药物研发和毒性筛选培训课件

药物研发和毒性筛选药物的基本要求药物的基本要求安全、有效、质量可控安全、有效、质量可控有效有效有效有效安全安全安全安全质量可控质量可控质量可控质量可控Benefit/Risk药理学药理学毒理学毒理学毒理学毒理学2药物研发和毒性筛选毒理学的研究领域毒理学的研究领域发现和识别发现和识别外源性毒物外源性毒物的的“潜在危潜在危害害”的的“证证据据”探讨作用原探讨作用原理，为解毒理，为解毒和安全使用和安全使用提供提供“理论理论基础基础”系统的毒系统的毒性研究，性研究，明确安全明确安全性范围。性范围。评价评价危险度评估和管危险度评估和管理理法规法规及措施的及措施的制订。制订。描述性毒理学描述性毒理学描述性毒理学描述性毒理学毒理机制毒理机制毒理机制毒理机制应用毒理学应用毒理学应用毒理学应用毒理学管理和控制管理和控制管理和控制管理和控制3药物研发和毒性筛选21世纪毒性试验的发展世纪毒性试验的发展毒性通路毒性通路毒性通路毒性通路针对性试验针对性试验针对性试验针对性试验毒性试验毒性试验外源毒物的识别外源毒物的识别剂量反应建模与外推建模剂量反应建模与外推建模风险背景风险背景人群数据和暴露数据人群数据和暴露数据4药物研发和毒性筛选毒性通路毒性通路21世纪毒性实验分类世纪毒性实验分类 针对性试验针对性试验vv 评价毒性通路的紊乱，而非顶端终点；评价毒性通路的紊乱，而非顶端终点；评价毒性通路的紊乱，而非顶端终点；评价毒性通路的紊乱，而非顶端终点；vv 强调采用细胞或细胞系，尤其是人源强调采用细胞或细胞系，尤其是人源强调采用细胞或细胞系，尤其是人源强调采用细胞或细胞系，尤其是人源细胞的高通量试验方法；细胞的高通量试验方法；细胞的高通量试验方法；细胞的高通量试验方法；vv 采用中通量实验法评价细胞的整体反应采用中通量实验法评价细胞的整体反应采用中通量实验法评价细胞的整体反应采用中通量实验法评价细胞的整体反应vv 开展相关的实验，以评价代谢物、开展相关的实验，以评价代谢物、开展相关的实验，以评价代谢物、开展相关的实验，以评价代谢物、评估靶组织或者在基因组水平上进一步评估靶组织或者在基因组水平上进一步评估靶组织或者在基因组水平上进一步评估靶组织或者在基因组水平上进一步了解受到影响的细胞过程；了解受到影响的细胞过程；了解受到影响的细胞过程；了解受到影响的细胞过程；vv 限制体内研究的种类和期限，重点限制体内研究的种类和期限，重点限制体内研究的种类和期限，重点限制体内研究的种类和期限，重点关注暴露时间不超出关注暴露时间不超出关注暴露时间不超出关注暴露时间不超出14141414天的研究；天的研究；天的研究；天的研究；vv 依据最新的化学品分类法，对代表依据最新的化学品分类法，对代表依据最新的化学品分类法，对代表依据最新的化学品分类法，对代表性的受试物作更为详尽的测试性的受试物作更为详尽的测试性的受试物作更为详尽的测试性的受试物作更为详尽的测试5药物研发和毒性筛选 vv内源性激素内源性激素内源性激素内源性激素 (Endogenous hormones)(Endogenous hormones)vvDNADNA损伤损伤损伤损伤 (DNA damage)(DNA damage)vv抗氧化剂反应（抗氧化剂反应（抗氧化剂反应（抗氧化剂反应（Antioxidant Response PathwayAntioxidant Response Pathway）vvPXRPXR、CARCAR、PPARPPAR和和和和AhRAhR受体受体受体受体 (PXR,CAR,PPAR and AhR(PXR,CAR,PPAR and AhR receptors)receptors)vv低渗低渗低渗低渗 (Hypo-osmolarity)(Hypo-osmolarity)vvNrf2 Nrf2 氧化应激氧化应激氧化应激氧化应激 (Nrf2 oxidative stress)(Nrf2 oxidative stress)vv热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白 (Heat-shock proteins)(Heat-shock proteins)vvP38MAPK(P38 MAPK)P38MAPK(P38 MAPK)vv。