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Basic Scientific Research
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脑缺血模型:tMCAO还是pMCAO更适合候选药开发
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

脑缺血候选药做到动物阶段,最常见的模型选择之一,就是短暂性大脑中动脉阻塞(tMCAO)和永久性大脑中动脉阻塞(pMCAO)。

很多方案对此的处理非常简单。

准备研究“脑缺血再灌注损伤”,就做tMCAO;准备研究“脑梗死”,就做pMCAO。

这种区分没有错,但对于真正的候选药开发还远远不够。

因为一根线栓最后拔不拔出来,会直接改变候选药面对的疾病环境。

pMCAO中,大血管持续闭塞,缺血核心不断扩展,半暗带主要依赖侧支循环维持。药物想进入缺血区,本身还会受到灌注不足的限制。

tMCAO则在一定缺血时间后重新开放血管。氧和葡萄糖重新进入缺血组织,部分半暗带能够被挽救,同时也会迅速带来氧化应激、线粒体功能紊乱、血脑屏障破坏、脑水肿、炎症细胞进入和微循环再灌注不全。

所以两种模型实际上在给候选药提出两道不同的考题。

pMCAO更像是在问:

大血管持续堵塞,脑组织一直得不到充分灌注时,这个药还能不能延缓半暗带向梗死核心推进?

tMCAO更像是在问:

患者最终实现了血管再通,这个药能不能让再通真正转化成更多脑组织存活和更好的功能结局?

这个差异在今天尤其重要。

机械取栓和静脉溶栓已经把急性缺血性卒中的临床治疗推入再通时代。越来越多脑保护候选药的临床定位,也从过去的“单药阻止脑梗死”,转向取栓前保护半暗带、取栓后降低再灌注损伤、保护血脑屏障、改善微循环和减少脑水肿。

在这种开发逻辑下,tMCAO和pMCAO已经很难简单排出一个“哪个模型更好”。

真正应该先确定的是:

候选药准备在患者治疗流程的哪个时间点进入,又准备保护神经血管单元中的哪一层。

导读

一、tMCAO和pMCAO真正改变的是哪一段病程

二、再通时代为什么让tMCAO的开发价值明显提高

三、pMCAO现在还有没有必要做

四、tMCAO模拟机械取栓,到底模拟到了哪一步

五、pMCAO里的“永久缺血”也不等于脑组织完全没有血流

六、同一个候选药为什么可能在tMCAO有效、pMCAO却明显掉效

七、神经保护药先做tMCAO还是pMCAO

八、取栓联合用药为什么通常应该提高tMCAO优先级

九、延长再通时间窗的候选药为什么反而需要关注pMCAO

十、抗再灌注损伤药为什么必须把给药时间卡在再通附近

十一、血脑屏障保护药更适合哪一种模型

十二、抗脑水肿药应该怎么选

十三、微循环和no-reflow候选药为什么离不开tMCAO

十四、抗炎药在两个模型中为什么可能得到完全不同的结论

十五、线粒体和氧化应激药为什么尤其容易受到再灌注状态影响

十六、tMCAO缺血60分钟还是90分钟并不是一个小参数

十七、pMCAO也需要先确定“永久堵在哪里”

十八、脑血流监测为什么应该成为MCAO的核心质量控制

十九、线栓拔出来了为什么还不能直接认定“再灌注成功”

二十、药物什么时候给,比选tMCAO还是pMCAO还重要

二十一、pMCAO里还存在一个经常被忽略的药物递送问题

二十二、TTC、脑水肿和MRI应该怎么安排

二十三、24小时神经评分为什么不够支持候选药开发

二十四、脑组织PK/PD在tMCAO和pMCAO中为什么应该分别验证

二十五、tPA或TNK联合药为什么最终还需要从线栓模型继续升级

二十六、不同MOA候选药怎么快速选择tMCAO和pMCAO

二十七、第一模型阳性以后第二模型怎么选才有价值

二十八、脑缺血候选药最常见的MCAO设计误区

二十九、一套更完整的“临床定位—缺血—再灌注—PK/PD—功能”开发路线

三十、博恩生物可以为脑缺血候选药提供哪些实验支持

SECTION 01

01

tMCAO和pMCAO真正改变的是哪一段病程

为了把两种模型说清楚,先限定一个最常见的比较场景:

都采用近端腔内线栓阻断大脑中动脉血流。

tMCAO在预设缺血时间以后撤出线栓,使大血管重新开放。

pMCAO则持续保持阻塞。

两者前半段经历的都是局灶性脑缺血,但从血管重新开放的那一刻开始,病理过程就明显分开了。

1、pMCAO主要面对持续缺血

局部脑血流持续处于低水平。

缺血核心不断扩大,原本仍然能够维持一定能量代谢的半暗带逐步走向不可逆损伤。

因此pMCAO非常适合研究缺血本身造成的能量衰竭、兴奋性毒性、离子稳态崩溃和持续性细胞死亡。

2、tMCAO在后半程多了一段再灌注

线栓撤出以后,大血管重新开放。

部分区域血流恢复,能够挽救仍然存活的半暗带,这本身属于有益过程。

与此同时,已经经历严重缺血的细胞突然重新获得氧和底物,也会出现一系列新的病理,包括ROS快速增加、线粒体损伤、血脑屏障通透性改变、炎症放大以及微血管灌注障碍。

所以tMCAO同时存在两股力量:

再灌注带来的组织挽救,以及再灌注过程本身带来的附加损伤。

候选药面对的正是两者之间的平衡。

SECTION 02

02

再通时代为什么让tMCAO的开发价值明显提高

过去很多神经保护药的临床逻辑,是在血管仍然闭塞的情况下依靠药物单独把脑组织救下来。

这个要求非常高。

因为药物既要能够进入低灌注组织,又要让半暗带长期维持存活,直到血栓自然溶解或者侧支循环发生变化。

现在临床治疗环境已经明显不同。

1、越来越多大血管闭塞患者可以实现快速再通

机械取栓能够直接恢复近端大血管血流。

静脉溶栓也可以让部分患者获得再通。

因此很多新型脑保护药已经不需要独自完成整个救援过程。

它只需要让半暗带多活一段时间,或者让再通后的脑组织少经历一轮继发损伤。

这就明显降低了药理任务的难度。

2、脑保护药开始重新寻找与再通治疗的组合方式

例如候选药可以在患者转运或取栓准备阶段给药,延缓梗死核心扩展。

也可以在取栓前后给药,降低BBB损伤和再灌注炎症。

还可以在大血管已经开通以后,继续改善毛细血管灌注和脑水肿。

这些产品都需要模型中真正存在“先缺血、后再通”的过程。

因此tMCAO在这一类候选药开发中的优先级会明显提高。

SECTION 03

03

pMCAO现在还有没有必要做

有。

而且很多项目做到候选物确认阶段以后,pMCAO仍然具有很高价值。

1、临床并非所有患者都能够及时获得有效再通

有些患者到院较晚。

有些血管无法成功再通。

还有一些患者虽然最终接受取栓,但从发病到再通之前仍然经历了较长时间缺血。

所以持续缺血依然是临床真实场景的一部分。

2、pMCAO可以给候选药施加更严格的缺血挑战

没有人为恢复主干血流以后,候选药需要依靠残余和侧支血流进入半暗带。

这种情况下还能观察到组织保护,说明药效并不完全依赖再灌注后的药物输送。

3、对于“桥接型脑保护药”,pMCAO很有价值

如果产品的临床定位是:

患者到达基层医院或者救护车后立即给药,先把半暗带保护住,随后转运到卒中中心完成取栓。

那么候选药需要在真正再通以前就发挥作用。

pMCAO可以帮助回答这段时间里药物能不能延缓梗死进展。

随后再进入tMCAO,验证最终再通后能不能把被保护的组织真正留下来。

这时两种模型组合的信息量会高于只做其中一种。

SECTION 04

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tMCAO模拟机械取栓,到底模拟到了哪一步

tMCAO经常被称为机械取栓的动物模拟。

这个说法需要保留边界。

1、它很好地模拟了“大血管突然再通”

线栓撤出以后,近端血流可以快速恢复。

这一点和成功机械取栓后的血管再通具有相似之处。

因此非常适合研究再通附近的药理过程。

2、它没有真正的血栓

线栓是一根物理阻塞物。

临床患者血管里则可能存在富含红细胞、纤维蛋白、血小板等不同组成的真实血栓。

所以tMCAO无法完整模拟凝血和纤溶过程。

3、它也没有完整复制取栓操作

真实机械取栓会涉及导管、支架、抽吸以及血栓与血管壁相互作用。

这些操作对内皮可能产生额外影响。

普通线栓拔除并不包含这些因素。

4、因此tMCAO更准确的价值是“可控的缺血—快速再灌注模型”

对于再灌注损伤、BBB、脑水肿、神经血管单元和脑保护药,它非常实用。

如果产品准备直接和血栓、溶栓或者取栓器械过程发生作用,还需要继续升级模型。

SECTION 05

05

pMCAO里的“永久缺血”也不等于脑组织完全没有血流

这个概念非常重要。

MCA主干持续闭塞以后,并不代表整个缺血区域的血流都变成零。

1、侧支循环仍然存在

前脑动脉、后脑动脉以及软脑膜吻合支可以给部分缺血区域提供残余灌注。

这部分血流正是半暗带能够暂时存活的重要基础。

2、不同动物的侧支循环差异很大

品系、年龄、高血压、糖尿病以及个体血管解剖都会影响侧支能力。

同样的MCA闭塞,有的动物梗死扩展很快,有的则可以维持较大的半暗带。

3、所以pMCAO同样不能只靠“线栓已经插到位”定义成功

脑血流监测仍然非常重要。

如果一只动物闭塞后残余血流明显高于其他动物,它最终梗死自然可能更小。

候选药组碰巧包含更多这类动物,就会产生明显假药效。

SECTION 06

06

同一个候选药为什么可能在tMCAO有效、pMCAO却明显掉效

这种结果并不罕见,也不应该第一时间被理解成模型失败。

两种模型药效差异本身就能提供MOA信息。

1、药效可能主要依赖再灌注

例如候选药抑制的是再灌注后ROS爆发、线粒体通透性转换、炎症放大或者BBB破坏。

在pMCAO中,这个药理窗口没有完整出现。

药效自然可能明显下降。

2、药物可能需要恢复血流以后才能充分进入缺血组织

系统给药以后,pMCAO的低灌注状态限制药物到达。

tMCAO再灌注以后,脑组织暴露迅速提高,随后才出现足够target engagement。

此时两种模型差异首先是PK差异。

3、药物也可能在pMCAO中更有价值

例如某个候选药能够降低能量需求、增强缺血耐受或者改善侧支供血。

在持续闭塞期间持续延缓梗死核心扩展,反而更符合其作用机制。

所以看到tMCAO和pMCAO结果不一致以后,下一步应该比较:

