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1、第二章 藥物轉(zhuǎn)運(yùn),劉 李藥代研究中心,引言,轉(zhuǎn)運(yùn)(Transport):包括藥物吸收、分布與排泄等過程。,,當(dāng)藥物代謝對藥物體內(nèi)過程影響較小時,轉(zhuǎn)運(yùn)成為藥動學(xué)特征的重要原因。藥物轉(zhuǎn)運(yùn)多是藥物的透膜位移過程。,一、生物膜生物膜主要由脂質(zhì)、蛋白和多糖組成。該脂膜呈液態(tài)骨架, 脂質(zhì)形成一系列雙分子層。,第一節(jié) 藥物跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的影響因素,生物膜的組成與特點(diǎn)1.組成:糖(Glycols)(1%-10%) 脂類(l
2、ipids)(50%) 蛋白質(zhì)(proteins)(40%-50%)2.特點(diǎn): 1、類酯(酯溶性成分易于通過) 2、通道(小分子化合物) 3、轉(zhuǎn)運(yùn)體(特殊化合物,營養(yǎng)物質(zhì)),二、藥物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式,1、被動擴(kuò)散特點(diǎn): 1)、順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn) 2)、無選擇性,與藥物的油/水分配系數(shù)有關(guān) 3)、無飽和現(xiàn)象 4)、無競爭性抑制作用 5)、不需要能量,2.主動轉(zhuǎn)運(yùn)( Active transport)特
3、點(diǎn): 1)、逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn) 2)、常需要能量 3)、有飽和現(xiàn)象 4)、有競爭性抑制作用 5)、有選擇性,第二節(jié) 藥物吸收,影響藥物吸收的因素1、劑型因素: 藥物理化性質(zhì),劑型,賦形劑,制備 工藝等。2、生理病理因素 種族,年齡,性別,遺傳,飲食,胃腸pH, 肝功能,運(yùn)動,一、藥物在胃腸道中的吸收,胃腸道的生理學(xué)特點(diǎn) 胃的生理特點(diǎn) 藥物停留時間較短
4、 較小的吸收表面積 強(qiáng)酸性和蛋白酶的破壞作用,胃是消化道中最膨大的部分,成人的容量一般約為1~2升,因而具有暫時貯存食物的功能。胃表面覆蓋著一層粘膜組織, 胃液的pH值約為0.9~1.5。由于胃被一層厚厚的、高電阻的粘膜層覆蓋,相對腸而言,胃的吸收表面積又小,僅1 m2,血流速率也小,只有150 ml/min,加之在胃中停留的時間較短,因此,胃不是藥物的主要吸收部位,腸道的生理學(xué)特點(diǎn),較大的表面積藥物停留時間較長
5、血流量豐富代謝酶的作用分泌功能,小腸是營養(yǎng)成份以及藥物的主要吸收部位。人的小腸長約4米,它的粘膜具有環(huán)形皺褶,并有大量的絨毛。由于環(huán)形皺褶、絨毛和微絨毛的存在,最終使小腸的吸收面積比同樣長的簡單圓筒面積增加約600倍,達(dá)200 m2左右。 小腸除了具有較大的吸收面積外,在小腸內(nèi)停留時間長、血流速率豐富(1000 ml/min)也是小腸吸收的有利條件。,一般來說,糖、氨基酸和脂肪以及大部分藥物是在十二指腸和空腸吸收的?;啬c有其獨(dú)特的
6、機(jī)能,即主動吸收膽鹽和維生素B12。對于多數(shù)物質(zhì),當(dāng)它們到達(dá)回腸時,基本上已吸收完畢。因此,小腸的內(nèi)容物進(jìn)入大腸時,基本上不再被吸收了。大腸主要吸收水份和鹽類。一般認(rèn)為結(jié)腸可吸收進(jìn)入其內(nèi)的80%的水和90%的Na+和Cl -。物質(zhì)在小腸內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)時間約3-4 h, 在大腸中需要10-12 h。通常藥物通透性與吸收表面積從十二指腸到直腸是逐漸下降的,多數(shù)藥物在大腸是不吸收的。多數(shù)藥物往往存在最佳吸收部位,即吸收窗(absorption w
7、indow)。 因此,當(dāng)藥物在胃腸中的釋放時間大于 4 h或更長,肯定會有一部分藥物在大腸中釋放。,二. 藥物胃腸轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制 通常認(rèn)為弱酸性藥物在胃中易吸收,而弱堿性藥物在小腸中吸收。1)藥物通過不攪動水層 腸腔與小腸上皮細(xì)胞交界處有一個不攪動的水層, 其厚度大約400 nm,它成為藥物吸收的一個重要的屏障。,2)藥物通過腸上皮 藥物通過腸上皮涉及到通過刷毛緣膜、細(xì)胞間隙及細(xì)胞側(cè)膜(basolateral membrane)。若
8、藥物透過生物膜是被動擴(kuò)散的,則取決于藥物的脂溶性,刷毛緣膜是腸道藥物吸收的主要屏障。,藥物透過此層的流動速率(flux rate , J),服從Fick定律,即J與腸腔內(nèi)溶質(zhì)濃度C1與刷毛緣膜的水-脂質(zhì)界面的藥物濃度C2差值及擴(kuò)散系數(shù)R呈正比, 而與UWL的厚度d呈反比:,若藥物通過刷毛緣膜速度很快,則藥物通過UWL擴(kuò)散成為吸收的主要限制因素。因此,UWL限制了某些脂溶性藥物如長鏈脂肪酸和膽固醇類藥物的吸收。增加腸蠕動,特別是絨毛膜的收
9、縮,可以降低UWL的厚度,從而加速藥物通過UWL。,三、影響藥物胃腸吸收的因素,1)藥物和劑型的影響2)胃排空時間的影響3)首過效應(yīng)4)腸上皮的外排5)疾病6)藥物相互作用,3. 影響藥物吸收的因素 除藥物本身因素物外,凡是能影響胃腸活動的因素均會影響藥物的吸收。 1)藥物和劑型 口服藥物制劑,藥物經(jīng)過釋放、溶解和跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)三過程。藥物制劑的釋放速率和在胃腸中的溶解速率影響藥物吸收速率和程度。如果藥物的
