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大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型:外用抗炎药评价
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

外用抗炎药进入皮肤疾病临床前评价后,经常遇到一个看似简单、实际很影响开发判断的问题:候选物已经在细胞水平证明能够抑制炎症通路,但做成乳膏、凝胶或其他外用制剂以后,究竟能不能在慢性皮损环境中形成稳定药效,单靠体外实验很难回答。

大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型的价值就在这一阶段。

DNCB属于半抗原类致敏剂,通过预致敏和反复局部激发,可以在大鼠皮肤形成持续性的红斑、丘疹、鳞屑、皮肤增厚、苔藓样改变及不同程度瘙痒,同时伴随表皮增生、炎症细胞浸润、屏障受损和免疫炎症异常。相比一次性急性刺激模型,反复DNCB激发能够提供更稳定的慢性炎症背景,也更适合观察连续外用以后皮损、组织炎症和屏障功能是否同步改善。

对于医药企业而言,这个模型尤其适合JAK、PDE4、NF-κB、炎症小体相关小分子以及其他非激素局部抗炎候选物,也适合乳膏、凝胶、喷雾、纳米制剂等不同外用处方的比较。

但模型真正有开发价值的前提,是不能把“皮损评分下降”作为全部结论。

一个高质量方案至少需要回答四个问题:候选物有没有真正降低慢性皮肤炎症,靶点相关药效指标是否同步变化,炎症控制以后皮肤屏障有没有真正恢复,以及这种药效是在什么局部暴露下实现的。

只有把这几层连起来,大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎模型才不只是一个“抗炎药有效”的验证模型,而能够进一步支持候选物筛选、剂量选择、处方优化和后续开发决策。

导读

一、大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型适合解决哪些研发问题

二、这个模型为什么适合外用抗炎药评价

三、哪些药物类型和靶点更适合使用这一模型

四、造模强度和治疗窗口应该如何设计

五、外用抗炎药的核心药效指标应该怎样分层

六、不同靶点药物的机制指标应该如何选择

七、皮肤屏障为什么必须独立评价

八、外用药如何建立皮肤暴露与药效之间的关系

九、阳性药、Vehicle和剂量组应该怎样设置

十、不同研发阶段如何配置数据包

十一、大鼠DNCB模型的适用边界与常见设计问题

SECTION 01

01

大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型适合解决哪些研发问题

1、首先适合解决慢性局部炎症能否被持续控制

DNCB通过反复激发后形成的皮损,并不是一次刺激产生的短暂红肿。随着反复致敏和激发,局部皮肤会逐渐出现持续炎症、表皮增厚、角化异常和屏障功能下降。

这对外用抗炎药非常重要。

很多候选物在急性模型中几天就能明显降低炎症,但进入慢性病程后,皮肤结构、屏障和免疫环境已经发生持续改变,单纯短期抑制炎症未必能够维持疗效。

因此,大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型更适合回答:

候选药在反复炎症背景下能否持续有效;

低剂量和高剂量之间有没有稳定剂量关系;

炎症下降以后皮肤屏障能否同步恢复;

长期连续外用是否出现疗效衰减、刺激或反弹。

2、大鼠体表面积更适合外用制剂比较

相比小鼠,大鼠背部能够提供更大的连续给药区域。

这一点对于外用药很实用。

不同乳膏、凝胶、喷雾或纳米制剂可以按照统一面积给药,重复取样也相对方便。如果项目进入皮肤药代阶段,还可以进一步在不同区域安排药效取材、局部药物浓度和病理检测。

因此,大鼠DNCB模型不仅适合“药效”,也适合比较不同处方的递送和局部耐受。

SECTION 02

02

这个模型为什么适合外用抗炎药评价

1、模型同时包含炎症、组织损伤和屏障异常

一个外用抗炎药真正进入慢性湿疹样皮损以后,需要面对的并不是单独升高的某一种细胞因子。

DNCB反复刺激后可以形成多层变化,包括皮肤红肿、增厚、鳞屑,表皮过度增生,真皮炎症细胞浸润,肥大细胞增加,以及角质层和紧密连接相关屏障蛋白异常。

这意味着候选药能够在一套模型中同时接受三个层面的评价:

