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薬理学は、薬物や医薬品の科学であり、[ 1 ]物質の起源、組成、および生物系との相互作用を含みます。具体的には、薬物動態学、薬力学、治療用途、および毒性学を通じてです。この分野では、薬物動態学（体が薬物に対して行う作用）と薬力学（薬物が体に行う作用）を通じてこれらの相互作用を調べます。これらはどちらも、物質が正常または異常な生化学的機能をどのように変化させるかを決定します。[ 2 ]薬効のある物質は医薬品に分類され、薬物という用語は、生物学的プロセスを変化させるあらゆる化学物質を含みます。ナノ薬理学は、ナノスケールにおける薬理学の専門分野です。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
この分野は、薬物の組成と特性、機能、供給源、医薬品化学、創薬設計、分子および細胞メカニズム、臓器/システムメカニズム、シグナル伝達/細胞間コミュニケーション、分子診断、相互作用、化学生物学、治療、医療応用、毒性学、および抗病原性能力を網羅しています。薬理学の主な2つの分野は、薬力学と薬物動態学です。薬力学は薬物が生物システムに及ぼす影響を研究し、薬物動態学は生物システムが薬物に及ぼす影響を研究します。大まかに言うと、薬力学は化学物質と生物学的受容体について議論し、薬物動態学は化学物質の生物システムからの放出、吸収、分布、代謝、排泄（LADME）について議論します。
薬理学と薬学は同義語ではありませんが、この2つの用語はしばしば混同されます。薬理学は、生物学的効果を示す化学物質の研究、発見、特性評価、およびこれらの化学物質に関連する細胞および個体の機能の解明を含む、医学および生物科学の一分野です。一方、医療サービス専門職である薬学は、調剤や臨床ケアなど、臨床現場において、薬理学、製剤学、医薬品化学、生薬学、臨床薬学などから得られた原理を応用することに関心があります。どちらの分野においても、両者の主な違いは、直接的な患者ケアである薬局業務と、薬理学に牽引される科学指向の研究分野との区別です。
薬理学という言葉は、ギリシャ語のφάρμακον、 pharmakonに由来し、「薬」または「毒」を意味します。これに、ギリシャ語の-λογία、logia が組み合わさって、「研究」または「知識」を意味します[ 6 ] [ 7 ] (薬学の語源を参照)。Pharmakon は、古代ギリシャの宗教における人間のスケープゴートまたは犠牲者の儀式的犠牲または追放であるpharmakosに関連しています。
現代の用語であるファーマコンは、内因性物質や、医薬品として使用されない生物活性物質を含むため、医薬品という用語よりも広く使用されています。通常、薬理学的アゴニストとアンタゴニストが含まれますが、酵素阻害剤（モノアミン酸化酵素阻害剤など）も含まれます。[ 8 ]
臨床薬理学の起源は中世に遡り、生薬学、アヴィセンナの『医学典範』、スペインのペトロの『イサクの注釈』、聖アマンのヨハネの『ニコラスのアンテドタリーの注釈』などがある。[ 12 ]初期の薬理学は、主に植物抽出物などの生薬と天然物質に焦点を当てており、医薬品は薬局方と呼ばれる本にまとめられていた。生薬は、天然源からの物質の調製物として先史時代から使用されてきた。しかし、生薬の有効医薬品成分（API）は精製されておらず、他の物質で混入されている。
伝統医学は文化によって異なり、中国、モンゴル、チベット、韓国の伝統医学のように、特定の文化に特有のものである場合がある。しかし、その多くはその後疑似科学とみなされるようになった。エンセオゲンとして知られる薬理物質は、精神的および宗教的な用途と歴史的背景を持つ可能性がある。[ 13 ]
17 世紀、イギリスの医師ニコラス・カルペパーは薬理学の文献を翻訳し、利用した。カルペパーは植物とその治療可能な症状を詳細に記述した。18 世紀には、ウィリアム・ウィザリングの研究により臨床薬理学の多くが確立された。[ 14 ]薬理学は、19 世紀半ばの生物医学の大復興期まで、科学分野としてそれ以上の進歩はなかった。[ 15 ] 19 世紀後半以前は、モルヒネ、キニーネ、ジギタリスなどの薬物の驚くべき効力と特異性は、特定の臓器や組織に対する並外れた化学的力と親和性に言及して漠然と説明されていた。[ 16 ]最初の薬理学部門は、治療薬や毒物がどのように効果を発揮するかを理解する必要性を認識して、1847 年にタルトゥ大学にルドルフ・ブッフハイムによって設立された。 [ 15 ]その後、 1905年にユニバーシティ・カレッジ・ロンドンにイギリス初の薬理学部門が設立された。[ 17 ]