10、釋放速率和溶解速率大于跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)速率,則藥物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)速率是吸收的限速因素。如新霉素(neomycin)在胃腸道中溶解快,但該藥難于透過胃腸壁,吸收差。另一種情況是藥物的釋放速率和溶解速率慢,釋放速率和溶解速率是藥物吸收的限制因素。如灰黃霉素在胃腸道溶液中很難溶解。當(dāng)固體給藥時,由于沒有足夠的時間溶解,因而吸收不完全。延長胃腸排空時間,可增加該類藥的吸收。,2) 胃腸排空作用 延緩胃排空時間,有利于一些堿性藥物在胃中溶解時間,因此會促進(jìn)其
11、進(jìn)入腸道吸收;對于某些酸性藥物則相反,如普魯本辛(probanthine) 延緩胃排空,使撲熱息痛(paracetamol)吸收減慢。食物對不同藥物在胃腸道中吸收影響不一。,3) 首過效應(yīng) 口服給藥必須經(jīng)胃腸道(壁)和肝臟后才進(jìn)入體循環(huán),對于首過效應(yīng)大的藥物,口服給藥往往生物利用度很低, 或個體差異大,難以獲得滿意的療效。對于這類藥物最好采取其它給藥途徑,避免首過效應(yīng)。 4) 腸上皮的外排機(jī)制 近來研究發(fā)現(xiàn)在腸粘膜細(xì)胞上存在P-糖
12、蛋白等外排系統(tǒng),使得通過其它轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入上皮細(xì)胞中的藥物外排到腸腔,這也可能是多種藥物生物利用度低的原因之一。,5) 疾病 有胃腸疾病的人往往藥物吸收變異較大,這種變異與疾變的部位及嚴(yán)重程度無直接聯(lián)系,故難以預(yù)測。6) 藥物相互作用 當(dāng)兩個或以上的藥物合用時, 可通過以下途徑影響藥物的吸收:(1)改變腸腔pH, 使藥物的解離度發(fā)生改變;(2)改變藥物的溶解度;(3) 影響胃腸蠕動或胃排空;(4)形成復(fù)合物;(5)吸附劑作用;(6)抑制
13、前藥活化;(7)競爭同一轉(zhuǎn)運(yùn)載體。,四、研究藥物胃腸道吸收的常用方法,(1)整體動物實(shí)驗(yàn)法(2)在體腸灌流法(3)離體腸外翻法(4)Caco-2細(xì)胞模型,(1)整體動物實(shí)驗(yàn)法,整體動物試驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫胤从辰o藥后藥物的吸收過程,是目前最常用的研究藥物吸收的實(shí)驗(yàn)方法。但是整體動物法也存在以下缺點(diǎn):(1)不能從細(xì)胞或分子水平上研究藥物的吸收機(jī)制;(2)生物樣本中的藥物分析方法干擾較多,較難建立;(3)由于試驗(yàn)個體間的差異,導(dǎo)致試驗(yàn)
14、結(jié)果差異較大;(4)整體動物或人體研究所需藥量較大,周期較長。這些缺點(diǎn)使整體動物模型和人體試驗(yàn)方法不適合應(yīng)用于藥物開發(fā)早期的快速篩選工作,(2)在體腸灌流法,(一)腸灌流(intestine perfusion)模型將動物麻醉后,打開腹腔。首先結(jié)扎膽管,量取一定長度的所需部位的腸段,將此段腸的兩端接以插管,此過程保證血管和神經(jīng)不被破壞。用37℃等滲生理鹽水沖洗腸內(nèi)容物后換為灌流液。用恒流泵將外接插管構(gòu)成循環(huán)回路后,恒速灌流腸腔,使藥
15、液在腸腔內(nèi)循環(huán)灌流。測定不同時間灌流液藥物濃度,可以獲得藥物透過腸上皮細(xì)胞的情況。灌流方式具體可細(xì)分為:循環(huán)灌流( recirculating perfusion)和單向灌流(single-pass perfusion)。,圖. 大鼠在體回腸灌流示意圖(a)血漿池;(b)血液灌流泵;(c)藥物灌流泵;(d)頸靜脈;(e)腸系膜靜脈;(f)藥物輸入端;(g)回腸;(h)藥物采集端;(i)血液采集端;(j)套管插入點(diǎn),(3)離體腸外翻法
16、(everted isolated sac),方法:將動物脫頸處死后,取出小腸置于4℃氧飽和的Kreb’s培養(yǎng)液中,用生理鹽水灌洗小腸,洗去小腸中的內(nèi)容物。然后用手術(shù)線將小腸一端扎緊,用一根光滑的玻璃桿推動扎緊的小腸端,使玻璃棒穿過腸腔,翻轉(zhuǎn)小腸,此時黏膜面朝外漿膜面朝內(nèi)。小腸近端出口連接一段塑料管,再將取樣器與塑料管連接,從塑料管中注入一定體積空白Kreb’s液于腸囊內(nèi),并將含有空白Kreb’s液的小腸囊置于37℃氧飽和的Kreb’s
17、培養(yǎng)液中培養(yǎng)30min。在不同時間點(diǎn)取出腸腔內(nèi)部分緩沖液測定其中的藥物濃度,同時補(bǔ)充相同體積的空白Kreb’s緩沖液到腸腔,繼續(xù)培養(yǎng)。,圖. 腸囊外翻模型示意圖(a)微量采樣器;(b)膠管連接接頭;(c)瓶塞;(d)50ml磨口瓶;(e)導(dǎo)管;(f)37℃水浴鍋;(g)采用手術(shù)縫合線結(jié)扎腸囊段;(h)外翻后腸囊;(i)混合氣通入管道(O2:CO2=95%:5%),(4)Caco-2細(xì)胞模型法,1977年,F(xiàn)ogh于人結(jié)腸腺癌細(xì)胞中分離
