薬物動態試験（PK）

薬物動態試験とは？

1990年代、医薬品開発の中止の理由に、薬物動態の問題が約40％と最も多く占めていました。薬物動態に不備があると、薬効不足や副作用発現などの問題を引き起こします。そのため創薬業務の早期段階から薬物動態研究が積極的に展開された結果、最近では薬物動態が原因で開発中止となる割合が減少しています。

薬物動態（PK）とは、投与された薬物が体内で吸収・分布・代謝・排泄（ADME）されるプロファイルを示すものです。このプロファイルを解析することで、時系列による薬効または副作用発現の予測可能である薬物動態は、製薬企業では医薬品開発の成功に大きく左右する重要な領域と認識され、開発初期段階から精力的に研究されています。
臨床試験に至るまでは、主に実験動物（ラット、マウス、イヌ、サルなど）を用いた薬物動態試験が実施されています。実験動物に化合物を投与後、所定の時間ごとに採取された血液などから医薬品候補化合物の消化管吸収、臓器への分布、排泄の進行を定量的に測定します。そして、その測定結果から、バイオアベイラビリティ、Cmax、Tmax、生物学的半減期（t1/2）などのパラメータを算出し、良好な薬物動態プロファイルを示すかどうかについて解析・評価します。

文献：「医薬品開発における 薬物動態研究の重要性と 今後の展開」

薬物動態試験のデータ取り扱いに関する課題

薬物動態試験（以下、PK試験）は、実験動物に対する投与薬物の動態を測定することから、生物評価系試験の中でもin vivo試験に分類されます。一般的に、細胞などを用いるin vitro試験よりも、in vivo試験の方が複雑な業務であるケースが多く、PK試験もまた例外ではありません。これに伴い、一連の業務で取り扱う情報や生成するデータも多岐にわたります。また、試験テーマに応じて、試験プロトコルが変動しやすいのもPK試験の特徴です。そのため、PK試験に従事する研究者は、試験計画に始まり、準備段階から試験実施まで実に多くの種類のデータを記録、管理しています。そして試験を実施してからは、正確に信頼性の高い方法で記録するのはもちろんのこと、試験結果からCmaxやt1/2などのPKパラメータを速やかに導き出し、解析・考察を加えたレポートを迅速に提出する手段が求められています。

課題その1：試験の計画段階から解析承認まで、一連の業務に対応可能な単一システムがない

PK試験はとにかく工程が多く、実験条件には多数の項目が存在する。それにもかかわらず、これらを一か所に記録・管理するシステムがない。また試験担当者だけでなく、試験計画者や動物実験担当、測定者と分業されているので、関わる担当者が多くなる。各担当者がそれぞれExcelなどのファイルを作成するので、多数のファイルに情報が散逸した状態で、記録管理されている。そして解析時には専用ソフトに手作業でデータを貼り付けするなど煩雑な作業が多い。

課題その2：手作業が多いのでQCチェックに時間が掛かる

Excelなどのファイル間で、手作業による転記が多いため、人為ミスが発生するリスクが高く、QCチェックに労力が掛かっている。

＜既存業務の課題＞

電子実験ノートシステムのSpreadsheet導入により課題解決

電子実験ノートシステムE-WorkBookのSpreadsheet機能（E-WorkBook Advanced）による、PK業務専用のテンプレートを使用することで、各工程におけるあらゆる試験情報（試験項目や試験結果）を記録管理できるだけでなく、解析やレポート作成、承認依頼まで、一か所のシステムでサポートするので、手作業が削減、QCチェックを大幅に省力化できます。

SpreadsheetによるPK試験のデータ管理・解析ワークフロー

試験計画・準備

処置グループ（投与条件と対象動物）の設定

各処置グループ（TG1,TG2...)にサンプル化合物、投与経路、対象動物、投与量、製剤情報を設定する。

ここでは、E-WorkBook Spreadsheet機能（E-WorkBook Advanced）により、PK試験向けに作成した典型的なテンプレートの利用例をご紹介します。

