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糖尿病创面动物模型选db/db小鼠还是STZ大鼠?同样都是高血糖,为什么创面愈合速度可能完全不同?
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

糖尿病创面候选药做动物药效时,最常见的模型选择通常绕不开两类:

db/db小鼠。

STZ诱导糖尿病大鼠。

两个模型都可以出现持续高血糖,也都可以在背部建立全层皮肤缺损,然后连续观察创面闭合、再上皮化、肉芽组织、血管新生和胶原重塑。

所以很多项目在模型选择时,会直接把问题简化成:

小鼠还是大鼠?

成本高低?

哪个实验室更熟?

哪个模型文献更多?

但真正影响药效结果的,远不只是动物种属。

db/db小鼠和STZ大鼠虽然都处在“高血糖”背景下,背后的糖尿病病理完全不同。

db/db小鼠由于Lepr基因功能异常,通常具有明显肥胖、胰岛素抵抗、高胰岛素血症及后续高血糖等代谢特征,更接近一类严重的2型糖尿病代谢背景。

STZ大鼠则主要通过STZ对胰岛β细胞的毒性作用降低胰岛素分泌,在经典高剂量STZ方案下,更接近胰岛素缺乏型糖尿病。

如果采用高脂饮食联合低剂量STZ,又会形成另外一种更加偏向肥胖、胰岛素抵抗和β细胞功能受损并存的模型。

这些差异会进一步改变创面里的炎症、角质形成细胞迁移、成纤维细胞功能、血管新生、ECM重塑以及整体修复速度。

所以两个动物即使空腹血糖都是20 mmol/L以上,也不代表它们已经形成了同一种糖尿病创面。

甚至可能出现这样的结果:

同一个候选药,在db/db小鼠中创面闭合明显加快;

换到STZ大鼠以后,差异变小;

或者STZ大鼠中药效很漂亮,进入db/db模型以后却明显变弱。

这时第一反应不应该是:

“这个药不稳定。”

更值得先问的是:

两个模型到底在考候选药什么能力?

一个严重肥胖、胰岛素抵抗、长期代谢异常背景下的创面,和一个以胰岛素缺乏、高血糖为主的创面,天然就可能具有不同的修复障碍强度。

再叠加大鼠和小鼠在皮肤厚度、创面收缩、创面面积和给药方式上的差异,最终药效窗口更不可能完全一致。

因此,糖尿病创面模型真正应该从候选产品的作用机制和开发阶段倒推。

如果只是早期筛选,需要的是一个稳定、成本可控、能够拉开药效差异的模型。

如果候选药强调2型糖尿病长期代谢异常、慢性炎症和血管功能障碍,db/db可能提供更强的疾病背景。

如果需要更大创面、更多组织样本、多剂量外用给药或者较方便地开展病理和机制检测,STZ大鼠仍然具有很高的实用价值。

关键不是哪个模型“更高级”。

而是哪个模型能回答当前最重要的研发问题。

导读

一、db/db小鼠和STZ大鼠虽然都高血糖,病理背景到底差在哪里

二、为什么db/db小鼠的创面愈合障碍经常比单纯STZ模型更明显

三、STZ大鼠为什么仍然是糖尿病创面药效中非常实用的模型

四、STZ剂量不是唯一参数:糖尿病维持多久以后再造创面同样重要

五、如果企业开发的是2型糖尿病创面产品,单纯STZ模型够不够

六、创面直径一样,db/db小鼠和STZ大鼠的“模型难度”为什么仍然不同

七、小鼠和大鼠创面收缩为什么会直接影响药效判断

八、糖尿病创面到底要不要加splint固定环

九、创面闭合率为什么不能作为唯一主要终点

十、敷料、外用小分子、促血管药和细胞治疗应该怎样选择db/db或STZ

十一、db/db和STZ模型的给药窗口为什么也不能机械照搬

十二、两个模型的阳性药、分组和主要终点应该怎么设计

十三、同一个候选药在db/db和STZ中结果不一致,应该怎么反查

十四、什么时候值得从STZ升级到db/db,什么时候反过来更合理

十五、糖尿病创面动物实验最容易出现哪些方案设计问题

十六、一套更适合医药企业的db/db与STZ模型选择流程

十七、博恩生物可以为糖尿病创面候选产品提供哪些实验支持

SECTION 01

01

db/db小鼠和STZ大鼠虽然都高血糖,病理背景到底差在哪里

1、db/db小鼠的核心不只是“血糖高”

db/db小鼠存在Lepr相关功能异常。

随着疾病发展,动物会出现明显肥胖、胰岛素抵抗、葡萄糖代谢异常和持续高血糖。

因此,db/db模型中的创面处在一个更复杂的代谢背景中。

真正影响创面修复的可能同时包括:

高血糖;

胰岛素抵抗;

肥胖相关慢性炎症;

脂质代谢异常;

血管功能障碍;

免疫细胞状态异常;

角质形成细胞和成纤维细胞功能受损。

所以它更接近“多重代谢异常叠加以后形成的修复障碍”。

2、经典STZ大鼠更偏向胰岛素缺乏型糖尿病

STZ进入胰岛β细胞以后可以产生明显细胞毒性。

在经典高剂量STZ方案中,动物胰岛素分泌显著下降,随后形成持续高血糖。

因此这类模型的主要疾病背景更接近:

β细胞受损→胰岛素不足→高血糖→组织修复障碍。

它同样可以形成明显延迟愈合。

但与db/db相比,肥胖和长期胰岛素抵抗通常不是最主要的病理基础。

3、所以相同血糖值不等于相同创面病理

假设db/db小鼠和STZ大鼠空腹血糖都达到20 mmol/L。

从模型判定角度看,两者都已经是明显糖尿病。

但创面细胞所处的代谢环境仍然不同。

例如一个候选药主要通过改善胰岛素抵抗、脂肪组织炎症或者肥胖相关炎症发挥作用,那么在db/db背景中可能更容易体现优势。

如果候选药主要通过促进角质形成细胞迁移、改善局部血管生成或者直接促进成纤维细胞修复,在STZ大鼠中同样可以获得非常明确的药效。

4、模型选择需要匹配候选药机制

所以动物模型不能只根据“是不是糖尿病”来选。

还应该继续问:

候选药的主要作用发生在局部创面,还是全身代谢背景?

如果作用非常局部,STZ模型完全可能满足早期PoC。

如果候选药强调复杂2型糖尿病环境下的治疗价值,db/db的模型意义会更高。

SECTION 02

02

为什么db/db小鼠的创面愈合障碍经常比单纯STZ模型更明显

1、db/db具有更强的整体代谢异常背景

db/db模型并不是单纯把正常小鼠血糖升高。

动物同时存在肥胖、胰岛素抵抗和长期代谢异常。

这些因素本身就可以持续影响皮肤组织稳态。

所以创面形成以后,进入炎症期、增殖期和重塑期的多个环节都可能受到影响。

2、再上皮化可能明显延迟

糖尿病创面最终要完成闭合,需要角质形成细胞从创缘及残余上皮结构向创面中央迁移并增殖。

db/db创面中这一过程可能明显受损。

如果候选产品本身就是促进角质形成细胞迁移、EGF相关信号或者上皮修复,这类模型通常能够形成比较明显的药效窗口。

3、肉芽组织和血管新生同样可能不足

正常创面形成以后,需要逐步建立肉芽组织和新生血管。

db/db模型中,血管生成、VEGF相关信号和创面床形成往往存在明显异常。

所以促血管、生长因子、细胞治疗和外泌体产品在这类模型中经常能够获得较清晰的机制窗口。

4、模型恢复过慢也不一定永远是优势

企业项目需要注意一个问题:

模型越严重,不一定越好。

如果db/db创面恢复过慢,甚至在计划观察周期内模型组仍然维持非常严重的组织缺损,一个作用中等的候选产品可能很难把创面明显拉回来。

此时会出现类似“地板效应”。

药物有生物学作用,但模型已经严重到很难在最终大体终点体现。

5、药效模型需要保留可逆空间

理想状态不是模型组完全不愈合。

而是模型组相对于健康组明显延迟,同时阳性治疗能够形成稳定改善。

这样低、中、高剂量之间才有可能进一步拉开。

所以db/db模型也需要提前建立本平台自己的自然愈合曲线,而不能简单认为“db/db越慢越好”。

SECTION 03

03

STZ大鼠为什么仍然是糖尿病创面药效中非常实用的模型

1、动物体型大,创面操作更方便

大鼠背部可以建立面积更大的标准化创面。

对于外用凝胶、乳膏、水凝胶、敷料、喷剂等产品,给药面积和单位面积给药量更容易控制。

如果需要反复换药、拍照和局部观察,操作也相对方便。

2、组织样本量更充足

糖尿病创面项目通常需要同时做:

HE;

Masson;

Sirius Red;

IHC;

IF;

Western blot;

qPCR;

ELISA;

甚至局部组织药物浓度。

如果只使用一个小鼠小创面,组织很快就不够分。

大鼠创面可以提供更充足的创面中央、边缘和周围正常皮肤组织。

对于企业正式机制研究,这一点非常实际。

3、模型成本和批量操作更容易控制

STZ诱导大鼠糖尿病技术成熟。

如果项目需要较多组别,例如健康组、模型组、Vehicle组、阳性药组、低中高三个剂量组,再增加PK或机制卫星组,大鼠模型在成本和实施上具有较好的可扩展性。

4、非常适合早期PoC和剂量筛选

如果当前主要问题是:

候选药有没有促愈合作用;

三个剂量哪个更合理;

一天一次还是一天两次;

哪一种外用处方更好;

STZ大鼠完全可以作为第一轮高效率模型。

5、STZ最大的风险是模型条件太容易被“简化”

一些方案只写:

STZ注射;

血糖超过16.7 mmol/L;

立即做全层创面;

连续给药14天。

这套实验可以做。

但它并不一定已经形成了非常成熟的“慢性糖尿病创面背景”。

动物刚刚进入高血糖状态,与高血糖维持数周以后形成的皮肤组织异常,可能不是同一种程度。

所以STZ模型真正需要控制的不只是成模血糖。

SECTION 04

04

STZ剂量不是唯一参数:糖尿病维持多久以后再造创面同样重要

1、血糖升高和糖尿病组织损伤不是同时完成

STZ诱导后,血糖可以很快升高。

但血管、神经、免疫、ECM以及皮肤细胞功能异常需要时间逐步累积。

如果刚确认血糖达标就立即打孔,动物更多处在:

急性高血糖背景。

如果维持更长时间以后再造创面,则更容易叠加慢性糖尿病相关组织异常。

2、所以“糖尿病持续时间”本身就是一个模型参数

同样的STZ剂量。

一组动物糖尿病维持1周以后造创面。

另一组维持4—6周以后再造创面。

两组最终创面愈合速度完全可能不同。

因此企业项目不能只记录:

STZ多少mg/kg。

还应该记录:

什么时候确认成模;

什么时候开始创伤;

创伤前高血糖维持多久。

3、模型太早可能导致药效窗口偏小

如果创伤建立时皮肤和微血管尚未形成充分的糖尿病相关损伤,模型组本身就可能愈合得比较快。

最终出现:

健康组Day 14闭合;

模型组Day 16闭合;

受试药Day 15闭合。

这种模型很难支持候选产品差异。

4、模型太晚又会增加动物状态和死亡风险

STZ动物长期处于严重未控制糖尿病状态,也可能出现体重下降、脱水、多饮多尿和总体状态变差。

所以糖尿病持续时间不能机械延长。

需要在:

模型稳定性;

动物耐受;

创面延迟程度;

项目周期

之间做平衡。

5、正式实验前建议做时间窗口预实验

如果平台第一次建立STZ糖尿病创面模型,可以比较不同糖尿病维持时间。

例如在不同时间点建立相同创面。

随后比较:

创面闭合曲线;

再上皮化;

肉芽组织;

血管;

胶原。

找到最适合当前候选药的模型窗口以后,再进入正式药效。

SECTION 05

05

如果企业开发的是2型糖尿病创面产品,单纯STZ模型够不够

1、首先要看研发阶段

如果只是早期验证一个局部促愈合分子有没有药效,STZ模型完全可以有价值。

早期PoC不一定需要把临床全部病理复杂性一次复制出来。

2、如果产品机制主要作用于局部创面,STZ仍然很实用

例如候选产品主要:

促进角质形成细胞迁移;

促进成纤维细胞增殖;

改善血管新生;

调节巨噬细胞炎症;

改善ECM重塑。

这些机制在STZ创面中都可以评价。

3、如果产品特别强调2型糖尿病代谢背景,db/db价值更高

例如项目准备证明:

在肥胖、胰岛素抵抗和长期代谢紊乱背景下仍然能够改善慢性创面。

那么db/db显然提供了更多疾病相关信息。

4、还有一个中间方案:HFD+低剂量STZ

如果企业希望建立肥胖、胰岛素抵抗加β细胞功能损伤并存的T2D样背景,又希望保留后天诱导模型的灵活性,可以考虑高脂饮食联合低剂量STZ。

它在代谢背景上介于经典STZ和db/db之间。

但模型周期会明显延长,批次稳定性和动物个体差异也需要重新建立。

5、模型越接近临床,并不意味着越适合所有开发阶段

早期PoC追求效率。

候选物确认追求机制稳定。

后期转化验证追求疾病相关性。

所以企业真正应该建立的是模型阶梯。

而不是一开始就寻找一个“最像患者”的单一模型完成所有实验。

SECTION 06

06

创面直径一样,db/db小鼠和STZ大鼠的“模型难度”为什么仍然不同

1、创面直径不能代表相同创伤负荷

例如都做6 mm全层创面。

对于小鼠和大鼠来说,这个创面占背部皮肤面积的比例完全不同。

创缘长度、局部张力和可供迁移的皮肤组织量也不同。

所以6 mm只是名义尺寸一样。

生物学难度并不相同。

2、创面深度也需要真正标准化

所谓“全层皮肤缺损”,应该明确至少达到皮下组织层面。

如果部分动物只去除了表皮和部分真皮,另一些动物真正切除了全层皮肤,最终愈合速度会产生很大差异。

因此建议使用标准化打孔器和深度操作SOP。

3、大鼠皮肤面积更大,创缘收缩空间也更大

啮齿类创面愈合很大一部分来自机械性收缩。

大鼠背部皮肤松弛,创缘可以明显向中央移动。

所以照片上创面面积缩小,并不全部意味着新生表皮已经长过去。

4、动物体型还会影响外用剂量

外用药不能只写:

每只动物涂50 μL。

如果小鼠和大鼠的创面面积不同,单位面积得到的药量也不同。

更合理的表达方式包括:

制剂浓度;

μL/cm²;

mg/cm²;

给药面积;

给药频率。

这样不同种属之间才有一定可比性。

SECTION 07

07

小鼠和大鼠创面收缩为什么会直接影响药效判断

1、啮齿类创面闭合很依赖收缩

人与啮齿类皮肤修复存在一个很重要的差异。

人类创面闭合更依赖肉芽组织形成和再上皮化。

小鼠和大鼠则可以通过明显的创面收缩快速减少开放面积。

2、这会产生一个非常典型的药效假象

假设一个候选材料能够促进肌成纤维细胞收缩。

动物照片上会看到:

创面非常快变小。

如果只计算创面闭合率,就很容易得出:

“候选产品明显促进再上皮化。”

但组织学可能发现,新生上皮并没有同步增加。

真正变化的只是创缘收缩。

3、对于糖尿病创面尤其需要拆开

糖尿病本身可能同时影响:

收缩;

上皮迁移;

肉芽形成。

所以创面变小速度不同,并不能告诉我们到底哪一个过程被候选药修复。

4、因此大体照片必须和病理配合

连续照片负责回答:

创面开放面积变化。

HE负责回答:

新生表皮从创缘向中央延伸了多少;

是否已经完成再上皮化;

肉芽组织结构如何。

只有两者结合,才能判断候选药到底通过什么方式促进闭合。

SECTION 08

08

糖尿病创面到底要不要加splint固定环

1、splint的核心目的就是限制创面收缩

在小鼠背部全层缺损模型中,可以在创面周围固定硅胶环等splint。

它能够限制周围皮肤向中央移动。

这样创面愈合会更加依赖:

肉芽组织;

再上皮化。

从机制上更接近人的皮肤创伤修复过程。

2、db/db小鼠特别值得考虑splint

db/db本身已经具有严重创面修复障碍。

如果再限制创面收缩,可以进一步提高对再上皮化和肉芽组织的观察价值。

这也是很多经典db/db创面研究使用splinted excisional wound的重要原因。

3、但splint并不是任何项目都必须使用

splint会增加:

动物操作时间;

固定难度;

脱落风险;

局部刺激;

护理工作。

如果项目只是早期外用制剂筛选,重点是比较创面整体缩小速度,未必一定要使用。

4、材料和敷料项目还需要考虑splint是否干扰产品使用

例如某些敷料需要完整覆盖创面周围皮肤。

splint可能影响材料贴合、黏附和换药。

这时需要在模型真实性和机制控制之间做选择。

5、关键是实验开始以前决定主要问题

如果主要问题是:

候选药能不能加速整体创面闭合,

可以使用常规模型。

如果主要问题是:

候选药能不能真正促进再上皮化,

splint的价值会明显增加。

SECTION 09

09

创面闭合率为什么不能作为唯一主要终点

1、创面闭合是最终表型,但它的信息太综合

创面面积减少可能来自:

收缩;

再上皮化;

肉芽组织填充。

所以它非常适合做连续动态指标。

但不适合作为唯一机制结论。

2、再上皮化应该单独评价

HE切片可以观察创缘新生上皮向创面中央迁移。

可以进一步计算:

re-epithelialization distance;

re-epithelialization percentage。

对于促进上皮修复产品,这往往比照片更重要。

3、肉芽组织应该单独评价

深部创面需要肉芽组织逐渐填充。

可以观察:

肉芽组织厚度;

成纤维细胞;

炎症;

新生血管;

ECM。

4、血管新生不能只看CD31数量

如果产品主打促血管,可以检测CD31、VEGFA等指标。

但“血管多”不一定意味着功能灌注好。

条件允许时可以进一步结合灌注、成熟血管标志或组织氧合。

5、胶原不能简单理解成“越多越好”

