Xây dựng và đánh giá phần mềm hỗ trợ việc ước tính các thông số dược động học – dược lực học cơ bản

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH
-----------------

NGUYỄN NGỌC CẨM TRÚC

XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ PHẦN MỀM
HỖ TRỢ VIỆC ƯỚC TÍNH CÁC THƠNG SỐ
DƯỢC ĐỘNG HỌC – DƯỢC LỰC HỌC CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2017


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN NGỌC CẨM TRÚC

XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ PHẦN MỀM
HỖ TRỢ VIỆC ƯỚC TÍNH CÁC THƠNG SỐ
DƯỢC ĐỘNG HỌC - DƯỢC LỰC HỌC CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

Chuyên ngành: Dược lý – Dược lâm sàng
Mã số: 60720405

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Huỳnh Ngọc Trinh

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2017


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

NGUYỄN NGỌC CẨM TRÚC


iii

MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ

1

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

3

2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN DƯỢC ĐỘNG HỌC VÀ
DƯỢC LỰC HỌC

3

2.1.1. Dược động học

3

2.1.2. Dược lực học

3

2.2. QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI

4

2.2.1. Các giai đoạn trong q trình nghiên cứu phát triển thuốc mới

4

2.2.2. Vai trị của các nghiên cứu dược động học – dược lực học trong nghiên
cứu phát triển thuốc

6

2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DƯỢC ĐỘNG HỌC-DƯỢC
LỰC HỌC

7

2.3.1. Phân loại và mục tiêu nghiên cứu dược động học-dược lực học

7

2.3.2. Các nghiên cứu dược động học-dược lực học

7

2.4. MỘT SỐ THÔNG SỐ DƯỢC ĐỘNG HỌC CƠ BẢN

9

2.4.1. Thông số AUC (Area Under the Curve)

9

2.4.2. Nồng độ Cmax - Thời gian Tmax

10

2.4.3. Sinh khả dụng (Bioavailability – BA)

10

2.4.4. Thời gian bán thải T1/2 (Time of half-life) và hằng số tốc độ thải trừ ke
(Elimination rate Constant)

10

2.4.5. Thể tích phân phố Vd (Volume of distribution)

11

2.4.6. Độ thanh thải Cltotal (Total Clearance)

11

2.5. MỘT SỐ THÔNG SỐ DƯỢC LỰC HỌC CƠ BẢN

12

2.5.1. Thông số LD50 (Lethal Dose)

12

2.5.2. Thông số ED50 (Effective Dose)

14

2.5.3. Thông số EC50 (Effective Concentration) - Thơng số IC50 (Inhibitor
Concentration)

15

2.6. MƠ HÌNH PHÂN TÍCH DƯỢC ĐỘNG HỌC DỰA VÀO NGĂN
ĐỘNG HỌC

16

iv

2.6.1. Mơ hình phân tích dược động học khơng ngăn (Non-Compartmental
Analysis)

16

2.6.2. Mơ hình phân tích dược động học nhiều ngăn (Multiple Compartmental
Analysis)

16

2.7. MỘT SỐ PHẦN MỀM CÓ LIÊN QUAN

21

2.8. YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ ĐÁNH GIÁ PHẦN MỀM

22

2.8.1. Định nghĩa phần mềm theo FDA

22

2.8.2. Khái niệm đánh giá phần mềm trong ngành Dược

23

2.8.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với phần mềm

23

CHƯƠNG 3. ĐỐI TƯỢNG & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

24

3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

24

3.2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

24

3.2.1. Đề xuất nghiên cứu và xây dựng yêu cầu kỹ thuật các thông số PK/PD
cơ bản dựa trên dữ liệu thực nghiệm

24

3.2.2. Đề xuất nghiên cứu và xây dựng yêu cầu kỹ thuật các thông số PK cơ
bản dựa trên mơ hình dược động học

25

3.2.3. Xây dựng giao diện và các bước xử lý cho việc thiết kế phần mềm

26

3.2.4. Đánh giá tính chính xác của giải pháp phần mềm được đề xuất dựa vào
dữ liệu đã công bố

27

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

30

4.1. ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG YÊU CẦU KỸ THUẬT
CÁC THÔNG SỐ PK/PD CƠ BẢN TỪ THỰC NGHIỆM TRONG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC

30

4.1.1. Đề xuất các thông số PK/PD cơ bản dựa vào các hướng nghiên cứu

30

4.1.2. Xây dựng yêu cầu kỹ thuật dựa vào cơng thức tốn học và phương pháp
tính tốn của các thông số dược động – dược lực học cơ bản

32

4.2. ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG YÊU CẦU KỸ THUẬT
CÁC THƠNG SỐ PK CƠ BẢN DỰA VÀO MƠ HÌNH DƯỢC ĐỘNG
HỌC

39

4.2.1. Đề xuất nghiên cứu các thông số PK cơ bản dựa vào mơ hình phân tích
dược động học