脑血流、脑组织暴露、目标PD以及给药时间。

这四项往往比继续重复一次TTC更容易找到原因。

SECTION 07

07

神经保护药先做tMCAO还是pMCAO

现在已经很难给所有神经保护药统一答案。

更适合从临床目标产品特征反推。

1、准备作为取栓辅助治疗

优先考虑tMCAO。

因为最终临床价值需要建立在成功再通的场景里。

2、准备在再通以前延缓半暗带死亡

pMCAO或者tMCAO的缺血阶段都很重要。

可以先用pMCAO确认药物在持续缺血时确实能够减慢组织死亡,再在tMCAO中证明最终再通后能够转化成更多组织存活。

3、准备覆盖无法再通患者

pMCAO的权重需要提高。

4、早期机制尚不清楚

可以先选择模型稳定、动态范围合适的一种完成基础PoC。

进入候选物确认以后再进行正交验证。

卒中新药已经不太适合只凭“实验室最熟悉哪一种MCAO”决定整个开发路径。

SECTION 08

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取栓联合用药为什么通常应该提高tMCAO优先级

如果候选药未来临床路径已经明确:

患者大血管闭塞。

准备接受机械取栓。

药物在取栓前、术中或者术后使用。

那么动物模型里最终也应该出现一次可控再通。

1、这样才能检验药物有没有保护半暗带

缺血期间给药以后,等到再灌注再观察最终梗死。

如果候选药真的延缓了半暗带死亡,再通以后应当留下更多存活脑组织。

2、可以检验再通后有没有额外损伤

包括BBB破坏、脑水肿、出血转化和炎症。

这些正是取栓辅助治疗常见的开发方向。

3、还可以研究给药相对于再通的时间关系

例如:

缺血后30分钟给。

再灌注前10分钟给。

再灌注即刻给。

再灌注后1小时再给。

同一个候选药在这些时间点的药效完全可能不同。

这能够直接帮助未来临床给药路径设计。

SECTION 09

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延长再通时间窗的候选药为什么反而需要关注pMCAO

这类产品的目标很特殊。

药物真正要做的是:

在血管还没有开的时候,让半暗带死亡得更慢。

1、所以核心药效发生在持续缺血期

如果候选药只在再灌注以后有效,它无法帮助患者多争取30分钟或1小时转运时间。

2、pMCAO可以提供更纯粹的缺血阶段挑战

在没有人为再通的背景下观察一定时间,判断候选药是否减缓梗死扩展。

3、最终仍然要回到tMCAO完成临床闭环

因为真正的临床目标通常不是让患者永远不再通。

更合理的设计是:

对照组60分钟再灌注。

候选药组尝试延长到90分钟甚至更晚再灌注。

如果候选药组在延迟再通后仍然获得与早期再通组接近的组织和功能结局,才能真正支持“延长再通窗口”这一产品价值。

这类实验比单纯比较24小时TTC更接近临床逻辑。

SECTION 10

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抗再灌注损伤药为什么必须把给药时间卡在再通附近

如果候选药声称主要抑制ischemia-reperfusion injury,给药窗口非常关键。

1、造模前给药只能证明预防性作用

动物在MCAO之前就已经达到稳定血药浓度。

这种方案适合机制研究,却很难模拟急诊卒中患者。

2、缺血期间给药可以研究取栓前桥接

适合救护车、急诊或转运阶段能够提前使用的产品。

3、再灌注即刻给药最适合研究reperfusion-triggered injury

药物正好在血流恢复时存在。

如果此时能够降低ROS、BBB损伤或者线粒体异常,和MOA对应关系会很清楚。

4、再灌注后延迟给药可以验证真实治疗窗

如果一个药只有再灌注前10分钟给才有效,而再灌注后30分钟完全无效,其临床实施方式会明显受限。

企业阶段应主动把这种边界做出来。

SECTION 11

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血脑屏障保护药更适合哪一种模型

两种模型都可以出现BBB损伤。

但如果候选药未来准备解决再通后BBB恶化、脑水肿或者出血转化,tMCAO通常更有开发价值。

1、再灌注会快速改变脑微血管环境

氧化应激、MMP活化、内皮连接异常以及炎症细胞进入都可能在再灌注后进一步增强。

2、BBB保护不能只看ZO-1或者Occludin

这些属于结构和机制证据。

真正需要继续看通透性。

例如不同分子大小的外源示踪物、内源IgG外渗或者其他定量方式。

3、还应该连接脑水肿和出血

如果候选药真的稳定BBB,理论上应该有机会降低血管源性脑水肿,并减少高风险条件下的出血转化。

4、最终如果准备与溶栓联用,还需要更进一步的模型

普通tMCAO里没有真实溶栓过程。

这时应该继续增加血栓栓塞、延迟溶栓或者高血糖等高HT风险背景。

SECTION 12

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抗脑水肿药应该怎么选

脑水肿同时存在于持续缺血和再灌注场景。

但不同阶段的形成机制不完全一样。

1、pMCAO适合观察持续缺血导致的细胞毒性和继发水肿进程

长时间能量衰竭会导致离子稳态崩溃和细胞肿胀。

随着病程发展,BBB同样会破坏。

2、tMCAO更适合评价再灌注后的血管源性成分

重新灌流以后,已经受损的微血管面对恢复的灌注压力,BBB泄漏和组织水肿可能进一步加重。

3、主要终点不能只依赖湿干重

脑含水量能够提供全局信息。

如果产品主打局灶性脑水肿和占位效应,MRI提供的空间和纵向信息会更高。

4、梗死缩小和脑水肿下降必须尽量拆开

一个药可以非常强地减少脑水肿,却没有真正挽救神经元。

如果直接用未经校正的TTC病灶面积,很容易把抗水肿误判成抗梗死。

SECTION 13

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微循环和no-reflow候选药为什么离不开tMCAO

大血管重新开放以后,脑组织的微循环并不一定同步恢复。

这也是当前卒中再灌注研究非常重要的一层。

1、毛细血管仍然可能堵塞

中性粒细胞滞留、血小板和微血栓、红细胞流变异常都可能影响微循环。

2、周细胞和微血管结构同样可能参与

缺血后周细胞收缩、内皮肿胀和血管外组织压力增加,都可能让毛细血管持续处于低灌注状态。

3、大血管再通率不能替代组织灌注

因此这类候选药只记录“线栓已拔除”几乎没有信息。

需要继续使用Laser Speckle、合适的灌注成像或者微循环评价方法,观察再灌注区域实际恢复到什么程度。

4、tMCAO提供了清楚的再通起点

线栓撤出后,可以把宏观血流恢复与后续微循环灌注放在同一时间线上。

所以microvascular reperfusion类药物天然更适合这一模型。

SECTION 14

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抗炎药在两个模型中为什么可能得到完全不同的结论

脑卒中炎症并不是一个固定过程。

持续缺血和再灌注后的炎症组成、时间和外周细胞进入都会发生差异。

1、pMCAO更强调持续组织坏死带来的炎症

缺血核心不断扩大,大量DAMPs释放,脑内免疫反应逐渐增强。

2、tMCAO增加了再灌注后的外周免疫输入

血流恢复以后,循环中的免疫细胞和可溶性因子更容易进入受损区域。

BBB状态又在快速改变。

3、所以抗炎药需要明确到底打哪一段

抑制小胶质细胞早期激活。

减少中性粒细胞微血管堵塞。

阻断外周单核细胞进入。

或者控制再灌注后的炎症放大。

这些候选药适合的模型和给药窗口并不相同。

4、炎症Marker下降不能替代组织保护

卒中模型最终仍应连接梗死、脑水肿和神经功能。

否则只能证明抗炎PD成立。

SECTION 15

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线粒体和氧化应激药为什么尤其容易受到再灌注状态影响

缺血阶段线粒体首先面对氧和底物不足。

再灌注以后则进入完全不同的压力。

1、氧重新进入可以迅速增加ROS

缺血期间积累的代谢异常在复氧后可以产生明显氧化应激。

2、钙超载和线粒体通透性异常也会参与

这也是很多线粒体保护药特别关注再灌注起点的原因。

3、因此单做pMCAO可能低估某些药物

一个专门阻断复氧后线粒体损伤的药,在持续缺血模型中没有完整发挥空间。

4、反过来也要防止tMCAO把药效做得过于理想

再灌注恢复以后,药物更容易进入脑组织。

候选药在tMCAO特别有效,需要进一步区分:

是因为再灌注损伤被准确命中,还是因为再灌注以后脑组织暴露显著提高。

PK/PD可以把这两个问题拆开。

SECTION 16

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tMCAO缺血60分钟还是90分钟并不是一个小参数

线栓模型中,缺血时间几乎决定了候选药拥有多大的可救窗口。

1、缺血时间偏短

半暗带较大,死亡率低,很多神经保护药容易得到明显疗效。

这种模型适合早期PoC。

问题是容易高估治疗潜力。

2、缺血时间延长

梗死核心扩大,脑水肿和功能缺损增强。

候选药面对的疾病挑战更强。

3、继续加重会出现ceiling effect

如果大部分MCA供血区在再灌注以前已经不可逆坏死,后面的候选药再强也缺少可以挽救的组织。

此时模型组病灶非常漂亮,药效动态范围反而变差。

4、没有一个通用的“最佳60分钟”或者“最佳90分钟”

