氯雷他定后,药物在体内迅速吸收,达峰时间Tmax约2 h,消除半衰期为4 h左右,口服绝对生物利用度为34.15%,但个体差异较大。大鼠口服给药后60 h内尿中原形的累积排泄率为1.76%,排泄率较高。同样经过对2个主观判定因素的优化后,采用二房室模型和T=4 h血药数据计算的CLr,从大鼠口服地氯雷他定后的尿排泄曲线逆推血浆暴露曲线,对血药浓度拟合误差MAPE＜100%,AFE=0.63,AAFE=2.02,对AUC、Cmax、Tmax、t1/2等主要药代动力学参数的拟合范围均在0.5～2.0倍之内,与实测值无显著差异。在本章口服模型中,tlag计算值存在较大误差,不符合tlag＜5 min的预期值,因此在方程建模中不考虑tlag校正。大鼠口服地氯雷他定后8～12 h时,个别动物血浆药-时曲线出现双峰现象,可能是地氯雷他定的存在肝肠循环。虽然出现肝肠循环的情况时,动物的尿排泄曲线与血浆药-时曲线表现出一定的关联性,但这种更复杂的尿-血暴露关系,本模型（基于房室模型）无法实现拟合,而PBPK模型可能更具有优势。4.大鼠静脉输注白消安后,体内暴露符合一房室开放模型,消除半衰期为2.3h左右,原形经尿累积排泄率占总给药量的4%,而经粪便排泄较低,约0.4%。本文建立了一房室输注模型,通过比较不同单点血浆数据的拟合结果发现,给药结束后前期血药数据具有较小拟合误差。拟合结果表明,采用T=1 h或T=1.033 h单点血浆药物浓度实测数据计算CLr时,模型具有最佳的拟合效果,对血药浓度拟合误差MAPE=15.07%,AFE=1.04,AAFE=1.37,对t1/2、C0、AUC、Vss等主要药代动力学参数拟合误差在0.9～1.1倍之内,与实测值无显著差异。本章一房室单次输注模型适用于未达到稳态血药浓度的单次输注给药过程,仅需T=1 h或T=1.033 h单点血浆药物浓度实测数据和给药结束后的尿排泄数据,即可逆推血浆暴露曲线,获得准确的药代参数拟合结果。5.参考白消安临床给药方案及其在大鼠体内的半衰期,本章设置τ为4 h,即2倍半衰期,每次输注1 h,以固定剂量输注7次。大鼠首次给药后,药物原形经尿排泄量约占总给药量的0.91%,经粪便排泄约0.051%。末次给药结束后,24 h内尿累积排泄率为3.61%,粪便累积排泄率为0.10%。本章建立了恒定剂量下,间隔τ（h）,每次输注T（h）,共输注n次的模型方程,采用首次给药后的单点血药数据和末次给药后的尿排泄数据完成血浆暴露曲线的逆推。采用首次输注结束后即刻（T=1 h）的血药数据具有最佳的拟合效果,对血药浓度拟合误差MAPE=19.40%,AFE=0.97,AAFE=1.17,t1/2、Cms sax、Cms sin、AUC（0-t）、CL等药代动力学参数误差范围在0.8～1.2倍之间。6.本章建立了阿霉素肾损伤模型（ARN）和马兜铃酸I肾损伤模型（AAN）,综合考虑模型组体重、尿量、尿肌酐、尿微量白蛋白以及病理等的变化,ARN组和AAN组大鼠均达到轻微肾损伤程度。ARN和AAN模型会导致Bu和AAI截然不同的药代动力学和排泄变化趋势。ARN导致Bu在ARN大鼠中血液暴露显著升高,清除率显著降低,尿便中药物原型累积排泄率均略有降低;导致AAI尿排泄增加,血液暴露显著降低,清除率显著升高。AAN导致大鼠的AAI经尿累积排泄率显著降低,但未引起血液暴露和清除率显著变化;Bu在AAN大鼠体内的PK特征、尿排泄未受到显著影响。以上药代动力学参数和排泄变化可能与药物代谢酶、转运体的表达受到诱导有关。对照组与模型组大鼠静脉注射Bu后的药-时曲线和剩余尿药曲线均符合一房室分布模型,且两曲线具有良好的平行关系。采用单房室静脉注射模型和T=2 min单点血浆药物浓度数据逆推血浆暴露曲线,三组的血药浓度拟合误差AFE＜2,AAFE＜3,对t1/2、C0、AUC、Vss、CL、MRT等主要药代动力学参数拟合误差在0.8～1.2倍之内。本实验的结果显示,拟合尿排泄数据所得参数α和keA均低于实测值,表现为各时刻计算的CLr,t变异大和前低后高的时间依赖趋势。这极大影响了尿排泄数据对PK研究的代表性和应用前景AAI经静脉注射后在大鼠体内符合三房室分布模型;剩余尿药曲线符合二房室模型。由于尿排泄数据不够密集,药-时曲线与剩余尿药曲线的α相曲线斜率存在较大差异,数学模型不能达到理想拟合效果。预实验表明,对于半衰期短、尿排泄率低的毒物或药物,采用膀胱插管或尿道插管手术能够改善拟合效果。7.本章为Bu多次输注模型的临床验证。患儿首次给药Bu 0.8 mg/kg后,t1/2为2.51 h,Cmax为833.51 ng/m L,AUC（0-6h）为2904.00 h·ng/m L,CL为234.61 m L/h/kg。首次给药后0～6 h尿药累积排泄率为1.41%,末次给药后为1.43%。采用首次给药后尿排泄数据逆推药-时曲线,MAPE＜32.21%,RSD＜2.55,AFE＜1.07,AAFE＜1.31,t1/2、Cms sax、Cms sin、AUC（0-6h）、AUC（0-t）等PK参数拟合误差在0.99～1.25倍之间,满足误差要求;采用末次给药后尿排泄数据建模,MAPE＜38.32%,RSD＜4.4,PK参数拟合误差在0.5～2.0倍之间,可实现对PK参数的准确拟合。另有1例女童患者,采用首次或末次给药后尿排泄数据逆推药-时曲线的MAPE分别为58.94%,215.51%,后者误差大的原因可能为治疗过程中清除率变异导致。综上,为实现尿液作为非侵入生物基质,逆推血药暴露曲线的目的,本课题以房室模型为基础,构建了血浆药-时曲线与尿累积排泄曲线之间的数学关系。针对静注、口服、单剂量输注、多剂量输注和肾损伤等情况下,通过对2个主观因素（房室判定和单点血药浓度选择）的敏感性分析,优化模型,并以实测血药浓度验证模型效力,初步实现了主要依赖尿排泄数据的PK研究策略。不能否认,本模型的前提（药物具有恒定的尿排泄速率）和原理（房室模型）的局限性,导致其并不能适用于所有的药物,例如无（或低的）尿排泄,短半衰期,体内处置复杂的药物。因此,仍需进一步深入扩展技术,例如,尿液连续采样,利用PBPK模型,充分发掘尿中药物代谢物的动力学数据,推动尿液作为非侵入生物基质的PK研究策略。