39


v

4.2.2. Xây dựng yêu cầu kỹ thuật các thông số PK cơ bản dựa vào mơ hình
phân tích ngăn động học

43

4.3. XÂY DỰNG GIAO DIỆN VÀ CÁC BƯỚC XỬ LÝ CHO VIỆC
THIẾT KẾ PHẦN MỀM PKPD ANALYSIS

60

4.4. ĐÁNH GIÁ TÍNH CHÍNH XÁC CỦA GIẢI PHÁP PHẦN MỀM
ĐƯỢC ĐỀ XUẤT DỰA VÀO DỮ LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ

68

4.4.1. Đánh giá kết quả phần mềm trong trường hợp dữ liệu NCA

68

4.4.2. Đánh giá kết quả phần mềm trong trường hợp MCA – IV Bolus

75

4.4.3. Đánh giá kết quả phần mềm trong trường hợp MCA – PO/Extravascular

78

4.4.4. Đánh giá kết quả phần mềm trong lựa chọn vá áp dụng mơ hình dược
động học thích hợp

79

4.4.5. Đánh giá kết quả phần mềm trong trường hợp thông số LD50

82

4.4.6. Đánh giá kết quả phần mềm trong trường hợp thông số IC50

83

4.5. BÀN LUẬN

85

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

87

TÀI LIỆU THAM KHẢO


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh

Tiếng Việt

AUC

Area Under the Curve

Diện tích dưới đường cong

BA

Bioavailability

Sinh khả dụng

Cp

Plasma Concentration

Nồng độ trong huyết tương

Cpss

Plasma Concentration at steady state

Nồng độ trong huyết tương tại tại
trạng thái cân bằng

EC

Effective Concentration

Nồng độ hiệu quả

ED

Effective Dose

Liều hiệu quả

IC

Inhibitor Concentration

Nồng độ ức chế

LD

Lethal Dose

Liều gây chết

MCA

Multiple Compartmental Analysis

Mơ hình phân tích dược động học

nhiều ngăn

MRT

Mean Residence Time

Thời gian lưu

NCA

Non-Compartmental Analysis

Mơ hình phân tích dược động học
không ngăn

PD

Pharmacodynamics

Dược lực học

PK

Pharmacokinetics

Dược động học

S

Salt factor

Yếu tố muối của dạng thuốc

URS

User Requirements Specification

Yêu cầu kỹ thuật của người sử dụng

Vd

Volume of distribution

Thể tích phân bố

Vdss

Volume of distribution at steady state Thể tích phân bố tại trạng thái cân
bằng


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Các thông số dược động học một ngăn

17

Bảng 2.2. Các thông số dược động học hai ngăn

19

Bảng 2.3. Các thông số dược động học ba ngăn

20

Bảng 4.1. Bảng nhập số liệu để xác định LD50

36

Bảng 4.2. Bảng nhập số liệu để xác định ED50

38

Bảng 4.3. So sánh các kết quả dự đốn các thơng số giữa phần mềm
Kinetica, WinNonlin và phần mềm nghiên cứu cho axit Lipoic PO liều 500
mg dạng Racemic

69

Bảng 4.4. So sánh kết quả dự đoán của 3 phần mềm cho các thông số Cmax,
Tmax, T1/2, ke, AUC cho axit Lipoic PO liều 500 mg dạng Racemic

70

Bảng 4.5. So sánh kết quả dự đốn của 3 phần mềm cho các thơng số
AUMC, MRT, Cl/F, Vz/F, Vdss/F cho axit Lipoic PO liều 500 mg dạng
Racemic

71

Bảng 4.6. So sánh các kết quả dự đoán các thông số giữa phần mềm
Kinetica, WinNonlin và phần mềm nghiên cứu cho axit Lipoic PO liều 500
mg dạng R

72

Bảng 4.7. So sánh kết quả dự đoán của 3 phần mềm cho các thông số Cmax,
Tmax, T1/2, ke, AUC cho axit Lipoic PO liều 500 mg dạng R

73

Bảng 4.8. So sánh kết quả dự đoán của 3 phần mềm cho các thông số
AUMC, MRT, Cl/F, Vz/F, Vdss/F cho axit Lipoic PO liều 500 mg dạng R

74

Bảng 4.9. So sánh kết quả dự đốn các thơng số PK từ phần mềm PKPD
Analysis và nghiên cứu của Reilly trường hợp IV Bolus - 1 ngăn

76

Bảng 4.10. So sánh kết quả dự đoán các thông số PK từ phần mềm PKPD
Analysis và nghiên cứu Reilly trường hợp IV Bolus - 2 ngăn

76

Bảng 4.11. So sánh kết quả dự đốn các thơng số PK từ phần mềm PKPD
Analysis và nghiên cứu Reilly trường hợp IV Bolus - 3 ngăn

77

Bảng 4.12. So sánh kết quả dự đốn các thơng số PK từ phần mềm PKPD
Analysis và nghiên cứu của Kasiwong trường hợp 1 ngăn

78

Bảng 4.13. So sánh kết quả dự đốn các thơng số PK từ phần mềm PKPD
Analysis và nghiên cứu của Ball trường hợp PO - 2 ngăn

79

Bảng 4.14. Bảng số liệu của các nồng độ thuốc/huyết tương được dự đoán
dựa vào các mơ hình dược động học nhiều ngăn