小鼠和大鼠不同。

不同品系不同。

线栓直径和包胶长度不同。

麻醉和体温也会改变缺血耐受。

所以正式项目应该先根据本平台历史数据和候选药定位选择严重度,再固定时间。

不要因为90分钟看起来比60分钟“更像重症”,就机械提高缺血时间。

SECTION 17

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pMCAO也需要先确定“永久堵在哪里”

pMCAO并不是单一模型。

永久性近端线栓MCAO、远端MCA电凝或结扎,都可以被称作pMCAO。

它们产生的病灶明显不同。

1、近端永久MCAO

更容易影响皮层和纹状体,病灶较大。

适合较严重的大血管闭塞背景。

2、远端永久MCAO

通常以皮层梗死为主。

病灶位置更加局限,死亡率可能更低,更适合某些长期功能和恢复研究。

3、手术路径也不同

远端模型往往需要开颅暴露血管。

线栓法则可以避免直接开颅。

这些手术因素本身也会影响炎症和术后状态。

所以项目方案里写“pMCAO”还不够。

必须继续明确闭塞位置和技术方式。

SECTION 18

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脑血流监测为什么应该成为MCAO的核心质量控制

MCAO最大的技术风险之一,就是动物表面看起来手术一样,实际缺血程度并不一样。

1、线栓插入长度不能替代血流证据

血管解剖存在个体差异。

同样推进18 mm,并不保证每只动物都阻断了完全相同的血流区域。

2、Laser Doppler可以快速确认缺血是否建立

很多成熟体系会预先设定相对于基线的脑血流下降标准。

例如要求下降达到约70%~80%以上。

具体阈值应该根据设备、探头位置、动物品系和历史模型进行预设。

不建议实验结束以后再根据数据临时决定纳排。

3、pMCAO和tMCAO都需要这一层QC

pMCAO确认持续闭塞。

tMCAO还要继续确认拔栓后的血流恢复。

4、进入更高等级候选物确认时可以增加空间灌注信息

单点Laser Doppler只能看到一个很小区域。

Laser Speckle等技术可以观察更大范围灌注和侧支情况。

尤其微循环和侧支循环候选药,空间信息非常重要。

SECTION 19

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线栓拔出来了为什么还不能直接认定“再灌注成功”

这是tMCAO里非常容易被忽略的问题。

机械动作完成不等于生理再灌注完成。

1、有些动物拔栓后血流恢复不足

可能来自血管痉挛、血栓形成、手术损伤或者其他微循环问题。

2、如果没有再灌注QC,这些动物会混进tMCAO组

结果实际上变成:

一部分动物经历标准缺血—再灌注。

另一部分接近持续低灌注。

组内变异自然显著增加。

3、再灌注型候选药尤其容易被这种变异影响

例如模型组中恰好更多动物再灌注不充分,候选药组恢复较好。

最终看起来药物显著减少梗死。

实际差异可能首先来自模型血流。

4、因此建议预先设定再灌注标准

例如拔栓后一定时间内脑血流恢复至基线的某一比例。

具体标准由平台历史数据确定。

重要的是在实验开始前固定,而不是看到结果以后调整。

SECTION 20

20

药物什么时候给,比选tMCAO还是pMCAO还重要

同一个tMCAO模型,只要改变给药时间,就可以回答完全不同的开发问题。

1、缺血前给药

更多属于预处理和机制研究。

对于普通急性卒中治疗,临床转化价值有限。

2、缺血后立即给药

可以模拟非常早期院前治疗。

但仍需要判断真实临床是否有可能这么快完成给药。

3、缺血一段时间后给药

更接近患者已经出现症状后接受治疗。

可以建立治疗时间窗。

4、再灌注前给药

非常适合机械取栓辅助药。

例如患者已经完成影像并进入取栓流程,候选药在再通前开始输注。

5、再灌注即刻给药

重点验证reperfusion injury。

6、再灌注后延迟给药

如果仍然有效,临床操作空间会明显更大。

企业项目最终最好能得到一条明确的time window,而不只是“造模后给药有效”。

SECTION 21

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pMCAO里还存在一个经常被忽略的药物递送问题

永久闭塞以后,药物到底能不能进入目标组织,本身就是药效的一部分。

1、缺血核心血流非常低

静脉或者口服药在循环里浓度再高,也可能难以快速进入核心区域。

2、半暗带主要依靠侧支循环

药物是否能够到达,很大程度上受到侧支供血影响。

3、所以pMCAO阴性不能立刻说明靶点无效

需要先问:

药有没有到脑?

缺血侧的浓度是多少?

核心和半暗带分别多少?

目标PD有没有被真正命中?

4、这对大分子和生物药更加重要

BBB和局部灌注会同时限制药物到达。

如果产品靶点位于血管腔面或者外周免疫系统,问题会简单一些。

如果必须进入神经元或胶质细胞,就需要更加明确的脑组织PK和target engagement。

SECTION 22

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TTC、脑水肿和MRI应该怎么安排

1、TTC适合早期快速PoC

24~72小时内可以较直观评价梗死区域。

成本低、效率高。

非常适合候选物筛选。

2、急性梗死体积必须考虑水肿

患侧半球肿胀以后,直接测白色区域面积会受到明显影响。

所以正式分析应该使用经过脑水肿校正的梗死体积。

3、水肿本身又不能被“校正掉以后不再讨论”

如果候选药本身就是BBB或脑水肿药,建议同时报告:

校正后的梗死体积,以及独立脑水肿结果。

这样可以区分组织挽救和水肿改善。

4、MRI更适合候选物确认和纵向研究

DWI可以观察早期缺血病灶。

T2等序列能够继续追踪水肿和病灶演变。

还可以让同一只动物在不同时间点重复评价。

对于治疗前分层、长期恢复和不同模型比较,MRI的信息量明显更高。

SECTION 23

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24小时神经评分为什么不够支持候选药开发

很多MCAO实验最后的数据结构非常固定:

24小时TTC。

24小时神经评分。

实验结束。

对于早期PoC这完全可以。

进入正式候选物确认以后,信息会明显不足。

1、急性综合评分容易受到很多因素影响

动物虚弱、麻醉残余、脑水肿和运动障碍都会影响评分。

2、不同神经功能恢复速度不同

简单Bederson或mNSS把多个功能混在一起。

它们很难告诉研究人员候选药真正改善了感觉、精细运动还是协调能力。

3、很多啮齿类动物具有明显自然恢复

24小时差异很大,不代表7天或者28天以后还能保持。

4、候选物确认应该增加长期功能

根据病灶位置选择Rotarod、adhesive removal、corner test、步态、抓力或者其他合适行为。

恢复期和神经修复类产品还需要进一步拉长时间。

最终动物药效应该尽量回答:

药物救下来的脑组织有没有真正转化成长期功能获益。

SECTION 24

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脑组织PK/PD在tMCAO和pMCAO中为什么应该分别验证

这是很多卒中候选药项目容易忽略的一层。

同一个剂量,在两个模型中不一定产生相同脑组织暴露。

1、tMCAO再灌注以后药物输送条件发生变化

大血管重新开放,缺血区域药物供应可能迅速增加。

同时BBB通透性也可能改变。

2、pMCAO中持续低灌注限制药物输送

缺血侧实际浓度可能明显低于健侧。

3、所以不能只比较血浆PK

血浆AUC一样,不代表缺血脑组织看到的药物一样。

4、关键候选药最好增加缺血侧和健侧脑组织PK

根据项目进一步区分核心区和半暗带。

随后将局部浓度与target engagement和药效对应。

5、这样才能正确解释跨模型掉效

例如pMCAO只有tMCAO脑组织暴露的一半。

此时第二模型药效下降,首先说明给药和递送还有问题。

如果两个模型脑组织暴露相当、目标PD同样充分,药效仍然不同,才更有理由讨论病理机制差异。

SECTION 25

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tPA或TNK联合药为什么最终还需要从线栓模型继续升级

如果候选药准备和静脉溶栓联合,单纯tMCAO最终是不够的。

原因很直接:

线栓拔出来以后,血管重新开放靠的是人为机械撤除。

模型中没有真正发生纤维蛋白血栓溶解。

1、无法评价候选药会不会影响溶栓效率

药物可能增强或抑制纤溶。

普通线栓模型看不到。

2、无法完整评价溶栓相关出血转化

tPA或TNK对BBB和出血风险的影响,需要在真实给药背景中研究。

3、候选物确认阶段应该考虑血栓栓塞模型

通过自体血栓等方式形成MCA闭塞,再系统给予溶栓药。

此时可以同时观察:

再通率。

再通时间。

脑出血。

梗死。

脑水肿。

神经功能。

4、这类模型变异会明显增加

血栓大小、组成和位置都会产生新的变量。

所以它未必适合作为第一轮筛药。

更适合已经在标准MCAO中获得明确PoC以后,用来回答临床联合治疗问题。

SECTION 26

26

不同MOA候选药怎么快速选择tMCAO和pMCAO

可以用下面这张表作为项目早期判断。

候选药定位tMCAO价值pMCAO价值更推荐的开发思路
再灌注损伤抑制很高较低至中等优先tMCAO
取栓联合脑保护很高中等tMCAO主模型,pMCAO补缺血期
桥接型半暗带保护很高两者组合
延长取栓时间窗很高很高pMCAO看缺血保护,tMCAO验证延迟再通
BBB稳定很高tMCAO优先,后续加HT高风险模型
抗脑水肿很高根据目标水肿阶段选择
no-reflow/微循环很高较低优先tMCAO
ROS/线粒体再灌注损伤很高中等tMCAO优先
兴奋性毒性/缺血耐受很高pMCAO信息价值高
侧支循环改善很高pMCAO尤其重要
抗炎很高很高根据目标炎症阶段选择
脑内大分子药物必须增加脑组织PK/PD
溶栓增效不足不足最终应进入血栓栓塞+溶栓
降低tPA/TNK出血不足较低最终进入溶栓相关HT模型
神经修复/恢复期中等中等后期可考虑更稳定长期缺损模型

最重要的一点是:

tMCAO和pMCAO不需要争夺“金标准”。

它们承担的是不同临床问题。

SECTION 27

27

第一模型阳性以后第二模型怎么选才有价值

1、第一轮tMCAO阳性

如果候选药定位广泛神经保护,可以进入pMCAO。

看看离开快速再灌注环境后是否仍能发挥作用。

如果药效显著掉下来,就进一步分析药物究竟依赖再灌注病理还是再灌注后的药物递送。

2、第一轮pMCAO阳性

第二轮进入tMCAO很有价值。

验证候选药保护下来的半暗带,在最终再通后能否转化成更小梗死和更好的长期功能。

3、如果产品准备配合取栓

第二模型更应该继续增加微循环、BBB和再灌注相关终点。

4、如果产品准备配合溶栓

第二模型应该升级到真实血栓和溶栓。

5、如果年轻健康动物已经阳性

后续还应该考虑老龄、高血压、糖尿病或其他临床常见共病背景。

6、如果产品主打长期神经恢复

第二模型可以换成病灶位置更稳定、死亡率更低的长期皮层缺血体系。

第二模型真正需要补第一轮留下的开发风险。

继续做相同线栓、相同缺血时间、只把小鼠换成大鼠,增加的是物种信息,但疾病机制的信息增量可能有限。

SECTION 28

28

脑缺血候选药最常见的MCAO设计误区

1、所有脑缺血药固定做90分钟tMCAO

没有根据MOA和临床定位选择缺血强度。

2、认为pMCAO一定比tMCAO“更严重”