薬理学は、19 世紀に科学的実験の原理を治療の文脈に応用した生物医学科学として発展しました。[ 18 ]研究技術の進歩により、薬理学的研究と理解が促進されました。組織サンプルを筋力計などの記録装置に接続し、薬物投与後に生理学的反応を記録する臓器浴槽法の開発により、薬物の組織への影響を分析することが可能になりました。1945年にリガンド結合アッセイが開発されたことで、薬物の化学的標的への結合親和性を定量化することが可能になりました。 [ 19 ]現代の薬理学者は、遺伝学、分子生物学、生化学、その他の高度なツールの技術を使用して、分子メカニズムと標的に関する情報を、病気、欠陥、または病原体に対する治療法に変換し、予防医療、診断、そして最終的には個別化医療の方法を作り出しています。
薬理学という学問分野は、それぞれ特定の焦点を持つ多くの下位分野に分けられる。[ 20 ]
薬理学は、身体を構成する特定のシステムに焦点を当てることができます。身体システムに関連する部門は、身体のさまざまなシステムにおける薬物の影響を研究します。これには、中枢神経系と末梢神経系における神経薬理学、免疫系における免疫薬理学が含まれます。その他の部門には、心血管薬理学、腎臓薬理学、内分泌薬理学があります。精神薬理学は、精神障害（例：うつ病）の治療において、精神、心、行動に影響を与える薬物（例：抗うつ薬）の使用を研究する学問です。[ 21 ] [ 22 ]神経薬理学、動物行動学、行動神経科学からのアプローチと技術を取り入れ、精神活性薬の行動的および神経生物学的作用機序に関心があります。関連分野である神経精神薬理学は、神経系と精神の重なり合う部分における薬物の影響に焦点を当てています。
ファーマコメタボロミクス（薬物代謝学とも呼ばれる）は、体内で生成される代謝物の定量化と分析であるメタボロミクスから派生した分野です。 [ 23 ] [ 24 ]これは、医薬品化合物の代謝を予測または評価し、薬物の薬物動態プロファイルをよりよく理解するために、個人の体液中の代謝物を直接測定することを指します。[ 23 ] [ 24 ]ファーマコメタボロミクスは、薬物の投与後の代謝物レベルを測定し、薬物が代謝経路に及ぼす影響を監視するために使用できます。ファーマコマイクロバイオミクスは、マイクロバイオームの変動が薬物の分布、作用、および毒性に及ぼす影響を研究します。[ 25 ]ファーマコマイクロバイオミクスは、薬物と腸内マイクロバイオームの相互作用に関係しています。薬理ゲノミクスは、ゲノム技術を創薬や生物の全ゲノムに関連する薬剤のさらなる特性評価に応用するものです。個々の遺伝子に関する薬理学では、薬理遺伝学は遺伝的変異が薬剤に対する異なる反応を引き起こす仕組みを研究します。薬理エピジェネティクスは、医療処置に対する個人の反応のばらつきにつながる根本的なエピジェネティックマーキングパターンを研究します。 [ 26 ]
薬理学は臨床科学に応用できます。臨床薬理学は、薬理学的方法と原理をヒトにおける薬物の研究に応用することです。[ 27 ]その一例が、薬の投与量を研究するポスロジーです。[ 28 ]
薬理学は毒性学と密接に関連しています。薬理学と毒性学はどちらも化学物質の特性と作用を理解することに焦点を当てた科学分野です。[ 29 ]しかし、薬理学は通常、医薬品または医薬品になり得る化合物である化学物質の治療効果を重視するのに対し、毒性学は化学物質の有害作用とリスク評価の研究です。[ 29 ]
薬理学の知識は、医学や薬学における薬物療法の助言に用いられる。[ 30 ]