81

Bảng 4.15. So sánh các nồng độ dự đốn dựa theo các mơ hình ngăn động
học khác nhau từ phần mềm PKPD Analysis và nghiên cứu của Reilly

81


viii

Bảng 4.16. So sánh kết quả dự đốn mơ hình ngăn động học thích hợp từ
phần mềm PKPD Analysis và nghiên cứu của Reilly

82

Bảng 4.17. So sánh kết quả LD50 từ phần mềm PKPD Analysis và nghiên
cứu tá dược liposome và sản phẩm liposome paclitaxel

82

Bảng 4.18. So sánh kết quả IC50 từ phần mềm PKPD Analysis và nghiên
cứu trước đó

84


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Sơ đồ 4.1. Định hướng áp dụng từng thông số PK/PD dựa vào dữ liệu thực
nghiệm trong nghiên cứu phát triển thuốc mới

31

Sơ đồ 4.2. Định hướng phương pháp ước tính các thơng số PK

41

Sơ đồ 4.3. Định hướng phương pháp dự đoán nồng độ thuốc trong huyết
tương khi sử dụng IV infusion

42

Hình 2.1. Minh họa các giai đoạn quá trình khám phá và phát triển thuốc

4

Hình 2.2. Minh họa thông số AUC theo hai đường dùng khác nhau IV và PO

9

Hình 2.3. Minh họa thơng số T1/2
Hình 2.4. Minh họa thơng số LD50

11
13

Hình 2.5. Minh họa thơng số ED50

14

Hình 2.6. Minh họa thơng số IC50

15

Hình 2.7. Mơ hình dược động học một ngăn

17

Hình 2.8. Đường biểu diễn nồng độ thuốc/huyết tương theo thời gian trong
mơ hình dược động học một ngăn IV bolus

18

Hình 2.9. Mơ hình dược động học hai ngăn

18

Hình 2.10. Đường biểu diễn nồng độ thuốc/huyết tương theo thời gian trong
mơ hình dược động học hai ngăn IV bolus

19

Hình 2.11. Mơ hình dược động học ba ngăn

20

Hình 2.12. Đường biểu diễn nồng độ thuốc/huyết tương theo thời gian trong
mơ hình dược động học ba ngăn IV bolus

21

Hình 4.1. Mơ hình dược động học PO một ngăn

52

Hình 4.2. Đường biểu diễn nồng độ thuốc/máu theo thời gian trong mơ hình
dược động học PO một ngăn

52

Hình 4.3. Minh họa thời gian trễ tlag

53

Hình 4.4. Mơ hình dược động học IV tiêm truyền một ngăn

57

Hình 4.5. Đường biểu diễn nồng độ thuốc/huyết tương theo thời gian trongmơ
hình dược động học IV infusion

58

Hình 4.6. Đường biểu diễn nồng độ thuốc/huyết tương theo thời gian trong
mơ hình dược động học loading dose + IV infusion

59

Hình 4.7. Minh họa các chức năng chính của phần mềm

61

Hình 4.8. Giao diện tính tốn thơng số AUC

61


x

Hình 4.9. Giao diện tính tốn thơng số T1/2

62

Hình 4.10. Giao diện tính tốn thơng số ke

62

Hình 4.11. Giao diện tính tốn thơng số Cltotal

63

Hình 4.12. Giao diện tính tốn thơng số Vd

63

Hình 4.13. Giao diện tính tốn thơng số ClR

64

Hình 4.14. Giao diện tính tốn thơng số ED50

64

Hình 4.15. Giao diện tính tốn thơng số PK theo mơ hình NCA – IV Bolus

65

Hình 4.16. Giao diện tính tốn thơng số PK theo mơ hình NCA – PO

65

Hình 4.17. Giao diện tính tốn thơng số PK theo mơ hình MCA – IV Bolus –

One Compartment

66

Hình 4.18. Giao diện tính tốn thơng số PK theo mơ hình MCA – IV Bolus –
Two Compartment

66

Hình 4.19. Giao diện tính tốn thơng số PK theo mơ hình MCA – PO – One
Compartment

67

Hình 4.20. Giao diện tính tốn thơng số PK theo mơ hình MCA – PO – Two
Compartment

67


1

CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Việc khám phá tác dụng trị liệu của một dược chất không chỉ hướng tới việc bào
chế ra sản phẩm có dược lực mà cịn phải hiểu rõ nhất có thể về q trình thay đổi
của dược chất đó khi được đưa vào cơ thể (về khía cạnh hấp thu, phân bố, biến đổi
sinh học và thải trừ của thuốc). Điều này cần đến các nghiên cứu về dược động học
của thuốc.
Trong nghiên cứu thuốc mới, cịn phải xem xét đến khía cạnh liên quan đến dược

