介紹
目前在國內體外相關性(IVIVC)研究尚未興起， 而在國外IVIVC研究方興未艾。 IVIVC表示製劑體外特徵(例如， 藥物釋放曲線)與其體內性能(例如濃度-時間曲線)之間的數學關係，
二十年來， FDA一直鼓勵固體製劑， 特別是緩釋(ER)製劑的IVIVCs開發。 一方面， 期望成功的IVIVC將支持某些處方和生產工藝變化， 而不需要進行體內BE研究。 另一方面， IVIVC在設計品質(QbD)方面的應用已經被用作輔助設計空間的驗證， 但遺憾的是其在該領域未得到充分的利用和實施。
體外溶出度測試在製藥行業中通常被用作確定關鍵材料屬性(CMA)、關鍵工藝參數(CPP)以及藥物產品規格的工具。
然而通過IVIVC對藥物體內性能進行準確預測並不是一個簡單的過程， 因為IVIVC開發和驗證中面臨的許多問題可能會不自覺地導致預測偏離。 此外， 速釋(IR)製劑的IVIVC的開發未被充分利用， 由於在不改變其處方組成的情況下難以獲得不同的溶出速率， 這也是各種劑型最常見的挑戰之一。
2016發表年的文章《Regulatory Experience with In Vivo In Vitro Correlations (IVIVC) in New Drug Applications.》向我們提供了目前向FDA提交IVIVC研究的現狀，
體內外相關性(IVIVC)研究申報現狀
不必多言， 統計圖一目了然。
圖1.2008年至2015年IVIVC提交的數量(包括NDAs和IND)
圖2. 涉及不同給藥途徑的IVIVC提交數量(2008-2015年， 包括NDAs， PMA和IND)
圖3. 根據劑型提交的IVIVC資料分佈情況(2008-2015年， 包括NDAs和INDs)。
ER緩釋製劑， IR速釋製劑， DR控釋製劑
圖4.根據相關性水準提交的IVIVC資料分佈情況(2008-2015年，包括PMA，NDAs和IND)
案例分析
值得注意的是，儘管IVIVC幾十年來一直被提倡，但從2008年到2015年來，每年IVIVC提交的數量都沒有增加。IVIVC未被充分開發的一個潛在原因可能是藥物提交中所包含的IVIVC的成功率很低(約42％)，這可能會阻止申請者進行IVIVC研究。IVIVC不成功的常見原因各不相同，如表1所示。問題範圍涉及從體外溶出度測試缺陷到模型方法的短缺。
案例研究1
為藥物A構建IVIVC，並將其作為NDA提交的一部分，以支持標準差超過±10％的溶出接受標準。藥物A是單規格的ER片劑產品。三種處方中含有不同用量的控釋成分，配製成緩慢，中等和快速釋放的製劑，用於構建IVIVC和內部驗證。使用與品質控制目的相同的溶出方法來考察體外溶出速率的差異。
臨床PK研究是對禁食狀態下的健康受試者(n=27)進行的單劑量、隨機、開放標籤、四序列、四交叉研究。對於三種ER片劑和參比IR片劑，每個受試者以不同的順序服用這四種藥物，兩種藥物服用之間有7天的清除期。參比IR片劑每天服用的總劑量等於ER片劑的劑量，進而可得參比IR片劑每天服用次數。
A級IVIVC是使用數位去卷積的兩步法開發的。使用從IR片劑產生的單位脈衝響應(UIR)對來自ER製劑的各個血漿濃度-時間曲線進行去卷積(具有一階吸收和滯後時間的雙室模型是最佳擬合)。基於結果，體內釋放和體外溶出曲線顯示出相似的排序。然後將體內藥物釋放的平均百分比作為時間的函數與每個ER製劑的體外溶出平均值(n=12個單位用於體外溶出試驗)相關。體內釋放的平均分數(Fab)與體外溶出(Fdiss)的平均分數呈現非線性關係。此外，製劑中時間換算因數的差異是明顯的，因為Levy圖中個別處方存在不同的斜率(圖5)。為了建立IVIVC，將平均體內釋放量(本文中未顯示資料)與三種ER製劑的時間換算體外釋放作圖，並使用線性回歸分析構建IVIVC模型。