創薬は、疾患の治療を目的とした新しい化学化合物（リード化合物）の特定と検証に焦点を当てた研究の初期段階です。 [ 31 ]創薬設計は、発見段階で使用される独創的な方法であり、特定の生体分子ターゲットに対して極性（電荷）と形状（立体化学）が相補的な分子の設計を含みます。 [ 32 ] [ 33 ]創薬によってリード化合物が特定された後、医薬品開発は、医薬品を市場に投入することを意味します。[ 34 ]創薬は、医薬品の価値を考慮する医療経済学のサブ分野である医薬品経済学に関連しています。 [ 35 ] [ 36 ]医薬品経済学は、最適な医療資源配分を導くために、医薬品のコストと便益を評価します。[ 37 ]医薬品の製剤化と製造に使用される技術は、工学の一分野である製薬工学によって研究されます。[ 38 ]安全性薬理学は、医薬品の潜在的な望ましくない副作用や有害作用を検出および調査することに特化しています。[ 39 ]
医薬品の開発は医学にとって極めて重要な課題であるが、経済的、政治的にも大きな影響を及ぼす。消費者を保護し、乱用を防止するために、多くの政府は医薬品の製造、販売、投与を規制している。米国では、医薬品を規制する主要機関は食品医薬品局（FDA ）であり、米国薬局方で定められた基準を施行している。欧州連合では、医薬品を規制する主要機関は欧州医薬品庁（EMA）であり、欧州薬局方で定められた基準を施行している。[ 40 ]
候補薬化合物のライブラリーの代謝安定性と反応性は、薬物代謝と毒性学的研究のために評価されなければなりません。薬物代謝の定量的予測には多くの方法が提案されています。最近の計算方法の1つはSPORCalcです。[ 41 ]薬用化合物の化学構造のわずかな変化は、その変化が作用する基質または受容体部位の構造とどのように関連しているかに応じて、その薬効を変化させる可能性があります。これは構造活性相関（SAR）と呼ばれます。有用な活性が特定されると、化学者は、望ましい薬効を最大化するために、類似体と呼ばれる多くの類似化合物を作成します。これには数年から10年以上かかる場合があり、非常に高価です。[ 42 ]また、薬の服用に対する安全性、人体での安定性、錠剤やエアロゾルなど、目的の臓器系への送達に最適な形態を決定する必要があります。最大6年かかることもある広範な試験の後、新しい薬は販売準備が整います。[ 42 ]
このような長い期間と、潜在的な新薬5000個のうち実際に市場に出回るものは1個だけであるという事実から、これは費用のかかる方法であり、1つの医薬品につき10億米ドル以上かかることもよくあります。この支出を回収するために、製薬会社はいくつかのことを行う可能性があります。[ 42 ]
逆利益法則は、薬剤の治療効果と治療を受ける集団の社会経済的地位（全体的な健康リスク／ニーズ）との関係を説明するものです。この法則は、医療介入によって集団にもたらされる治療効果は、その集団の疾病発生率または社会経済的ニーズに反比例すると述べています。[ 43 ]
薬剤を設計する際には、薬剤の真の治療効果を評価するために、プラセボ効果を考慮しなければならない。
医薬品開発は、医薬品化学の技術を用いて化学的に医薬品を設計する。これは、標的や生理学的効果を見出すという生物学的アプローチと重なる部分が多い。
薬理学は、個人の生理機能よりも広い文脈で研究することができます。たとえば、薬物疫学は、集団内または集団間の薬物の効果の変動に関係しており、臨床薬理学と疫学の橋渡しとなります。[ 44 ] [ 45 ]薬物環境学または環境薬理学は、使用済み医薬品およびパーソナルケア製品（PPCP）が体内から排出された後の環境への影響を研究する学問です。[ 46 ]人間の健康と生態系は密接に関連しているため、環境薬理学は、環境中の薬物、医薬品、パーソナルケア製品の環境への影響を研究します。[ 47 ]
光薬理学は、光によって薬剤を活性化および不活性化する医学における新たなアプローチです。光のエネルギーは、薬剤の形状や化学的性質を変化させるために使用され、その結果、異なる生物学的活性が生じます。[ 49 ]これは、薬剤がいつどこで可逆的に活性になるかを制御し、副作用や薬剤による環境汚染を防ぐことを最終的に達成するために行われます。 [ 50 ] [ 51 ]
エピジェネティック療法は、表現型に持続的な変化をもたらす遺伝子治療の代替となる「マスター スイッチ」を提供する可能性がある。老化はエピジェネティック時計によって測定可能であることはよく知られている。[ 52 ]
薬物は持続的な変化を引き起こす可能性がある。薬物が効力を失う場合、それは薬物耐性と呼ばれる。一方、薬物は体に良性の変化をもたらす可能性がある。精神可塑性物質は神経可塑性を調節することで大きな効果を発揮する。精神刺激薬は、治療用量でADHD患者の灰白質の減少を防ぐ。[ 53 ]
