2 用于临床前物种制剂设计的考量
2.1 非临床安全评估类型和要求
非临床安全评估通常在药物发现阶段作为筛选的一部分开始，选择候选化合物用于临床研究，而且它一直延伸到候选化合物后期临床开发。non-GLP研究的主要目的是确定开发限制毒性。通常对最后1-3个药物发现先导化合物在啮齿动物和非啮齿动物进行研究，目的在于选择最终的化合物进入开发阶段。单剂量研究（single-dose study）通常在3个剂量水平下进行，去得到毒性动力学特征和药物耐受性信息，并最终选择一个剂量范围进行重复剂量毒理学研究。通常这些早期单剂量研究的剂量范围在30-300 mg/kg。在最终选择一个候选药物开发前，一般会进行7-14天的重复剂量范围发现研究（repeat-dose range-finding study），在啮齿类动物（大鼠或小鼠）和非啮齿类动物（狗或猴子）上进行，通常是最终人体给药的途径对它们进行给药。
在开发阶段，单次和重复剂量研究旨在评估各种毒理学领域，如致癌性、免疫毒性、光毒性、生殖和发育毒性、遗传毒性、局部耐受性和滥用责任。重复剂量毒理学研究的典型终点是毒性动力学、临床体征、临床病理学（血液学、血清化学、凝血、尿液分析）、大体病理学、组织病理学和安全药理学（心血管、中枢神经系统、呼吸系统）。在一种新的候选药物首次进入人体临床研究之前，需要进行核心安全性药理学和遗传毒理学研究。生殖毒性研究的时间取决于暴露的人群。在该化合物进入临床一期研究之前，需要在非啮齿动物和啮齿动物物种中进行IND的GLP研究，通常持续4周，并需要设定临床起始剂量和剂量递增模式。一般来说，后期开发阶段的安全性研究为临床研究者提供指导，并在临床研究和注册后维护受试者和患者的安全。在临床试验的规划中采用了一个循序渐进的过程，以便在人类使用之前评估潜在的毒性。对于持续时间少于6个月的短期临床研究，需要在啮齿动物和非啮齿动物中进行相同时间的临床前研究。对于持续6个月以上的长期临床研究，进行6个月的啮齿动物研究和9个月的非啮齿动物研究。致癌性研究通常在小鼠和大鼠中进行，持续2年，以致瘤性为主要终点。然而，对于最大临床剂量持续时间少于6个月的产品，或用于危及生命的肿瘤适应症的产品，通常不需要进行致癌性研究。
2.2 高暴露量最小不良影响导致的复杂性
非临床研究的时机（发现或开发），剂量方案（剂量、频率和持续时间），受试物种，给药途径都对制剂开发策略有很大影响。最终的目标是最大化暴露量以确定受试物相关的安全风险。对于给定药物，非临床毒理研究理想的目标血药浓度通常超过有效血药浓度范围，常常是100倍甚至更多，取决于药物开发的治疗领域。尤其是啮齿动物，通常需要开发非常高的剂量去建立无可见有害作用水平（no observed adverse effect level，NOAEL），最大耐受剂量（maximum tolerated dose，MTD），显性毒性水平（致死性）。为了在非临床研究中得到极高的血药浓度，制剂研究人员将面临很大的挑战。挑战在于找到一种增溶手段，而且使其在给药后样品不发生沉淀，以达到在很宽的剂量范围内暴露量接近剂量比例增加。但是，受限于绝大多数受试物有限的溶解度，低于剂量比例的暴露增加，最终暴露量不再增加形成平台，这是在剂量范围的高处多数情况下观察到的情况，如下图所示。
2.3 临床前物种给药的复杂性
与此同时，制剂研究人员需要注意非临床试验物种之间的生理差异，其中一些总结在下表中。尤其对于口服给药，这些生理差异可能会对制剂的效果有很大影响，因为口服吸收在很多案例中受限于受试物的溶解度或者溶出速率。因此，诸如胃停留时间和胃肠道停留时间可以在很大程度上影响给定制剂在不同物种中的暴露量。此外，很多受试物是可以电离的，物种在胃和肠pH差异可能引起受试物电离状态和溶解度的极大差异，导致口服给药后从溶解制剂进入胃环境后沉淀的趋势或范围的差异。