lực của các phân tử thuốc tiềm năng (tác dụng tăng cường hay ức chế chức năng cơ
thể, ái lực và tính chọn lọc đích tác động…). Do đó các nghiên cứu dược động –
dược lực học (Pharmacokinetics/ Pharmacodynamics - PK/PD) đóng vai trị hết sức
quan trọng và cần thiết cho sự khám phá và phát triển thuốc mới để phục vụ cho
cơng tác chăm sóc sức khỏe và phịng ngừa bệnh.
Hiện nay, các đề tài nghiên cứu dược lý – dược lâm sàng đa số tập trung nghiên cứu
về các đặc tính PK/PD của các thuốc tiềm năng (ví dụ: nghiên cứu độc tính của
thuốc, tác dụng dược lý, cơ chế tác động, dược động học của các dạng bào chế
mới…), chưa có nghiên cứu chuyên sâu về việc áp dụng các thông số PK/PD theo
các hướng nghiên cứu thuốc khác nhau một cách cụ thể.
Đồng thời quá trình tính tốn, phân tích và xử lý kết quả thu được từ thực nghiệm
rất mất thời gian, có thể xảy ra sai sót (chủ yếu xử lý bằng phần mềm Microsoft
Excel hay các phần mềm thống kê chuyên dụng) hoặc hiện nay có một số phần
mềm thương mại như Kinetica, WinNonlin hay Nonnem (có giá bản quyền khá cao,
và rất phức tạp khi sử dụng). Bên cạnh đó khi sử dụng các phương pháp thủ công
hay kể cả những phần mềm chuyên dụng, người sử dụng cũng vẫn gặp khó khăn
trong việc định hướng việc áp dụng các thông số PK/PD cơ bản trong nghiên cứu
thuốc một cách phù hợp.


2

Với những lý do trên, đề tài “Xây dựng và đánh giá phần mềm hỗ trợ việc ước
tính các thơng số dược động học – dược lực học cơ bản” được thực hiện nhằm
cung cấp cho các nhà nghiên cứu thuốc một cơng cụ tính tốn, phân tích và xử lý
kết quả thực nghiệm đơn giản và chính xác hơn, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động
nghiên cứu dược phẩm, bên cạnh việc gợi ý định hướng nghiên cứu dược lý một
cách rõ ràng trong các lĩnh vực nghiên cứu thuốc có liên quan.
Mục tiêu tổng quát:
Xây dựng yêu cầu kỹ thuật, giao diện phần mềm và đánh giá phần mềm hỗ trợ việc

ước tính các thơng số PK/PD cơ bản.
Mục tiêu chi tiết:
1.

Đề xuất nghiên cứu và xây dựng yêu cầu kỹ thuật các thông số PK/PD cơ bản
dựa trên các dữ liệu thực nghiệm trong nghiên cứu phát triển thuốc.

2.

Đề xuất nghiên cứu và xây dựng yêu cầu kỹ thuật các thông số PK cơ bản dựa
vào mơ hình dược động học.

3.

Xây dựng giao diện và các bước xử lý cho việc thiết kế phần mềm.

4.

Đánh giá tính chính xác của giải pháp phần mềm được đề xuất dựa vào các dữ
liệu đã công bố.


3

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN DƯỢC ĐỘNG HỌC VÀ
DƯỢC LỰC HỌC
2.1.1. Dược động học
Dược động học (Pharmacokinetics - PK) là môn học nghiên cứu về số phận của một

thuốc khi được đưa vào cơ thể thông qua các thay đổi theo thời gian của các hình
thái khác nhau của thuốc đó [11].
Khi đưa một chất thuốc vào cơ thể, thuốc phải trải qua một q trình dược động
học, gọi tắt là ADME, đó là hấp thu (Absorption), phân bố (Distribution), chuyển
hóa (Metabolism) và thải trừ (Elimination) [43].
Dược động học lâm sàng là sự vận dụng dược động học cơ bản lên cơ thể con
người. Mục đích nghiên cứu của dược động học lâm sàng là xác định một chế độ
liều điều trị khoa học căn cứ vào nồng độ thuốc trong máu hoặc trong huyết tương
và tính tốn dựa trên các cơng thức dược động học [7].
Dược động học lâm sàng cho biết mối liên hệ giữa liều lượng và tác dụng của thuốc
trên cơ thể người. Các yếu tố sinh lý (lứa tuổi, giới tính…), bệnh lý (chức năng ganthận…) có thể gây ra sự thay đổi các thông số dược động học và vì vậy cần có chế
độ liều phù hợp với từng đối tượng. Ngoài ra dược động học lâm sàng là cơ sở để
phát triển các thuốc mới cũng như đánh giá lại hiệu quả và an toàn của các thuốc đã
lưu hành, bảo đảm cho chất lượng điều trị ổn định [7].
2.1.2. Dược lực học
Dược lực học (Pharmacodynamics – PD) là môn học nghiên cứu về tác dụng của
thuốc trên cơ thể [7], [11].
Dược lực học nghiên cứu về tương tác của thuốc với các thành phần đại phân tử
trong cơ thể gây ra sự thay đổi chức năng hay hoạt động chuyển hóa sinh lý và sinh