18、出Caco-2細(xì)胞,這種細(xì)胞在培養(yǎng)過程中一旦達(dá)到單層厚度便自發(fā)地進(jìn)行上皮樣分化,并在20天內(nèi)完成這種分化。分化的Caco-2單層細(xì)胞在腸腔側(cè)形成一個界定明確的刷狀邊緣并具有緊密連接,其多種特性(包括形態(tài)學(xué)、標(biāo)志酶的功能表達(dá)及滲透特征)與小腸上皮細(xì)胞類似,并且表達(dá)了典型的小腸微絨毛水解酶和營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)體,因此許多實(shí)驗(yàn)采用Caco-2細(xì)胞作為研究小腸表皮細(xì)胞藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝的體外模型。,用Caco-2細(xì)胞單細(xì)胞層作為體外吸收模型, 具有以下
19、優(yōu)點(diǎn): 1) 可作為研究藥物吸收的快速篩選工具; 2) 在細(xì)胞水平上研究藥物在小腸粘膜中的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝; 3) 可以同時研究藥物對粘膜的毒性; 4) 由于Caco-2細(xì)胞來源于人, 不存在種屬的差異性。,Caco-2細(xì)胞模型的主要應(yīng)用,1. 研究藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)系 2. 預(yù)測藥物在體內(nèi)的吸收程度 3. 藥物吸收機(jī)制的研究4. 藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究5. 藥物吸收相互作用的研究6. 對藥物代謝的研究7. 藥
20、物毒性評價(jià)8. 研究藥物劑型對吸收的影響 9. 腸腔pH值對藥物吸收影響的評價(jià),二、藥物在其他部位的吸收,1. 藥物在口腔粘膜中吸收 口腔粘膜僅有上皮和固有層。硬腭部為角化的復(fù)層扁平上皮,其余部分均為未角化的復(fù)層扁平上皮。固有層結(jié)締組織向上皮形成乳頭,其中有豐富的毛細(xì)血管。口腔粘膜薄,面積大,相對皮膚而言,藥物容易通過。粘膜下有大量毛細(xì)血管匯總至頸內(nèi)靜脈,不經(jīng)過肝臟而直接進(jìn)入心臟,避免了肝臟的首過代謝??谇徽衬颖馄缴掀な撬幬镂?/p>
21、的主要屏障,不同部位的角化度不同,一般認(rèn)為藥物的通透性,舌下>頰>硬腭。粘膜細(xì)胞間有一些間隙,一些藥物可以通過。藥物在口腔粘膜可以看成是被動擴(kuò)散。,2.藥物在直腸粘膜中吸收 直腸的吸收面積不大,但血流量較為豐富,藥物容易吸收。直腸給藥主要通過痔上、痔中和痔下靜脈進(jìn)入血液循環(huán)。由于痔上靜脈經(jīng)過肝臟后才能到達(dá)血液循環(huán),直腸給藥仍然存在肝臟的首過效應(yīng)可能性。另外直腸給藥吸收不規(guī)則,劑量難以控制。,3.藥物透皮膚吸收 皮膚作為人
22、體的最外層組織,為保護(hù)機(jī)體免受外界環(huán)境中有害因素的侵入的屏障,也能阻止機(jī)體內(nèi)體液和生理必需成分的損失,同時具有汗腺和皮脂的排泄功能。皮膚可以簡單地分為四個層次:角質(zhì)層、生長皮層、真皮層和皮下脂肪組織。角質(zhì)層、生長皮層合稱表皮。在真皮層存在豐富的毛細(xì)血管叢、汗腺、皮脂腺和毛囊等。,對于一些局部外用藥物可以考慮用皮膚吸收制劑, 有時利用藥物皮膚吸收特點(diǎn), 制成透皮吸收制劑, 以達(dá)到緩釋和控釋目的。在制劑中增加促吸收劑,可以增加藥物的透皮吸收
23、作用,以達(dá)到全身用藥的目的。皮膚有較大的表面積, 皮膚吸收往往也是毒物(如農(nóng)藥)等吸收造成中毒的重要途徑之一。,經(jīng)皮吸收藥物的主要屏障是角質(zhì)層。在藥物角質(zhì)層中擴(kuò)散有兩種途徑:1)通過細(xì)胞間隙擴(kuò)散;2)通過細(xì)胞膜的擴(kuò)散。一般認(rèn)為,脂溶性強(qiáng)的藥物,由于可以與角質(zhì)層中脂質(zhì)相溶,角質(zhì)層屏障作用小,而分子量大、極性或水溶性的化合物難以通過。但當(dāng)皮膚角質(zhì)層受損時,藥物的通透性顯著增加,如在濕疹、潰瘍或燒傷等創(chuàng)面上,藥物的通透可增加數(shù)倍至數(shù)十倍。不同
24、部位的角質(zhì)層厚度不同,足底和手掌>腹部>前臂>背部>前額>耳后和陰囊。不同的藥物在不同的部位吸收程度是不同的。,4.藥物在肺部中吸收 氣體或揮發(fā)性藥物可以在肺上皮細(xì)胞或氣管粘膜吸收。通常肺吸收速度很快,因吸收面積大,某些吸入性麻醉劑或治療性藥物采用這種方式。有些藥物可通過霧化而吸收。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是藥物吸收快,可避免肝腸分解, 若用于肺部治療, 則可得到局部用的目的。但這種方式的缺點(diǎn)是藥物的劑量難以
25、控制,藥物也會對肺上皮細(xì)胞產(chǎn)生刺激。肺吸收也往往是毒品和環(huán)境毒物重要的吸收途徑。,5. 藥物在眼部吸收 許多藥物是可以通過眼而吸收的。眼結(jié)膜囊內(nèi)局部用藥是常見的用藥方式。藥物在眼部吸收有以下特點(diǎn):1)簡單、經(jīng)濟(jì)。許多藥物通過眼部吸收與注射同樣有效。2)可以避免肝首過效應(yīng);3)對免疫反應(yīng)不敏感。適合于蛋白多肽類藥物。但眼部給藥存在以下缺陷:1)眼部刺激性。眼睛感覺敏感,如藥物有刺激性,不僅會損傷眼組織,而且會引起眼淚,使藥物稀釋。2)
26、劑量損失。眼部用藥的流失量大,容量小,一般眼部僅有7μl容量。3)藥物在眼部的停留時間問題。一般制劑在眼部的停留時間短。停留長的制劑如眼藥膏,又對視線有障礙。4)一般病人難以接受眼部給藥。,6.藥物在肌肉中吸收 肌肉注射給藥也是常用的給藥途徑之一,水溶性藥物注入肌肉后,迅速吸收,吸收速率取決于注射部位的血流速率。例如在大腿肌肉中注射胰島素的降血糖的作用強(qiáng)于在臂部或臀部肌肉, 因前者運(yùn)動時使肌肉的血流速率顯著增加,從而加速藥物的吸收。
