颠覆性方法！OFM微灌流 PBPK建模，精准预测单抗皮下生物利用度
在生物制剂研发领域，单克隆抗体（mAbs）药物的皮下注射剂型因其方便患者自行给药而备受青睐。然而，如何准确预测其进入人体后的生物利用度，一直是困扰业界的难题。传统的临床前动物模型往往因种属差异导致预测不准，从而增加后期临床研发失败的风险。
开放式微灌流技术作为一项能够原位、连续监测组织内药物浓度的创新工具，正在改变这一现状。一项最新发表于《Journal of Controlled Release》的研究，巧妙地将OFM技术与计算机建模结合，为精准预测单抗的人体皮下生物利用度开辟了一条全新路径。
皮下注射后，药物需要从注射部位穿越复杂的细胞外基质，最终进入淋巴或血液循环。这一过程受到扩散、非特异性结合、组织降解等多种因素影响，如同一只“黑箱”。传统方法难以在活体条件下直接量化这些局部组织相互作用，导致计算机模型的预测缺乏关键数据支撑。
本研究旨在结合OFM技术在猪模型中获取高分辨率的局部药代动力学数据，并将其整合到生理药代动力学模型中，以期更准确地预测三种不同单抗（阿利西尤单抗、布罗达单抗、苏金单抗）的人体生物利用度。
表1. 本研究中测试的单抗药物
药物（商品名） | 公司 | 浓度 |
苏金单抗（Cosentyx®） | Novartis | 150 mg/mL |
阿利西尤单抗（Praluent®） | Sanofi | 150 mg/mL |
布罗达单抗（Kyntheum®） | LEO | 140 mg/mL |
本研究的核心亮点在于对OFM技术的创新性应用，巧妙地将原本用于采样的探针，转变为精准给药的“工具”。
图1. 实验流程示意图。
OFM探针首先用于缓慢灌注单抗（灌注期），随后用于连续采集含有药物的间质液（采样期）。实验结束时，在距探针不同距离处采集组织活检样本。
在每头猪的背部，研究人员间隔至少2cm设置了15个应用位点，在每个位点的皮下脂肪组织中植入一枚线性OFM探针。三种单抗各在每头猪的5个独立位点进行测试。
实验分为三个阶段：
灌注期（0-1h）：封闭探针末端，在1小时内缓慢注入60μL单抗药液，刻意避免了传统注射方式形成的大型“药物储库”，从而排除了储库效应对吸收过程的干扰。
再灌注期（1-2h）：打开探针末端，再次灌注60μL药液，确保药物充分分布于探针周围的微环境中。
采样期（2-10h）：切换至标准灌流液（含1% BSA的ELO-MEL®），以1μL/min的流速通过同一探针连续采集间质液样本，每小时收集一次，获得药物从局部组织“洗脱”的精细浓度曲线。
实验结束时，在OFM探针周围0-2mm（B1）、2-4mm（B2）、4-6mm（B3）、6-8mm（B4）处分别取组织活检，通过分析这些样本中的药物含量，量化药物在组织中的空间分布和滞留情况。
关键发现：从数据到模型的桥梁
通过上述方法，研究团队成功获得了两个关键的生物相关性参数，并将其输入PBPK模型：
图2. 间质液中单抗浓度-时间曲线。 数据以中位数表示，误差棒表示四分位距（n=10个OFM探针/单抗）。
再灌注期结束后，首个ISF样本（t=3h）中的单抗浓度约为20,000-25,000 pg/mL，反映了药物从OFM采样系统、探针周围皮下脂肪组织及纤维间隔中的清除过程。这种缓慢、低容量的灌注方式成功避免了传统注射形成的大型药物储库。到t=4h时，药物浓度显著下降约10倍至2500-3000 pg/mL，表明饱和间质空间中的药物主要通过对流被快速清除。从t=4-10h，ISF样本呈现典型的回扩散洗脱曲线，药物顺浓度梯度从皮下脂肪组织向OFM采样系统分布。
基于这些浓度-时间曲线，研究人员假设其为一级分布过程，并通过计算log(浓度)-时间曲线的斜率，得到了扩散速率常数（kOFM）。
表2. 不同距离活检组织中的单抗浓度（单位：µg/mg组织）
