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兔耳增生性瘢痕动物模型:硅凝胶与成膜制剂评价
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

增生性瘢痕局部产品研发中,硅凝胶、硅酮膜以及各类原位成膜制剂一直占有很重要的位置。与局部注射药物相比,这类产品最大的优势是非侵入、可以长期覆盖瘢痕表面,也更符合患者持续数周甚至数月使用的实际场景。

但进入动物实验以后,硅凝胶和成膜制剂却很容易遇到一个评价上的问题:最终看到瘢痕变薄,到底是API真正产生了抗纤维化作用,还是覆盖以后改变了局部水合、屏障和机械环境?如果载药制剂比空白对照效果更好,这种增益又来自药物本身、瘢痕内暴露提高,还是成膜材料改变了瘢痕组织状态?

兔耳增生性瘢痕动物模型非常适合解决这些问题。

通常在新西兰白兔耳腹侧建立标准化全层皮肤缺损,并去除软骨膜。待创面完成再上皮化以后,病灶逐渐形成明显隆起、胶原沉积增加、成纤维细胞和肌成纤维细胞活跃的增生性瘢痕。与普通大鼠背部创面相比,兔耳病灶隆起更加明显,也更适合连续观察瘢痕高度、面积、质地以及局部制剂的覆盖和滞留。

对于硅凝胶和成膜制剂项目,真正有开发价值的数据不能只有“治疗组SEI下降”。

还需要进一步回答:制剂能否稳定覆盖瘢痕,膜层能够维持多久,空白硅凝胶本身能产生多大基础疗效,载药以后是否形成额外抗纤维化增益,药物是否真正进入瘢痕组织,以及瘢痕变平的同时,胶原排列、肌成纤维细胞和组织结构有没有真正改善。

因此,这套模型最适合建立一条完整的产品评价链:

成膜性能和局部滞留→瘢痕组织暴露→抗纤维化PD→瘢痕高度下降→胶原结构重新组织→局部耐受可控。

导读

一、兔耳增生性瘢痕动物模型为什么适合硅凝胶与成膜制剂

二、硅凝胶和普通成膜制剂需要分别回答哪些研发问题

三、为什么治疗窗口必须放在瘢痕已经形成以后

四、制剂本身的物理性能应该怎样纳入动物实验

五、硅凝胶基础作用与API药效应该如何拆开

六、增生性瘢痕的核心药效终点应该怎样分层

七、如何评价成纤维细胞和TGF-β相关抗纤维化机制

八、胶原下降为什么不能直接等同于高质量瘢痕改善

九、载药成膜制剂如何建立瘢痕组织暴露与药效关系

十、分组、给药剂量和阳性对照应该怎样设计

十一、不同研发阶段如何配置评价数据包

十二、模型适用边界与常见设计问题

SECTION 01

01

兔耳增生性瘢痕动物模型为什么适合硅凝胶与成膜制剂

1、瘢痕隆起明显,适合连续评价局部产品

兔耳模型形成的瘢痕通常明显高于周围正常皮肤,因此可以连续观察瘢痕高度、面积和外观变化。

对于硅凝胶或成膜产品而言,这一点很重要。

产品通常需要每天或间隔一定时间重复覆盖同一病灶,如果动物模型中的病灶边界不清、瘢痕隆起不稳定,很难评价制剂能否稳定贴附,也不容易比较不同处方的长期效果。

兔耳单个瘢痕病灶面积相对固定,而且耳部位置容易暴露,适合:

固定单位面积给药量;

重复拍照;

测量瘢痕高度;

观察膜层完整性;