雖然申請人聲稱該模型的內部驗證符合接受標準(例如，平均％預測誤差(PE)<10％)，但一個處方的個別％PE失敗了(％PE> 15％)，因此IVIVC不被監管機構所接受，原因有幾個。
①體外和體內資料的歸一化程式對於IVIVC資料分析是不可接受的。(即，基於每次處理的最後時間點的溶出％將體外溶出資料歸一化為100％，並且基於每次處理的最後的吸收％將吸收的體內％歸一化為100％)藥物溶出量應以標籤要求的百分比表示，而吸收的％應該被歸一化為一個共同的參照，如IR或IV製劑。
②沒有提供任何資料證明選擇的溶出模型是合理的。
③體內外相關似乎具有由Levy圖表示的處方依賴性(圖5)。
④在審查期間發現，快速vs.中等和中等vs.緩釋的處方，f2值超過50，表明只有兩個釋放速率(快速vs.慢速)被認為是顯著不同的。
為了IVIVC的全面監管，需要進行使用額外處方的外部驗證，因為在IVIVC開發中使用的三種製劑中只有兩種符合體外釋放速率至少10％差異的標準。鑒於此，IVIVC被認定不能接受。
圖5 IVIVC結構中使用的Levy圖(Tvivovs. Tvitro)(符號代表實測值；線代表預測值)
案例研究2
藥物B，為含有BCS II類藥物的IR口服片劑。在IND階段進行IVIVC研究，以支持溶出接受標準的設定，並在QbD中幫助在藥物生產過程中制定一些規格的CPP(關鍵工藝參數)。
用於構建IVIVC的專用PK研究評估了片劑硬度(四種不同批次)對體內暴露量的影響。這項PK研究是在禁食條件下對健康受試者進行的開放標籤、單劑量、隨機、四週期交叉試驗。使用品質控制方法(USP裝置II)測定所有批次的體外溶出度。發現溶出速率與片劑硬度有顯著的負相關，而測試批次之間的體內總體暴露量(AUC)非常相似。此外，不同硬度的片劑具有規範的Cmax排序。儘管該IR處方的A 級IVIVC不可行，但通過使用線性回歸模型將Cmax與溶出曲線的幾個時間點(例如10，20和30min)的藥物溶出分數相關聯來完成多重C級 IVIVC。線性模型在內部使用三個批次進行驗證，在外部使用一批額外的批次進行驗證。正如個體和平均PE資料所示，這些PE在IVIVCFDA指南中建議的接受標準之內，說明IVIVC模型是成功的。使用交叉驗證方法(例如，leave-one-out方法)進一步驗證了模型的可行性。
雖然多重C級 IVIVC被認為是可以接受的，由於在IVIVC構建和驗證中僅考慮Cmax，使得該模型在其被批准用於支持生物等效豁免方面(例如，無主要處方/過程變化)的應用受到限制。然而，這個多重C級 IVIVC被成功地用於在QbD框架中建立一些CPP的設計空間。由於溶出度被選為CQA，它可以作為可接受臨床表現的CPP範圍的研究終點。具體來說，臨床研究結果意味著需要將Cmax控制在適當的範圍內，因為安全性的暴露反應分析顯示出具有陡峭曲線的濃度依賴性。使用經驗證的多重C級 IVIVC模型，在一些程序控制中影響溶出的下限。該決策過程使用體外溶出資料作為體內輸入來建立CPP的範圍，確保藥物B在Cmax水準等效。
案例研究3
為三種不同處方的藥物C (ER製劑)開發了兩個A級IVIVC模型，通過使用兩種不同溶出方法的體外釋放測試證明其顯示不同的釋放速率(f2<50)。這兩種溶出方法分別為·QC方法(模擬胃液作為溶出介質)和另一種使用pH 6.8的模擬腸液的方法。通過使用商務軟體使用的兩步法(數位去卷積)開發A級IVIVC模型。使用從口服給藥的IR片劑獲得的PK資料來估算UIR值。