炎症能不能压下来;

组织结构能不能恢复;

皮肤屏障能不能重新建立。

对长期外用药而言,这三层比单纯一个炎症因子更接近真实产品价值。

2、模型对不同作用机制的小分子具有较好兼容性

DNCB慢性湿疹样炎症并不是完全由单一免疫通路驱动。

它会同时涉及T细胞、角质形成细胞、肥大细胞以及多种炎症介质,因此很适合评价作用于多个炎症节点的小分子。

这也解释了为什么JAK、PDE4、NF-κB等不同机制的候选物都可以使用这一模型。

但同一个模型能够评价多种药,并不意味着所有药都用同一套检测指标。

真正需要统一的是疾病终点,机制PD则应该根据具体靶点分别设计。

SECTION 03

03

哪些药物类型和靶点更适合使用这一模型

大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型更适合外用抗炎、非激素抗炎和屏障修复型产品。

药物类型或靶点模型适用性推荐评价重点
JAK抑制剂STAT相关PD、炎症、皮损、屏障
PDE4抑制剂cAMP相关效应、综合炎症、屏障
NF-κB抑制剂p65活化、炎症细胞因子、组织炎症
炎症小体/NLRP3相关药物中高Caspase-1、成熟IL-1β、炎症浸润
非激素多靶点小分子综合炎症、病理和屏障功能
外用天然小分子或衍生物机制PD、局部药效和刺激性
局部核酸药物中高靶基因沉默、组织PD、皮损
屏障修复型抗炎药TEWL、含水量、FLG、LOR、CLDN1
纯IL-4/IL-13单抗可做支持,但不适合作为唯一机制模型
TSLP/OX40等高度特异生物药中低应补充更符合靶点驱动的模型

这里最需要强调的是最后两类。

DNCB能够产生IgE、Th2相关因子以及慢性皮损,但它本质上仍包含明显的半抗原迟发型超敏和接触性炎症成分。

如果一个候选药的成败完全依赖IL-4/IL-13、TSLP、OX40等单一现代特应性皮炎主轴,大鼠DNCB不宜独立承担全部机制结论。

但对于外用小分子和多通路抗炎药,这种相对复杂的炎症背景反而具有实际筛选价值。

SECTION 04

04

造模强度和治疗窗口应该如何设计

1、皮损越严重并不代表模型越好

DNCB浓度和激发频率过高时,可以形成明显糜烂、渗出甚至组织坏死。

这样的模型从视觉上很明显,但对药物研发并不一定更好。

因为过强的化学损伤会持续压过候选药的药理作用,使真正有效的抗炎药也难以产生理想改善;同时组织坏死本身会引入大量非特异性炎症。

反过来,如果诱导强度过低,Vehicle组在治疗过程中自然恢复过快,不同剂量之间很难拉开差异。

所以真正需要建立的是“稳定治疗窗口”。

正式实验前建议通过预实验确认:

皮损评分进入稳定区间;

皮肤厚度明显增加;

组织学存在持续炎症;

TEWL等屏障指标已经异常;

在不治疗情况下短期内不会自行快速恢复。

2、治疗性给药比同步预防更有临床解释力

如果从第一次DNCB致敏开始就使用候选药,得到的主要是预防炎症建立的能力。

这类设计可以用于早期药理验证,但与真实临床治疗已经形成的慢性湿疹样皮损仍有一定距离。

对于进入正式药效阶段的候选物,更建议等皮损达到预设入组标准以后,再按照基线皮损程度进行随机分组。

这样可以直接回答候选药能不能逆转已经存在的慢性炎症和屏障损伤。

3、炎症改善和屏障恢复需要两个时间层级

外用抗炎药开始发挥作用后,炎症因子通常会较早下降,而TEWL、角质层含水量和屏障蛋白恢复往往更慢。

因此,最好设置早期PD时间点和长期药效终点。

早期取材可以重点看近端信号和炎症因子。

长期终点再重点看皮损、病理、TEWL和屏障蛋白。

如果所有指标都放在一个时间点,很容易错过真正的药理变化顺序。

SECTION 05

05

外用抗炎药的核心药效指标应该怎样分层

正式项目建议把指标拆成四层:皮损表型、组织病理、炎症PD和屏障功能。

1、第一层:皮损和肉眼表型

建议至少保留:

红斑;

丘疹;

鳞屑;

结痂;

皮肤增厚;

标准化影像。

可以建立综合色损评分,但评分规则必须在实验开始前固定,并尽量采用盲法。

如果项目同时关注瘙痒,可以增加抓挠次数或持续时间,但止痒和抗炎应作为两个独立维度解释。

2、第二层:组织病理

HE主要用于评价:

表皮厚度;

棘层增生;

角化异常;

真皮水肿;

炎症细胞浸润。

如果模型伴随明显肥大细胞参与,可以进一步增加甲苯胺蓝等评价。

组织学的意义在于确认皮肤表面“看起来变好”以后,组织炎症是否真正同步改善。

3、第三层:炎症指标

比较实用的基础指标包括:

IL-4;

IL-13;

TNF-α;

IL-1β;

IL-6;

必要时增加IFN-γ。

血清IgE可以作为支持性疾病指标,但不建议把IgE作为局部外用药的核心PD。

局部皮肤组织中的炎症变化通常更接近外用药真实作用。

4、第四层:屏障指标

建议优先保留:

TEWL;

角质层含水量;

Filaggrin;

Loricrin;

Claudin-1。

根据具体机制还可以增加Involucrin或Occludin等。

一个比较完整的共同药效结构可以概括为:

皮损评分下降→组织炎症下降→炎症因子下降→TEWL改善→屏障蛋白恢复。

SECTION 06

06

不同靶点药物的机制指标应该如何选择

共同疾病终点需要稳定,但机制指标不应该完全相同。

1、JAK抑制剂重点看STAT功能性PD

JAK类候选物可以根据选择性设计不同指标。

JAK1相关项目可以重点关注IL-4/IL-13等信号下游的STAT6,以及与产品机制相关的其他STAT节点。

如果药物同时影响JAK1/JAK2,还可以根据项目增加STAT1相关信号。

更有价值的是p-STAT变化,而不只是STAT总蛋白。

JAK项目推荐形成:

靶点覆盖→STAT磷酸化下降→IL-4/IL-13等炎症下降→皮损和屏障改善。

2、PDE4抑制剂重点看cAMP和综合炎症

PDE4通过减少cAMP降解发挥抗炎作用,因此不需要套用JAK的p-STAT指标。

可以结合:

cAMP;

必要的PKA相关信号;

TNF-α;

IL-4/IL-13;

组织炎症;

屏障恢复。

如果候选物强调PDE4B或PDE4D亚型选择性,则进一步按照具体药理加入亚型相关功能验证。

3、NF-κB抑制剂重点看活化状态

NF-κB项目不建议只检测p65总蛋白。

更有解释力的是:

IκBα变化;

p-p65;

p65核转位;

下游IL-1β、TNF-α和IL-6。

如果p65总表达基本不变,但核转位明显下降,完全可以是合理药理结果。

4、炎症小体项目需要区分启动与成熟

如果候选物定位NLRP3或炎症小体,可以增加:

NLRP3;

ASC;

Caspase-1;

