《AAPS Open》：MRI-based computational characterization of subcutaneous drug depots in ex vivo porcine model: implications for biotherapeutics and delivery devices
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皮下（SC）给药因操作便捷且适合自我给药，已成为生物制剂（相较于静脉（IV）给药）日益流行的非口服给药途径，但针对复杂SC组织内注射后储库的综合表征方法仍有限。研究人员开发了一种离体猪皮模型，并以磁共振成像（MRI）作为非侵入且解剖相关工具，可视化SC给药后形
皮下（SC）给药因操作便捷且适合自我给药，已成为生物制剂（相较于静脉（IV）给药）日益流行的非口服给药途径，但针对复杂SC组织内注射后储库的综合表征方法仍有限。研究人员开发了一种离体猪皮模型，并以磁共振成像（MRI）作为非侵入且解剖相关工具，可视化SC给药后形成的注射溶液储库；在此基础上建立基于开源Python库的计算定量方法，计算有效储库体积、表面积及表面体积比等参数。借助该实验-计算整合平台，研究人员以司美格鲁肽（semaglutide）与阿利西尤单抗（alirocumab）为模型药，从处方与装置双视角评估不同注射参数，覆盖0.05–1 mL注射体积、1–10 mg/mL处方浓度及预充注射器（PFS）与自动注射笔（AI）两种装置，适用于肽类与单克隆抗体（mAb）两类SC治疗模态。结果显示，测得的有效注射后储库体积恒为注射体积的1.2–1.6倍；司美格鲁肽不同浓度间储库形态存在差异，而装置间差异较小。该集成离体猪皮-MRI-开源计算工具的平台，为SC药物储库的三维可视化与定量表征提供了通用可重复方案。
研究背景与立项依据
皮下（SC）给药凭借患者友好性和自我注射可行性，成为肽类和单克隆抗体（mAb）等生物制剂的重要非口服途径；然而注射后SC药物储库（即药物局部沉积并逐步向周围组织与血流吸收的区域）的形成机制与形态学理解仍不充分。现有临床药代动力学（PK）模型中诸多储库参数多基于经验假设，缺乏实验验证；近期虽有用微CT、MRI等可视化SC储库的报道，但尚缺标准化的三维渲染与定量计算流程，且手动勾画易引入偏倚。猪皮在表皮、真皮与皮下层厚度上近似人皮，是合适离体替代；MRI可在无对比剂下提供高空间分辨率。为此，研究人员构建离体猪腹壁皮模型耦合7T MRI与开源Python计算流水线，以司美格鲁肽（肽类）和阿利西尤单抗（mAb）为模型药，系统评估处方浓度与注射装置（预充注射器PFS vs 自动注射笔AI）对储库形态的影响，填补SC储库实验驱动计算定量方法的空白。该文发表于《AAPS Open》。
主要关键技术方法
研究采用离体猪腹壁组织块（2英寸×2英寸×1.25英寸，Spear Product Inc.提供）作为样本队列，在7T小孔径MRI（Bruker BioSpec 70/30）上用T2加权脂肪抑制序列采集各向异性切片（面内0.2343 mm，层厚1 mm）；注射由3D打印45°角导向器（Study 1）或90° AI弹簧触发（Study 2）完成。图像分析基于Python 3.11.8，使用SimpleITK实现种子点区域生长（region growing）自动分割储库，meshlib/NumPy堆叠为三维网格（体素0.2343×0.2343×1 mm），PyVista计算外表面积、体积与表面体积比，并对网格做恒定平滑因子处理以填塞细孔。统计用GraphPad Prism行非配对t检验与单因素ANOVA（P<0.05为显著）。
研究结果
可视化、分割与MRI三维渲染
研究人员将无对比剂MRI与开源流程结合，在0.05–1 mL体积范围内均清晰隔离SC储库并三维重建；区域生长算法消除逐层手动描边，二值掩膜叠加原图确认边界，各向异性体素堆叠保留空间延展信息，使表面积、体积等形态参数可直接测得。
Study 1：处方属性
Study 1.1固定总剂量0.5 mg，比较10、3、1 mg/mL三组（注射体积50、170、500 μL）。三维渲染显示储库非球形，随注射体积增大而扩展；测得有效储库体积恒大于注射体积，体积分数（注射量/重建量）为0.64、0.62、0.81，即重建量约为注射量1.2–1.6倍，归因为部分容积效应（partial volume effect）——液体在新鲜组织中弥散使半填充体素被计入。表面积随体积递增，表面体积比反向变化；1 mg/mL与10 mg/mL组在表面积与表面体积比上差异显著（P<0.01）。
Study 1.2固定注射体积100 μL，三组浓度间平均体积、表面积、表面体积比无显著差异（P>0.05）；但1 mg/mL组体积分布变异性最大，10 mg/mL组形状更紧凑一致，提示高浓度肽溶液储库形态离散度更低。
Study 2：装置属性
以1 mL司美格鲁肽（1.34 mg/mL）或阿利西尤单抗（150 mg/mL）分别经PFS（45°捏皮）与AI（90°弹簧）注射。两组装置下重建储库体积均大于注射体积；AI均值略大于PFS但不显著（P>0.05）。阿利西尤单抗AI组三维表面较PFS粗糙，可能与AI弹簧推力强于拇指手动推注致组织内弥散更广有关；表面体积比在两种药物与装置间均相近。受样本量小（n=2）限制，装置结论仅为趋势性。
讨论与结论翻译
讨论指出，本工作为概念验证，离体模型无法捕捉体内灌流、炎症与储库时序演变；各向异性体素对小体积定量有误差；未涵盖晶体/聚合物混悬、原位植入、透明质酸酶联用等大体积特殊剂型，也未系统变量化针头规格与推注力。结论部分：本研究提出一种通用非侵入方法，可实时可视化并评估不同注射体积、药液类型、处方与装置下的SC储库属性；液体进入新鲜组织后有效储库体积较注射体积扩张1.2–1.6倍；司美格鲁肽浓度间储库特征差异显著，低浓度体积分布变异性更大但样本不足；AI与PFS间除AI表面稍欠光滑外多数储库属性无显著差异。该高精度形态学表征平台可支撑未来SC生物制剂处方与递送装置的开发优化。