對來自ER製劑的平均血漿濃度對時間資料的去卷積以獲得體內吸收曲線的時間過程。對於兩個模型，使用藥物體外溶出的平均百分比和藥物體內釋放的平均百分比來開發其相關性。在NDA審查期間，申請人被要求使用各種血漿濃度重新運行模型以進行UIR測定和去卷積過程。評價了計算的體內釋放和測定的體外溶出之間的關係，並使用非線性回歸分析獲得曲線(多項式)。IVIVC模型僅使用模型構建資料進行內部驗證。
雖然使用單個血漿濃度構建的模型符合內部可預測性要求，但有人指出，在提出的IVIVC模型的構建和驗證中，申請人排除了16名研究物件中4名的資料，因為這4名研究物件的血漿濃度高度振盪而沒有給出充分的理由。在這方面，審查人員進行了獨立分析。使用平均值和個體血漿濃度資料重建模型，而不忽略這4名受試者(使用16名受試者的所有資料)。使用來自所有16名受試者的個體和平均血漿濃度構建的IVIVC模型未能通過內部驗證。還嘗試了使用線性模型來提高相關係數。雖然表現出較好的相關性，但線性模型也不符合內部可預測性標準。此外，審查者使用原始提交中包含的II期和III期研究的附加資料，對線性模型和任何一個或多個資料進行去卷積來對構建的多項式模型進行外部預測性分析。然而，模型的外部預測性不符合接受標準要求。
案例研究4
藥品D，在505 (b) (2)途徑下被批准為兩個商業化規格一種ER片劑。這兩個規格(這裡稱為低和高)在組成成分上不成比例地相似。A級 IVIVC被納入NDA提交，以支持解溶出接受標準和生產地點的變更。IVIVC最初是針對申請人提出的具有獨特釋放速率特徵的三種處方中的最高規格製劑開發而來的。在禁食條件下進行的四週期，四序列交叉生物利用度研究獲得三種製劑和IR參比製劑的體內數據。使用從IR片劑資料產生的個體UIR對每個ER製劑的單個受試者血漿藥物濃度時間曲線進行去卷積。根據申請人的分析，滿足了內部驗證標準(例如，單個的%PE和平均的%PE分別小於15％和10％)。審查人員通過使用不同方法的分析確認了申請人的結果，並獲得了兩項其他研究結果。
首先，為了增加對模型的信心，審查者使用了leave-one-out方法(即用於模型構建/內部驗證兩個處方的三個附加分析，以及用於外部驗證的第三個方案)來重建該模型。結果表明，在leave-one-out方法中，每種組合的所有IVIVC模型都符合驗證標準，表明模型的可行性。
其次，審查者對目標和緩慢釋放處方進行的分析結果顯示f2>50，表明雖然外部驗證是作為leave-one-out方法的一部分進行的，總體上只有兩種不同的釋放速率用於模型構建和驗證。因此，鑒於在模型的構建中只考慮了兩個釋放速率。所以，IVIVC是可以接受的，但有一些限制(即，根據IVIVC指南的2a類生物等效豁免)。
儘管IVIVC可以接受，但該模型不支援超過±10％變異的溶出接受標準；具體來說，是建議的上限(+11％)和下限(-11％)之間的模型預測AUC差異>20％。此外，上限與目標製劑不具有生物等效性。因此，根據關鍵臨床研究中測試批次的平均溶出度值，溶出接受標準設定為±10％。
參考文獻
1. Sandra Suarez-Sharp，Min Li，John Duan，Heta Shah and Paul Seo. Regulatory Experience with In Vivo In Vitro Correlations (IVIVC) in New Drug Applications. The AAPS Journal，Vol. 18，No. 6，November 2016 DOI: 10.1208/s12248-016-9966-2
2. Guidance for Industry-Extended Release Oral Dosage Forms: Development，Evaluation，and Application of In Vitro/In Vivo Correlations 1997.
