腦微透析在藥物監測中的應用

徐紅燕，林利芬，張 婷，陳賽貞（臺州市中心醫院藥劑科，浙江 臺州 318000)

·藥學進展·

腦微透析在藥物監測中的應用

徐紅燕，林利芬，張 婷，陳賽貞（臺州市中心醫院藥劑科，浙江 臺州 318000)

腦微透析是一種微創取樣技術，具有多位點、實時取樣和可在線等優點，在腦部藥物監測中越來越受到關注。腦微透析技術為腦部藥物濃度的監測提供了一種有效的新途徑，可為新藥研發與臨床合理用藥提供科學依據，在腦部給藥系統研究中，特別是藥動學及藥效學研究中優勢顯著，具有很好的應用前景。本文綜述了有關腦部微透析技術的特點及發展，介紹了腦微透析技術在藥物監測研究中的進展，分別歸納了微透析技術在實驗動物和臨床患者中的應用情況。

腦；微透析；藥物監測；藥動學；藥效學

上世紀90年代以來，腦微透析技術為腦部藥理學和生理學研究提供了有力的技術支持，是目前研究藥物在活體腦內分布、監測腦內藥物濃度及神經遞質變化的有效方法[1]。腦微透析技術可在同一受體上進行多部位或同一部位多個位點連續取樣，具有動物使用數少且較好的符合動物倫理學等優點，改變了傳統收集樣品方法所存在的諸多缺點。取樣過程中，由于半透膜的特性將與蛋白結合的藥物攔截在膜外，所以微透析技術測定的是靶組織中游離藥物濃度[2-3]，樣品可直接進行測定，無需復雜的分離凈化等處理[4]，而且游離藥物濃度與藥效直接相關，故針對藥物濃度監測的研究，微透析技術較傳統的方法更有意義。

由于腦部治療藥物的作用靶部位在腦部，故對其腦部的藥物監測很重要。傳統藥代動力學方法所采集的參數通常不能反應藥物在腦部的分布、代謝等體內過程，即不能很好的預估其臨床效果。比如，顱內腫瘤的化療要求控制腫瘤周圍的藥物濃度，傳統的分析血漿和腦脊液的方法不能很好的反映腫瘤局部及其周圍腦細胞內環境的藥物分布情況，而微透析技術具備這種優勢，故有必要采用微透析技術進行腦部的藥物監測研究。

1 腦微透析技術簡介

腦微透析技術[5]是以Fick第一擴散定律為基礎，模擬血管的通透作用以透析原理為基礎的取樣技術[6]。腦微透析系統裝置主要由探針、微量注射泵、收集器、連接管及配套設備組成。其中探針是整個系統裝置中最核心的部分。目前應用最多的是同心圓型探針，透析膜位于套管的頂部，其直徑一般在250 ～ 350 μm，取樣時灌流液通過同心套管，待測物質在透析膜內外通過自由擴散，達到瞬間平衡，收集透析液，通過檢測儀器，以得到實際的藥物濃度。腦部探針插入特定的腦部區域后，其外部套管可固定于顱骨，減少腦損傷的同時可進一步減少探針的損耗，并提高探針在腦組織中埋置定位的精確度[7]。

將探針植入組織后，以一定時間間隔收集透析液，從而達到從活體組織取樣的目的。需要注意的是開始收集透析液的前1 h因微透析探針的植入，實驗動物可能產生一定的應激反應，透析液將混有較多破碎細胞的胞內成分和應激產物，一般應棄去不用。收集的透析液樣品量視檢測儀器的靈敏度而定，一般為微升級。

2 腦微透析技術的優勢

只測定血藥濃度顯然不足以反映藥物在腦內的變化過程，因為血液從中央室到周邊組織臟器的分布過程可能因血腦屏障等作用而產生差異，靶組織藥物濃度與血藥濃度的相關性較差。腦部勻漿法也是傳統取樣方法之一，即在統一給藥后的不同時間點將實驗動物處死，取腦部組織勻漿。但是單只實驗動物只能用于一個時間點的藥物濃度測定。這種方法的主要缺點如下：1）需損耗大量的實驗動物。要獲得一組可靠的藥物吸收、分布、代謝和排泄的數據至少需要損耗80 ～ 100只實驗動物。2）基于非連續性多個體的樣本集合，可能會產生可疑的藥代動力學曲線。也有研究者取血或腦脊液作為樣本進行分析，雖可大大減少動物使用量，但這樣有體液損耗的取樣方式可能會導致藥代動力學參數的偏離，不能準確地反映藥物在腦內的代謝情況。