※これからご覧いただくテンプレートは一例です。お客様のご要望に応じて、テンプレートを設計可能です。

予め用意しているPKテンプレートには、試験計画・準備段階で生成するさまざまな項目を柔軟に記録できます。

先ず実験概要に、試験テーマや試験担当者など、レポートのヘッダに記載する情報を、指定の項目に従い入力します。続いて策定した試験計画に基づき、化合物や実験動物、投与群に情報を記録します。

情報入力の際に、各種データベースや動物購入システムと連携することで、IDに紐づけて関連情報を登録することができます。またPK試験では、実験ごとに使用する化合物数や実験動物の種類、処置方法、投与条件、処置群が変動しやすいのも特徴です。これに対し、Spreadsheetの多次元性が威力を発揮します。異なるテーブル間で、化合物数などの項目を共通化することで、一方のテーブルで加えた変更が、動的に他のテーブルにも反映されます。

現在の業務でExcelファイルを使用している場合、プロトコルが変更になるたびに、複数のシートに特定の項目について変更情報を、手作業で修正しているのではないでしょうか？
PKテンプレートを用いることでその煩わしさ解放され、変動しやすいPK試験の計画・準備をスムーズに進めることができます。またExcelファイルのマクロ作成やメンテナンスも不要になります。

試験計画・準備を支援する設定例

群分け（ランダマイゼーション）

標準で群分け（ランダマイゼーション）機能を装備しています。グループ間におけるバラつきを最小にする項目（例：動物の体重）を予め指定してから、群分けが行えます。

体重測定

動物の一覧表に体重を入力していくと、測定結果が実験に用いる設定の範囲内か否かを自動判定します。実験に用いるのが適切ではないと判断された動物を除外（下図は赤で表記）するなど、試験準備を支援します。また測定した体重だけでなく、所見や前処置なども、考察に役立つコンテクスト情報も記録できます。

投与表

投与計画策定を支援することも可能です。投与スケジュールに従い、投与する予定の実験動物の体重から、投与容量を自動的に算出します。また投与時刻や試験実施担当者などの情報も記録できます。

測定結果値の入力

PK試験の実施により得られた測定結果を、テキストファイルでインポートまたはExcelファイルからのコピーペーストにより、Spreadsheet上に取り込むことができます。いったん測定結果が取り込まれると、予めテンプレートで設定されている項目、血中濃度推移曲線やPKパラメータなどが自動的に表示されます。

データ解析

Spreadsheetには標準で統計解析エンジン（第三者機関により認証済み）を搭載しており、Cmax、t1/2、tmax、AUCなどのPKパラメータが自動的に算出されます。このように自動的にPK解析が行われますが、Spreadsheet上で結果を見ながら、外れ値と思われる特定のポイントをノックアウトするなど、研究者による解析を加えることができます。また閾値から外れたAUCを赤で表示させるなど、研究者による解析を支援するビジュアライズが可能です。

レポーティング

Spreadsheet上の情報を選択、組み合わせることで、目的別のグラフや上長承認のためのレポートを作成できます。またE-WorkBook画面内だけでなく、長期保存用にPDFレポートも作成できます。さらに実験終了時の署名を挿入することも可能です。

監査証跡機能（オーディットトレイル）

標準装備の監査証跡機能より、Spreadsheetへの変更（入力・修正・削除）は、全てログとして記録されます。いつ、だれが、どのように変更したか追跡できるため、GxP試験の記録管理にも使用できます。