成熟IL-1β。

这时要注意NF-κB提供的是炎症小体启动信号之一,而NLRP3/Caspase-1负责IL-1β成熟,两层不能简单合并。

SECTION 07

07

皮肤屏障为什么必须独立评价

外用抗炎药最容易被忽略的一个问题,是皮损和屏障可能不同步。

1、抗炎有效不等于屏障已经恢复

红斑和丘疹明显减轻以后,角质层结构和屏障蛋白仍可能处于异常状态。

如果TEWL仍然较高,皮肤就更容易重新受到刺激并产生炎症。

对于慢性湿疹样疾病,这一点尤其重要。

所以一个长期外用药如果能够同时做到炎症下降和屏障恢复,其开发价值明显高于只在治疗期间快速压低炎症的产品。

2、要区分直接屏障修复和抗炎后的继发恢复

假设候选药治疗后FLG和LOR恢复,有两种可能。

一种是药物直接作用于角质形成细胞和屏障程序。

另一种是局部炎症减轻后,皮肤自然恢复。

如果产品本身强调“抗炎+屏障双机制”,最好增加体外角质形成细胞体系,在相同炎症刺激下直接验证候选药是否能够恢复FLG、LOR或紧密连接蛋白。

这样才能把直接作用和继发恢复区分开。

SECTION 08

08

外用药如何建立皮肤暴露与药效之间的关系

对于医药企业项目,进入Lead确认或PCC前以后,皮肤PK的价值非常高。

1、外用百分浓度不能代表有效剂量

0.1%、0.5%、1%只是制剂中的名义浓度。

真实进入皮肤的药物还受到基质、脂溶性、促渗剂、屏障破坏程度和给药量影响。

因此,正式方案至少需要统一:

制剂浓度;

单位面积给药量;

实际涂药面积;

给药频次。

例如都写“1%乳膏”,如果每只动物涂抹量和面积不同,实际接受剂量并不一致。

2、病变皮肤和正常皮肤的透皮行为不同

DNCB造成屏障破坏以后,药物渗透可能明显增加。

因此,健康皮肤PK不能完全代表疾病皮肤中的真实暴露。

如果候选药强调局部高暴露、系统低暴露,最好直接在模型动物中同步测定皮肤和血浆浓度。

3、局部PK要警惕表面残留

外用制剂最容易出现的技术问题,是取样时皮肤表面仍残留大量乳膏或凝胶。

如果这些残留物和皮肤一起进入匀浆,测得的“皮肤浓度”会严重偏高。

因此,取材前必须建立标准化表面清洁流程,并保证所有组处理一致。

条件允许时,可以进一步区分表皮和真皮,尤其适合靶点主要位于某一皮肤层级的药物。

4、真正有价值的是暴露—PD—药效关系

理想结果应该看到:

低剂量皮肤暴露不足,PD和皮损改善有限;

中剂量达到有效局部暴露,机制PD和皮损同步改善;

高剂量暴露继续增加,但药效进入平台,同时血浆暴露或刺激性开始上升。

这种结果比“最高浓度组效果最好”更能支持实际剂量选择。

SECTION 09

09

阳性药、Vehicle和剂量组应该怎样设置

1、Vehicle是外用项目不可缺少的对照

乳膏、凝胶、油膏等基质本身可能改善皮肤保湿、TEWL甚至轻度炎症。

因此,模型不处理组和Vehicle组最好区分。

尤其是含脂质、保湿剂或纳米载体的制剂,如果没有Vehicle,很容易把载体本身作用算到API上。

2、阳性药需要根据项目目的选择

如果主要目的是证明模型具有稳定抗炎响应,可以使用成熟的外用抗炎药作为模型Benchmark。

如果候选物属于JAK、PDE4等明确靶点,条件允许时最好加入同机制参考药。

这样不仅能证明模型成功,还可以直接判断候选物与成熟同类机制相比处于什么水平。

3、剂量组最好按照预期暴露设计

低、中、高三个浓度并不是简单比例关系。

进入正式项目以后,更合理的定义是:

低剂量接近最低预期有效区间;

中剂量稳定达到靶点覆盖;

高剂量用于观察药效平台和局部耐受。

如果同类候选物已有体外IC50或有效浓度信息,可以与皮肤实际暴露进一步对应。

SECTION 10

10

不同研发阶段如何配置数据包

大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎模型很适合分阶段使用,没有必要第一次动物实验就把所有指标全部做完。

1、早期Lead筛选

核心问题是有没有稳定体内药效。

建议保留:

皮损评分;

皮肤厚度;

HE;

2—3个炎症因子;

1个靶点相关PD。

这一阶段重点是快速淘汰体内药效不足的候选物。

2、Lead确认

当候选物已经有明确药效以后,开始建立机制和屏障关系。

建议增加:

近端PD;

TEWL;

FLG/LOR/CLDN1;

必要的抓挠;

初步皮肤暴露。

这一阶段开始寻找剂量—PD—表型关系。

3、PCC前药效包

进入较后期以后,可以形成四个核心模块:

模块推荐内容
临床相关表型皮损评分、影像、皮肤厚度
组织与炎症HE、炎症细胞和核心细胞因子
机制与屏障靶点PD、TEWL、屏障蛋白
暴露与耐受皮肤PK、血浆PK、局部刺激性

如果产品强调长效,可以增加停药后观察。

如果强调屏障双机制,可以提高TEWL和角质形成细胞功能的优先级。

如果强调制剂优势,则应提高皮肤分层PK和Vehicle比较的重要性。

不同产品的数据包应该围绕差异化价值调整,而不是机械增加指标。

SECTION 11

11

大鼠DNCB模型的适用边界与常见设计问题

1、不要把它直接等同于纯特应性皮炎模型

DNCB属于典型半抗原,模型中包含明显接触性超敏反应。

因此,虽然可以出现IgE、Th2相关因子和屏障异常,但不能简单认为全部病理都等同于人特应性皮炎。

对于外用广谱抗炎药,这一影响较小;对于高度特异的生物药,则需要更加谨慎。

2、皮损过重会降低模型开发价值

如果出现大面积糜烂、坏死或强烈急性炎症,研究就逐渐偏离慢性湿疹样皮炎。

造模目标应该是稳定、慢性、可治疗,而不是“越严重越成功”。

3、只看皮损评分容易高估药效

表面红斑和鳞屑减少以后,组织炎症和TEWL可能仍未恢复。

正式项目至少需要加入病理和屏障中的一层。

4、IgE不能作为所有外用药的核心PD

IgE属于全身性支持指标。

一个局部外用药可能在皮肤中形成明显药效,却对血清IgE影响有限,这并不代表局部治疗无效。

5、不同靶点不要使用完全相同的机制指标

JAK看STAT,PDE4看cAMP相关效应,NF-κB看p65活化。

疾病终点可以统一,机制PD必须围绕靶点设计。

6、屏障恢复不能用FLG一个蛋白概括

如果产品强调屏障修复,最好把TEWL或含水量这样的功能终点与屏障蛋白结合。

功能改善比单独Western blot更有转化价值。

7、新制剂没有Vehicle组,结果很难解释

尤其是含脂质、水凝胶或纳米递送体系时,载体本身就可能改变皮肤状态。

8、名义浓度不能直接比较制剂优劣

如果新制剂药效更好,但真实皮肤暴露也高数倍,那么优势首先来自递送,而不一定来自分子本身。

这恰恰需要通过皮肤PK解释清楚。

9、所有指标只在终点检测容易错过机制

炎症PD可能早期已经明显下降,到终点时组间差距反而缩小。

因此,机制和长期修复最好设置不同取材时间。

10、一个模型不需要解决所有研发问题

大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型的主要优势,是稳定的慢性皮损、较大的局部给药面积、屏障评价和外用制剂比较。

如果项目核心已经转向非常特异的免疫轴或者复杂自然病程,就应该增加更适合的模型,而不是继续往DNCB模型里堆更多指标。

对于外用抗炎药而言,大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型真正有价值的地方,并不是再证明候选物能够降低几个炎症因子。

它能够把外用药开发中几个最关键的问题放在同一套体系中:皮损能不能持续改善,组织炎症是否真正下降,皮肤屏障能不能恢复,局部药物暴露是否达到有效区间,以及提高浓度以后药效和刺激性之间是否开始出现分离。

因此,一个高质量的数据包最终应该形成清楚的关系:

外用给药达到足够皮肤暴露→靶点相关PD发生改变→局部炎症下降→皮损和组织结构改善→TEWL和屏障蛋白逐渐恢复。

如果继续提高局部暴露以后药效已经进入平台,而系统暴露或者局部刺激开始增加,那么真正值得开发的剂量通常已经位于更低的有效区间。

当这些问题都能够被回答以后,大鼠DNCB慢性湿疹样皮炎动物模型提供的就不再是一个单纯的“抗炎有效”结果,而是一套能够支持候选物筛选、制剂比较、给药浓度选择和PCC决策的临床前数据。

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