已知的主要的毒性通路已知的主要的毒性通路6药物研发和毒性筛选 新药研发的技术模式和研究路径的转变新药研发的技术模式和研究路径的转变vStrategy and Implementation Plan for Advancing Regulatory Science for Medicinal Products。20132013，USFDAUSFDAvv8 8个领域中的第一个：毒理学的现代化，促进革新基于个领域中的第一个：毒理学的现代化，促进革新基于个领域中的第一个：毒理学的现代化，促进革新基于个领域中的第一个：毒理学的现代化，促进革新基于动物实验的传统安全性评价方法，具体包括：动物实验的传统安全性评价方法，具体包括：动物实验的传统安全性评价方法，具体包括：动物实验的传统安全性评价方法，具体包括：开展安全性评价新方法研究：特别是基于生物标记物的开展安全性评价新方法研究：特别是基于生物标记物的评价技术。例如，将细胞、基因芯片、蛋白质组学和代评价技术。例如，将细胞、基因芯片、蛋白质组学和代谢组学数据与动物实验、临床研究整合。谢组学数据与动物实验、临床研究整合。体外实验以及计算机辅助建模方法的研究体外实验以及计算机辅助建模方法的研究细胞株、遗传工程改造的生物组织模型等方法的开发细胞株、遗传工程改造的生物组织模型等方法的开发7药物研发和毒性筛选发现毒理学研究发现毒理学研究药物研究早期发现阶段，通过毒理学筛选和药物研究早期发现阶段，通过毒理学筛选和药物研究早期发现阶段，通过毒理学筛选和药物研究早期发现阶段，通过毒理学筛选和评价，及早地评价，及早地评价，及早地评价，及早地发现和淘汰发现和淘汰发现和淘汰发现和淘汰有严重毒性问题、不适合有严重毒性问题、不适合有严重毒性问题、不适合有严重毒性问题、不适合开发的化合物，开发的化合物，开发的化合物，开发的化合物，指导指导指导指导合成更安全有效的化合物。合成更安全有效的化合物。合成更安全有效的化合物。合成更安全有效的化合物。8药物研发和毒性筛选意义意义vv药理和毒理学家同时采用快速、低耗、高通药理和毒理学家同时采用快速、低耗、高通药理和毒理学家同时采用快速、低耗、高通药理和毒理学家同时采用快速、低耗、高通量筛选系统对一系列新化学物进行药效和毒量筛选系统对一系列新化学物进行药效和毒量筛选系统对一系列新化学物进行药效和毒量筛选系统对一系列新化学物进行药效和毒性的同步筛选，找出候选化合物。性的同步筛选，找出候选化合物。性的同步筛选，找出候选化合物。性的同步筛选，找出候选化合物。vv确定确定确定确定NCEsNCEs的毒性作用机制和定量构效关系的毒性作用机制和定量构效关系的毒性作用机制和定量构效关系的毒性作用机制和定量构效关系,指导化学家合成毒性较低的系列化合物。指导化学家合成毒性较低的系列化合物。指导化学家合成毒性较低的系列化合物。指导化学家合成毒性较低的系列化合物。vv毒理学家基于该类化合物的毒性机制选出合毒理学家基于该类化合物的毒性机制选出合毒理学家基于该类化合物的毒性机制选出合毒理学家基于该类化合物的毒性机制选出合适的体内动物实验模型，进行体内毒性评价。适的体内动物实验模型，进行体内毒性评价。适的体内动物实验模型，进行体内毒性评价。适的体内动物实验模型，进行体内毒性评价。