4

hóa trong cơ thể. Các hiểu biết về dược lực sẽ giúp ích cho việc sử dụng thuốc hợp
lý, dự đốn được hiệu lực của thuốc và có thể thiết kế nên các thuốc ưu việt hơn
[23], [47].
Dược lực học phân tử hay còn gọi là dược lực học hiện đại, trong đó coi phân tử là
một đơn vị cơ bản khi giải thích hiệu lực của các chất có tác dụng sinh học. Dược
lực học phân tử diễn đạt tác dụng sinh học trên cơ sở tương tác giữa thuốc với các
phân tử đặc hiệu, phức phân tử hay một phần của chúng gọi là “chất cảm thụ đặc

biệt” hay chất cảm thụ. Thông thường chất thụ cảm là những cao phân tử sinh học
như: enzym, protein, axit nucleic và màng tế bào [17].
2.2. QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THUỐC MỚI
2.2.1. Các giai đoạn chính trong q trình nghiên cứu phát triển thuốc mới
Quá trình nghiên cứu thuốc bao gồm hai quá trình khám phá thuốc và phát triển
thuốc được trình bày trong Hình 2.1. Quá trình này trải qua rất nhiều giai đoạn, bắt
đầu bằng việc lựa chọn một hướng điều trị bệnh cụ thể, nhận dạng vị trí đích đặc
trưng của bệnh được nghiên cứu, để từ đó sàng lọc cấu trúc phân tử có hoạt tính
sinh học [44].
Khám phá thuốc mới

Nhận dạng
bệnh

Nhận dạng
đích tác
động

Nhận dạng
phân tử
gốc

Phát triển thuốc mới

Tối ưu
phân tử
gốc

Thử
nghiệm

tiền lâm
sàng

Thử
nghiệm
lâm sàng
Pha I,II,III

Đăng ký và
đưa thuốc mới
ra thị trường

Hình 2.1. Minh họa các giai đoạn quá trình khám phá và phát triển thuốc [44].


5

Quá trình khám phá thuốc mới sẽ chọn lọc được các hợp chất tiềm năng nhất. Tiếp
theo đó là quá trình phát triển thuốc mới bao gồm nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm
sàng để tìm ra các thuốc có hoạt tính điều trị [21].
Trong quá khứ, nhiều thuốc được phát hiện bằng các hợp chất có trong dược liệu
hay phương thuốc y học cổ truyền. Ngày nay, thuốc mới được khám phá dựa nhiều
vào thành tựu y khoa về cơ chế bệnh sinh và phương pháp kiểm soát/điều trị bệnh.
Thơng thường q trình nghiên cứu phát triển thuốc mới gồm hai giai đoạn chính
(xem Hình 2.1):
-

Giai đoạn nghiên cứu tiền lâm sàng [47]:


Xác định tính an tồn và hiệu quả của thuốc: giai đoạn này sẽ loại bỏ các
chất tác dụng kém, độc tính cao, đột biến gen, khả năng sinh thai hoặc
biến dị di truyền (độc tính trường diễn), tác dụng bất lợi trên các chức
năng của hệ tuần hồn, hơ hấp, thần kinh, gan, thận…



Khảo sát các tác dụng dược lý dựa trên các thử nghiệm in vitro, in vivo,
ex vivo, in situ.



Các nghiên cứu tiền lâm sàng được tiến hành trước khi thử nghiệm trên
người nhằm mục đích thu thập các dữ liệu liên quan thuốc mới (bao gồm
độc tính, dược động học, dược lực học, cảm ứng/ức chế enzym, cơ chế
vận chuyển thuốc…). Đồng thời, các nghiên cứu này sẽ khuyến cáo liều
dùng đầu tiên dành cho người trong các thử nghiệm lâm sàng.

-

Giai đoạn nghiên cứu lâm sàng [17]:


Giai đoạn 1: nghiên cứu trên người khỏe mạnh và tình nguyện. Mục đích
là thử sự dung nạp và nghiên cứu tác dụng sinh học trên cơ thể.



Giai đoạn 2: nghiên cứu tác dụng của thuốc trên bệnh nhân. Mục đích là
xác nhận hiệu lực chữa bệnh của thuốc mới, liều lượng thích hợp trong

điều trị, chọn cách dùng và dạng dùng tiện lợi nhất.


6



Giai đoạn 3: thử lâm sàng trên số đông bệnh nhân. Mục đích là so sánh
thuốc mới (thử) với các thuốc đang dùng (đối chiếu) và theo dõi độ an
toàn của thuốc khi dùng dài ngày.



Giai đoạn 4: theo dõi các tác dụng phụ (các phản ứng có hại của thuốc
sau khi lưu hành ngồi thị trường).

2.2.2. Vai trị của các nghiên cứu dược động học – dược lực học trong nghiên
cứu phát triển thuốc
Trong quá trình nghiên cứu phát triển một thuốc mới, nghiên cứu về dược động học
– dược lực học (PK/PD) giữ vai trị quan trọng vì có sự gắn kết với nhiều lĩnh vực
nghiên cứu khác. Thực vậy, không những chỉ cung cấp những hiểu biết về các diễn
biến theo thời gian của phân tử thuốc khi được đưa vào cơ thể, PK/PD cịn có ý
nghĩa với việc sàng lọc trong giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu thuốc mới để
chọn lọc ra hoạt chất triển vọng nhất và cho phép ngoại suy từ động vật sang người
[20], [38], [43]. Tầm quan trọng của dược động học đối với các lĩnh vực nghiên cứu
thuốc mới như hóa dược, bào chế học, sinh dược học, sinh hóa, độc chất học, dược
lý, dược lâm sàng đã được chứng minh qua thực tế. Hiện nay việc nghiên cứu các
dạng bào chế mới hay nhóm hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên ngày càng được
quan tâm nhiều hơn. Các kiến thức về Sinh dược học là sự giao thoa giữa Dược
động học và Bào chế học nhằm hướng đến dạng thuốc phù hợp nhất với mục tiêu