试验物种胃容量的差异导致每次口服剂量的最大容量有物种限制。过量的剂量体积可引起疼痛、兴奋、生理参数改变（如血清电解质失衡，血压升高，呼吸速率加快）和导致不正常的受试物吸收。理想和最大剂量体积限值通常由实行动物研究组织的动物保护和使用委员会确定。这些限度通常基于药物公司，生物技术公司，服务研究公司的调查，并基于文献进行对齐，不同机构的限度可能有差异。下表列举了基于作者实践，不同物种常用最大剂量体积，不应该被解释为绝对的指导原则。这些剂量体积限制对溶液或者混悬液的浓度有很大影响，浓度是根据限定剂量而定的。因此，如表17.2所示，制剂研究人员在确定给定剂量时，必须达到的目标浓度可能因配方所针对的试验物种而不同。
2.4 辅料使用限制引起的复杂性
非临床安全研究制剂的选择额外挑战是，绝大多数新选择的候选化合物有差的水溶性，混悬液制剂有低生物利用度，一些时候制剂需要利用多种助溶剂，表面活性剂，或者其他辅料的组合去提高溶解度和试验化合物的抗析出性去达到目标的体内暴露量。然而，很重要的是考虑所选择辅料潜在的不良影响，并保持在不引起由溶媒自身导致的毒性发现范围内，因为其会干扰安全性研究的预期解读。使用的辅料理想化应该最大化暴露量，同时对药理学和毒理结果有最小影响。最终的给药配方将根据化学和物理稳定性、溶解度、所需浓度（mg/mL）、润湿性、结晶度和辅料在动物中的可接受性来选择。由于许多辅料具有生理作用（如胃肠道通透性、传递时间、流动性、外排和代谢），因此，应考虑其对PK、功效和毒性的影响。有时，单独给药后观察到的副作用似乎是可控的，但这些影响可能会加剧药物相关的副作用，从而使研究结果的解释复杂化。特定制剂的可接受水平也取决于研究的剂量频率和持续时间。对于单剂量研究或重复剂量研究，仅持续数天，一个充分了解，低水平的生物或毒性作用的载体可能是可以接受的，允许配方使用某辅料的更高浓度和剂量。然而，对于长期的重复剂量研究，这种效果可能是不能容忍的，并且必须调整配方以降低引起效果的辅料水平。
当选择一种溶媒时，辅料浓度和总的剂量都需要考虑。对特定辅料的敏感性可能与物种有关。一个常见的溶媒相关作用的例子就是助溶剂（polyethylene glycol (PEG) 400）或者表面活性剂（如poloxamers）的通便作用，他们会导致狗和灵长类动物的稀便和呕吐，可能引起变化和降低的暴露量。大鼠和小鼠，相反对于此类辅料有更高的耐受性，因此，可以安全的给更高的剂量。表面活性剂如poloxamers，Cremophor EL或者vitamin E D-alpha tocopheryl polyethylene glycol 1000 succinate (TPGS)在高剂量时可能会抑制外排转运蛋白，如P-gp。因此，具有影响特定P-gp基质受试物PK曲线的潜力。此外，它们可能改变肠壁代谢的程度和改变代谢物的暴露。一种给定辅料的可接受程度和潜在副作用和预期研究时间是相关的。以玉米油为例，它非常适合短期研究，但是在大鼠长期给药，会改变大鼠的体重、存活率和肿瘤发生率。
与药物相关的毒性或试验化合物的PK或代谢物谱的变化可能使研究结果的解释复杂化，特别是在没有先前的内部经验或发表数据的情况下。与前面提到的剂量-体积限制一样，许多组织已经根据试验物种（在某些情况下是同一物种的不同品系）、给药途径和给药频次（单次或重复给药研究）建立了自己的内部指导，以确定每种常用辅料的可接受限度。下表给出了基于文献和作者所在组织的经验，某些辅料的典型使用限量以及与这些辅料相关的常见不良反应的例子。