减少动物，减少动物，减少动物，减少动物，提高成功率提高成功率提高成功率提高成功率降低费用，降低费用，降低费用，降低费用，缩短周期缩短周期缩短周期缩短周期9药物研发和毒性筛选特点特点vv涵盖的毒理学终点广涵盖的毒理学终点广涵盖的毒理学终点广涵盖的毒理学终点广vv试验方法敏感性高试验方法敏感性高试验方法敏感性高试验方法敏感性高vv使用的样品量少使用的样品量少使用的样品量少使用的样品量少vv试验周期短试验周期短试验周期短试验周期短vv试验技术方法易于掌握，试剂及仪器费用低试验技术方法易于掌握，试剂及仪器费用低试验技术方法易于掌握，试剂及仪器费用低试验技术方法易于掌握，试剂及仪器费用低vv有效降低新药研发的费用，加快研发进程有效降低新药研发的费用，加快研发进程有效降低新药研发的费用，加快研发进程有效降低新药研发的费用，加快研发进程vv不受不受不受不受GLPGLP约束约束约束约束10药物研发和毒性筛选主要技术手段主要技术手段1.1.药物毒性的早期优化筛选系统药物毒性的早期优化筛选系统药物毒性的早期优化筛选系统药物毒性的早期优化筛选系统（Preclinical Lead Optimization Technologies,PLOTs)2.2.计算机模型或专家系统预测新化学实体的潜在毒性计算机模型或专家系统预测新化学实体的潜在毒性计算机模型或专家系统预测新化学实体的潜在毒性计算机模型或专家系统预测新化学实体的潜在毒性QSAR，in silico toxicology 3.3.“基因修饰基因修饰基因修饰基因修饰”动物模型评价候选新药的毒性、致癌动物模型评价候选新药的毒性、致癌动物模型评价候选新药的毒性、致癌动物模型评价候选新药的毒性、致癌性及其毒作用机制性及其毒作用机制性及其毒作用机制性及其毒作用机制 4.4.毒理组学毒理组学毒理组学毒理组学(-omics)(-omics)技术研究药物的毒性机制技术研究药物的毒性机制技术研究药物的毒性机制技术研究药物的毒性机制11药物研发和毒性筛选1、药物毒性的早期优化筛选系统、药物毒性的早期优化筛选系统（Preclinical Lead Optimization Technologies,PLOTs)12药物研发和毒性筛选1)1)、一般毒性、一般毒性体外试验体外试验体外试验体外试验vvMTTMTT法法法法：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性 vvXTTXTT法法法法 ：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性 vvCCK-8CCK-8法法法法 ：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性：线粒体脱氢酶活性 vv LDHLDH法法法法 ：细胞膜的完整性：细胞膜的完整性：细胞膜的完整性：细胞膜的完整性 vv中性红法中性红法中性红法中性红法 ：将染料摄入溶酶体的胞吞作用：将染料摄入溶酶体的胞吞作用：将染料摄入溶酶体的胞吞作用：将染料摄入溶酶体的胞吞作用 vv刃天青法刃天青法刃天青法刃天青法 ：细胞的代谢活性：细胞的代谢活性：细胞的代谢活性：细胞的代谢活性 vv苔盼兰排斥试验：细胞膜的完整性苔盼兰排斥试验：细胞膜的完整性苔盼兰排斥试验：细胞膜的完整性苔盼兰排斥试验：细胞膜的完整性 体内试验体内试验体内试验体内试验vv上下法上下法上下法上下法13药物研发和毒性筛选肝细胞毒性试验肝细胞毒性试验vv离体肝灌流：离体肝灌流：离体肝灌流：离体肝灌流：评价药物毒物在肝脏的代谢动力学，代谢产物情评价药物毒物在肝脏的代谢动力学，代谢产物情评价药物毒物在肝脏的代谢动力学，代谢产物情评价药物毒物在肝脏的代谢动力学，代谢产物情况，对肝脏的毒性作用以及对肝脏代谢酶的影响等况，对肝脏的毒性作用以及对肝脏代谢酶的影响等况，对肝脏的毒性作用以及对肝脏代谢酶的影响等况，对肝脏的毒性作用以及对肝脏代谢酶的影响等vv精密切割的肝切片精密切割的肝切片精密切割的肝切片精密切割的肝切片vv肝细胞培养：人肝细胞、大鼠原代肝细胞、肝细胞培养：人肝细胞、大鼠原代肝细胞、肝细胞