nghiên cứu. Ngoài ra, các thử nghiệm độc tính nhằm kiểm nghiệm các loại dược
phẩm mới, xác định ảnh hưởng độc tiềm ẩn từ các hợp chất tự nhiên và tổng hợp,
nên có thể giúp giải thích về cơ chế của các hiện tượng độc tính của thuốc, thời gian
khởi phát độc tính, mức độ trầm trọng, sự lệ thuộc vào liều lượng sử dụng, mức độ
hồi phục (hoặc không hồi phục).Các hiểu biết về PK/PD của thuốc giúp ích rất
nhiều cho việc tạo ra một sản phẩm có hiệu lực, cũng như đưa ra được phác đồ sử
dụng có tính an tồn cao, phù hợp với những đối tượng bệnh nhân khác nhau, đồng
thời cũng giải thích được các nguyên nhân dẫn đến tác dụng phụ, độc tính của thuốc
[23].


7

2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DƯỢC ĐỘNG HỌC – DƯỢC
LỰC HỌC
2.3.1. Phân loại và mục tiêu của nghiên cứu dược động học – dược lực học
Nghiên cứu cơ bản: thực hiện trên thú vật thực nghiệm và người khỏe mạnh nhằm
xác định các thông số dược động, so sánh sinh khả dụng của thuốc, xác định tương
đồng sinh học, xác định độc tính…
Nghiên cứu ứng dụng lâm sàng: thực hiện trên bệnh nhân nhằm hiệu chỉnh phương
pháp trị liệu [11].
Mục tiêu của các nghiên cứu dược động học bao gồm [11], [20]:
-

Thuốc mới (bổ sung hồ sơ).

-

Hiệu chỉnh liều lượng.

-

Thay đổi cơng thức, qui trình bào chế.

-

Tìm hiểu về tương tác thuốc.

2.3.2. Các nghiên cứu dược động học – dược lực học
Dù các mục đích khơng giống nhau, nghiên cứu PK của một thuốc sẽ bao gồm các
giai đoạn sau [11]:
-

Xây dựng qui trình nghiên cứu.

-

Định lượng thuốc trong mẫu sinh học.

-

Tính tốn các thơng số.

-

Biện giải các kết quả.

Giai đoạn cuối cùng của nghiên cứu này là tính toán và biện luận kết quả bao gồm
các bước [11]:
-

Từ các diễn biến nồng độ thuốc trong huyết tương, áp dụng các phương pháp
tính các thơng số dược động học cơ bản của thuốc.


8

-

Biện luận kết quả từ các thông số dược động học thu được qua các giai đoạn
hấp thu, phân bố, thải trừ.

-

Mô tả các biến thiên dược động của thuốc trong những trường hợp sinh lý
bệnh lý khác nhau (nghiên cứu ứng dụng lâm sàng).

Trong khám phá các hợp chất mới, các nghiên cứu PD giúp đo lường trực tiếp hay
gián tiếp hiệu lực của thuốc bằng việc ước tính các thơng số (ví dụ các thơng số
EC50, ED50, IC50…) dựa vào phân tích dữ liệu thực nghiệm [21], [25]. Các kết quả
này có thể là tiền đề xác định mối liên quan giữa nồng độ và hiệu quả của thuốc.
Mục tiêu của các nghiên cứu này là dự đoán tác dụng điều trị của thuốc phải càng
sớm càng tốt để giảm thiểu nguy cơ cũng như tiết kiệm thời gian và nguồn lực [40].
Thử nghiệm độc tính cấp là một đánh giá ban đầu biểu hiện độc nhằm cung cấp
thông tin về những mối nguy hiểm đối với sức khỏe có thể phát sinh từ việc tiếp xúc
ngắn hạn với thuốc). Thử nghiệm được tiến hành đầu tiên đối với nguyên liệu làm
thuốc.
Độc tính cấp của một chất là độc tính xảy ra trong thời gian ngắn thường là trong 14
ngày khi tiếp xúc liều duy nhất chất đó, hoặc đơi khi tiếp xúc vài liều trong vịng 24
giờ [3]. Thử nghiệm độc tính cấp cung cấp thơng tin có thể giúp xác định cơ chế

gây độc cấp tính của chất thử nghiệm, thông tin về liều lượng liên quan đến độc tính
của cơ quan đích, giúp xác định liều lượng của một hợp chất mới. Từ kết quả
nghiên cứu độc tính cấp, có thể giúp xác định các mức độ liều cho thử nghiệm với
các liều lặp lại. Thơng tin này cũng có thể được ngoại suy để sử dụng trong chẩn
đoán và điều trị các phản ứng có hại ở người. Khoảng thời gian từ lúc dùng thuốc
cho đến khi các dấu hiệu độc tính khởi phát và biến mất có thể cung cấp thơng tin
có giá trị cho việc nghiên cứu về động học của các chất độc trong cơ thể [3], [22].
Thử nghiệm độc tính trường diễn để phát hiện những xáo trộn của cơ thể, những tác
dụng phụ sau khi tiếp xúc với thuốc nhiều lần trong thời gian dài. Các dữ liệu từ các
nghiên cứu này cung cấp các thơng tin có giá trị về độc tính tích lũy của thuốc trên
cơ quan đích và các mối nguy hiểm sức khỏe nói chung có thể xảy ra do hậu quả
của nhiều lần tiếp xúc với liều thấp của một hóa chất. Độc tính trường diễn của