活检位置 | 阿利西尤单抗 | 布罗达单抗 | 苏金单抗 |
B1 (0-2mm) | 2.5 | 0.5 | 0.5 |
B2 (2-4mm) | 3.0 | 0.8 | 0.8 |
B3 (4-6mm) | 1.5 | 0.2 | 0.2 |
B4 (6-8mm) | 1.0 | 0.1 | 0.1 |
图3. 各距离活检组织中的单抗浓度。 B1（0-2mm）、B2（2-4mm）、B3（4-6mm）、B4（6-8mm）。
从以上数据可以观察到：
浓度梯度分布：对于所有三种单抗，药物浓度均呈现从注射中心向外逐渐递减的规律。B2位置（2-4mm）的浓度略高于B1，可能是由于OFM探针持续采样对最近端组织产生了“洗出”效应。
表3. 基于OFM和活检数据计算的速率常数
参数 | 阿利西尤单抗 | 布罗达单抗 | 苏金单抗 |
扩散速率常数 kOFM (h⁻¹) | 0.239 | 0.332 | 0.311 |
组织结合/降解常数 kLocal (h⁻¹) | 0.069 | 0.240 | 0.082 |
局部组织滞留比例 (%) | 22.4% | 42.0% | 20.8% |
局部组织滞留比例的计算方法：通过估算每个活检位置周围的组织体积（考虑组织密度0.91 mg/mm³），计算各位置的组织总量和药物总量，加和得到局部组织中滞留的药物总量，再与实际给药的药物总量（约9.45 mg）对比得出。
数据显示，布罗达单抗在局部组织中的滞留比例最高（42%），其组织结合/降解常数也最高，这与后续临床生物利用度最低的特征相吻合。
预测力提升：模型验证的巨大成功当将这些源自猪体内OFM实验的参数整合到人体PBPK模型后，模拟出的单抗全身浓度-时间曲线与临床实际观测数据高度吻合。
图4. 人体药时曲线预测对比。 OFM-informed模型（实线）预测的浓度曲线，较传统模型（虚线）更贴近临床观测数据点（散点）。从左至右依次为：阿利西尤单抗、布罗达单抗、苏金单抗。
预测精度显著提高：与未使用OFM数据的传统模型相比，新模型对三个单抗的药时曲线下面积的预测精度均得到明显改善：
表4. 模型预测性能对比
指标 | 模型 | 阿利西尤单抗 | 布罗达单抗 | 苏金单抗 |
AAFE（准确度） | 传统模型 | 1.90 | 2.96 | 1.63 |
OFM-informed模型 | 1.43 | 1.83 | 1.15 | |
AFE（偏差） | 传统模型 | 0.90 | 2.94 | 0.80 |
OFM-informed模型 | 0.86 | 0.75 | 0.89 |
（注：AAFE=绝对平均折叠误差，越接近1越准确；AFE=平均折叠误差，越接近1偏差越小）
生物利用度预测精准：模型预测的三种单抗绝对生物利用度，与临床文献报道值的偏差均在±5%以内，预测准确性极高。
单抗 | 临床生物利用度（源自药品说明书） | 模型预测值 |
阿利西尤单抗 | 81% | 76% |
布罗达单抗 | 55% | 52% |
苏金单抗 | 73% | 78% |
更深的洞见：组织滞留与生物利用度的关联
图5. 活检组织中的单抗浓度与临床生物利用度的关系
上图清晰地展示了一个关键趋势：三种测试单抗在最近端活检组织（距探针0-2mm）中的浓度中位数，与其已知的临床生物利用度呈现明显的负相关关系。
布罗达单抗：组织浓度最高，其临床生物利用度最低（55%）
阿利西尤单抗：组织浓度中等，临床生物利用度最高（81%）
苏金单抗：组织浓度最低，临床生物利用度居中（73%）
原文作者指出：“较高的组织浓度对应着较低的临床生物利用度”。这为理解单抗生物利用度的差异提供了直接的组织水平证据：如果在注射部位周围组织中检测到的药物浓度越高，说明有更大比例的药物因为非特异性结合、沉淀或被组织中的酶降解等原因而“滞留”在局部，无法进入淋巴或血液循环发挥作用。
