[논문]가속질량분석기(Accelerator mass spectrometry, AMS)와 극미량 <tex>$^{14}C$</tex>-동위원소를 이용한 혁신적 임상시험개발동향

조경희; 이희주; 최형식; 이경률; 신영근

가속질량분석기(Accelerator mass spectrometry, AMS)와 극미량 $^{14}C$-동위원소를 이용한 혁신적 임상시험개발동향
Trends of Innovative Clinical Drug Development using AMS (Accelerator Mass Spectrometry) and $^{14}C$-micro Tracer 원문보기

약학회지 = Yakhak hoeji, v.57 no.6, 2013년, pp.412 - 419

조경희 (서울의과학연구소) , 이희주 (바이오코아) , 최형식 (바이오코아) , 이경률 (서울의과학연구소) , , 신영근 (충남대학교 약학대학)

Abstract ▼ AI-Helper

Drug discovery and development processes are time consuming and costly endeavors. It has been reported that on average it takes 10 to 15 years and costs more than $ 1billion to bring a molecule from discovery to market. Compounds fail for various reasons but one of the significant reasons that accounts for failures in clinical trials is poor prediction/understanding of pharmacokinetics and drug metabolism in human. In an effort to improve the number of compounds that exhibit optimal absorption, distribution, metabolism, elimination (ADME), and pharmacokinetic properties in human, drug metabolism, pharmacokinetic scientists have been continually developing new technologies and compound screening strategies. Over the last few years, accelerator mass spectrometry (AMS) and its applications to preclinical/clinical pharmacokinetics and ADME studies have significantly increased, particularly for new chemical/biological entities that are difficult to support with conventional radiolabel studies. In this review, the application of AMS for micro-dosing, micro-tracer absolute bioavailability, mass balance and metabolite profiling studies will be discussed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

아울러 매우 적은 극소량의 방사성 동위원소 표지 화합물을 사용하기 때문에 거의 nonradioactive로 간주되어 기존의 방사성 동위원소 표지 화합물을 사용할때의 규정에 얽매이지 않고 사용 할수 있다.⁷⁾ 본 총설에서는 AMS를 이용한 새로운 신약개발의 패러다임에 대해, 특히 임상시험을 중심으로 소개하고자 한다.
항체약물중합체는 특히 선택성이 아주 높은 항체에 독성이 높은 약물을 링커라는 적절한 연결부분을 사용하여 연결하고, 생체내 원하는 타깃에 도달하면 독성이 높은 cytotoxic drug이 떨어져 나와서 약효를 발휘하게 된다. 따라서 링커의 체내 혈중 안정성이 아주 중요하고 목표지점에서는 잘 떨어져 나가야 하며, 떨어져 나간 독성물질의 함량 뿐만 아니라 대사체까지도 추적 조사하여 한다. 기존의 방법은 주로 ³H을 사용하여 그 대사 산물을 연구하였다.
마이크로 도징은 또한 후보물질중 인체에서의 약동학적인 파라미터를 여러가지 in vitro 시험 또는 in vivo 동물 시험을 통해서 예측하기가 어려운 상황에서 그 후보물질을 대한 연구의 지속 또는 중단 결정을 빨리 내려야 할때도 널리 이용될 수 있다. 실제로 신약검색단계에서는 in vitro-in vivo extrapolation 및 다양한 allometry scaling 방법을 사용하여 인간에서의 약동학적인 파라미터를 조기에 알아내고자 한다. 하지만 종종 이러한 전통적인 방법으로 부터 인간에서의 약동학적인 파라미터를 허용가능한 오차범위내에서(통상적으로 실측값이 예측값의 2배 이내의 오차이면 허용가능한 오차로 인식함) 예측하지 못하는 경우도 빈번하며, 다국적 제약회사들은 임상에서의 약동학 파라미터 예측율을 높이기 위해 많이 노력하고 있다.