27、一般來說,水溶性成分股外肌吸收比臀大肌快,在男性臀大肌的吸收比女性快,這主要由于皮下脂肪量差異所致。如注射劑為油劑或混懸液, 則會使吸收減慢。有些藥物因溶解度低,在注射部位形成沉淀,再次溶解成為限制因素,造成難以吸收或吸收緩慢,如鹽酸利眠寧(Librium)的肌肉注射吸收很慢,甚至無效。,7.藥物在皮下部位吸收 一般來說,皮下注射給藥吸收緩慢,可以維持穩(wěn)定的效應(yīng)。例如, 胰島素混懸劑的吸收速率比水溶性制劑慢。血管收縮劑的使用可延緩藥物
28、的吸收。皮下植入給藥往往可維持?jǐn)?shù)周或數(shù)月的療效。,第三節(jié) 藥物的分布,一、藥物的分布及其影響因素1、組織血流速率(灌注速率),組織的血流速率通常用每分鐘血流量(ml/min)表示, 定義達(dá)到分布平衡時間T為:,式中Kp為平衡時組織/血液藥物濃度比值, Q和VT分別為組織血流速率和組織大小。,例如乙酰普魯卡因胺(N-acetylprocainamide)在肝和脂肪中Kp分別為1.94和0.98,人肝和脂肪的體積分別為1500 ml和
29、12200 ml, 血流速率分別為1580ml/min 和260 ml/min。利用2-5式算得藥物在肝和脂肪中得分布平衡時間分別為1.8 min 和46.0 min。,2. 膜擴(kuò)散速率(membrane diffusion-rate) 許多藥物進(jìn)入血流后, 快速分布到各組織, 但往往難于進(jìn)入到腦等具有生理性屏障的組織。藥物進(jìn)入這些組織必須通過相應(yīng)的屏障。體內(nèi)主要生理性屏障有血腦屏障(blood brain-barrier,BB
30、B)、胎盤屏障(placental barrier)和血睪屏障( blood testis barrier)等。藥物透過這些屏障多以被動轉(zhuǎn)運(yùn)為主,往往取決于藥物的脂溶性和解離度,膜擴(kuò)散速率是主要限速因素。如水楊酸和戊巴比妥(pentobarbital)的油/水分配系數(shù)相近,但后者為弱酸,在血漿中大部分呈非離子型,進(jìn)入腦脊液分布平衡時間僅4分鐘,而水楊酸大部分以離子形式存在,入腦脊液分布平衡時間達(dá)115分鐘。,二、藥物與血漿蛋白或組織成分
31、的結(jié)合,蛋白種類:血漿蛋白 白蛋白 a-酸性糖蛋白 脂蛋白組織蛋白 Y蛋白,藥物的血漿蛋白結(jié)合率的測定方法,(一)平衡透析法1.原理平衡透析法是國內(nèi)外血漿蛋白結(jié)合率測定最常用、最經(jīng)典的一種方法。此方法主要是利用與血漿蛋白結(jié)合的藥物不能通過半透膜這一原理,將蛋白置于一個隔室內(nèi),用半透膜將它與另外一個隔室隔開,游離藥物可以自由從半透膜自由透過,而與血漿蛋白結(jié)合的藥物卻不能自由透過半
32、透膜,待平衡后,半透膜兩側(cè)隔室的游離藥物濃度相等。如圖所示。,示意圖,,式中C1和C2分別為血漿室和緩沖液室中藥物濃度。,平衡時,兩室的游離藥物濃度相等。測定兩室藥物濃度,就可以計(jì)算相應(yīng)的血漿蛋白結(jié)合率。,平衡透析法要注意的幾個問題,(1)道南(Donnan)效應(yīng):由于蛋白質(zhì)和藥物均帶電荷,這樣膜兩側(cè)藥物濃度即使在透析達(dá)到平衡后也不會相等,這種現(xiàn)象就稱之為道南(Donnan)效應(yīng)。處理方法是采用高濃度的緩沖液或加中性鹽溶液,可以最大限度
33、地降低這種效應(yīng)。(2)藥物在半透膜上有無保留:藥物與膜的吸附影響因素較多,結(jié)合程度取決于藥物的特點(diǎn)及膜的化學(xué)特性,當(dāng)結(jié)合程度很高時,就會對結(jié)果影響較大,所以必須重視。解決辦法是設(shè)立一個對照組,考察藥物與半透膜的吸附程度,如果吸附嚴(yán)重,就應(yīng)該考慮換膜或者采用其他研究方法。(3)空白干擾:有時從透析膜上溶解下來的一些成分會影響藥物的測定,如用紫外或熒光法,因此在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)該對膜進(jìn)行預(yù)處理,盡可能去除空白干擾。(4)膜完整性檢驗(yàn):透析結(jié)
34、束后,要檢查透析外液中是否有蛋白溢出,即檢查半透膜的穩(wěn)定性,如有蛋白溢出,需換膜重復(fù)實(shí)驗(yàn)。4.評 價(jià)采用平衡透析法測定藥物血漿蛋白結(jié)合率實(shí)驗(yàn)要求較低,簡單易行,因此應(yīng)用最為廣泛。但缺點(diǎn)是比較費(fèi)時,通常需要48小時左右才能達(dá)到平衡,故最好是在低溫環(huán)境下進(jìn)行,以防蛋白質(zhì)可能被破壞。,超濾法,原理 基本原理和平衡透析法一樣,也是通過藥物、藥物血漿蛋白結(jié)合物的分子量的差異而將兩者分開。與平衡透析法不同的是在血漿蛋白室一側(cè)施加壓
35、力或超離心力,使游離藥物能夠快速地透過半透膜而進(jìn)入另一個隔室,而結(jié)合型藥物仍然保留在半透膜上的隔室內(nèi)。如圖所示。,,超濾離心法要注意的幾個問題(1)在超濾之前最好將待測藥物與蛋白漩渦混合后,水浴37℃溫孵4h左右,以保證藥物與蛋白能夠充分結(jié)合,(2)不同型號的濾過膜對結(jié)合率測定結(jié)果的影響。隨著超濾膜截留蛋白分子量的增大而結(jié)合率降低,可能是此類膜在同條件下超濾時,有部分小分子量蛋白及其結(jié)合的藥物滲漏過膜,使濾過液中的表觀游離藥物濃度增
36、大,即測得的游離藥物濃度增高,因此蛋白結(jié)合率會比真實(shí)值偏低(3)不同的超濾時間對結(jié)合率的影響。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著超濾時間的延長,結(jié)合率也有所增加,原因可能是隨超濾時間增長,濾過液容量增多,當(dāng)小分子溶劑留出量增加時,超濾液中的游離藥物濃度因稀釋而降低,因此測得的蛋白結(jié)合率會比真實(shí)值偏高(4)不同壓力下超濾對結(jié)合率的影響。壓力對結(jié)合率的影響是雙向的。隨著超濾時所受壓力增大,即離心轉(zhuǎn)速增加時,蛋白結(jié)合率會增大,因?yàn)閴毫Υ蠖垢嗟娜軇┓?/p>