实际严重程度还受到闭塞位置、侧支循环、动物品系和缺血时间影响。

3、认为tMCAO一定比pMCAO“更接近临床”

临床是否再通取决于目标患者和治疗路径。

4、线栓拔出就定义再灌注成功

没有血流证据。

5、没有预设脑血流纳排标准

实验结束以后根据梗死结果再决定哪些动物失败,很容易产生偏倚。

6、不同组缺血程度不一致

候选药最后变成在比较模型强度。

7、不同组再灌注程度不一致

尤其会污染再灌注型药物结论。

8、造模前给药,却把结果写成临床治疗性神经保护

时间窗过于理想。

9、只做一个给药时间点

不知道临床还能延迟多久。

10、pMCAO阴性以后直接判定候选药失败

没有先检查脑组织暴露和PD。

11、tMCAO效果特别好,就直接认为机制更强

可能只是再灌注以后药物更容易到脑。

12、TTC直接使用白色面积计算

没有校正脑水肿。

13、抗脑水肿药只报告校正后的梗死

把产品真正重要的水肿药效丢掉。

14、只看24小时TTC

没有长期功能。

15、只做一个简单神经评分

功能证据过于粗糙。

16、抗BBB药只看紧密连接蛋白

缺少实际通透性。

17、微循环药只看大血管是否恢复

没有真正测组织灌注。

18、溶栓联合药只做线栓拔除

模型里没有真实纤溶过程。

19、不同MCAO模型直接使用相同mg/kg比较药效

脑组织暴露可能明显不同。

20、模型越重越好

梗死过大以后没有足够半暗带可以挽救。

21、模型太轻又容易把普通候选药做得很好

进入候选物确认以后需要适当增加疾病挑战。

22、只用年轻健康雄性动物完成全部开发

临床卒中患者的年龄和共病差异没有得到任何挑战。

23、第一模型阳性后第二轮只是重复同一种MCAO

没有解决新的临床转化风险。

SECTION 29

29

一套更完整的“临床定位—缺血—再灌注—PK/PD—功能”开发路线

1、第一步先写清楚未来临床用药场景

候选药准备:

取栓前使用。

取栓过程中使用。

再通后使用。

无法再通时仍然使用。

还是和tPA/TNK联合。

这一项比先问“实验室习惯做tMCAO还是pMCAO”重要得多。

2、明确药物真正保护哪一段病理

是延缓半暗带死亡。

还是减少再灌注ROS。

保护BBB。

减少脑水肿。

改善微循环。

控制炎症。

不同MOA决定第一模型。

3、早期选择一个稳定MCAO完成PoC

建立多个剂量。

同时获得梗死、基础功能和近端PD。

这一阶段重点确认候选药是否具有体内有效性。

4、通过模型预实验确定缺血强度

选择合适动物、线栓规格和缺血时间。

让模型既能够形成稳定病灶,又保留充分药效动态范围。

5、把脑血流写入正式纳排标准

所有动物记录基线。

MCAO后确认血流下降。

tMCAO再进一步确认撤栓后的血流恢复。

阈值在实验开始前预设。

6、将治疗时间推向临床可实现窗口

避免整个项目停留在预防性给药。

至少建立两个以上治疗延迟时间,逐步找到time window。

7、tMCAO项目把给药时间和再灌注关系做清楚

缺血期给药。

再灌注前给药。

再灌注后给药。

根据候选药机制选择最有价值的几个时间点。

8、pMCAO项目增加脑组织PK

确认低灌注状态下候选药还能否达到有效组织浓度。

特别是脑内靶点药物。

9、建立目标PD

只有梗死缩小还不够。

需要确认候选药真正命中了预期神经、内皮、线粒体、炎症或者其他目标通路。

10、急性期同时评价梗死和水肿

TTC或MRI均可根据项目阶段使用。

梗死分析进行水肿校正,同时保留独立水肿结果。

11、根据MOA增加特异终点

BBB药增加通透性和HT。

微循环药增加再灌注和毛细血管灌流。

抗炎药增加目标免疫细胞和对应PD。

线粒体药增加真正的线粒体功能。

避免所有卒中药统一做同一套Marker。

12、把观察时间延长到功能恢复

早期PoC可以24~72小时。

候选物确认继续进入7天、14天甚至28天。

使用与病灶位置匹配的功能实验。

13、第一模型阳性后进入另一种闭塞状态

tMCAO阳性后加入pMCAO,可以挑战持续缺血。

pMCAO阳性后进入tMCAO,可以验证再通后的最终组织挽救。

14、根据临床方案进一步升级模型

取栓辅助药增加再灌注和微循环。

溶栓联合药进入血栓栓塞+溶栓。

高HT风险产品增加高血糖、糖尿病或者其他风险背景。

15、候选药进入确认阶段后增加临床异质性

选择最有价值的一项。

高龄。

高血压。

糖尿病。

雌性。

或者其他和目标患者最相关的背景。

没有必要每个项目一次性把所有共病全部做完。

16、最终把剂量转换成有效暴露

不要让最终结论停留在:

10 mg/kg有效。

20 mg/kg更有效。

更有价值的数据是:

血浆和脑组织达到什么浓度以后,目标PD被命中,梗死和功能开始改善;超过什么暴露以后药效进入平台或者安全风险增加。

这样动物结果才真正开始服务临床剂量设计。

比较完整的候选药证据链最终应该能够说明:

候选药在临床可实现的给药时间内进入缺血脑组织并命中目标,在持续缺血和/或再灌注场景中保持组织保护,并将急性梗死或脑水肿改善转化成长时间神经功能获益。当模型切换到另一种血流状态以后,药效变化仍然能够由其MOA和脑组织PK/PD合理解释。

做到这一层,tMCAO和pMCAO才真正从两个“造模方法”,变成了两个帮助候选药做开发决策的工具。

SECTION 30

30

博恩生物可以为脑缺血候选药提供哪些实验支持

1、可以根据候选药临床定位选择tMCAO或pMCAO

结合产品准备作为单独神经保护、取栓联合、再灌注损伤保护、BBB保护、脑水肿、微循环还是溶栓联合候选药,先确定第一模型应该保留哪一段病理。

2、可以建立标准化tMCAO模型

根据项目需要选择合适缺血时间,并在撤除线栓后形成稳定再灌注。

用于脑保护、BBB、再灌注损伤和取栓辅助药评价。

3、可以建立pMCAO持续缺血模型

针对持续缺血、半暗带保护、侧支循环和无再通场景进行候选药评价。

根据项目进一步选择近端或其他适合的永久闭塞方式。

4、可以通过脑血流监测进行模型质量控制

记录MCAO前基线、闭塞后脑血流下降以及tMCAO撤栓后的恢复。

提前制定纳排标准,降低单纯依赖神经评分判断模型成功造成的变异。

5、可以根据候选药设计不同缺血时间

根据产品准备挑战的病程深度选择适当缺血严重度。

避免模型太轻放大普通药效,也避免病灶过重以后没有可以挽救的半暗带。

6、可以建立治疗时间窗

根据临床拟用场景设置缺血后不同时间给药,或者围绕再灌注前后安排给药。

确认候选药最晚在什么时间仍然有效。

7、可以进行标准化梗死和脑水肿评价

通过TTC等方式评价急性梗死,并对水肿造成的体积偏差进行校正。

脑水肿型候选药同时保留独立水肿结果。

8、可以增加MRI纵向评价

针对候选物确认和长期研究,观察病灶、水肿以及后续组织变化。

同时可以用于动物分层和动态药效判断。

9、可以开展BBB和脑出血评价

针对内皮和BBB保护产品,增加血管通透性、紧密连接、脑水肿及必要的出血转化终点。

10、可以开展长期神经功能评价

根据病灶特点选择运动、感觉、协调及其他行为学终点。

从24小时组织保护继续追踪到长期功能获益。

11、可以建立血浆和脑组织PK/PD

比较健侧和缺血侧脑组织药物暴露。

在tMCAO和pMCAO中分别确认有效浓度和target engagement。

用于解释跨模型药效差异。

12、可以针对微循环候选药增加灌注评价

在大血管再通以后继续观察组织实际灌注恢复。

帮助判断候选药是否改善no-reflow和神经血管单元功能。

13、可以根据第一模型结果设计第二模型

tMCAO阳性以后可以进入pMCAO挑战持续缺血。

pMCAO阳性以后进入tMCAO验证最终再通后的组织挽救。

根据产品继续增加共病、溶栓或恢复期模型。

14、可以针对溶栓联合产品升级模型

当候选药开始进入tPA/TNK联合开发阶段,进一步考虑真实血栓、溶栓、再通和出血转化评价。

让动物模型逐渐贴近最终临床治疗路径。

脑缺血模型选tMCAO还是pMCAO,真正需要避免的,是把它做成一个简单的“再灌注模型和非再灌注模型二选一”。

候选药开发更关心的是患者在什么时间拿到这个药,以及下一步会不会接受血管再通治疗。

如果药物准备和机械取栓一起使用,tMCAO通常应该承担更高权重,因为候选药最终必须证明自己能够在再通环境中把更多半暗带留下来。

如果产品希望在患者转运期间延缓梗死扩展,pMCAO提供的信息就非常重要,因为这段时间主干血管可能仍然处于闭塞状态。

如果候选药希望同时覆盖两个场景,最有价值的方案往往也不是争论应该选哪一个模型。

可以让两个模型分别完成不同任务。

pMCAO检验持续缺血时能不能保护半暗带。

tMCAO继续验证完成再通以后,这些被暂时保护的组织到底有没有真正存活,并最终转化成更好的神经功能。

到了候选物确认阶段,再把脑血流、脑组织PK/PD、治疗时间窗、长期功能和临床再通方式逐渐接进来。

这样得到的结论才不会停留在“这个药能把24小时TTC白色面积减少多少”。

它会进一步回答一个对后续临床开发更有价值的问题:

这个候选药究竟应该在卒中治疗流程中的哪个时间点使用,又需要和哪一种再通策略组合,才最可能把动物中的脑保护真正带到患者身上。

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