가설 설정

Prodrug의 active form drug으로 변함에 있어서 임상적인 약동학적인 이해가 필요한 경우 2. 특별한 질환을 앓고 있는 환자들을 대상으로 임상을 진행해야 할 경우 (예를 들면 신장질환 또는 간질환을 앓고 있는 환자에게 약효농도의 약물을 투여하는 것은 현실적으로 많은 어려움이 따르나, 마이크로도징은 하면 그 부담을 크게 줄일 수 있음), 3. 라이센스 아웃 전략의 일환으로 좀더 빨리 임상데이터를 확보하려 할때 등이다.

제안 방법

14C labeled된 화합물을 합성한 후, 설치류 및 비설치류한 종씩 각각 선정하여 투여하고, 그 투여후 뇨 또는 변으로 회수되는 회수율을 조사한다. 아울러 QWBA(quantitative whole body auto radiography)라는 시험을 GLP하에서 실시하여 투여된 ¹⁴C labeled 물질이 어느 조직에 얼마만큼 분포되었는가를 조사하고, 아울러 그 방사능값을 dosimetry라는 방법을 통해 계산을 하여 인체에 투여 가능한 방사성물질의 양을 결정해야 한다.
¹⁴C labeled된 화합물을 합성한 후, 설치류 및 비설치류한 종씩 각각 선정하여 투여하고, 그 투여후 뇨 또는 변으로 회수되는 회수율을 조사한다. 아울러 QWBA(quantitative whole body auto radiography)라는 시험을 GLP하에서 실시하여 투여된 ¹⁴C labeled 물질이 어느 조직에 얼마만큼 분포되었는가를 조사하고, 아울러 그 방사능값을 dosimetry라는 방법을 통해 계산을 하여 인체에 투여 가능한 방사성물질의 양을 결정해야 한다. 이 과정을 통해서 허가기관으로부터 임상시험에 다음과 같은 mass balance study의 실시 여부를 승인받아야 한다.
특히, ¹⁴C-마이크로 트레이서(micro-tracer)를 이용한 absolute bioavailability 시험으로 알려진 시험은 그 특이한 임상시험설계로 인해 최근에 더욱 각광을 받고있다. 이 방법은 일단 경구로 투여시 cold compound를 투여하고, 체내에서 약물의 혈중농도가 최대에 도달할 Tmax인 1~2시간 후에 정맥주사로 극미량의 ¹⁴C-마이크로 트레이서를 투여한다. 그런 다음 일정 시간마다 채혈을 하고, 그 채혈에서 분리된 혈장을 두가지 시료튜브로 나누어 보관하고 각각을 AMS로는 ¹⁴C-labeled parent를, LC-MS/MS로는 cold parent compound를 분석하는 방법이다.