37、子透過濾膜。隨著超濾壓力的增加,雖然溶劑濾出量有所增加,但當(dāng)濾過壓力超過一定程度時會使部分藥物蛋白結(jié)合物也滲漏過膜,這時濾出液中藥物相對濃度會增高,使藥物蛋白結(jié)合率降低。因此,超濾時,應(yīng)根據(jù)樣品性質(zhì)和需要收集的超濾液體積,確定超濾速度和時間,一般超濾速度為3 000 ~10 000rpm,超濾時間為10~25min。超濾液與超濾前蛋白質(zhì)溶液體積之比不應(yīng)太大(一般比值為0. 3~0. 6)否則,蛋白質(zhì)溶液因超濾而過分濃縮,引起藥物與蛋白
38、結(jié)合常數(shù)變化。3.評 價(jià)與平衡透析法相比,超濾法優(yōu)點(diǎn)是快速,不僅設(shè)備簡單,而且通常僅需離心十幾分鐘至數(shù)十分鐘,即可收集到足夠供測定的血漿超濾液,因此可用于不穩(wěn)定的藥物的蛋白結(jié)合率的測定。如果用微量超過濾裝置,蛋白用量可少,故可用于在體的血漿蛋白結(jié)合率測定,但用量少的情況下,要特別注意與膜結(jié)合的問題。,藥物間血漿蛋白結(jié)合的相互作用,臨床上許多疾病治療需要聯(lián)合用藥(combined treatment)時,須考慮有可能會發(fā)生藥物間相互
39、作用,從藥動學(xué)角度考慮,相互作用可發(fā)生在體內(nèi)過程的各個環(huán)節(jié)(吸收、分布、代謝及排泄),而發(fā)生在分布環(huán)節(jié)的藥物間相互作用主要是指藥物與血漿蛋白結(jié)合的相互作用。當(dāng)兩種或兩種以上藥物同時結(jié)合血漿蛋白上的同一結(jié)合位點(diǎn)時,可能會發(fā)生“競爭置換”(competitive displacement)現(xiàn)象。藥物間發(fā)生“競爭置換”一般須滿足兩個條件,一是“置換藥”(displacing drug)與該血漿蛋白共同結(jié)合位點(diǎn)的親和力要高于“被置換藥”(di
40、splaced drug);二是發(fā)生“競爭置換”作用的藥物與該血漿蛋白比要有較高的摩爾濃度?!案偁幹脫Q”作用多發(fā)生在酸性藥物之間(見下表),其原因可能就是堿性藥物較酸性藥物有較大的分布容積和較低的血漿摩爾濃度。,血腦屏障:是血液與腦組織間的一種特殊屏障,它主要由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其間的緊密連接,毛細(xì)血管基底膜及嵌入其中的周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞等形成的膠質(zhì)膜。,三、藥物在特殊屏障中的轉(zhuǎn)運(yùn),血--腦屏障模式圖,血--腦屏障電鏡圖
41、,主要結(jié)構(gòu)--緊密連接,主要組成1.跨膜蛋白2.胞質(zhì)附著蛋白(緊密連接支持結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ))3.細(xì)胞骨架蛋白(維持緊密連接的穩(wěn)定),主要結(jié)構(gòu)--內(nèi)皮細(xì)胞,腦血管內(nèi)皮細(xì)胞與其他組織內(nèi)皮細(xì)胞的主要區(qū)別在于前者具有復(fù)雜的緊密連接和豐富的線粒體,但缺少跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的質(zhì)膜小泡(plasma vesicle) 以及缺乏細(xì)胞孔。另外, 腦血管細(xì)胞內(nèi)皮細(xì)胞的胞膜上含有一些特殊蛋白: 堿性磷酸酶、r - 谷氨酸轉(zhuǎn)肽酶、糖轉(zhuǎn)蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體等。以
42、上結(jié)構(gòu)是腦血管內(nèi)皮細(xì)胞特有的, 它們對維持腦血管內(nèi)皮緊密連接功能具有重要作用。,星形膠質(zhì)細(xì)胞,脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中呈星形的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,支持腦血屏障 腦血管的超微結(jié)構(gòu)研究表明星形膠質(zhì)細(xì)胞環(huán)腦血管現(xiàn)象,是腦血管的一個獨(dú)有的特點(diǎn)。大量事實(shí)表明:星形膠質(zhì)細(xì)胞對EC 有極大的影響, 對BBB 的維持有著重要的作用。,基膜基膜主要組成IV 型膠原 層連蛋白內(nèi)肌動蛋白 纖維連接蛋白一些糖蛋白等 研究發(fā)
43、現(xiàn) IV 型膠原可以直接與層連蛋白, 也可以通過內(nèi)肌動蛋白與層連蛋白連接, 形成聚合體網(wǎng)同時, 纖維連接蛋白可將基膜與周圍組織以及細(xì)胞外間 質(zhì)相連,基膜對BBB 的屏障作用維持起著重要作用。另外,基膜對周圍細(xì)胞的生長分化也起著調(diào)節(jié)作用, 腦血 管內(nèi)皮細(xì)胞生長和分化就是星形膠質(zhì)細(xì)胞通過基膜來完成的。,血腦屏障的特點(diǎn)(1)脂溶性藥物易于透過(2)低導(dǎo)水性(3)高反射系數(shù)(4)高電阻性,血腦屏障作用,1.阻止某些物質(zhì)