對于腦部治療藥物、靶向給藥等新型給藥系統而言，其最佳用藥方案的制定，需要精確的藥代動力學數據做支撐。由于腦部結構堅硬且封閉的特殊性存在，腦部治療藥物在腦內的藥代動力學情況變得更為復雜，其發展的主要阻礙是需要對腦內的藥物濃度進行連續監測。隨著微透析技術的發展，促使原本聚焦于在體檢測血液、肝、腎等臟器組織中藥物濃度和神經遞質的取樣技術，逐步應用于腦部藥學研究這一全新領域。腦微透析技術不斷完善，逐漸達到了活體、定量、連續采樣和動態分析等研究要求。利用微透析技術進行腦部取樣，在組織損傷極小的情況下準確、動態地觀察活體組織中待測物質的變化，能克服傳統方法的局限性。

3 腦微透析技術在藥物監測中的應用

腦微透析技術結合高靈敏度的分析技術可精確測定腦內特定區域代謝等變化情況，可在微創的前提下，連續、動態地監測活體內細胞間液物質，尤其在腦內藥物轉運、腦靶向分布研究等領域中具有重要應用價值。自1972年美國耶魯大學Delgdeo等[8]報道了猴腦的微透析研究后，微透析技術用于實驗動物和患者腦部研究已有40余年。以下對腦微透析技術在實驗動物和臨床患者身上的應用作一闡述。

3.1 實驗動物腦部微透析

微透析技術在實驗動物模型中腦缺血、腦腫瘤及腦血管疾病等方面的研究已有大量文獻報道，闡明了腦部多物質的變化規律。Peerdeman等[9]用Meta分析法對73個研究單位的結果做了分析，認為微透析技術是可及早發現腦缺血性損害的有效手段。

3.1.1腦部藥代動力學研究 腦微透析技術可在不影響患者或實驗動物的正常生理功能狀態下，為中樞神經系統的抗癌藥物的滲透和轉運作用提供了一個較好的分析途徑。Grossman等[10]采用腦微透析技術聯合高效液相色譜或質譜技術，發現貝伐單抗在給藥前后對模型大鼠腦內的替莫唑胺藥代動力學無明顯影響。Carcaboso等[11]采用腦微透析技術和腫瘤勻漿法，證實了酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼可以提高托泊替康在小鼠腦膠質瘤內的滲透性。Fu等[12]采用腦微透析技術聯合高效液相色譜測定腦內川芎嗪的濃度，提示川芎嗪對于治療惡性腦膠質瘤具有一定潛力，腦微透析技術同樣被用于阿柔比星[13]、替莫唑胺[14-15]、吉西他濱[16]和來曲唑[17]等藥物的藥代動力學評價。

3.1.2腦部藥效學研究 腦部微透析技術在實驗模型清醒狀態下，越來越多的應用于腦內物質和藥效學的研究。Dahlin等[18]利用微透析技術研究了豬腦損傷模型中生物蛋白樣品。Matsumoto[19]等使用微透析技術聯合高效液相色譜對大鼠腦內5-羥色胺和多巴胺水平進行研究，結果發現以5 mg·kg-1的劑量注射冰毒后，大鼠腦內5-羥色胺和多巴胺水平迅速上升，分別為給藥之前的870%和1460%。另有學者[20]采用腦微透析技術結合高效液相技術檢測大鼠紋狀體中尿嘧啶含量，結果顯示與空白對照組相比，嗎啡（10，20 mg·kg-1，ip）可顯著降低小鼠紋狀體尿嘧啶含量且呈現劑量依賴性。與此同時，利用微透析技術對神經肽類的研究有助于精神藥物的設計。Crick等[21]通過腦微透析技術結合電生理方法，成功地研究了3-巰基丙酸誘導大鼠癲癇發作，監測其紋狀體中神經遞質和氨基酸水平的變化。