培养：人肝细胞、大鼠原代肝细胞、肝细胞培养：人肝细胞、大鼠原代肝细胞、HepG2HepG2细细细细胞系胞系胞系胞系vv离体的亚细胞成分离体的亚细胞成分离体的亚细胞成分离体的亚细胞成分vv胚胎干细胞（胚胎干细胞（胚胎干细胞（胚胎干细胞（ESES）定向分化成的肝细胞样细胞模型：）定向分化成的肝细胞样细胞模型：）定向分化成的肝细胞样细胞模型：）定向分化成的肝细胞样细胞模型：利用人胚利用人胚利用人胚利用人胚胎干细胞分化的肝细胞，一方面通过比较蛋白含量测定（胎干细胞分化的肝细胞，一方面通过比较蛋白含量测定（胎干细胞分化的肝细胞，一方面通过比较蛋白含量测定（胎干细胞分化的肝细胞，一方面通过比较蛋白含量测定（KBKB分分分分析），细胞活性测定（析），细胞活性测定（析），细胞活性测定（析），细胞活性测定（MTTMTT分析）观察药物对肝细胞增殖的影响；分析）观察药物对肝细胞增殖的影响；分析）观察药物对肝细胞增殖的影响；分析）观察药物对肝细胞增殖的影响；另一方面，选择受试药物刺激肝细胞，检测肝功能相关酶另一方面，选择受试药物刺激肝细胞，检测肝功能相关酶另一方面，选择受试药物刺激肝细胞，检测肝功能相关酶另一方面，选择受试药物刺激肝细胞，检测肝功能相关酶ALTALT、ASTAST、ALPALP、LDHLDH等；其三，检测细胞色素等；其三，检测细胞色素等；其三，检测细胞色素等；其三，检测细胞色素p450p450酶活性，观察酶活性，观察酶活性，观察酶活性，观察药物对其影响。药物对其影响。药物对其影响。药物对其影响。14药物研发和毒性筛选ADME/T模型及药物相互作用模型模型及药物相互作用模型(CYP450s、Pgp、Caco-2、Cocktail)v v应用应用应用应用CacoCaco2 2细胞模型评价药物和毒物的吸收情况、重细胞模型评价药物和毒物的吸收情况、重细胞模型评价药物和毒物的吸收情况、重细胞模型评价药物和毒物的吸收情况、重复用药对药物吸收的转运蛋白的影响、药物对肠道细复用药对药物吸收的转运蛋白的影响、药物对肠道细复用药对药物吸收的转运蛋白的影响、药物对肠道细复用药对药物吸收的转运蛋白的影响、药物对肠道细胞的毒作用以及药物吸收的毒性成份等。胞的毒作用以及药物吸收的毒性成份等。胞的毒作用以及药物吸收的毒性成份等。胞的毒作用以及药物吸收的毒性成份等。v v应用肝微粒体孵育应用肝微粒体孵育应用肝微粒体孵育应用肝微粒体孵育“cocktail”cocktail”技术，根据药物在肝技术，根据药物在肝技术，根据药物在肝技术，根据药物在肝微粒体中的消除速率以及在各种与药物代谢密切相关微粒体中的消除速率以及在各种与药物代谢密切相关微粒体中的消除速率以及在各种与药物代谢密切相关微粒体中的消除速率以及在各种与药物代谢密切相关的的的的P450 P450 酶亚型酶亚型酶亚型酶亚型(如如如如CYP1A2CYP1A2、2C92C9、2C192C19、2D62D6、3A43A4等等等等)特异性抑制剂存在下的消除速率差异研究，判断何种特异性抑制剂存在下的消除速率差异研究，判断何种特异性抑制剂存在下的消除速率差异研究，判断何种特异性抑制剂存在下的消除速率差异研究，判断何种酶亚型可能参与了该药的代谢。酶亚型可能参与了该药的代谢。酶亚型可能参与了该药的代谢。酶亚型可能参与了该药的代谢。15药物研发和毒性筛选心脏毒性筛选试验心脏毒性筛选试验vvhERG(human ether-a-go-go related gene)hERG(human ether-a-go-go related gene)钾离子通道模型钾离子通道模型钾离子通道模型钾离子通道模型 基于基于基于基于hERGhERG表达系统表达系统表达系统表达系统,通过膜片钳技术观察通过膜片钳技术观察通过膜片钳技术观察通过膜片钳技术观察hERGhERG通道的电生通道的电生通道的电生通道的电生理学特性理学特性理学特性理学特性,构建药物致构建药物致构建药物致构建药物致QTQT间期延长体外评价模型间期延长体外评价模型间期延长体外评价模型间期延长体外评价模型,对对对对hERGhERG电电电电流的影响流的影响流的影响流的影响,为药物致为药物致为药物致为药物致QT QT 间期延长的安全性评价提供技术手间期延长的安全性评价提供技术手间期延长的安全性评价提供技术手间期延长的安全性评价提供技术手段。