薬理学とは、薬物とその生体システムとの相互作用を科学的に研究する学問である。大きく分けて薬物動態学と薬力学の2つの主要な分野に分類される。
薬物動態学とは、体内における薬物の動きを指し、体が薬物に対してどのような作用をするかを説明する学問である。[ 54 ] [ 55 ]薬物動態学には、主に以下の5つのプロセスが含まれる。
薬力学とは、薬物が人体に及ぼす生化学的および生理学的影響と作用機序を指します。それは「薬物は人体にどのような作用を及ぼすのか？」という問いに答えるものです。
これには以下が含まれます 。
薬理学は、内因性神経伝達物質系などの特定のシステムに焦点を当てて研究されることが多い。薬理学で研究される主要なシステムは、リガンドと受容体によって分類することができ、これにはアセチルコリン (ACh)、アデノシン、アドレナリン、アナンダミド、アスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン、プリン、サブスタンス P、エイコサノイド、GABA、ドーパミン (DA)、ヒスタミン、セロトニン (5-HT)、セリン、カンナビノイド、オピオイド、メラトニン、バソプレシン (ADH)、ノルエピネフリン (NE) などが含まれるが、これらに限定されない。[ 59 ] [ 60 ]
薬理学における分子標的には、受容体、酵素、膜輸送タンパク質などがある。酵素は酵素阻害剤で標的にすることができる。受容体は通常、構造と機能に基づいて分類される。薬理学で研究されている主な受容体タイプには、 Gタンパク質共役受容体、リガンド依存性イオンチャネル、受容体チロシンキナーゼなどがある。[ 61 ]
ネットワーク薬理学は、薬理学、システム生物学、ネットワーク解析の原理を組み合わせて、生物システムにおける薬物と標的（受容体や酵素など）間の複雑な相互作用を研究する薬理学のサブ分野です。生化学反応ネットワークのトポロジーは、薬物用量反応曲線の形状[ 62 ]と薬物間相互作用の種類[ 63 ]を決定するため、効率的で安全な治療戦略の設計に役立ちます。ネットワーク薬理学のトポロジーは、計算ツールとネットワーク解析アルゴリズムを使用して、薬物標的を特定し、薬物間相互作用を予測し、シグナル伝達経路を解明し、薬物の多剤薬理学を探求します。
薬力学とは、薬物に対する身体の反応を指します。薬力学理論では、リガンドと受容体との結合親和性がしばしば研究されます。リガンドは、体内の特定の受容体において、アゴニスト、部分アゴニスト、またはアンタゴニストとして作用します。アゴニストは受容体に結合して生物学的反応を引き起こし、部分アゴニストは完全アゴニストよりも弱い生物学的反応を引き起こし、アンタゴニストは受容体への親和性はありますが、生物学的反応を引き起こしません。
リガンドが生物学的反応を引き起こす能力は有効性と呼ばれ、用量反応プロファイルではy軸にパーセンテージで示され、100%は最大有効性（すべての受容体が占有されている状態）を表します。
結合親和性とは、リガンドが弱い引力（可逆的）または共有結合（不可逆的）を介してリガンド-受容体複合体を形成する能力のことであり、したがって有効性は結合親和性に依存する。
薬効とは、その有効性の尺度であり、EC50は50 %の有効性を示す薬の濃度です。濃度が低いほど薬効が高くなるため、EC50は薬の効力を比較するために使用できます。
薬には、治療域が 狭いか広いか、特定の安全係数、または治療ウィンドウがあると言われます。これは、望ましい効果と毒性効果の比率を表します。治療域が狭い（1に近い）化合物は、毒性用量に近い用量で望ましい効果を発揮します。治療域が広い（5より大きい）化合物は、毒性用量を大幅に下回る用量で望ましい効果を発揮します。治療域が狭いものは、投与量や投与方法の決定が難しく、治療薬物モニタリングが必要になる場合があります（例として、ワルファリン、一部の抗てんかん薬、アミノグリコシド系抗生物質などがあります）。ほとんどの抗がん剤は治療域が狭く、腫瘍を死滅させるために使用される用量では、毒性副作用がほぼ必ず発生します。
薬物の効果は、一般的な参照モデルの1つであるローウェ加算性で説明できます。 [ 63 ]
その他のモデルとしては、ヒル方程式、チェン・プルソフ方程式、シルト回帰などがある。