3.2 臨床患者腦部微透析

腦微透析取樣技術可對大腦神經遞質、神經化學代謝物、生物標志物和化療藥物進行分析，已被用于研究腦部腫瘤，對神經膠質瘤的治療具有重要意義[22-23]。美國食品和藥品管理局（FDA）強調了在活體組織中獲得藥物濃度的重要性，對于將微透析技術用于人體組織持支持觀點[24]。近年來，微透析技術越來越多地應用于研究腦部各類疾病、監測神經外科手術過程，為臨床提供了全新的監測、治療手段[25]，并有望成為深入了解膠質瘤代謝的有效工具。Wibom等[26]采用腦微透析技術采集了常規放療前和放療中膠質瘤患者的顱內細胞外液，發現腫瘤區域與腫瘤相鄰組織的代謝模式具有顯著性差異。該研究結果為建立早期膠質瘤病理生理學檢測與治療的相關性提供參考。Portnow[27]等首次利用腦微透析技術研究了腫瘤切除術和西羅莫司治療后，腫瘤細胞因子水平的變化，發現瘤旁組織的白細胞介素和趨化因子濃度顯著升高。

4 展望

目前，腦微透析技術不斷發展并逐漸被應用于臨床研究。通過微透析技術可監測腦內藥物、代謝產物以及神經遞質的動態變化，可分析動物給藥后腦內藥物濃度與藥理效應的關系，以及藥物轉運相關受體機制、內環境反饋等信息，有望為臨床設計個體化治療方案提供參考依據，也為評價新型抗腫瘤藥物的體內過程提供有力工具。然而，該技術也存在一些不足與缺陷，比如，腦微透析探針相對回收率不高等問題，隨著探針的不斷商業化，探針相對回收率逐漸升高，其測得的藥物濃度絕對量可能存在的誤差不斷縮小；此外，為了保證探針回收率的準確性和穩定性，在進行體內試驗前需用1%肝素鈉浸潤探針，試驗結束后再用1%肝素鈉內部灌流和外部沖洗，以防止血液黏附或凝固在探針膜上[28]。另外，腦微透析技術僅可用于研究細胞外液物質，針對細胞內靶向作用的藥物，僅依靠腦微透析技術難以全面揭示體內藥物代謝過程。然而結合非侵入性的成像技術，如正電子發射體層攝影術[29]、MRS 、PET或結合分析系統，如高效液相色譜、質譜技術[30]、二維超聲（有助于引導探針植入腦部相應部位）、生化分析儀等，可提供全面且深入的數據信息。腦微透析裝置的最新研究成果表明探針可安全地置于腦內組織，但該技術更適用于臥床患者[31-32]。腦微透析技術的應用有助于選擇合適的治療藥物、給藥劑量和給藥間隔，優化臨床治療方案，從而有望成為腦內藥物監測的關鍵工具，極大地促進了腦內藥動學、藥效學研究的發展。

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Application of brain microdialysis in drug monitoring

XU Hong-yan, LIN Li-fen, ZHANG Ting, CHEN Sai-zhen(Department of Pharmacy, Taizhou Central Hospital, Taizhou 318000, China)

Brain microdialysis is a living and minimally invasive sampling technique, which has many advantages, such as multi-sites, real-time sampling and on-line analysis. Nowadays, more and more researchers focus on its application in the study of drug disposition in the brain. Microdialysis is a promising method for monitoring concentrations of the drugs in the brain, and may provide a scientific basis in drug research and development and clinically rational use of drugs. In the research of brain drug delivery system, microdialysis has a wide range of application prospect, especially for pharmacokinetics and pharmacodynamics research. In this article, we reviewed the characteristics and development of brain microdialysis, introduced the progress of this technique in drug monitoring, and the application in laboratory animals and patients in clinic．

Brain; Microdialysis; Drug monitoring; Pharmacokinetics; Pharmacodynamics

R917

A

1672 – 8157(2015)03 – 0178 – 04

2015-01-30

2015-03-11）

浙江省醫學會臨床科研資金項目（2013ZYC-A133）；2014年度臺州恩澤醫療中心（集團）科研基金項目（14EZD1）

陳賽貞，女，主任藥師，主要從事臨床藥學、臨床藥理工作。E-mail：tzcsz@126.com

徐紅燕，女，藥師，主要從事臨床藥學、藥物劑型工作。E-mail：rabbit_chinese@163.com