44、(多半是有害的)由血液進(jìn)入腦組織的結(jié)構(gòu)2.減少受甚至不受循環(huán)血液中有害物質(zhì)的損害3.保持腦組織內(nèi)環(huán)境的基本穩(wěn)定4.維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常生理狀態(tài),,決定血腦屏障通透性的因素,物質(zhì)通過血腦屏障的難易取決于兩方面的影響因素: (一)是物質(zhì)本身的性質(zhì)和狀態(tài);(二)另一是血腦屏障的結(jié)構(gòu)和功能。,(1)藥物因素 脂溶性 相對分子量(2)生理病理因素 滲透壓
45、藥物、毒物影響 電荷性的改變 腦缺血缺氧的影響 炎癥的影響(3)藥物相互作用,物質(zhì)的親脂性與親水性 細(xì)胞膜是以類脂為基礎(chǔ)的雙分子層結(jié)構(gòu),物質(zhì)的極性與親脂性之間呈負(fù)相關(guān)。在藥物學(xué)上應(yīng)用這一原理,可以把某些作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物進(jìn)行化學(xué)修飾,降低其極性,增強(qiáng)其親脂性,使其能更迅速地透過血腦屏障,從而提高藥物的療效。例如把巴比妥轉(zhuǎn)變?yōu)楸桨捅韧锥岣叽呙咚幍男?/p>
46、果。,,病理情況下血腦屏障的變化,中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病常引起血腦屏障結(jié)構(gòu)和功能的劇烈變化。如新生兒核黃疸和血管性腦水腫,使腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接開放,屏障的通透性顯著提高以致血漿白蛋白(分子量為69000)這樣的大分子物質(zhì)都可通過屏障。嚴(yán)重腦損傷導(dǎo)致血腦屏障的嚴(yán)重破壞,使血清蛋白也可通過屏障進(jìn)入腦組織。電離輻射、激光和超聲波都可使血腦屏障的通透性增加。,第四節(jié) 多藥耐藥與外排轉(zhuǎn)運(yùn)載體,藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體在藥物ADME過程中的作用,藥物
47、轉(zhuǎn)運(yùn)體、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體、外排轉(zhuǎn)運(yùn)體三者關(guān)系,藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體,ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體,外排轉(zhuǎn)運(yùn)體,,,,可溶性物質(zhì)載體(Solute Carriers, Slc)已發(fā)現(xiàn)48個亞家族,364個成員。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體(ABC Transporters)已發(fā)現(xiàn)7個亞家族,49個成員。其中P-糖蛋白(P-gp)屬于B亞家族,MRPs屬于C亞家族。質(zhì)子/寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)體(POT)現(xiàn)僅發(fā)現(xiàn)2個成員。隨著人類基因組學(xué)與蛋白組學(xué)研究的進(jìn)展,有研究預(yù)測人類約15%的基
48、因與轉(zhuǎn)運(yùn)體相關(guān),估計(jì)Slc至少包括2300個成員。而現(xiàn)在僅發(fā)現(xiàn)了僅不到10%,并且其中大部分的功能尚不明確。,轉(zhuǎn)運(yùn)體的分類,,目前已發(fā)現(xiàn)的人類ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體,發(fā)現(xiàn)48 個ABC 載體。這些基因根據(jù)區(qū)域的構(gòu)成和氨基酸的同組關(guān)系分成7個亞型。 許多ABC載體在脂質(zhì)層的功能維持、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)和類固醇類轉(zhuǎn)運(yùn)方面有重要的作用。已發(fā)現(xiàn)14種與人類疾病相關(guān)的ABC基因,ABC類轉(zhuǎn)運(yùn)體 ATP結(jié)合盒(ATP-binding ca
49、ssette,ABC)類物質(zhì)外排轉(zhuǎn)運(yùn)載體。這類轉(zhuǎn)載體轉(zhuǎn)運(yùn)各種類型的底物如糖、氨基酸、金屬離子、多肽、蛋白質(zhì)以及各種脂溶性物質(zhì)外排式跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。ABC類載體是許多生命過程必須的,缺陷可以引起多種疾病或與多種疾病有關(guān)如囊性纖維化、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、視網(wǎng)膜變性、膽固醇和膽汁轉(zhuǎn)運(yùn)缺失、貧血癥和藥物反應(yīng)異常等。,特點(diǎn):1.與ATP結(jié)合,利用ATP跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。底物分子轉(zhuǎn)運(yùn)是單向的,通常是泵出細(xì)胞外。 2. 結(jié)構(gòu)上:ATP-結(jié)合域, 稱之為核苷結(jié)
50、合包( NBF) 和跨膜(TM)域。該域一般由6個?-螺旋段組成。NBF 含3個保守區(qū)域Walker A、Walker B和Walker C。在Walker A和B存在ATP結(jié)合點(diǎn),而Walker C 為一簽名區(qū), 位于Walker B 的上游,C 區(qū)是相應(yīng)ABC載體特有性的。 3. 典型的ABC 載體有兩個NBF 和兩個TM域, NBF 存在于胞漿側(cè)。,1. MDR1 P-糖蛋白(MDR1 P-glycoprotein)ABCB1