圖4.根據相關性水準提交的IVIVC資料分佈情況(2008-2015年，包括PMA，NDAs和IND)
案例分析
值得注意的是，儘管IVIVC幾十年來一直被提倡，但從2008年到2015年來，每年IVIVC提交的數量都沒有增加。IVIVC未被充分開發的一個潛在原因可能是藥物提交中所包含的IVIVC的成功率很低(約42％)，這可能會阻止申請者進行IVIVC研究。IVIVC不成功的常見原因各不相同，如表1所示。問題範圍涉及從體外溶出度測試缺陷到模型方法的短缺。
案例研究1
為藥物A構建IVIVC，並將其作為NDA提交的一部分，以支持標準差超過±10％的溶出接受標準。藥物A是單規格的ER片劑產品。三種處方中含有不同用量的控釋成分，配製成緩慢，中等和快速釋放的製劑，用於構建IVIVC和內部驗證。使用與品質控制目的相同的溶出方法來考察體外溶出速率的差異。
臨床PK研究是對禁食狀態下的健康受試者(n=27)進行的單劑量、隨機、開放標籤、四序列、四交叉研究。對於三種ER片劑和參比IR片劑，每個受試者以不同的順序服用這四種藥物，兩種藥物服用之間有7天的清除期。參比IR片劑每天服用的總劑量等於ER片劑的劑量，進而可得參比IR片劑每天服用次數。
A級IVIVC是使用數位去卷積的兩步法開發的。使用從IR片劑產生的單位脈衝響應(UIR)對來自ER製劑的各個血漿濃度-時間曲線進行去卷積(具有一階吸收和滯後時間的雙室模型是最佳擬合)。基於結果，體內釋放和體外溶出曲線顯示出相似的排序。然後將體內藥物釋放的平均百分比作為時間的函數與每個ER製劑的體外溶出平均值(n=12個單位用於體外溶出試驗)相關。體內釋放的平均分數(Fab)與體外溶出(Fdiss)的平均分數呈現非線性關係。此外，製劑中時間換算因數的差異是明顯的，因為Levy圖中個別處方存在不同的斜率(圖5)。為了建立IVIVC，將平均體內釋放量(本文中未顯示資料)與三種ER製劑的時間換算體外釋放作圖，並使用線性回歸分析構建IVIVC模型。
雖然申請人聲稱該模型的內部驗證符合接受標準(例如，平均％預測誤差(PE)<10％)，但一個處方的個別％PE失敗了(％PE> 15％)，因此IVIVC不被監管機構所接受，原因有幾個。
①體外和體內資料的歸一化程式對於IVIVC資料分析是不可接受的。(即，基於每次處理的最後時間點的溶出％將體外溶出資料歸一化為100％，並且基於每次處理的最後的吸收％將吸收的體內％歸一化為100％)藥物溶出量應以標籤要求的百分比表示，而吸收的％應該被歸一化為一個共同的參照，如IR或IV製劑。
②沒有提供任何資料證明選擇的溶出模型是合理的。
③體內外相關似乎具有由Levy圖表示的處方依賴性(圖5)。
④在審查期間發現，快速vs.中等和中等vs.緩釋的處方，f2值超過50，表明只有兩個釋放速率(快速vs.慢速)被認為是顯著不同的。
為了IVIVC的全面監管，需要進行使用額外處方的外部驗證，因為在IVIVC開發中使用的三種製劑中只有兩種符合體外釋放速率至少10％差異的標準。鑒於此，IVIVC被認定不能接受。
圖5 IVIVC結構中使用的Levy圖(Tvivovs. Tvitro)(符號代表實測值；線代表預測值)
案例研究2
藥物B，為含有BCS II類藥物的IR口服片劑。在IND階段進行IVIVC研究，以支持溶出接受標準的設定，並在QbD中幫助在藥物生產過程中制定一些規格的CPP(關鍵工藝參數)。
用於構建IVIVC的專用PK研究評估了片劑硬度(四種不同批次)對體內暴露量的影響。這項PK研究是在禁食條件下對健康受試者進行的開放標籤、單劑量、隨機、四週期交叉試驗。使用品質控制方法(USP裝置II)測定所有批次的體外溶出度。發現溶出速率與片劑硬度有顯著的負相關，而測試批次之間的體內總體暴露量(AUC)非常相似。此外，不同硬度的片劑具有規範的Cmax排序。儘管該IR處方的A 級IVIVC不可行，但通過使用線性回歸模型將Cmax與溶出曲線的幾個時間點(例如10，20和30min)的藥物溶出分數相關聯來完成多重C級 IVIVC。線性模型在內部使用三個批次進行驗證，在外部使用一批額外的批次進行驗證。正如個體和平均PE資料所示，這些PE在IVIVCFDA指南中建議的接受標準之內，說明IVIVC模型是成功的。使用交叉驗證方法(例如，leave-one-out方法)進一步驗證了模型的可行性。
雖然多重C級 IVIVC被認為是可以接受的，由於在IVIVC構建和驗證中僅考慮Cmax，使得該模型在其被批准用於支持生物等效豁免方面(例如，無主要處方/過程變化)的應用受到限制。然而，這個多重C級 IVIVC被成功地用於在QbD框架中建立一些CPP的設計空間。由於溶出度被選為CQA，它可以作為可接受臨床表現的CPP範圍的研究終點。具體來說，臨床研究結果意味著需要將Cmax控制在適當的範圍內，因為安全性的暴露反應分析顯示出具有陡峭曲線的濃度依賴性。使用經驗證的多重C級 IVIVC模型，在一些程序控制中影響溶出的下限。該決策過程使用體外溶出資料作為體內輸入來建立CPP的範圍，確保藥物B在Cmax水準等效。