创面修复早期需要ECM沉积。

但后期还需要胶原重新排列和重塑。

所以Masson面积增加只能说明胶原发生变化。

还需要结合时间点和纤维组织结构解释。

6、不同产品应该设置不同主要终点

外用小分子可能以:

创面闭合+再上皮化+PD

为核心。

促血管药可以增加:

血管数量和成熟度。

细胞和再生材料则需要进一步关注:

肉芽;

ECM;

血管;

组织结构重建。

敷料可能还需要关注:

渗出;

黏附;

感染;

换药表现。

SECTION 10

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敷料、外用小分子、促血管药和细胞治疗应该怎样选择db/db或STZ

1、普通敷料和处方筛选更适合先用STZ大鼠

如果企业同时有多个敷料或者水凝胶处方,STZ大鼠体型大、创面操作方便,也容易进行多次外用和换药。

适合第一轮筛选:

哪个材料更好;

哪个基质更稳定;

哪种给药频率更合理。

2、高级功能敷料可以进一步进入db/db

如果材料已经证明基本有效,后续希望验证在更严重T2D修复障碍背景中的效果,可以升级db/db。

尤其是具有:

促血管;

抗炎;

调控巨噬细胞;

促进ECM重建

等生物活性的材料。

3、局部小分子可以根据研发阶段分两步走

早期STZ:

找有效剂量;

找给药频率;

建立PD。

候选物确认以后db/db:

验证严重代谢背景下是否仍然有效。

4、促血管药物很适合db/db验证

如果候选药最核心机制就是修复糖尿病血管生成障碍,db/db具有较明显的血管和肉芽组织缺陷。

能够提供更有挑战性的PoC。

5、MSC、外泌体等再生治疗更需要防止模型过轻

这类产品通常具有多重旁分泌和组织修复作用。

如果STZ模型本身恢复太快,容易出现所有组最终都闭合。

这时db/db或者其他更明显的慢性修复障碍模型更有利于拉开差异。

6、但新模态产品也不建议一开始就上最重模型

如果细胞剂量、外泌体制剂、局部滞留方式都还没有确定,一开始就进入高成本db/db正式实验效率并不高。

可以先用STZ完成剂量和递送筛选,再进入关键验证。

SECTION 11

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db/db和STZ模型的给药窗口为什么也不能机械照搬

1、Day 0立即给药更接近促进创伤早期愈合

创面建立以后立刻开始治疗,可以影响:

止血;

早期炎症;

炎症向增殖期转变;

早期血管新生。

这种设计非常适合初步促愈合PoC。

2、但它并不完全等同于“治疗已经形成的慢性糖尿病溃疡”

临床慢性糖尿病创面通常已经存在持续炎症、组织坏死、异常ECM、感染风险和长期不愈合状态。

动物创面刚刚切出来就给药,候选药实际上从病理形成的第一天就在干预。

所以这种实验更接近:

防止创面进入持续不愈合状态。

3、想证明“治疗难愈性创面”,可以适当延后治疗

例如先让创面在糖尿病环境中发展一段时间。

确认模型组已经形成较明显的愈合延迟,再进行治疗性入组。

但具体延后多久,需要根据模型自然曲线决定。

4、db/db和STZ的最佳延后时间不会完全相同

db/db自然愈合更慢。

STZ大鼠可能恢复更快。

如果两个模型都统一规定:

Day 3开始治疗,

最终对应的疾病阶段可能完全不同。

5、给药窗口应该由创面状态定义

比“造模后第几天”更有价值的,是提前定义:

创面闭合率;

炎症程度;

肉芽状态;

或者其他病理标准。

这样才能真正做到疾病阶段匹配。

SECTION 12

12

两个模型的阳性药、分组和主要终点应该怎么设计

1、基础分组可以保持相对统一

正式药效项目通常可以设置:

健康创面组;

糖尿病模型+Vehicle组;

阳性药组;

受试药低剂量组;

中剂量组;

高剂量组。

如果产品是材料或敷料,需要增加匹配的空白材料对照。

2、健康组非常重要

健康组可以告诉我们:

糖尿病到底把愈合拖慢了多少。

如果模型组和健康组几乎没有差异,说明当前糖尿病创面模型本身没有建立足够药效窗口。

3、阳性药不只是为了做出显著性

阳性药首先需要证明:

当前模型具有药理可逆性。

如果模型组明显延迟,但成熟促愈合治疗也完全无法改善,就需要考虑模型是不是过重、周期是不是错了。

4、阳性药要根据产品机制选择

促血管候选药可以选择具有明确促愈合或血管生成依据的参照。

外用创面产品可以选择临床相关的创面治疗参照。

材料类产品则需要考虑现有标准敷料。

没有必要所有糖尿病创面项目都使用同一个阳性药。

5、db/db和STZ不必强求相同阳性药剂量

两个模型的动物种属、创面面积和疾病背景不同。

特别是外用制剂,应该按照单位面积剂量和具体制剂特点重新设计。

6、主药效组和机制取材组可以分开

创面实验需要连续观察。

如果在主药效动物上频繁取创面组织,会破坏后续愈合过程。

因此正式项目可以考虑设置卫星取材组。

例如Day 3或Day 7取材观察炎症和血管。

主药效动物则保留到后期观察创面闭合和组织重塑。

SECTION 13

13

同一个候选药在db/db和STZ中结果不一致,应该怎么反查

1、第一步不要直接比较百分比

例如:

STZ大鼠创面闭合率提高30%;

db/db提高15%。

不能直接得出:

STZ模型药效更强。

因为两种模型的模型组自然愈合速度本身就不同。

应该首先看:

相对于各自模型组,候选药改善了哪个病理阶段。

2、第二步检查模型基线

比较:

血糖;

体重;

糖尿病持续时间;

创面初始面积;

模型组自然愈合曲线。

如果这些条件差异很大,结果不一致并不意外。

3、第三步查创面收缩

尤其是STZ大鼠。

如果照片变化很大,但再上皮化差异有限,需要判断药效是不是主要来自收缩。

4、第四步查局部暴露

外用药换种属以后,皮肤厚度、创面面积和局部渗出都发生变化。

同样制剂、同样浓度,并不代表组织暴露相同。

如果db/db药效变弱,可以先测创面组织药物浓度或者相应PD。

5、第五步看靶点是否在两个模型中同样异常

一个候选药可能特别擅长改善胰岛素抵抗相关炎症。

这种靶点在db/db里更突出。

另一个药主要改善急性高糖造成的角质形成细胞迁移障碍。

STZ模型也许已经足够敏感。

所以模型结果不同可能反映:

靶点的疾病依赖程度不同。

6、第六步看主要终点是不是一致

如果STZ主要看创面面积。

db/db增加了splint以后主要看再上皮化。

两次实验实际上已经在考不同能力。

此时不能只比较最终P值大小。

7、最后再判断候选药是否存在模型依赖

只有排除了:

暴露;

模型基线;

创面收缩;

给药时间;

终点差异;

以后,仍然出现稳定的模型间差异,才值得进入真正的机制解释。

SECTION 14

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什么时候值得从STZ升级到db/db,什么时候反过来更合理

1、从STZ升级到db/db的典型场景

第一轮STZ已经明确有效。

剂量已经基本确定。

给药方式已经稳定。

候选物已经收敛。

下一步需要验证:

在更强的T2D代谢障碍背景中还能不能有效。

这时升级db/db非常合理。

2、候选药强调胰岛素抵抗和肥胖相关机制时,也适合升级

如果产品机制本来就与:

肥胖;

胰岛素抵抗;

慢性低度炎症;

代谢异常

高度相关,那么db/db的模型价值更加明显。

3、STZ阴性不代表一定要直接升级db/db

如果STZ中连基础局部PD都没有形成,直接换成更严重的db/db通常不会自动解决问题。

更应该先查:

剂量;

制剂;

局部暴露;

靶点。

4、db/db太重时,反过来使用STZ也有价值

例如候选产品在db/db中只看到分子PD,却看不到明显创面闭合改善。

这时可以进入一个相对较轻的STZ模型。

如果在STZ中能够形成明确药效,说明药物并非完全无效。

真正问题可能是:

db/db模型病理强度超过了当前候选药能够逆转的范围。

5、模型轻重可以成为候选药能力分层工具

STZ有效、db/db也有效:

说明药效跨不同糖尿病背景较稳定。

STZ有效、db/db弱:

说明药物可能适合较轻修复障碍,或者需要优化剂量/联合治疗。

STZ弱、db/db强:

需要判断目标机制是否特别依赖T2D代谢环境。

两个模型都弱:

重新评估候选药和靶点。

这比简单把一个模型叫“验证模型”、另一个叫“确认模型”更有开发意义。

SECTION 15

15

糖尿病创面动物实验最容易出现哪些方案设计问题

1、看到高血糖就认为模型一定存在明显创面愈合障碍

糖尿病成模和慢性创面成模不是一回事。

2、STZ成模后立刻造创面

没有考虑糖尿病持续时间。

3、db/db和STZ只比较血糖

忽略肥胖、胰岛素抵抗和代谢背景差异。

4、认为db/db一定比STZ“高级”