段。段。段。膜片钳技术被称为研究离子通道的膜片钳技术被称为研究离子通道的膜片钳技术被称为研究离子通道的膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准金标准金标准金标准”。vv心肌毒性：利用人胚胎干细胞分化的心肌细胞，通过比较心肌毒性：利用人胚胎干细胞分化的心肌细胞，通过比较心肌毒性：利用人胚胎干细胞分化的心肌细胞，通过比较心肌毒性：利用人胚胎干细胞分化的心肌细胞，通过比较蛋白含量测定（蛋白含量测定（蛋白含量测定（蛋白含量测定（KBKB分析），细胞活性测定（分析），细胞活性测定（分析），细胞活性测定（分析），细胞活性测定（MTTMTT分析）分析）分析）分析）观察药物对心肌细胞增殖的影响；观察药物对心肌细胞增殖的影响；观察药物对心肌细胞增殖的影响；观察药物对心肌细胞增殖的影响；16药物研发和毒性筛选肾脏毒性肾脏毒性体外：体外：体外：体外：vv离体灌注的肾脏离体灌注的肾脏离体灌注的肾脏离体灌注的肾脏vv离体灌注的肾单位、肾组织切片离体灌注的肾单位、肾组织切片离体灌注的肾单位、肾组织切片离体灌注的肾单位、肾组织切片vv离体的肾小球、离体的肾小球、离体的肾小球、离体的肾小球、LLC-PK1LLC-PK1、OKOK、MDCKMDCK、NRK-52ENRK-52E、HK-HK-2 2细胞细胞细胞细胞体内：体内：体内：体内：vv早期肾损伤的生物标志物：早期肾损伤的生物标志物：早期肾损伤的生物标志物：早期肾损伤的生物标志物：KIM-1KIM-1、白蛋白、总蛋白、白蛋白、总蛋白、白蛋白、总蛋白、白蛋白、总蛋白、2-2-微球蛋白、胱蛋白酶微球蛋白、胱蛋白酶微球蛋白、胱蛋白酶微球蛋白、胱蛋白酶C C（Cystatin CCystatin C）、聚集素）、聚集素）、聚集素）、聚集素（ClusterinClusterin）、三叶因子）、三叶因子）、三叶因子）、三叶因子-3-3（Trefoil Factor-3Trefoil Factor-3）17药物研发和毒性筛选2)、遗传毒性、遗传毒性vvAmesAmes波动试验波动试验波动试验波动试验vvGreen-Screen assay:Green-Screen assay:利用酵母利用酵母利用酵母利用酵母DNADNA修复基因修复基因修复基因修复基因RAD54RAD54和报告和报告和报告和报告基因构建基因构建基因构建基因构建vv利用利用利用利用P53P53报告基因构建报告基因构建报告基因构建报告基因构建vv体外微核体外微核体外微核体外微核vv小鼠淋巴瘤细胞试验小鼠淋巴瘤细胞试验小鼠淋巴瘤细胞试验小鼠淋巴瘤细胞试验(Mouse Lymphoma Assay,MLA)vv彗星试验彗星试验彗星试验彗星试验18药物研发和毒性筛选3)、生殖毒性、生殖毒性vv全全全全胚胎培养胚胎培养胚胎培养胚胎培养(WEC)(WEC)vv中脑细胞微团培养中脑细胞微团培养中脑细胞微团培养中脑细胞微团培养(MM)(MM)vv胚胎干细胞试验胚胎干细胞试验胚胎干细胞试验胚胎干细胞试验(EST)(EST)19药物研发和毒性筛选4)4)、局部毒性、局部毒性vv皮肤刺激：皮肤刺激：皮肤刺激：皮肤刺激：TER,EPISKIN,TER,EPISKIN,EPIDERMEPIDERM、ORROSITEXORROSITEXvv光光光光毒性毒性毒性毒性 :3T3 NRU-PT:3T3 NRU-PTvv眼刺激：经体外兔去核眼刺激试验眼刺激：经体外兔去核眼刺激试验眼刺激：经体外兔去核眼刺激试验眼刺激：经体外兔去核眼刺激试验 (Ex-RET)(Ex-RET)、眼人组、眼人组、眼人组、眼人组织等价试验织等价试验织等价试验织等价试验 (EpiOcularEpiOcular)、牛经体外角膜混浊透过试牛经体外角膜混浊透过试牛经体外角膜混浊透过试牛经体外角膜混浊透过试验验验验 (BCOP)(BCOP)、鸡经体外去核眼刺激试验、鸡经体外去核眼刺激试验、鸡经体外去核眼刺激试验、鸡经体外去核眼刺激试验 (CEET)(CEET)vv皮肤过敏：皮肤过敏：皮肤过敏：皮肤过敏：局部淋巴结试验局部淋巴结试验局部淋巴结试验局部淋巴结试验(LLNALLNA)、肽反应性试验、肽反应性试验、肽反应性试验、肽反应性试验Alternative toxicity assay20药物研发和毒性筛选高内涵毒性筛选高内涵毒性筛选检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号传导的影响，在实验中获取大量相代谢途径及信号传导的影响，在实验中获取大量相代谢途径及信号传导的影响，在实验中获取大量相代谢途径及信号传导的影响，在实验中获取大量相关信息。关信息。关信息。关信息。v v筛选模型筛选模型筛选模型筛选模型：人类及啮齿动物相应靶器官（肝、肾、心脏和神：人类及啮齿动物相应靶器官（肝、肾、心脏和神：人类及啮齿动物相应靶器官（肝、肾、心脏和神：人类及啮齿动物相应靶器官（肝、肾、心脏和神经系统）的体外培养细胞经系统）的体外培养细胞经系统）的体外培养细胞经系统）的体外培养细胞v v检测指标检测指标检测指标检测指标：细胞丢失、：细胞丢失、：细胞丢失、：细胞丢失、DNADNA降解、核大小、细胞骨架紊乱、降解、核大小、细胞骨架紊乱、降解、核大小、细胞骨架紊乱、降解、核大小、细胞骨架紊乱、DNADNA损伤反应、氧化应激、有丝分裂指标、应激激酶激活、损伤反应、氧化应激、有丝分裂指标、应激激酶激活、损伤反应、氧化应激、有丝分裂指标、应激激酶激活、损伤反应、氧化应激、有丝分裂指标、应激激酶激活、线粒体功能、细胞周期阻滞线粒体功能、细胞周期阻滞线粒体功能、细胞周期阻滞线粒体功能、细胞周期阻滞22药物研发和毒性筛选成像技术的应用成像技术的应用fPETfPETfMRIfMRIOIOIIRIRPETPETMRIMRIMRSIMRSIPETPETUSGUSGMRSIMRSISPECTSPECTPETPETIRIRX-rayX-rayMRIMRICTCTUSGUSG机能机能机能机能分子分子分子分子代谢代谢代谢代谢生理学生理学生理学生理学解剖学解剖学解剖学解剖学MRI=MRI=磁共振成像磁共振成像;CT=;CT=电脑断层扫描电脑断层扫描;USG=;USG=超声波扫描术超声波扫描术y;MRSI=y;MRSI=磁共振波谱磁共振波谱成像成像;PET=;PET=正电子成像术正电子成像术;SPECT=;SPECT=单光子发射计算机断层扫描单光子发射计算机断层扫描;IR=;IR=红外红外;fPET=fPET=功能性正电子成像术功能性正电子成像术;fMRI=;fMRI=功能性磁共振成像功能性磁共振成像;OI=;OI=光学成像光学成像vv非侵袭非侵袭非侵袭非侵袭/动物数量减少动物数量减少动物数量减少动物数量减少vv同一动物的发育同一动物的发育同一动物的发育同一动物的发育 衰老衰老衰老衰老vv动物用作自身对照动物用作自身对照动物用作自身对照动物用作自身对照vv同一动物的每天多项研究同一动物的每天多项研究同一动物的每天多项研究同一动物的每天多项研究vv平行进行解剖和机能评价平行进行解剖和机能评价平行进行解剖和机能评价平行进行解剖和机能评价23药物研发和毒性筛选2、计算机模型或专家系统预测新化、计算机模型或专家系统预测新化学实体的潜在毒性学实体的潜在毒性QSAR，in silico toxicology 24药物研发和毒性筛选药物早期虚拟筛选程序药物早期虚拟筛选程序v v用计算机筛选的方法称为虚拟筛选，或称用计算机筛选的方法称为虚拟筛选，或称用计算机筛选的方法称为虚拟筛选，或称用计算机筛选的方法称为虚拟筛选，或称in silicoin silico筛选筛选筛选筛选 ，成为成为成为成为in silico-in vitro-in vivoin silico-in vitro-in vivo模式模式模式模式 。