研究团队进一步推测：“我们假设，较长的间质滞留时间会使单抗暴露于降解过程中，包括酶解和免疫细胞相互作用”。这意味着，那些与组织结合力强的单抗，在局部停留时间更长，面临更高的降解风险，从而导致进入全身循环的药量减少，生物利用度降低。
这一发现与研究中通过OFM采样计算出的组织结合/降解速率常数高度一致：布罗达单抗具有最高的组织结合/降解常数（kLocal=0.240 h⁻¹）和最高的组织滞留浓度，而其生物利用度最低。这充分说明：局部组织相互作用——而非简单的扩散差异——是决定单抗最终生物利用度的关键因素之一。
结论与展望：开启单抗研发的“精准预测”时代
本研究通过 “OFM活体实验 + PBPK建模” 的整合策略，首次实现了在考虑局部组织复杂相互作用的前提下，精准预测单抗的人体皮下生物利用度。与常规注射方法不同，本研究利用OFM探针在1小时内缓慢灌注小体积单抗药液，最大限度地减少了对组织的机械性干扰，避免了皮下注射部位大型药物储库的形成。用于单抗灌注的同一组OFM探针，随后被巧妙地“改造”为人工淋巴管，在8小时内持续采集含有药物的间质液样本。
ISF样本呈现初期高浓度随后典型洗脱动力学的特征，使得估算单抗在皮下空间的扩散速率常数成为可能。与基于PBPK模型的生物利用度预测结果一致，OFM探针周围的组织活检样本显示，局部单抗浓度与临床生物利用度呈负相关，提示增强的组织相互作用可能降低生物利用度。
这种方法不仅显著提升了预测准确性，为临床剂量选择提供了更可靠的依据，还能深入揭示不同单抗在组织微环境中的行为差异。
这一成果的意义在于：传统上，由于种属差异，直接用动物模型的全身数据预测人体生物利用度往往不够准确。而本研究巧妙地避开了这一局限，不是用“猪的全身数据”预测“人的全身数据”，而是用“猪的局部组织相互作用数据”去校准“人的吸收模型”。 这种策略首次实现了在考虑局部组织复杂相互作用的前提下，利用临床前动物实验数据精准预测单抗的人体皮下生物利用度，为生物制剂的研发提供了全新的思路和可靠的工具。
OFM微灌流
OFM技术的核心优势在此研究中体现得淋漓尽致：
无膜开放交换：直接采集间质液，真实反映组织内药物浓度，适用于小分子/大分子药物、亲水/亲脂性物质、多肽、蛋白、抗体等。
高分辨率动态数据：连续采样提供精细的药代动力学曲线，可计算关键速率常数。
功能多样性：同一探针既可给药，又可采样，最大限度减少对组织的干扰。
结合形态学分析：与组织活检技术联用，实现药代动力学与组织分布的空间关联。
未来研究应扩大单抗 panel，特别是纳入临床生物利用度低的候选单抗，以验证这些发现并扩展其适用性。这种结合实验与计算的综合方法，为预测单抗生物利用度提供了一个有前景的平台。
FDA推荐BE测试方法——OFM开放式微灌流
1、微创、连续、活体取样
2、探针无膜，开放式交换
3、适用于小分子/大分子药物，亲水/亲脂性物质，多肽，蛋白，抗体，结合药物与游离药物，转运体，酶，纳米载体和囊泡等的活体取样。
Schwagerle, G.; Bonan, R.H.; Milewski, M.; et al. Predicting human subcutaneous bioavailability of monoclonal antibodies using an open flow microperfusion porcine model. Journal of Controlled Release 2025, 389, 114401. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.114401
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