51、. 又稱為MDR1,P-GP 或PGY1。P-GP首先是Juliano和Ling 發(fā)現(xiàn)在耐藥性中國倉鼠卵細(xì)胞表達(dá)的一種含磷糖蛋白, 分子量為170 kda。在人中存在兩種P-GP蛋白基因家族(MDR1和MDR3), 在小鼠中,存在3個家族(mdr1a,mdr1b和mdr2)。,人,MDR1,MDR3,藥物,藥物,脂質(zhì),MDR基因,,,,,,MDR基因,Mdr1a/mdr1b,mdr2,藥物,藥物,脂質(zhì),,,,,,小鼠,2. P-GP
52、底物 P-GP有各種類型的底物如秋水仙堿阿霉素、長春堿、脂質(zhì)、類固醇、化學(xué)異物和多肽等. 似乎無共性.1)多數(shù)底物是兩性分子2)化合物脂溶性和氫鍵的數(shù)目決定底物與P-GP親和力的重要參數(shù)。 脂溶性大或氫鍵數(shù)目多,P-GP的親和性高.3)電子供體基團(tuán)間距離有一定范圍是識別P-GP結(jié)合點(diǎn)必需的,至少其中一個2.5 ± 0.3Å,另一個為4.6 ± 0.6Å,P-GP 底物P-GP有廣泛結(jié)構(gòu)類
53、型的底物。常見的有鈣拮抗劑:維拉帕米(verapamil),尼莫地平等;抗癌藥:阿霉素(adriamycin)、長春新堿(vincristine)和長春堿(vinblastine)、比生群(bisantrene), 依托甙(epitoside)、和紫杉醇(paclitaxel)等;HIV蛋白酶抑制劑:塞喹那韋(saquinavir)、利托那韋(ritonavir), 奈菲那韋(nelfinavir)、印地那韋(indinavir)、
54、洛吡那韋(lopinavir)和安潑那韋(amprenavir) ; 類固醇類:地塞米松(Dexamethason)、可的松(corticosteron)和氫化可的松(hydrocortisone)等免疫抑制劑:環(huán)孢素A和FK506等;抗生素類:紅霉素、纈霉素(valinomycin)和短桿菌素D(gramicidin D)等; 其它如嗎啡(morphine)、秋水仙堿(colchicine)、地高辛(Digoxin)、羅丹明12
55、3、Hoechst 33342等。由于底物的廣泛性,表現(xiàn)出對多種藥物的交叉耐藥性。,3.P-GP生理功能在人中,P-GP主要表達(dá)于一些特殊組織如腸、腎、肝、腦血管內(nèi)皮、睪丸和胎盤等,成為血腦屏障、血-睪屏障和胎盤屏障的一部分。P-GP將毒物從細(xì)胞排出胞外,保護(hù)相應(yīng)組織,免受毒物的危害。P-GP也與一些藥物的治療失敗和某些疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。如P-GP的表達(dá)也是Imatinib 在治療慢性骨髓性的白血病( CML)和急性淋巴性白血?。?/p>
56、ALL)中出現(xiàn)耐藥的原因。,1)血腦屏障上的功能 大多數(shù)P-GP 底物,是脂溶性的,理論上應(yīng)該容易進(jìn)入腦內(nèi)。然而由于在腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的腔側(cè)面上P-GP高度表達(dá),促使已進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的藥物泵回到血液中,結(jié)果凈通透結(jié)果顯著降低。如在mdr1a/mdr1b基因缺陷小鼠,由于血腦屏障上P-PG缺乏,導(dǎo)致P-GP底物通透性可以增加10和100倍, 藥物的毒性和活性顯著增加。,2)胎盤屏障 P-GP 存在于胎盤合胞體滋養(yǎng)層頂側(cè)面膜上。合胞體滋養(yǎng)層構(gòu)成
57、胎兒-母體屏障,交換必需的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物,也起著保護(hù)作用。 P-GP功能類似于血腦屏障, 防止有毒物質(zhì)從母體進(jìn)入胎兒。如在P-GP缺陷或基因敲除動物,阿維菌素(avermectin)、地高辛、塞喹那韋和紫杉醇通透性增加10~20倍。 對于多數(shù)治療藥物而言,在胎盤上的低通透性當(dāng)然是需要的,但在有些情況下,成為治療上的障礙。如對于HIV治療,希望在嬰兒出生前,有一個合適的“負(fù)荷劑量”,以降低在出生過程中母-嬰HIV感染的頻率。,3)血睪
58、屏障和血神經(jīng)屏障(blood–nerve barrier) 在許多敏感組織如睪丸、神經(jīng)中的微血管內(nèi)皮細(xì)胞上有P-GP表達(dá),類似血腦屏障,阻止相關(guān)物質(zhì)進(jìn)入這些敏感組織。4)在肝-膽和腸中作用 在肝細(xì)胞的膽管側(cè)細(xì)胞膜上和腸的上皮細(xì)胞腔側(cè)面膜上,表達(dá)豐富的P-GP,功能是促進(jìn)藥物、毒物從肝細(xì)胞進(jìn)入膽汁和促進(jìn)藥物從腸上皮細(xì)胞進(jìn)入腸腔。腸上皮細(xì)胞中P-GP分泌功能成為許多藥物吸收差的主要原因之一。.,5) 保護(hù)機(jī)制 防止毒物由胃腸道進(jìn)入體內(nèi)。
59、 6)腸上皮細(xì)胞中P-GP分泌功能成為許多藥物吸收差的原因之一, 成為藥物口服吸收的障礙。,野生型小鼠灌胃 50 mg/kg 紫衫醇約有95%的藥物原型從糞中排泄. 同時口服P-GP抑制劑環(huán)孢素A( 50 mg/kg), PSC 833(50 mg/kg), GF120918(25 mg/kg), LY335979(80mg/kg) 或R101933(80 mg/kg) , 顯著降低糞中原型藥物的排謝分?jǐn)?shù),分別為32.4%, 12.