9

thuốc là độc tính xảy ra sau khi nhận thuốc thử nghiệm nhiều lần trong một thời
gian dài [29].
Thử nghiệm độc tính trường diễn quan trọng đối với các thuốc sử dụng trong thời
gian dài hoặc những thuốc tích lũy trong cơ thể, thuốc chậm chuyển hóa/đào thải.
Ngồi ra, các thử nghiệm độc tính nhằm kiểm nghiệm các loại dược phẩm mới, xác
định ảnh hưởng độc tiềm ẩn từ các hợp chất tự nhiên và tổng hợp, nên có thể giúp
giải thích về cơ chế của các hiện tượng độc tính của thuốc, thời gian khởi phát độc
tính, mức độ trầm trọng, sự lệ thuộc vào liều lượng sử dụng, mức độ hồi phục (hoặc
không hồi phục) [47].
2.4. MỘT SỐ THƠNG SỐ DƯỢC ĐỘNG HỌC CƠ BẢN
2.4.1. Thơng số AUC (Area Under the Curve)
Thơng số AUC là diện tích dưới đường cong biểu diễn sự biến thiên của nồng độ
thuốc trong máu (Cp) theo thời gian (t), biểu thị lượng thuốc vào được vịng tuần
hồn ở dạng cịn hoạt tính sau một thời gian (như Hình 2.2) [7], [11], [43].

PO

Nồng độ Cp

Nồng độ Cp

IV

AUC

AUC
Tmax

Thời gian t

Thời gian t

Hình 2.2. Minh họa thông số AUC theo hai đường dùng khác nhau IV và PO.


10

Cách tính AUC từ thực nghiệm dựa vào nồng độ thuốc đo được trong máu (thường
là huyết tương hay huyết thanh) theo quy tắc hình thang.
AUC  AUC0t  AUCt 

Do đó:
∑
Trong đó:

Cn: nồng độ thuốc ở điểm cuối cùng định lượng.
ke: hằng số vận tốc thải trừ.
2.4.2. Nồng độ Cmax - Thời gian Tmax
Nồng độ Cmax là nồng độ cao nhất đạt được sau khi dùng một liều thuốc được minh
họa trong Hình 2.2.
Thời gian Tmax là thời điểm nồng độ trong huyết tượng đạt mức tối đa Cmax. Thời
gian này phản ánh tốc độ hấp thu của dược chất do đó được sử dụng để đánh giá tốc
độ hấp thu (như Hình 2.2).
2.4.3. Sinh khả dụng (Bioavailability – BA )
Sinh khả dụng là đại lượng đặc trưng của quá trình hấp thu của thuốc, biểu thị mức
độ hay tỉ lệ và vận tốc của thuốc vào đến nơi tác động ở dạng còn tác dụng (dạng
nguyên thủy và chất chuyển hóa có hoạt tính) [12], [30].
Như vậy BA liên quan trực tiếp đến 3 đại lượng diện tích dưới đường cong AUC,
tốc độ Tmax và cường độ Cmax.
Sinh khả dụng được sử dụng như là một tiêu chí để đánh giá trong nghiên cứu sinh
dược học, là cơ sở xác định tương đương sinh học (Bioequivalance – BE) trong so
sánh lựa chọn chế phẩm.
-

Sinh khả dụng tuyệt đối F của một dược chất dưới một dạng bào chế nhất định
là tỉ lệ phần trăm của liều sử dụng được hấp thu và sẵn sàng tại nơi tác động
[12].


11

-

Sinh khả dụng tương đối F’ được xác định bằng cách tính tỉ lệ sinh khả dụng
của dạng thuốc cần thử so với sinh khả dụng của dạng chuẩn (từ chế phẩm

thương mại có hiệu quả lâm sàng tốt đã được chứng minh) [12].

2.4.4. Thời gian bán thải T1/2 (Time of half-life) và hằng số tốc độ thải trừ ke
(Elimination rate Constant)
Thời gian bán thải T1/2 là thời gian cần thiết để nồng độ thuốc trong huyết tương
giảm đi một nửa trong giai đoạn thải trừ hoặc là thời gian cần để một nửa lượng
thuốc được đào thải ra khỏi cơ thể [7], [11].
Thời gian bán thải T1/2 được dùng để xác định:
-

Tỷ lệ thuốc được thải trừ.

-

Số lần sử dụng thuốc.