案例研究3
為三種不同處方的藥物C (ER製劑)開發了兩個A級IVIVC模型，通過使用兩種不同溶出方法的體外釋放測試證明其顯示不同的釋放速率(f2<50)。這兩種溶出方法分別為·QC方法(模擬胃液作為溶出介質)和另一種使用pH 6.8的模擬腸液的方法。通過使用商務軟體使用的兩步法(數位去卷積)開發A級IVIVC模型。使用從口服給藥的IR片劑獲得的PK資料來估算UIR值。
對來自ER製劑的平均血漿濃度對時間資料的去卷積以獲得體內吸收曲線的時間過程。對於兩個模型，使用藥物體外溶出的平均百分比和藥物體內釋放的平均百分比來開發其相關性。在NDA審查期間，申請人被要求使用各種血漿濃度重新運行模型以進行UIR測定和去卷積過程。評價了計算的體內釋放和測定的體外溶出之間的關係，並使用非線性回歸分析獲得曲線(多項式)。IVIVC模型僅使用模型構建資料進行內部驗證。
雖然使用單個血漿濃度構建的模型符合內部可預測性要求，但有人指出，在提出的IVIVC模型的構建和驗證中，申請人排除了16名研究物件中4名的資料，因為這4名研究物件的血漿濃度高度振盪而沒有給出充分的理由。在這方面，審查人員進行了獨立分析。使用平均值和個體血漿濃度資料重建模型，而不忽略這4名受試者(使用16名受試者的所有資料)。使用來自所有16名受試者的個體和平均血漿濃度構建的IVIVC模型未能通過內部驗證。還嘗試了使用線性模型來提高相關係數。雖然表現出較好的相關性，但線性模型也不符合內部可預測性標準。此外，審查者使用原始提交中包含的II期和III期研究的附加資料，對線性模型和任何一個或多個資料進行去卷積來對構建的多項式模型進行外部預測性分析。然而，模型的外部預測性不符合接受標準要求。
案例研究4
藥品D，在505 (b) (2)途徑下被批准為兩個商業化規格一種ER片劑。這兩個規格(這裡稱為低和高)在組成成分上不成比例地相似。A級 IVIVC被納入NDA提交，以支持解溶出接受標準和生產地點的變更。IVIVC最初是針對申請人提出的具有獨特釋放速率特徵的三種處方中的最高規格製劑開發而來的。在禁食條件下進行的四週期，四序列交叉生物利用度研究獲得三種製劑和IR參比製劑的體內數據。使用從IR片劑資料產生的個體UIR對每個ER製劑的單個受試者血漿藥物濃度時間曲線進行去卷積。根據申請人的分析，滿足了內部驗證標準(例如，單個的%PE和平均的%PE分別小於15％和10％)。審查人員通過使用不同方法的分析確認了申請人的結果，並獲得了兩項其他研究結果。
首先，為了增加對模型的信心，審查者使用了leave-one-out方法(即用於模型構建/內部驗證兩個處方的三個附加分析，以及用於外部驗證的第三個方案)來重建該模型。結果表明，在leave-one-out方法中，每種組合的所有IVIVC模型都符合驗證標準，表明模型的可行性。
其次，審查者對目標和緩慢釋放處方進行的分析結果顯示f2>50，表明雖然外部驗證是作為leave-one-out方法的一部分進行的，總體上只有兩種不同的釋放速率用於模型構建和驗證。因此，鑒於在模型的構建中只考慮了兩個釋放速率。所以，IVIVC是可以接受的，但有一些限制(即，根據IVIVC指南的2a類生物等效豁免)。
儘管IVIVC可以接受，但該模型不支援超過±10％變異的溶出接受標準；具體來說，是建議的上限(+11％)和下限(-11％)之間的模型預測AUC差異>20％。此外，上限與目標製劑不具有生物等效性。因此，根據關鍵臨床研究中測試批次的平均溶出度值，溶出接受標準設定為±10％。
參考文獻
1. Sandra Suarez-Sharp，Min Li，John Duan，Heta Shah and Paul Seo. Regulatory Experience with In Vivo In Vitro Correlations (IVIVC) in New Drug Applications. The AAPS Journal，Vol. 18，No. 6，November 2016 DOI: 10.1208/s12248-016-9966-2
2. Guidance for Industry-Extended Release Oral Dosage Forms: Development，Evaluation，and Application of In Vitro/In Vivo Correlations 1997.