60、5%, 6.2%, 34.9%和73.6%。在mdr1a/1b基因敲除小鼠,糞中原型排泄分?jǐn)?shù)只有6%。腸中P-GP也是機(jī)體重要保護(hù)機(jī)制之一,免受各種腸中毒素的侵害。如Mdr1a缺陷小鼠產(chǎn)生一種大腸炎癥,類似人類的腸內(nèi)部炎。正常情況下,腸中的P-GP 阻止毒素進(jìn)入腸壁內(nèi).復(fù)雜性和注意問題: 抑制胃腸道上P-GP功能, 必然降低屏障功能,增加毒物(素)進(jìn)入體內(nèi)!,,7)P-GP介導(dǎo)的藥物外排也符合載體轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn),即存在飽和現(xiàn)象。地
61、高辛在大鼠空腸、回腸、結(jié)腸和人結(jié)腸中轉(zhuǎn)運(yùn)的Km分別為81、74、51 和 59 μmol/l。環(huán)孢素 A在Caco-2 細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn) Km 為3.8 μmol/l。這些結(jié)果提示治療劑量情況下,多數(shù)口服藥物,在腸內(nèi)的濃度可能會超過Km 值,P-GP的外排功能往往是處于飽和的狀態(tài)。這可以解釋一些藥物如他利洛爾(talinolol)等P-GP底物的在人體內(nèi)吸收程度隨劑量增加而增加的現(xiàn)象。,8)一些疾病如癲癇誘導(dǎo)P-GP表達(dá), 成為頑固性癲癇的原
62、因之一,Fig. Western blot showed expression of P-gp from the cerebral cortex of normal rats and PTZ-kindled rats. n=3. (**p<0.01 vs Normal),乳腺癌耐藥蛋白(breast cancer resistance protein ,BCRP, ABCG2)1)BCRP 的結(jié)構(gòu)與功能BCRP 又稱為胎盤特異
63、性ABC載體( placental ABC protein, ABCP),乳腺癌耐藥蛋白(BCRP),絲裂霉素耐藥 (mitoxantrone resistance,MXR)。根據(jù)命名規(guī)則,BCRP 應(yīng)定義命名為ABCG2。,BCRP 結(jié)構(gòu)不同于P-GP和MRP家族。BCRP 只有一個NBF 和TM 域,為一半ABC 載體。 BCRP mRNA 最早發(fā)現(xiàn)于胎盤中, 第一次在耐阿霉素的MCF7乳腺癌細(xì)胞株(MCF-7/AdrVp)中克隆到
64、BCRP。 BCRP 是細(xì)胞株對絲裂霉素、阿霉素和柔紅霉素抗癌藥物等產(chǎn)生耐藥的主要原因。由于BCRP 首先是從乳腺癌細(xì)胞中分離得到的,故稱之為乳腺癌耐藥蛋白。人BCRP 為655 氨基酸ABC 蛋白,含一個N-端的ATP 結(jié)合盒, 連有6個TM段。,BCRP是類固醇的硫酸結(jié)合物和化學(xué)異物硫酸結(jié)合物有效外排載體。如雌二醇3-硫酸酯, 脫氫表雄酮硫酸酯和4-甲基-7-羥基香豆素硫酸酯、6-羥基-5,7-二甲基-2-甲氨基-4-(3-吡啶甲基
65、) 苯并噻唑硫酸酯均為BCRP的底物。雌二醇3-硫酸酯和脫氫表雄酮硫酸酯可能是BCRP的生理性底物。BCRP也參與其他結(jié)合物如E217βG、GS-NDP和 4-甲基-7-羥基香豆素-葡萄糖醛酸苷的轉(zhuǎn)運(yùn)。,2)BCRP/Bcrp1 介導(dǎo)的耐藥 BCRP 的底物與P-GP, MRP1和MRP2的底物間有較大的重疊性。表達(dá)BCRP/Bcrp1細(xì)胞株對絲裂霉素, 拓樸替康, 柔紅霉素, SN-38, flavopiridol, 吲哚咔巴唑,
66、拓樸酶抑制劑( NB-506 和 J-107088) 等藥物存在耐藥性。提示這些藥物的外排轉(zhuǎn)運(yùn)是BCRP/Bcrp1介導(dǎo)的。BCRP/Bcrp1轉(zhuǎn)運(yùn)一些細(xì)胞染料如羅丹明123, Lysotracker綠( Lysotracker Green) , BBR3390以及熒光素-哌唑嗪(prazosin)。但對長春新堿, 紫杉醇和順鉑等抗癌藥無耐藥性, 提示這些藥物不是BCRP/Bcrp1 的底物。,3)BCRP/Bcrp1 組織分布 在人
67、的胎盤中,BCRP mRNA 表達(dá)非常高,而在鼠類胎盤相對弱。 相反,在小鼠的腎臟表達(dá)最高,而在人的腎臟表達(dá)低。用兩種獨(dú)立的特異性單克隆抗體BXP-21和BXP-34研究顯示BCRP 在胎盤合胞體滋養(yǎng)層膜的母體側(cè)、在肝細(xì)胞的膽管側(cè)、腸的腔面?zhèn)饶?,與P-GP的定位相似。,原發(fā)性耐藥 獲得性耐藥,多藥耐藥(multidrug residence,MDR)現(xiàn)象最早在腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。對藥物敏感的腫瘤細(xì)胞長期用一種抗腫瘤藥物處
68、理后,該細(xì)胞對藥物敏感性降低,產(chǎn)生耐藥性,同時也對其它結(jié)構(gòu)類型的抗腫瘤藥物敏感性也降低。,多藥耐藥,feature,necessity,,,原發(fā)性耐藥,腫瘤細(xì)胞固有的對化療不敏感,如非小細(xì)胞肺癌,直腸癌,,,獲得性耐藥,腫瘤細(xì)胞初始對化療藥物敏感,但經(jīng)過數(shù)個療程的進(jìn)一步治療,療效逐漸降低,最后至腫瘤復(fù)發(fā),,MDR的分類,,,,,,,腫瘤耐藥機(jī)制,.,,,Text in here,Text in here,細(xì)胞表面藥泵蛋白外排,DNA修復(fù)
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