v v用一系列用一系列用一系列用一系列“基于知识的滤网基于知识的滤网基于知识的滤网基于知识的滤网”对虚拟库对虚拟库对虚拟库对虚拟库“筛选筛选筛选筛选”，以，以，以，以“浓浓浓浓缩缩缩缩”出能够满足预定标准的化合物。出能够满足预定标准的化合物。出能够满足预定标准的化合物。出能够满足预定标准的化合物。v v这些滤网包括类药性这些滤网包括类药性这些滤网包括类药性这些滤网包括类药性(drug like)(drug like)，药代动力学性质，毒性，药代动力学性质，毒性，药代动力学性质，毒性，药代动力学性质，毒性，知识产权问题以及与受体的互补性或与配体的相似性等，知识产权问题以及与受体的互补性或与配体的相似性等，知识产权问题以及与受体的互补性或与配体的相似性等，知识产权问题以及与受体的互补性或与配体的相似性等，是通过数据库搜寻和计算化学实现的。是通过数据库搜寻和计算化学实现的。是通过数据库搜寻和计算化学实现的。是通过数据库搜寻和计算化学实现的。25药物研发和毒性筛选计算机辅助药物毒性筛选模型计算机辅助药物毒性筛选模型P450酶酶抑制剂与抑制剂与P450s的的相互作用模型相互作用模型分子对接和分子对接和动力学模拟动力学模拟结合自由能结合自由能预测预测化合物的构效关系模型化合物的构效关系模型化合物的结构和活性（毒性）化合物的结构和活性（毒性）计算机辅助药物毒性筛选模型计算机辅助药物毒性筛选模型26药物研发和毒性筛选计算机模型或专家系统计算机模型或专家系统 Commercially available toxicity estimation packages are available to Commercially available toxicity estimation packages are available to predict a variety of toxic endpoints including mutagenicity,predict a variety of toxic endpoints including mutagenicity,carcinogenicity,teratogenicity,skin and eye irritation and acute toxicity:carcinogenicity,teratogenicity,skin and eye irritation and acute toxicity:vvDEREK(Deductive Estimation of Risk from Existing Knowledge)-DEREK(Deductive Estimation of Risk from Existing Knowledge)-www.chem.leeds.ac.uk/lukwww.chem.leeds.ac.uk/lukvvHazardExpert Automated Structure Evaluation)CASE(Computer Automated Structure Evaluation)vvTOPKAT(Toxicity Prediction by Computer Assisted TOPKAT(Toxicity Prediction by Computer Assisted Technology)Technology) vvOncoLogic OncoLogic vDILIsim-drug