-

Khoảng thời gian cần thiết để nồng độ thuốc đạt đến trạng thái cân bằng Cpss

Nồng độ Cp

sau khi đưa liều lập lại (khoảng 4-5 lần T1/2).

Thời gian t

T1/2

Hình 2.3. Minh họa thông số T1/2.
Thời gian bán thải T1/2 được tính với cơng thức như sau:

⁄

Trong đó: ke là hằng số tốc độ thải trừ.


12

Hằng số tốc độ thải trừ ke được xác định bằng cách vẽ đường biểu diễn của giá trị
ln(Cp) theo thời gian t [26].
2.4.5. Thể tích phân phố Vd (Volume of distribution)
Thể tích phân bố Vd là thể tích mà trên lý thuyết lượng thuốc đưa vào cơ thể phải
được phân tán để có nồng độ bằng với nồng độ trong huyết tương của thuốc này.
Thể tích phân bố Vd được dùng để xác định:
-

Ước đoán nồng độ thuốc đạt được theo liều khuyến cáo.

-

Tính liều khởi đầu (liều tải – loading dose DL).

Cách tính từ thực nghiệm

Trong đó:
F: Sinh khả dụng của dạng thuốc.
S: yếu tố muối của dạng thuốc.
diện tích dưới đường cong.
Yếu tố muối S (Salt factor): của hoạt chất được định nghĩa là tỷ lệ thuốc đó tồn tại
dưới dạng tinh khiết so với tồn thể các dạng thuốc (kể cả dạng muối hay ester của
nó). Ví dụ: phenytoin Natri bao gồm 92% phenytoin và 8% muối Natri, suy ra yếu

tố muối S=0,92.
2.4.6. Độ thanh thải Cltotal (Total Clearance)
Độ thanh thải Cltotal hay còn gọi là độ thanh lọc là thể tích biểu kiến của huyết
tương hoặc huyết thanh được các cơ quan của cơ thể (thường là gan và thận) loại bỏ
hoàn toàn trong 1 đơn vị thời gian (phút hoặc giờ) [7], [43].
Sự thanh lọc có thể xảy ra ở gan, thận hay một số cơ quan khác như tuyến mồ hôi,
nước bọt, ruột.
Độ thanh thải Cltotal được dùng để xác định [7]:
-

Tốc độ bài xuất (dựa vào Cp đã biết).


13

-

Nồng độ thuốc ở trạng thái ổn định Cpss khi thuốc được dùng theo cách truyền
tĩnh mạch.

-

Tốc độ truyền để duy trì nồng độ thuốc hằng định Cpss.

Cách tính Cltotal từ thực nghiệm

Trong đó:
F: Sinh khả dụng của dạng thuốc.
S: yếu tố muối của dạng thuốc.
diện tích dưới đường cong.

Độ thanh thải tại thận ClR (Renal Clearance)
ClTotal  ClR  ClER

Trong đó:
ClR: Độ thanh thải tại thận.
ClER: Độ thanh thải tại các cơ quan khác.
Tại thận, thuốc sẽ được thải trừ bằng cách bài tiết vào nước tiểu. Độ thanh thải tại
thận ClR của một thuốc là đại lượng đánh giá hiệu quả chức ngăn bài tiết của thận.
Phương pháp để xác định Clr của một thuốc dựa vào mối liên quan giữa tốc độ thải
trừ thuốc trong nước tiểu và nồng độ thuốc trong máu Cp [43].
2.5. MỘT SỐ THƠNG SỐ DƯỢC LỰC HỌC CƠ BẢN
2.5.1. Thơng số LD50 (Lethal Dose)
Thơng số LD50 là liều chết trung bình hay liều làm chết 50% số con vật thí nghiệm
trong những điều kiện nhất định thường gặp trong các thử nghiệm độc tính liên
quan đến liều lượng [29].


14

Phân suất tử vong (%)

Tác dụng
gây chết

LD50

Log[Cp]

Hình 2.4. Minh họa thông số LD50.
Các trường hợp không xác định LD50

Về nguyên tắc khi nói đến xác định độc tính cấp là phải xác định LD50. Tuy nhiên
cũng có những trường hợp không phải xác định LD5.
-

Không thể xác định được LD50: Có nhiều thuốc cho uống với liều rất cao mà
con vật không chết [1], [9].

-

Không muốn xác định LD50: Một thuốc qua thăm dị nghiên cứu thấy liều dùng
có tác dụng chữa bệnh ở người là 0,6 mg/kg trọng lượng. Cho chuột nhắt uống
một liều gấp 500 lần liều đó, tức là 300 mg/kg trọng lượng, chuột vẫn không
chết. Trong trường hợp này có 2 cách xử trí:


Tiếp tục dùng liều cao hơn đến khi có chuột chết, qua đó xác định LD50.



Đã dùng một liều ở chuột nhắt gấp 500 lần liều dùng ở người, chuột vẫn
không chết, chứng tỏ thuốc có độ an tồn cao, nên khơng cần thử tiếp với
liều cao hơn để xác định LD50 và kết luận “đã cho chuột nhắt uống liều
gấp 500 lần (300 mg/kg) liều có tác dụng ở người chuột vẫn khơng chết,
chứng tỏ thuốc có độ an tồn cao” [1], [23].