성능/효과

p>일반적으로 신약개발은 초기 약품후보물질 선정에서부터 비임상 및 임상 시험을 거쳐 약효와 안전성이 확보되기까지 거의 10~15년 이상의 시간이 걸리며, 비용도 이제는 10억 달러까지 육박하는 고비용 사업이지만 한번 블록버스터 신약을 개발하게 되면 단기간에 높은 수익을 보장하는 고수익성 사업으로 알려져 있다.¹⁾신약개발의 성공율은 초기 약품 후보물질부터 신약허가 마지막 단계까지 고려한다면 약 10,000개의 후보물질중 한개정도만이 성공하는 약 0.01%의 확률밖에 되지 않기에, 제약 업계에서는 시간과 비용을 효율적으로 사용하면서 신약개발의 성공율을 높일 수 있는 방법에 대해 많은 고민을 해왔다. 여전히 임상에서의 효능에 대한 검증의 어려움은 남아있지만, 새로운 "-omics" 기술의 발전은 새로운 타겟을 발굴하는데 많은 기여를 하였고, 따라서 이렇듯 새로운 기술발전에 따른 새로운 신약개발의 패러다임이 필요하게 되었다.
마이크로도징은 이러한 기존의 임상시험승인을 위해 요구되어온 여러가지 독성 패키지 실험들을 모두 행하지 않고, 사람에서의 독성을 예측할 수 있는 최소한의 독성자료만으로도 임상시험에 진입하는 것이 가능하다.¹¹⁾ 마이크로도징을 위해 US FDA가 일반적으로 요구하는 전임상 독성시험은 기본적인 in vitro 독성시험외에 한가지 설치류에서의 단회투여에 의한 독성 등 인간의 독성을 예측할수 있는 최소한의 전임상독성자료로서 이 자료를 제출하면 마이크로도징 조건하에서 임상시험이 가능하다. 또한 엄격한 GMP기준의 약물이 필요하지않으며 GMP에 준하는 순도의 약물로도 임상시험이 가능하다.
2) 즉, 동물모델을 사용한 전 임상단계에서는 약효와 안전성을 확보한 신약 후보물질이, 막상 임상시험 단계에 가서는 예상했던 약동학적 거동을 보이지 않아 충분한 약효농도에 이르지 못했거나 또는 예상하지 못한 독성을 나타냈기때문이다.²⁾
CREAM에서는 일부 약에 대해서는 마이크로도징이 약효농도에서의 약동학적인 지표를 오차범위내에서 예측가능하였으나 warfarin 등과 같은 경우에는 많이 차이를 보였다. EUMAPP에서는 6가지 약물을 따로 선정하여 그 결과를 비교하였고, 정맥 투여시에는 비교적 잘 예측가능하였으나 경구투여시에는 그 예측율이 정맥투여와 비교시 다소 낮은 예측율을 보였다. 이러한 예측경향은 특히 약물의 BCS class 와도 관련이 있을수 있기에 실제 마이크로도징 시험을 계획전에 잘 고려하여야 할 것이다.
이러한 마이크로도징은 특히 후보물질도출을 앞둔 신약검색단계에서 최종 후보물질 선정 및 투자결정을 내리는데 있어서도 특히 도움이 된다. 즉, 엄격한 신약검색 단계에서 약효와 물성이 좋은 후보물질을 3~4가지 정도 산출하였고, 이들의 간대사효소에서의 안정성, P450 효소에 대한 억제성, 단백결합, 타겟세포실험에서의 효능 및 전임상동물 모델에서의 PK/PD 등 모든 조건에서 서로 비슷하여 최종 후보물질로서의 우열을 가리기가 어려울때, 이와 같은 마이크로도징을 통하여 극미량의 후보물질들을 사람에게 투여하여 그 약동학적인 파라미터를 빨리 알아봄으로서 여러 후보물질 중 임상에서 가장 우수한 결과를 낼 수 있는 물질을 선택할 수 있다.^12-16)
특히 이 방법에서 추가로 구할 수 있는 혈장 시료를 각각 LCMS로 parent compound를, AMS로는 total ¹⁴C 함량을 분석하면 해당 약물이 체내에서 일정시간 후에 얼마만큼 metabolic burden 이 있는지도 아주 손쉽게 계산 가능하다.