induced liver injury(DILI)27药物研发和毒性筛选Tox Effects in Drug DesignTox EffectAcute(LD50)Organ-specific effectsMutagenicityReproductive effectsCarcinogenicityProgramsTopkat,AB/LD50AB/Tox*(next version)Many programs,AB/ToxMany programs,AB/Tox*Many programs,AB/Tox*28药物研发和毒性筛选3 3、“基因修饰基因修饰”动物技术（动物技术（转基因、转基因、基因敲除、人源化基因敲入动物基因敲除、人源化基因敲入动物 ）的应）的应用用 29药物研发和毒性筛选转基因和基因敲除动物模型：肝毒性转基因和基因敲除动物模型：肝毒性v vHsp70iHsp70i基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型v v金属硫蛋白（金属硫蛋白（金属硫蛋白（金属硫蛋白（MTMT）-I/II-I/II敲除小鼠敲除小鼠敲除小鼠敲除小鼠v v 谷氨酰转肽酶缺乏小鼠谷氨酰转肽酶缺乏小鼠谷氨酰转肽酶缺乏小鼠谷氨酰转肽酶缺乏小鼠v vNrf2Nrf2基因敲除小鼠基因敲除小鼠基因敲除小鼠基因敲除小鼠v vSod2+/-Sod2+/-杂合子杂合子杂合子杂合子KnockoutKnockout小鼠模型小鼠模型小鼠模型小鼠模型 30药物研发和毒性筛选v vrasH2 rasH2 转基因小鼠模型转基因小鼠模型转基因小鼠模型转基因小鼠模型v vTgAC TgAC 转基因小鼠模型转基因小鼠模型转基因小鼠模型转基因小鼠模型v vp53+/-p53+/-基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型v vXPA+/-XPA+/-基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型v vXPA+/-/p53+/-XPA+/-/p53+/-基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型v v新生小鼠试验新生小鼠试验新生小鼠试验新生小鼠试验(CD-1(CD-1 或或或或B6C3F1B6C3F1小鼠小鼠小鼠小鼠)转基因和基因敲除动物模型：致癌试验转基因和基因敲除动物模型：致癌试验31药物研发和毒性筛选4、毒理组学、毒理组学(-omics)技术研究药物技术研究药物的毒性机制的毒性机制32药物研发和毒性筛选v通过分析基因、蛋白质表达和代谢成分的差异，可以预测出通过分析基因、蛋白质表达和代谢成分的差异，可以预测出新药的毒作用机制和潜在的毒作用靶器官；弥补物种间差异，新药的毒作用机制和潜在的毒作用靶器官；弥补物种间差异，更好地预测药物对人体的毒性和毒作用机制。更好地预测药物对人体的毒性和毒作用机制。v基于毒理机制设计相应的实验系统，可在临床前研究中选择基于毒理机制设计相应的实验系统，可在临床前研究中选择更为合适的动物模型、选择理想的观察指标。更为合适的动物模型、选择理想的观察指标。v探究药物的毒性作用机制、作用靶点，为临床研究中进行检探究药物的毒性作用机制、作用靶点，为临床研究中进行检测和毒性解释提供依据。测和毒性解释提供依据。v可在对机体无创伤的情况下进行药物毒性和毒理机制研究。可在对机体无创伤的情况下进行药物毒性和毒理机制研究。毒理组学技术在药物毒理学研究中的优点毒理组学技术在药物毒理学研究中的优点33药物研发和毒性筛选CASESingle dose toxicityDose range finding for repeated dose toxicity 34药物研发和毒性筛选问题？问题？35药物研发和毒性筛选