进行局部组织取样。

这使模型特别适合局部成膜制剂开发。

2、模型能够同时评价外观和组织纤维化

硅凝胶项目如果只看照片,很容易出现“看起来变平了”,但组织内部胶原仍然明显异常的情况。

兔耳模型可以进一步进行HE、Masson、天狼星红以及胶原、α-SMA等检测,把肉眼变化和组织纤维化连接起来。

因此,可以将药效拆成两层。

第一层是瘢痕外观是否改善。

第二层是内部纤维化结构是否真正改变。

这对于载药硅凝胶尤其重要,因为企业真正希望证明的通常不只是产品能覆盖和软化瘢痕,而是API带来了额外的抗纤维化作用。

3、同一动物可以形成多个瘢痕病灶

兔耳模型常可以在同一只动物耳部建立多个独立病灶。

这对于局部制剂比较具有明显优势。

例如可以在相同动物背景下比较:

空白硅凝胶;

载药硅凝胶;

不同API浓度;

不同成膜基质。

这样能够减少个体代谢和瘢痕形成能力差异。

但这一优势同时带来一个统计问题:同一只兔上的多个瘢痕并不是完全独立的生物学重复。正式统计时需要考虑瘢痕病灶嵌套于动物这一层级,而不能简单把每一个瘢痕都当作一只独立动物扩大样本量。

SECTION 02

02

硅凝胶和普通成膜制剂需要分别回答哪些研发问题

“成膜制剂”看起来都是覆盖瘢痕,但不同产品的作用逻辑并不相同。

1、传统硅凝胶重点评价持续覆盖和基础瘢痕改善

硅凝胶通常在瘢痕表面形成柔软、透明或半透明膜层,减少外界摩擦,并改变局部水分散失和皮肤表面环境。

其具体抗瘢痕机制并不能简单归结为某一条信号通路,更适合从整体组织环境角度评价。

动物实验重点应该包括:

膜层是否均匀;

持续时间;

瘢痕表面水合变化;

瘢痕高度;

胶原排列;

肌成纤维细胞活化。

对于纯硅凝胶产品,并不需要为了“机制完整”强行检测十几条细胞信号。

2、载药硅凝胶必须证明API带来的额外增益

如果产品在硅凝胶中加入抗纤维化小分子、天然活性成分、多肽或其他API,实验逻辑就发生了变化。

此时需要拆成:

硅凝胶基础作用;

API自身作用;

成膜载药以后产生的组合效应。

一个比较理想的结果是:

空白硅凝胶已经产生一定基础瘢痕改善;

普通API制剂也有一定作用;

载药硅凝胶进一步提高瘢痕组织暴露,并产生更强的α-SMA、胶原和SEI改善。

只有这样,才能真正说明载药成膜产品形成了产品增益。

3、快速成膜制剂还要增加使用性能评价

一些产品并不是传统硅凝胶,而是喷涂、涂抹以后溶剂挥发并快速形成膜层。

这类项目除了药效,还需要特别关注:

成膜时间;

膜层均匀性;

柔韧性;

附着能力;

抗脱落能力;

重复覆盖后是否堆积;

局部刺激。

如果动物每天活动后膜层很快脱落,那么即使体外释放实验很好,真正进入瘢痕的药物剂量仍然可能明显不足。

SECTION 03

03

为什么治疗窗口必须放在瘢痕已经形成以后

1、创伤当天开始给药主要回答瘢痕预防

如果建模以后立即开始使用硅凝胶或成膜制剂,产品同时参与:

创面炎症;

再上皮化;

肉芽组织;

早期胶原沉积。

最终瘢痕较轻,可能来自创面愈合过程本身发生改变。

这种设计适合术后预防瘢痕产品,但不能直接解释为“治疗已经形成的增生性瘢痕”。

2、治疗已形成瘢痕需要等到再上皮化以后

临床上硅凝胶主要用于创面闭合以后。

对于面向已形成增生性瘢痕的产品,更合理的动物设计也是待创面完成再上皮化,并出现明确瘢痕隆起以后开始给药。

例如可以根据模型历史数据,在D14—21左右确认瘢痕形成,再进入正式治疗。

具体时间不能机械固定,应以:

创面已经闭合;

瘢痕明显高于正常皮肤;