후속연구

기존의 방법은 주로 ³H을 사용하여 그 대사 산물을 연구하였다. ³H은 높은 specific activity 등으로 인하여 고분자물질의 분석연구에 사용되어 왔으나, 검출감도의 발달에 따라 이러한 항체약물중합체의 대사체 연구에도 AMS와 ¹⁴C 마이크로 트레이서를 사용하면 대사체 추적이 가능할 것이다.
최근에 특히 널리 이용되고 있는 micro tracing study는 micro dosing의 단점을 크게 줄였고, 특히 absolute bioavailability, mass balance 등의 연구는 기존의 단점을 극복한 새로운 스터디 디자인으로 인정받고 있으며, 갈수록 기존의 연구 방식을 대체하고 있다. AMS를 이용한 연구는 신약개발의 위험도를 줄이는 데 크게 기여할 것이며 한국형 신약개발에 있어서도 많은 도움을 줄 것으로 기대된다.
EUMAPP에서는 6가지 약물을 따로 선정하여 그 결과를 비교하였고, 정맥 투여시에는 비교적 잘 예측가능하였으나 경구투여시에는 그 예측율이 정맥투여와 비교시 다소 낮은 예측율을 보였다. 이러한 예측경향은 특히 약물의 BCS class 와도 관련이 있을수 있기에 실제 마이크로도징 시험을 계획전에 잘 고려하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	글로벌 신약개발과정의 임상2상의 실패 이유는 무엇인가?	또한 글로벌 신약개발과정 중 가장 중요한 단계인 임상2상에서의 실패원인을 조사한 연구에 따르면, 약 70% 가까이 되는 실패이유가 약효의 부재와 예상하지 못한 독성이 차지한다고 보고되고 있다.2) 즉, 동물모델을 사용한 전 임상단계에서는 약효와 안전성을 확보한 신약 후보물질이, 막상 임상시험 단계에 가서는 예상했던 약동학적 거동을 보이지 않아 충분한 약효농도에 이르지 못했거나 또는 예상하지 못한 독성을 나타냈기때문이다.2)
	신약개발은 약효와 안전성이 확보되기까지 얼마의 시간이 걸리는가?	일반적으로 신약개발은 초기 약품후보물질 선정에서부터 비임상 및 임상 시험을 거쳐 약효와 안전성이 확보되기까지 거의 10~15년 이상의 시간이 걸리며, 비용도 이제는 10억 달러까지 육박하는 고비용 사업이지만 한번 블록버스터 신약을 개발하게 되면 단기간에 높은 수익을 보장하는 고수익성 사업으로 알려져 있다.1)신약개발의 성공율은 초기 약품 후보물질부터 신약허가 마지막 단계까지 고려한다면 약 10,000개의 후보물질중 한개정도만이 성공하는 약 0.
	신약개발이 고수익 사업으로 알려진 이유는 무엇인가?	일반적으로 신약개발은 초기 약품후보물질 선정에서부터 비임상 및 임상 시험을 거쳐 약효와 안전성이 확보되기까지 거의 10~15년 이상의 시간이 걸리며, 비용도 이제는 10억 달러까지 육박하는 고비용 사업이지만 한번 블록버스터 신약을 개발하게 되면 단기간에 높은 수익을 보장하는 고수익성 사업으로 알려져 있다.1)신약개발의 성공율은 초기 약품 후보물질부터 신약허가 마지막 단계까지 고려한다면 약 10,000개의 후보물질중 한개정도만이 성공하는 약 0.

참고문헌 (26)

Paul, S. M., Mytelka, D. S., Dunwiddie, C. T., Persinger, C. C., Munos, B. H., Lindborg, S. R. and Schacht, A. L. : How to improve R&D productivity : the pharmaceutical industry's grand challenge. Nat. Rev. Drug Discov. 9, 203 (2010).
Allison, M. : Reinventing clinical trials. Nat. Biotechnol. 30, 41 (2012).

상세보기
U.S. Food and drug administration : FDA MIST guidance, http://www.fda.gov/downloads/Drugs/GuidanceCompliance RegulatoryInformation/Guidances/ucm079266.pdf.
ICH M3 guidance, http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/ document_li brary/Sci ent i fic_gui deline/2009/09/ WC500002720.pdf.
Bae, S. K. and Shon, J. : Microdosing studies using accelerated mass spectrometry as exploratory investigational new drug trials. Arch. Pharm. Res. 34, 1789 (2011).

원문보기 상세보기
Smith, D. A. : The debate is over : accerelator MS provides the route to better drug-development paradigms/protocols. Bioanalysis 3, 391 (2011).

상세보기
Garner, R. C. : Accelerator mass spectrometry in pharmaceutical research and development-a new ultrasensitive analytical method for isotope measurement. Curr. Drug Metab. 1, 205 (2000).
Dueker, S. R., Vuong, L. T., Lohstroh, P. N., Giacomo, J. A. and Vogel, J. S. : Quantifying exploratory low dose compounds in humans with AMS. Adv. Drug Del. Rev. 63, 518 (2011).

상세보기
Schulze-Koenig, T., Dueker, S. R., Giacomo, J., Suter, M., Vogel, J. S. and Synal, H. : BioMICADAS : Compact next generation AMS system for pharmaceutical science. Nuclear Instr. and Methods in Physics Res. sect B : Beam interactions with Materials and Atoms 268, 891 (2010).

상세보기
Lappin, G. and Garner, R. C. : Current perspectives of 14Cisotope measurement in biomedical accelerator mass spectrometry. Anal. Bioanal. Chem. 378, 356 (2004).