模型只有适用性,没有简单等级。

5、同样6 mm创面就认为两个种属完全可比

创面占比、皮肤结构和收缩不同。

6、只拍照片计算创面闭合率

无法区分收缩、再上皮化和肉芽形成。

7、研究再上皮化,却完全不考虑splint

小鼠收缩可能严重干扰结果。

8、用了splint,但频繁脱落

组间模型条件已经不一致。

9、创面深度不统一

所谓全层创面实际有的做到皮下,有的只到真皮。

10、外用药只按“每只多少μL”给药

没有统一单位面积药量。

11、换成大鼠以后继续使用小鼠外用体积

造成局部实际剂量变化。

12、不同模型使用完全不同给药窗口,却直接比较药效强弱

疾病阶段不匹配。

13、Day 0开始给药,却把结论写成治疗慢性糖尿病溃疡

更接近预防愈合障碍形成。

14、STZ模型组自身很快闭合,还一直延长实验周期

终点过晚会把组间差异全部抹掉。

15、db/db模型过重,却仍然只看最终闭合

可能错过中期有价值的组织学改善。

16、低、中、高剂量最后都完全闭合,然后判断没有剂量差异

真正差异可能出现在更早时间点。

17、只看CD31升高就定义血管功能恢复

缺少成熟度或灌注信息。

18、只看Masson变多就定义组织重建更好

没有考虑胶原排列和时间阶段。

19、水凝胶项目没有空白基质组

材料的保湿和覆盖作用本身就可能促进愈合。

20、细胞或外泌体项目不考虑局部滞留

名义剂量很高,实际可能迅速被渗出液带走。

21、主药效动物频繁做破坏性组织取材

影响后续创面愈合。

22、没有健康创面组

无法判断糖尿病到底造成了多少延迟。

23、阳性药也不改善,却继续解释受试药阴性

需要先检查模型药理可逆性。

24、两个模型结果不同以后直接提高剂量

没有先反查暴露、PD、模型强度和终点。

25、把背部糖尿病全层创面直接叫“糖尿病足溃疡”

普通糖尿病创面并没有自动复制足底压力、缺血、感染和神经病变等DFU特征。

SECTION 16

16

一套更适合医药企业的db/db与STZ模型选择流程

第一步,先明确候选产品类型。

外用小分子、凝胶、敷料、生长因子、细胞、外泌体和组织工程材料,对模型的要求不同。

第二步,明确本轮实验的研发任务。

是早期PoC;

剂量筛选;

制剂筛选;

关键药效;

机制验证;

还是第二模型转化确认。

第三步,判断是否必须模拟复杂2型糖尿病背景。

如果当前主要研究局部促愈合,STZ可以优先。

如果需要强调肥胖、胰岛素抵抗和慢性T2D代谢背景,可以优先考虑db/db。

第四步,如果使用STZ,先确定糖尿病类型。

经典高剂量STZ更偏胰岛素缺乏。

如果项目需要T2D样背景,可以评估HFD+低剂量STZ。

第五步,确定糖尿病持续时间。

不要只把血糖达标作为唯一创伤入组标准。

根据平台历史数据确认高血糖维持多久以后能够形成稳定创面延迟。

第六步,确定创面大小和深度。

统一打孔器、部位、创伤深度和创面数量。

第七步,提前决定是否使用splint。

如果主要研究再上皮化,尤其是小鼠模型,优先考虑限制收缩。

如果主要做早期制剂筛选,可以根据项目效率选择常规模型。

第八步,建立自然愈合时间曲线。

确认健康组和模型组什么时候开始拉开。

什么时候差异最大。

什么时候两组又逐渐接近。

正式药效终点尽量放在具有最大动态范围的位置。

第九步,根据产品机制设置主要终点。

不要所有项目都统一使用:

创面闭合率+HE+Masson+CD31。

每个候选产品需要明确真正的Go/No-Go指标。

第十步,设计给药窗口。

Day 0治疗适合早期促愈合PoC。

如果强调治疗慢性不愈合,可以考虑疾病形成以后再给药。

第十一步,外用药明确单位面积剂量。

记录:

浓度;

mg/cm²或μL/cm²;

创面面积;

给药频率。

第十二步,设置健康、模型、Vehicle和阳性药。

保证能够判断模型严重度、基质效应和药理可逆性。

第十三步,必要时建立机制卫星组。

早期观察:

炎症;

血管;

巨噬细胞;

PD。

主药效动物保留到创面后期。

第十四步,第一模型阳性以后再决定是否进入第二模型。

如果STZ已经完成筛选,第二模型db/db应该增加:

更强代谢背景;

更严重修复障碍;