SEI达到稳定入组范围

为实际标准。

3、成熟瘢痕逆转比早期预防更能拉开产品差异

早期瘢痕仍处于快速重塑阶段,即使不治疗也可能逐渐发生变化。

随着瘢痕进一步成熟,胶原沉积、纤维束排列和肌成纤维细胞状态更加稳定,此时能够明显降低瘢痕高度的产品,抗纤维化说服力更强。

因此,如果候选产品本身定位于“已形成瘢痕治疗”,建议增加较晚治疗窗口,而不只做早期预防。

SECTION 04

04

制剂本身的物理性能应该怎样纳入动物实验

硅凝胶和成膜制剂属于典型的“产品性能会直接影响药效”的剂型。

1、成膜时间需要标准化

如果A制剂涂抹后1分钟形成稳定膜层,B制剂需要10分钟甚至更久,动物活动过程中实际留下的产品量可能已经不同。

因此,应固定:

涂抹后动物限制活动时间;

成膜完成判断标准;

成膜时间;

单位面积使用量。

这些参数在正式动物实验开始前就应该完成预评价。

2、膜层持续时间决定真实给药频率

所谓“一日一次”只是名义给药频率。

如果产品在数小时后已经大面积脱落,真正覆盖时间远低于24小时。

建议在预实验中观察不同时间点的:

膜层完整性;

脱落面积;

边缘卷曲;

摩擦后保留情况。

如果需要,可以建立简单的膜层完整度评分。

3、成膜厚度需要尽量一致

硅凝胶涂得越厚,不一定效果越好。

膜层过厚可能:

干燥时间延长;

容易脱落;

改变水分蒸发;

影响实际API释放。

因此,建议按照mg/cm²或者固定给药质量/固定面积进行标准化。

只写“每天涂一次”不能作为正式剂量描述。

4、覆盖和封闭本身就可能改变瘢痕

这是成膜产品与普通外用药最大的不同。

膜层可以改变:

局部水合;

表面摩擦;

屏障水分散失;

局部机械环境。

因此,任何载药成膜制剂都必须有相同基材的空白膜对照。

否则无法区分制剂本身和API。

SECTION 05

05

硅凝胶基础作用与API药效应该如何拆开

这是整个项目最重要的分组逻辑。

1、不能只设置“模型组”和“载药硅凝胶组”

如果只有这两个组,即使载药组瘢痕明显改善,也无法说明作用来自哪里。

至少应该保留空白硅凝胶。

如果项目重点是证明载药价值,可以进一步设置普通API制剂。

推荐形成:

模型组;

空白硅凝胶组;

API普通制剂组;

载药硅凝胶组。

这样才能依次回答:

硅凝胶本身有没有效果;

API有没有效果;

两者组合是否优于单独处理。

2、组合组最好同时超过两个单独组

如果载药硅凝胶只优于模型组,但与空白硅凝胶没有明显差异,那么API带来的实际增益有限。

如果载药硅凝胶与普通API制剂相同,则说明成膜系统没有明显增加API治疗价值。

最理想的结果是:

载药硅凝胶>空白硅凝胶;

载药硅凝胶>普通API制剂。

此时再通过瘢痕组织暴露证明递送优势,产品逻辑会更加完整。

3、空白硅凝胶不是Vehicle意义上的“无效对照”

这一点需要特别注意。

普通外用乳膏Vehicle很多时候只是为了排除基质作用。

硅凝胶自身本来就可能具有瘢痕改善作用,因此它本身就是一个有效干预。

所以在结果解释时,不能把“空白硅凝胶组有效”看成实验干扰。

恰恰相反,这是产品需要跨越的基础Benchmark。

SECTION 06

06

增生性瘢痕的核心药效终点应该怎样分层

正式项目建议至少把药效拆成外观、组织结构和纤维化机制三个层级。

1、第一层:瘢痕外观和几何终点

常用指标包括:

瘢痕高度;

瘢痕面积;

标准化影像;