薬物動態（PK）試験への適用まとめ

E-WorkBook Spreadsheetを用いたPKテンプレートを利用すると？

• これまで多数のExcelなどのファイルで、記録・管理していたPK試験計画から試験結果まで、一か所に情報を格納できるようになる
• 試験ごとに変動する、試験プロトコルに柔軟に対応できるようになる
• 試験結果の記録だけでなく、投与計画や試験準備もスムーズに進められるようになる
• 複数の試験担当者が関わるPK試験でも、一つのテンプレートで運用することで情報が集約される
• PK試験の測定結果を機器から出力されたテキストファイルのインポートにより、手動の作業を回避できる
• 解析ソフトに、手作業による入力作業がなくなるので、QCチェックの手間が省ける
• PKパラメータの算出やグラフ描画が自動的に行われるため、レポート作成の時間と労力が大幅に削減する
• 監査証跡機能よりGxP試験の記録管理にも使用できる

情報散逸の防止

業務効率化

品質向上

In vitro assay

レディメイドのDMPK業務用Templateパッケージ

• ミクロゾーム安定性試験
• CYP阻害試験
• Caco-2 細胞浸透性試験
• タンパク結合率
• Hepatic Uptake（Transporter）アッセイ

※上記はあくまでも一例で、様々な試験種目にも対応可能です

Plate assay例：CYP inhibition

測定機器との連携例：Worklist出力

測定機器との連携例：測定データの取込

PK/PD解析

PK/PDとは？現状の課題は？

• 薬物暴露と薬効の相関
• メカニズムオブアクション決定の手段となる
• 生理機能における複雑な薬効の解明を支援
• 臨床投与量の範囲の推測支援

• 現状の課題について
• 他部門からPDデータを取得しなければならない（メール等でExcelファイルの送受信で行われる）
• レポート作成のため手作業によるデータセットのマージ
  ・時間のかかる作業
  ・ヒューマンエラーが発生しやすい

PK/PD解析への適用

DMPK業務におけるE-WorkBook 導入メリット

【in vivo試験】安全性薬理試験（テレメトリー）

ワークフロー

①E-WorkBookでのノート(Experiment)の作成

新規Experimentの作成（RadiotelemetryのTemplate）を利用

②試験条件の設定＜Instruction＞

業務ワークフローに沿った操作ガイド

• Instruction
• Instruction上の説明記述に従って試験条件のセットアップや結果値入力、帳票確認などが行える
• 記載内容は、自由に編集可能で、日本語も利用可能

③試験準備と処置グループ

サンプル化合物、処置グループ（投与条件と対象動物）、動物情報の設定

各処置グループ（TG1,TG2...)にサンプル化合物、投与経路、対象動物、投与量を設定する。

④動物の群分け

処置群に属する動物の個体変動を考慮して群分け

各グループに属する動物の体重の平均値にバラつきがないように群分けする

⑤測定結果値のインポート＜その1＞

測定結果の生データを取り込む

データ取込み用テーブルにImport Data機能を使って生データの一括登録

⑤測定結果値のインポート＜その2＞

⑥結果の解析

登録された生データに基づき個体別/処置群別解析

生データのインポートと同時に各種レポート用グラフが自動的に描画されている

⑦レポーティング

上長承認や報告書提出のためのレポート作成

⑧署名・監査証跡機能

• Experimentでは版管理が行われ変更保存時の全バージョンの履歴が格納
• SpreadsheetにAudit logを記録するシートが存在し、データの作成・修正・削除等の全てのアクションが記録され、Change Controlが可能

毒性・安全性試験への適用～まとめ～

E-WorkBook + BioBookを利用すると？

• 雛形の操作ガイドにそって入力することで、プロトコルの定義・群分け・結果登録・解析・レポーティングまで自動的にワンプラットフォームで行える
• プロトコルが変動した場合でも、セルの範囲指定や関数の変更なしで生データからの解析が可能
• 機器データから生データの一括取込みが可能（同じ機種の場合、同じ定義情報を使って繰り返し取込み操作が可能）
• 生データを貼付けと同時に、容量反応性依存性曲線の描画とパラメータの算出までが自動的に行われている
• プレート配置テーブルにより各種設定（化合物の位置・濃度情報）の情報を集約、関連する全テーブルに同時に反映される
• 監査証跡機能によりGLP準拠試験にも適用可能