薬物動態学とは、薬物の体内吸収、分布、代謝、排泄を研究する学問である。[ 64 ]
有効成分または医薬品有効成分である化学物質の薬物動態学的特性を説明する際、薬理学者はしばしばL-ADMEに関心を持つ。
薬物代謝は薬物動態学において評価され、医薬品の研究および処方において重要である。
薬物動態学とは、体内における薬物の動きのことで、通常は「体が薬物に対して行う作用」と表現されます。薬物の物理化学的性質は、吸収速度と吸収量、分布範囲、代謝、排泄に影響を与えます。薬物が吸収されるためには、適切な分子量、極性などが必要です。全身循環に到達する薬物の割合は生物学的利用能と呼ばれ、これは経口投与後の血漿中薬物濃度のピーク値と静脈内投与後の薬物濃度の比です（初回通過効果が回避されるため、薬物の損失はありません）。薬物は、生体膜を通過するために親油性（脂溶性）でなければなりません。生体膜は脂質二重層（リン脂質など）で構成されているためです。薬物が血流に到達すると、全身に分布し、血流の多い臓器で濃度が高くなります。
古典的な薬理学的標的以外にも、薬剤は直接的または間接的な遺伝子発現調節によって効果を発揮したり、エピジェネティックな再プログラミングによって持続的な状態変化を引き起こしたりする可能性がある。
したがって、薬剤は、従来のリガンド結合試験や酵素アッセイなどに加えて、遺伝子発現プロファイリングによってオフターゲット活性をスクリーニングする必要がある。
米国では、食品医薬品局（FDA）が医薬品の承認と使用に関するガイドラインを作成する責任を負っています。FDAは、承認されたすべての医薬品が次の2つの要件を満たすことを義務付けています。
FDAの承認を得るには通常数年かかります。動物実験は広範囲にわたり、薬剤の有効性と毒性の両方を評価するために複数の種を含める必要があります。使用が承認された薬剤の投与量は、薬剤が治療効果または望ましい結果をもたらす範囲内に収まるように意図されています。[ 65 ]
米国における処方薬の安全性と有効性は、1987年連邦処方薬販売法によって規制されている。
英国では、医薬品・医療製品規制庁（MHRA）が同様の役割を担っている。
メディケア・パートDは、米国の処方薬プランです。
処方薬販売法（PDMA）は、医薬品政策に関連する法律である。
処方薬とは、法律によって規制されている医薬品のことです。
国際基礎臨床薬理学連合、欧州薬理学会連合、および欧州臨床薬理治療学会は、臨床薬理学および科学薬理学の標準化と規制を代表する組織である。
医薬品コードによる医薬品の医学的分類システムが開発されている。これには、食品医薬品局が管理する国家医薬品コード（NDC ）[ 66 ] 、食品医薬品法に基づきカナダ保健省が管理する医薬品識別番号（DIN） 、香港衛生署医薬品サービスが管理する香港医薬品登録、南アフリカの国家医薬品製品索引などがある。階層システムも開発されており、世界保健機関が管理する解剖治療化学分類システム（AT、またはATC/DDD）、MediSpanとSNOMEDが発行する階層分類番号であるジェネリック製品識別子、C軸などがある。医薬品の成分は、固有成分識別子によって分類されている。
薬理学の研究は生物医学と重なり合い、薬物が生物に及ぼす影響を研究する学問です。薬理学の研究は新しい薬の発見につながり、人間の生理機能の理解を深めることができます。薬理学を学ぶ学生は、生理学、病理学、化学の各側面について詳細な実務知識を持っていなければなりません。また、薬理活性化合物の供給源としての植物に関する知識も必要となる場合があります。[ 48 ] 現代の薬理学は学際的であり、生物物理学、計算科学、分析化学を含みます。薬剤師は、医薬品研究や病院または顧客に販売する商業組織での薬局業務に応用するために、薬理学に関する知識を十分に備えている必要があります。しかし、薬理学者は通常、新製品の研究や開発を行う研究所で働いています。薬理学研究は、学術研究（医学および非医学）、民間企業での職務、科学論文執筆、科学特許および法律、コンサルティング、バイオテクノロジーおよび製薬業界での雇用、アルコール業界、食品業界、法医学／法執行機関、公衆衛生、環境／生態学など、幅広い分野で重要です。薬理学は、医学部のカリキュラムの一環として、薬学生や医学生に教えられることがよくあります。