瘢痕隆起指数。

其中瘢痕隆起指数,也就是SEI,是兔耳模型非常实用的终点。

通常通过瘢痕组织厚度与相邻正常组织厚度进行比较,能够减少不同耳部基础厚度造成的影响。

2、第二层:组织学

HE可以评价:

表皮厚度;

真皮结构;

纤维细胞密度;

瘢痕组织整体厚度;

炎症细胞。

Masson和天狼星红则更适合观察胶原含量和排列。

真正好的治疗结果,不只是瘢痕高度下降。

还应该看到粗大、致密、紊乱的胶原束逐渐向更加规则的结构恢复。

3、第三层:肌成纤维细胞

α-SMA是增生性瘢痕中非常重要的指标。

持续存在的α-SMA高表达成纤维细胞代表肌成纤维细胞活跃,可以不断产生ECM并维持组织收缩。

如果治疗后:

SEI下降;

α-SMA减少;

胶原结构改善,

说明瘢痕变化更有可能来自真实纤维化逆转,而不是简单组织萎缩。

4、第四层:胶原和ECM

建议根据项目选择:

Collagen I;

Collagen III;

Col I/III比例;

羟脯氨酸;

Fibronectin;

MMP/TIMP。

没有必要每一项都做。

如果候选物重点抑制ECM合成,Collagen I/III和羟脯氨酸已经具有较高信息量。

如果候选物重点促进ECM降解,则应提高MMP/TIMP和胶原排列评价的重要性。

SECTION 07

07

如何评价成纤维细胞和TGF-β相关抗纤维化机制

TGF-β/Smad仍然是增生性瘢痕中最常见的纤维化主轴之一。

但项目不应该停留在检测一个TGF-β1。

1、建议建立功能链

可以按照:

TGF-β1→p-Smad2/3→α-SMA→Collagen I/III

的顺序建立机制。

如果候选物治疗以后看到:

TGF-β1下降;

p-Smad2/3降低;

α-SMA下降;

胶原沉积减少;

最终SEI改善,

就能够形成较完整的抗纤维化链。

2、机制指标应该围绕API设计

如果只是普通硅凝胶,没有必要为了论文完整性强行把TGF-β通路全部做完。

但如果载药产品本身定位于TGF-β/Smad抑制、成纤维细胞活化抑制或者ECM调节,那么这一套机制就应该进入核心数据包。

企业项目真正需要的是“产品机制和动物指标对应”,而不是每个瘢痕项目都套同一套Western blot。

3、最好增加人瘢痕来源成纤维细胞验证

兔耳模型能够提供完整组织药效,但兔成纤维细胞和人增生性瘢痕细胞仍然存在物种差异。

如果候选药具有明确人源靶点,建议增加人增生性瘢痕成纤维细胞。

可以在TGF-β刺激下评价:

α-SMA;

胶原;

增殖;

迁移;

ECM合成。

这样能把动物整体药效和人源细胞机制连接起来。

SECTION 08

08

胶原下降为什么不能直接等同于高质量瘢痕改善

1、瘢痕组织本身需要一定ECM维持结构

抗瘢痕的目标并不是把所有胶原全部清除。

如果治疗过强导致大范围ECM破坏,虽然Masson阳性面积下降,组织也可能变薄,但同时可能出现:

组织脆弱;

凹陷;

坏死;

萎缩。

这种结果不能算理想的瘢痕逆转。

2、胶原排列比胶原总量更重要

成熟增生性瘢痕的典型问题之一,是胶原纤维粗大、致密、排列紊乱。

理想治疗以后,更希望看到:

胶原总量适度下降;

纤维束变细;

排列更加规则;

Col I/III比例向正常组织方向恢复。

天狼星红结合偏振观察可以为胶原类型和排列提供更多信息。

3、需要区分抗纤维化和局部细胞毒性

如果某个高浓度API导致大量成纤维细胞死亡,α-SMA和胶原当然会下降。

但同时可能出现组织坏死和慢性炎症。

因此,高剂量组尤其应该结合:

HE;

局部炎症;

组织完整性;

必要的细胞毒性指标。

真正有开发价值的是在保持组织完整性的情况下抑制异常纤维化。

SECTION 09

09

载药成膜制剂如何建立瘢痕组织暴露与药效关系

如果产品含API,瘢痕组织PK非常值得加入。

1、正常皮肤透皮不能完全代表瘢痕组织

增生性瘢痕具有明显ECM增多、组织致密和结构异常。

即使同一种成分在正常皮肤中渗透良好,也不代表能够进入成熟瘢痕核心区域。

因此,后期项目最好直接在兔耳瘢痕组织中测定药物浓度。

2、瘢痕总浓度还可以进一步向深度分布升级

对于较厚瘢痕,药物可能主要停留在表层。

如果真正的靶细胞主要分布在较深的真皮瘢痕组织,只测整块组织浓度可能高估Target Site Exposure。

条件允许时可以进一步比较:

瘢痕表层;

瘢痕中层;

较深组织。

或者采用成像方式观察API或载体的深度分布。

3、推荐建立暴露—PD—SEI关系

一个比较理想的数据链是:

低浓度制剂:瘢痕暴露不足,α-SMA和SEI改善有限;

中浓度制剂:达到有效组织暴露,p-Smad/α-SMA和胶原明显改善;

高浓度制剂:暴露继续升高,但药效接近平台,同时刺激性增加。

这种结果对于最终制剂浓度选择非常有价值。

SECTION 10

10

分组、给药剂量和阳性对照应该怎样设计

1、纯硅凝胶产品

可以考虑:

正常组织参考;

模型对照;

候选硅凝胶;

成熟商业硅凝胶参考产品。

如果主要比较不同硅凝胶处方,还可以加入不同黏度、成膜速度或不同硅酮组成的处方组。

2、载药硅凝胶或成膜制剂

更推荐:

模型组;

空白基材组;

API普通制剂组;

载药成膜制剂低剂量;

载药成膜制剂高剂量;

阳性参考组。

这一结构能够同时判断基材和API贡献。

3、单位面积给药量必须统一

外用产品不建议只写“每个瘢痕涂抹适量”。

应明确:

mg/个瘢痕;

mg/cm²;

实际涂药面积;

每日频次。

如果使用喷雾,还需要记录每次喷出的真实质量和覆盖面积。

4、阳性对照应该根据产品定位选择

如果产品是纯硅凝胶,成熟硅凝胶产品就是非常合适的Benchmark。

如果产品含明确抗纤维化API,也可以根据机制增加局部抗瘢痕药作为药理参考。

阳性药的主要任务不是越强越好,而是证明模型能够对成熟治疗方案产生合理响应。

SECTION 11

11

不同研发阶段如何配置评价数据包

兔耳模型适合分阶段推进。

1、早期处方筛选

这一阶段主要回答不同基材和处方哪个更值得继续。

建议保留:

成膜时间;

膜完整性;

SEI;

标准化影像;

HE;

Masson;

局部刺激。

如果含API,可以增加一个核心PD。

重点是快速淘汰成膜性能差或者基本无药效的处方。

2、处方确认阶段

候选配方缩小以后,建议增加:

低、中、高用量;

持续覆盖时间;

α-SMA;

Collagen I/III;

TGF-β相关PD;

必要的瘢痕组织药物浓度。

这一阶段开始建立剂量和药效关系。

3、候选产品确认阶段

建议形成四个核心数据模块:

数据模块推荐内容
产品性能成膜时间、膜完整性、附着和耐受
瘢痕表型SEI、瘢痕厚度、标准化影像
组织纤维化HE、Masson/Sirius Red、α-SMA、Collagen I/III
递送与机制瘢痕组织暴露、核心靶点PD

