第 391 期

研究發展
奈米微粒之典型與生理藥物動力學模式
NHRI researchers outline pharmacokinetics and physiologically-based pharmacokinetic modeling of nanoparticles

根據最近的一些估計，全球與奈米微粒有關之商業金額約達300億美元，而在不久的將來可能會超過1兆美元；目前與奈米有關之商品已超過600項，而自1990年到2006年，與奈米相關的專利註冊案件呈現指數上升的趨勢。奈米微粒的應用範圍非常廣泛，舉凡藥物傳遞與標的、醫學成像、材料科學、能源與照明、水與空氣過濾器、化學或生物製劑之傳感器、環境中有害化學物質之清理技術等，皆是我們日常生活中會接觸與暴露到的奈米微粒，特別是奈米銀；奈米銀因為具有抗菌性能，已應用於牙膏、洗髮精與潤絲精、除臭劑、奶瓶與奶嘴、玩具、廚房用具、寢具、布料、過濾器、濕潤器與手術用口罩、洗衣機、以及水淨化系統等。然而這些我們生活普遍使用的奈米微粒物品，我們卻鮮少知道甚或不知這些奈米微粒的長期健康效應。本院環境衛生與職業醫學研究組林嬪嬪研究員、奈米醫學研究中心楊重熙主任與美國科羅拉多大學楊世馨教授回顧當前研究奈米微粒之藥物動力學文獻，發現早期有關藥物動力學的研究多與臨床應用的實用目標有關，透過藥物動力學應用奈米微粒與奈米技術於生物醫學研究，包括：
(1) 傳遞與標的藥物
(2) 藉由控制藥物釋放機制以及/或與奈米微粒結合，以延長治療期間
(3) 抑制多重抗藥性
(4) 控制並改變組織細胞分布以達療效
(5) 避免網狀內皮系統之吞噬作用，以延長生物可利用性
(6) 控制微粒尺寸或透過膠囊以改變藥物之動力學
(7) 藉由奈米微粒的理化特性應用於醫學影像
(8) 増強藥物的效果

「典型的藥物動力學」指的是於藥廠裡例行性執行的非腔室性（noncompartment）或腔室性（compartment）藥物動力學研究，而以生理學為基礎之生理藥物動力學（PBPK）模式之腔室具有解剖與生理上的特性，此為與典型的藥物動力學模式最主要之差異。當藥物在特定組織中之濃度與藥效或毒性的相關性比藥物在血中濃度更密切時，PB比較適合用PK模型來描述藥動及藥效，並預測特定時間之藥物血中濃度；此外，結合PBPK模型與吸收模擬和定量構效關係（量化的結構活性關係，QSAR）方法可以讓我們預測新藥的生物分布（drug disposition），並可以協助選擇候選先導藥物。PBPK模型亦可用於預測不同物種、不同劑量、不同給藥途徑的動力學。林研究員考量量子點705（QD705）在脾、肝、腎的累積性與持久性，以及QD705明顯地隨時間的再分佈至身體的其他部分與上述三項器官，利用PBPK模型呈現血液、脾、肝、腎和其他身體部位的關係如下圖所示。


由於QD705為一個外層塗有金屬之球狀有機分子，不會溶解於血漿或組織，所以對照血液不會有「組織間隔係數」，因此林研究員等人設計「組織分佈係數（DCs）」，該係數為靜脈注射後不同時間點之組織中QD705濃度的曲線下面積除以血液中QD705濃度的曲線下面積；利用修正後之希爾方程式（Hill equation），估計相關的DCs，並以電腦模擬曲線，其結果與QD705在小鼠體內持續之動力學相符。林研究員及其研究團隊指出，PBPK模型的主要的效用為藉由與其他資料庫進一步的校正與驗證，其潛在的物種間預測法可擴展至人類，在奈米微粒的安全性被確認以前，利用PBPK模型芯片（in silico）研究資料可以應用於人體上。

未來，我們的生活周遭將會有更與奈米微粒相關，隨著奈米微粒產品與應用的增加，顯而易見的是環境的考量以及人類與生態健康議題亦愈受重視，因此，對奈米微粒的健康評估需求也會大增。由於資源有限且動物實驗的倫理考量，應鼓勵發展運算毒理學 (computational toxicology)/芯片毒理學（in silico toxicology）；因此整合現代生物學與演算技術為近來系統生物學研究之重要方法。此論文已發表於Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2010, 10 (12): 8482-8490。
《文：編輯中心陳筱蕾整理；審校：環境衛生與職業醫學研究組林嬪嬪研究員》