在药物心脏安全性评估领域,ICH E14/S7B Q&A(2022 年修订)明确提出:在近生理温度(35–37 °C)下开展 hERG 膜片钳实验,是提高预测价值和减少体外-体内脱节的重要手段。然而,尽管这一观点在学术界和监管文件中不断被强化,现实中真正能够常规化开展生理温度 hERG 检测的实验室却凤毛麟角。本文将结合 Q&A 指南、最新文献,以及行业实践,深入剖析这一矛盾现状。
一、生理温度的重要性:从机制到临床外推
1. 离子通道动力学的温度依赖性
hERG 通道在激活、失活与复极过程中的速率常数具有明显的 Q10 值(通常为 2–3)。这意味着,当温度由 22–25 °C 升高至 37 °C 时,时间常数显著缩短,稳态分布曲线发生整体位移。对于依赖特定通道状态结合的药物(如 open-state 或 inactivated-state 阻断),这种改变直接影响结合窗口和解离动力学,从而在实验层面表现为 IC50 与 Hill 系数的显著差异。
2. 室温数据的外推风险
大量研究表明,某些化合物在室温下的阻断效应被显著低估,而另一些则可能被高估。对于安全裕度(safety margin)的计算而言,这种偏差会直接导致化合物排序和风险分类的错误。例如,某些边缘分子可能在室温实验中看似“安全”,但在 37 °C 下却已接近临床暴露阈值。
3. 临床决策的放大效应
E14/S7B 整合路径强调利用 C-QTc 模型替代传统专门 QT 研究。C-QTc 模型对斜率和曲度异常敏感,如果体外数据带有系统性温度偏差,最终 90%CI 是否越过 10 ms 红线的判定就可能出现偏差,直接影响监管问答和后续临床策略。
小结:在机制、数据与监管三方面,生理温度 hERG 检测的重要性已被充分论证,几乎没有争议。
二、技术现实:成功率低与可执行性不足
1. 高温环境下的实验难题
在 37 °C 条件下,hERG 膜片钳实验的技术难度显著上升。近期 verapamil 的 CiPA 标准协议实验(Johnson & Trudeau, 2024, J Pharmacol Toxicol Methods, doi:10.1016/j.vascn.2024.107562)显示:完整协议下单细胞成功率仅约 5%,远低于室温实验的常见水平。这主要归因于:
- 膜片封接不稳定:高温条件加速了细胞膜张力变化,GΩ 封接极易丢失;
- 长时间protocol负担过重:30 分钟以上的标准测试流程,使细胞耐受性不足;
- 细胞消耗巨大:获得一条完整的浓度-效应曲线需要数百乃至上千个细胞,远超常规实验平台的负荷。
2. 数据一致性与可比性挑战
即便在同一平台内,温度依赖性与培养条件、通道表达水平等因素相互叠加,导致不同实验室间数据差异进一步放大。这给跨项目、跨机构的监管审评带来额外障碍。
3. 改进protocol的局限
文献中提出通过缩短脉冲时程和简化协议来提升成功率(约 25%),但仍然距离高通量和可推广性存在差距。这意味着在当前的技术状态下,“生理温度检测”仍是高风险高成本的实验任务。
三、矛盾的现状:科学价值 vs. 实验落地
- 科学价值无可争议:37 °C 条件下的 hERG 数据能更好地解释 in vivo 与临床信号,是高质量整合证据的“地基”。
- 实验落地困难重重:封接稳定性、细胞消耗、协议时长,使大多数企业和 CRO 无法在常规筛选阶段全面采用。
- 监管态度谨慎:Q&A 文件虽然明确“应优先考虑”,但同时保留了“在技术可行的前提下”的表述,这反映出监管层也意识到推广难题。
这就形成了一个典型的矛盾:所有人都认同生理温度 hERG 的价值,但在大多数 IND 包里,实际提交的仍是室温数据。
四、行业突围的可能路径
要想真正实现生理温度 hERG 的普及,必须从“单实验室尝试”转向“专业化服务与平台化解决方案”:
- 技术优化:通过双重温控系统、缩短动态协议、改良细胞制备流程,显著提升封接稳定性与细胞耐受性;
- 数据合规:提供温度校准轨迹、浓度实测核验和阳性对照曲线,使数据具备可问责性和审计价值;
- 服务化模式:由专业平台集中攻克温控与协议难题,将生理温度检测作为差异化服务输出,而不是强行要求每家企业自建体系。
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五、展望与行业趋势
随着 CiPA 框架的深化和 ICH 对非临床-临床整合路径的持续强调,生理温度 hERG 迟早会从“最佳实践”演变为“必做项”。
- 短期内,行业需要解决的关键是提高实验成功率与可重复性;
- 中期,可能会出现改良协议和自动化平台的突破,降低对手工操作的依赖;
- 长期,生理温度检测将成为监管评审的常态化要求,并成为药物心脏安全性评估的门槛之一。
科学的方向已无悬念,矛盾的现实在于如何让高价值的实验真正可执行。这一点既是挑战,也是未来两三年药物安全性领域的重要机遇。