상세보기
FDA 2004 critical path initiative, http://www.fda.gov/ ScienceResearch/SpecialTopics/CriticalPathInitiative/ ucm076689.htm.
Madan, A., O'Brien, Z., Wen, J., O'Brien, C., Farber, R. H., Beaton, G., Crowe, P., Oosterhuis, B., Garner, R. C., Lappin, G. and Bozigian, H. P. : A Pharmacokinetic evaluation of five H(1) antagonists after an oral and intravenous microdose to human subjects. Br. J. Clin. Pharmacol. 67, 288 (2009).

상세보기
Ings, R. M. J. : Microdosing : a valuable tool for accelerating drug development and the role of bioanalytical methods in meeting the challenge. Bioanalysis 1, 1293 (2009).

상세보기
Lappin, G., Wagner, C. C., Langer, O. and Van de Merbel, N. : New Ultrasensitive detection technologies and techniques for use in microdosing studies. Bioanalysis 1, 357 (2009).

상세보기
Lappin, G., Seymour, M., Young, G., Higton, D. and Hill, H. M. : An AMS method to determine analyte recovery from pharmacokinetic studies with concomitant extravascular and intravenous administration. Bioanalysis 3, 407 (2011).

상세보기
Lappin, G., Seymour, M., Young, G., Higton, D. and Hill, H. M. : AMS method validation for quantitation in pharmacokinetic studies with concomitant extravascular and intravenous administration. Bioanalysis 3, 393 (2011).

상세보기
Garner, R. C. : Practical experience of using human microdosing with AMS analysis to obtain early human drug metabolism and PK data. Bioanalysis 2, 429 (2010).

상세보기
식품의약품 안전청 : 한국 식약청 마이크로도징 가이드 라인. "의약품의 임상시험 수행과 품목허가를 위한 비임상시험 가이드라인, 2012, 6".
Graham, R. A., Hop, C. E., Borin, M. T., Lum, B. L., Colburn, D., Chang, I., Shin, Y. G., Malhi, V., Low. J. A. and Dresser, M. J. : Single and multiple dose intravenous and oral pharmakinetics of the hedgehog pathway inhibitor vismodegib in healthy female subjects. Br. J. Clin. Pharmocol. 74, 788 (2012).

상세보기
Graham, R. A., Lum, B. L., Morrison, G., Chang, I., Jorga, K., Dean, B., Shin, Y. G., Yue, Q., Mulder, T., Malhi, V., Xie, M., Low, J. A. and Hop, C. E. : A single dose mass balance study of the Hedgehog pathway inhibitor vismodigib (GDC-0449) in human using accelerator mass spectrometry. Drug Metab. Dispos. 39, 1460 (2011).

상세보기
Roffey, S. J., Obach, R. S., Gedge, J. I. and Smith, D. A. : What is the objective of the mass balance study? A retrospective analysis of data in animal and human excretion studies employing radiolabeled drugs. Drug Metab. Rev. 39, 17 (2007).

상세보기
Lappin, G., Seymour, M., Gross, G., Jorgensen, M., Kall, M. and Kvaerno, L. : Meeting the MIST regulations: human metabolism in Phase I using AMS and a tiered bioanalytical approach. Bioanalysis 4, 407 (2012).

상세보기
Lappin, G. and Seymour, M. : Addressing metabolite safety during first-in-man studies using 14C-labeled drug and accelerator mass spectrometry. Bioanalysis 2, 1315 (2010).

상세보기
Lappin, G. and Stevens, L.: Biomedical accelerator mass spectrometry : recent applications in metabolism and pharmacokinetics. Exp. Opin. Drug Metab.Toxicol. 4, 1021 (2008).

상세보기
Salehpour, M., Ekblom, J., Sabetsky, V., Hakansson, K. and Possnert, G. : Accelerator mass spectrometry offers new opportunities for microdosing of peptide and protein pharmaceuticals. Rap. Commun. Mass Spec. 24, 1481 (2010).

상세보기
Dueker, S. R., Sivaraman, L., Wang, J., Wang, L., Fung, N., Maxwell, B., Bonnie, W., Christopher, L., Arnold, M. and McNerney, M. : Placental transfer of a pegylated adnectin in guinea pig (abstract #: 2783), presented poster (http:// www.toxicology.org/AI/PUB/Tox/2012toxsup.pdf).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증