如果产品强调成熟瘢痕逆转,还应该延后治疗起始时间。

如果产品强调长效覆盖,则需要把膜层持续时间和实际给药频率提高到核心评价层级。

如果产品属于药械组合,则还需要进一步拆解材料效应和API效应。

SECTION 12

12

模型适用边界与常见设计问题

1、从创伤当天开始用药,却称为治疗增生性瘢痕

早期给药更接近预防。

真正治疗已经形成的瘢痕,应该在再上皮化和明确瘢痕隆起以后进入治疗。

2、没有空白硅凝胶或成膜基质组

对于载药产品,这是最明显的分组缺陷。

基材本身就可能产生抗瘢痕作用。

3、只看SEI

SEI下降是很重要的表型,但需要病理和胶原重塑共同确认。

4、Masson蓝色减少就直接认为抗纤维化更好

还要观察组织完整性、胶原排列以及是否存在坏死或萎缩。

5、同一兔耳多个瘢痕全部当成独立动物统计

同一动物中的多个病灶存在相关性。

正式统计应采用能够考虑动物层级的设计,或提前明确每只动物的实验单元。

6、制剂每天都涂,但不知道膜层实际能维持多久

名义给药频次不能代替真实覆盖时间。

成膜产品应该将局部驻留本身纳入QC。

7、不同组给药质量和覆盖面积不一致

外用剂量必须按照单位面积标准化。

8、载药制剂只做体外释放,不做瘢痕组织暴露

体外释放快并不代表能穿过致密瘢痕。

后期项目最好增加真实瘢痕组织PK。

9、正常皮肤PK直接替代瘢痕PK

增生性瘢痕组织结构与正常皮肤差异明显。

Target Site Exposure最好直接在瘢痕组织中评价。

10、α-SMA下降就直接认定瘢痕逆转

还需要进一步看胶原和组织结构。

单一细胞状态变化不能代表完整组织修复。

11、兔耳模型结果直接外推瘢痕疙瘩

兔耳模型更接近增生性瘢痕。

人瘢痕疙瘩具有超出原损伤边界持续生长、长期复发以及特殊人源细胞和免疫生态,不能与兔耳增生性瘢痕完全等同。

12、为了获得更明显效果不断提高API浓度

局部瘢痕产品的目标并不是最大程度杀伤成纤维细胞。

高浓度需要同步关注刺激、坏死、萎缩和组织完整性。

兔耳增生性瘢痕动物模型用于硅凝胶和成膜制剂研发,真正的价值不只是“这个模型能形成一块凸起来的瘢痕”。

它可以把一个局部产品从配方一直评价到真实组织获益。

对于纯硅凝胶,需要回答膜层是否稳定、持续覆盖以后瘢痕高度和胶原结构是否逐渐改善。

对于载药成膜制剂,则需要进一步回答空白基材已经产生多少基础作用,API增加以后有没有真正的额外疗效,以及这种增益是否来自瘢痕组织暴露和抗纤维化PD提高。

一个理想的数据链可以表现为:

稳定成膜并长期覆盖瘢痕→API持续进入瘢痕组织→TGF-β/Smad或其他目标纤维化程序受到抑制→α-SMA和异常ECM生成下降→胶原含量和排列逐步恢复→SEI和瘢痕高度持续改善。

对于纯硅凝胶,则可以将这条链调整为:

稳定覆盖→局部瘢痕环境改变→成纤维细胞异常活化下降→胶原重塑改善→瘢痕逐渐变平。

真正需要避免的是把“涂了以后瘢痕变薄”作为全部结论。

对于医药企业而言,最终更需要知道的是:候选制剂相对于成熟硅凝胶有没有优势,API相对于空白膜有没有增益,多少单位面积剂量已经足够,膜层需要维持多久,以及继续提高浓度以后是否已经进入药效平台。

当这些问题能够被同一套兔耳增生性瘢痕模型回答以后,得到的就不再只是一个简单的动物药效结果,而是一套能够支持硅凝胶处方筛选、成膜参数优化、载药浓度确定以及候选产品确认的临床前研发数据。

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