更高疾病相关性。

而不是简单把第一实验重复一遍。

第十五步,提前定义第二模型的结果解释。

STZ+db/db都阳性:

跨模型药效稳定。

STZ阳性、db/db弱:

反查模型强度、暴露和靶点。

db/db强、STZ弱:

判断候选药是否依赖T2D代谢背景。

两者都阴性:

重新评估候选药机制和开发价值。

第十六步,再决定是否需要升级到真正的复杂DFU模型。

只有当产品定位需要进一步解决:

缺血;

压力;

感染;

慢性难愈;

或者大动物转化,

才继续叠加病理因素。

这样每一层模型都解决一个新的研发问题,而不是单纯增加动物数量。

SECTION 17

17

博恩生物可以为糖尿病创面候选产品提供哪些实验支持

糖尿病创面项目最常见的设计误区,是把“高血糖动物+背部全层皮肤缺损”当成一个标准化模型,然后不同产品全部使用同一套方案。

实际上,糖尿病背景、动物种属、创面大小、收缩程度、糖尿病持续时间和给药窗口都会直接改变药效结果。

博恩生物可以根据候选产品的作用机制、给药方式、目标适应症和研发阶段,协助设计db/db小鼠、STZ大鼠以及其他糖尿病创面相关动物药效路线。

在db/db模型方面,可以围绕2型糖尿病代谢背景、肥胖、胰岛素抵抗及严重创面愈合障碍设计全层创面研究,并根据项目目的评估是否需要采用splint限制创面收缩。

在STZ大鼠模型方面,可以根据项目目标设计STZ诱导条件、糖尿病确认标准、高血糖维持时间以及正式创面建立时间,避免仅以一次血糖达标就直接进入创面实验。

如果产品更加偏向2型糖尿病适应症,还可以进一步评估高脂饮食联合低剂量STZ等模型路线。

在创面建立方面,可以根据动物种属和产品特点确定创面直径、深度、数量、位置及是否使用固定环,并通过标准化SOP降低动物间创面初始差异。

在大体药效方面,可以开展连续标准化创面拍照、创面面积、创面闭合率及愈合时间曲线评价。

在组织修复方面,可以通过HE评价再上皮化、肉芽组织、炎症和整体皮肤结构,通过Masson、Sirius Red等方法评价胶原沉积和ECM重塑。

在血管相关评价方面,可以根据候选药机制检测CD31、α-SMA、VEGF及其他血管生成相关指标,并根据项目需要进一步设计血管成熟或灌注相关评价。

在炎症和免疫方面,可以结合巨噬细胞、中性粒细胞、炎症因子以及候选药自身作用靶点进行检测,避免只用简单M1/M2指标解释整个糖尿病慢性炎症过程。

在外用制剂方面,可以围绕乳膏、凝胶、水凝胶、喷剂和敷料设计单位面积给药量、给药频率、Vehicle对照、换药周期和局部刺激评价。

对于局部小分子,还可以进一步开展创面组织药物浓度和血浆暴露检测,建立局部暴露—PD—创面药效之间的关系。

对于细胞、外泌体和组织工程类产品,可以根据项目需要设计局部滞留、载体选择、给药频次、细胞存活、血管新生、肉芽形成和ECM重建相关终点。

如果项目已经完成STZ大鼠模型但不确定是否需要再做db/db,也可以先从现有结果进行反查:

STZ模型组到底比健康组延迟了多少;

候选药有没有形成明确剂量—效应;

主要改善的是收缩、再上皮化还是肉芽;

药物局部暴露是否充分;

当前最大的开发不确定性到底是什么。

如果当前仍然只是:

“哪个剂量最好?”

“哪个制剂最好?”

“候选药到底有没有基本促愈合作用?”

STZ大鼠通常已经可以提供非常高效的信息。

如果问题已经变成:

“这个候选药在更严重的2型糖尿病代谢背景中还能不能有效?”

“在明显胰岛素抵抗、肥胖和慢性修复障碍情况下,药效是否仍然稳定?”

“这个产品能不能进入更高难度的糖尿病慢性创面验证?”

这时db/db模型的价值会明显提高。

所以,糖尿病创面模型选择真正应该比较的,并不是:

db/db和STZ谁的血糖更高。

更应该比较的是:

哪一种糖尿病背景能够给当前候选产品提供最合适的药效窗口。

同样的高血糖,背后可以是完全不同的代谢病理。

而创面愈合最终受到的影响,也远远不只是葡萄糖一个变量。

只有把糖尿病背景、创面修复方式、给药窗口和候选产品机制放在同一套逻辑中,db/db小鼠和STZ大鼠的选择才真正具有研发决策价值。

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