ملاحظات فارماکوکینتیک (PK) برای داروهای سیستم عصبی مرکزی (CNS) - داستان های ویژه

در سال های اخیر با افزایش شیوع اختلالات عصبی مانند بیماری آلزایمر، افسردگی، اسکیزوفرنی و ...بیماری پارکینسون ،توسعه داروهای CNS توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است. با این حال، به دلیل مکانیسم‌های بیماری و چالش‌های نامشخص مانند سد خونی مغزی (BBB)، میزان موفقیت توسعه داروی CNS کم است. این مقاله مروری بر دانش نظری مرتبط و روش‌های تحقیق برای داروهای CNS از aفارماکوکینتیک (PK) چشم انداز

1. موانع نفوذ CNS

همانطور که در زیر نشان داده شده است، BBB از سلول های اندوتلیال مویرگی مغز و سلول های نوروگلیال تشکیل شده است که تقریباً به طور کامل مانع از عبور ترکیبات از طریق مسیرهای پاراسلولی یا اندوسیتوز می شوند. BBB همچنین انتقال دهنده های جریان مانند P-گلیکوپروتئین (P-gp) و پروتئین مقاومت به سرطان پستان (BCRP) را بیان می کند که بیشتر بسترها را به جریان خون پمپ می کند. بنابراین، بیشتر مولکول‌های کوچک عمدتاً از طریق انتشار غیرفعال در غشاهای لیپیدی به مغز نفوذ می‌کنند. علاوه بر این، سد مایع خونی – مغزی نخاعی (BCSFB) یکی دیگر از موانع مهم است. ترکیبات موجود در خون می توانند مستقیماً از BCSFB عبور کنند یا پس از عبور از BBB، منتشر یا به مایع مغزی نخاعی (CSF) منتقل شوند. با این حال، P-gp بیان شده در BCSFB ممکن است ترکیبات را به خون پمپ کند و قرار گرفتن در معرض مغز را محدود کند.

The three-compartment model illustrates unbound drug distributionequilibrium between plasma, brain (ISF & ICF) and CSF. — مدل سه قسمتی تعادل توزیع داروی نامحدود بین پلاسما، مغز (ISF و ICF) و CSF را نشان می‌دهد.

2. پارامترهای کلیدی برای نفوذ دارو در CNS

با توجه به دشواری عبور از BBB، غربالگری ترکیبات با نفوذ مطلوب CNS در مطالعات آزمایشگاهی یا حیوانی بسیار مهم است. انتخاب پارامترهای مناسب به عنوان معیار ارزیابی، کلیدی است. پارامترهای رایج مورد استفاده عبارتند از غلظت داروی بدون پیوند در مغز (Cbu)، نسبت داروی بدون پیوند مغز به پلاسما (Kpuu یا Cbu/Cpu)، نسبت غلظت کل دارو از مغز به پلاسما (نسبت B/P)، داروی غیر متصل کسر (fu)، نفوذپذیری BBB (Papp) و نسبت جریان (ER).

2.1 غلظت نامحدود دارو در مغز

بر اساس فرضیه داروی آزاد، غلظت داروی محدود نشده در مغز به بهترین وجه غلظت داروی مؤثر را منعکس می کند. با این حال، اندازه گیری مستقیم غلظت دارو در سلول های مغز در شرایط عملی دشوار است. در غیاب اثرات ناقل قابل توجه، غلظت داروی غیر متصل در پلاسما، CSF یا مایع بینابینی مغز اغلب به عنوان پارامترهای جایگزین استفاده می شود.

2.2 نسبت داروی بدون پیوند مغز به پلاسما (Kpuu)

Kpuu یک پارامتر کلیدی است که منعکس کننده تعادل توزیع ترکیبات بین خون و مغز، ادغام انتشار غیرفعال و فعالیت ناقل است. هنگامی که Kpuu به 1 نزدیک می شود، ویژگی های ترکیبی مطلوب، مانند نفوذپذیری خوب و بسترهای غیر انتقال دهنده را نشان می دهد. در این مورد، غلظت داروی بدون پیوند پلاسما می تواند به عنوان یک شاخص جایگزین عمل کند. هنگامی که Kpuu به طور قابل توجهی کمتر از 1 باشد، ترکیب ممکن است یک بستر انتقال دهنده باشد یا نفوذپذیری ضعیفی داشته باشد، که نیاز به تغییرات ساختاری دارد. یک Kpu بیشتر از 1 ممکن است نشان دهنده دخالت ناقل فعال در فرآیند انتقال غشایی باشد.

2.3 نسبت غلظت کل دارو از مغز به پلاسما (نسبت B/P)

اگرچه بدست آوردن آن آسان است، اما نسبت B/P می تواند درک نفوذ یک ترکیب در مغز را گمراه کند. به دلیل تفاوت در بخش های غیر متصل بین پلاسما و مغز، نسبت B/P بالا لزوماً به معنای غلظت بالای داروی غیر متصل در مغز نیست و بالعکس. نسبت B/P فقط برای طبقه‌بندی خشن، حذف ترکیبات با غلظت کل مغز بسیار پایین مفید است، اما برای انتخاب ترکیبات CNS برتر مفید نیست.

2.4 کسر غیر محدود (fu)

بخش غیر متصل در پلاسما و بافت مغز برای تبدیل پارامترهای استاندارد PK به پارامترهای دارویی غیر متصل استفاده می شود. در حالی که فراکسیون های غیر متصل بالاتر می تواند نشان دهنده غلظت موثر دارو باشد، افزایش فراکسیون های غیر متصل در پلاسما نیز ممکن است منجر به متابولیسم یا نرخ دفع بالاتر شود. به طور مشابه، فراکسیون های غیر محدود بالاتر در بافت مغز ممکن است مانع انتشار غیرفعال در مغز شود. بنابراین، fu به طور معمول نمی تواند به عنوان یک پارامتر بهینه سازی اولیه عمل کند، و مقدار آن به طور مستقیم با کارایی مرتبط نیست.

نفوذپذیری 2.5 BBB (Papp)

Papp نشان دهنده نرخ انتشار غیرفعال یک ترکیب در سراسر BBB است. با این حال، این پارامتر به تنهایی در تعیین نفوذ مغز تعیین کننده نیست. این صرفاً نشان دهنده سرعتی است که در آن تعادل بین پلاسما و مغز به دست می آید، اما به معنای غلظت مطلق بالای داروی غیر متصل در مغز نیست. بنابراین، Papp را فقط می توان برای حذف ترکیباتی با نفوذپذیری BBB بسیار ضعیف استفاده کرد.

2.6 نسبت جریان (ER)

ER قدرت فعالیت انتقال دهنده جریان را در طول نفوذ BBB منعکس می کند. در حالی که به طور مستقیم غلظت یک ترکیب را در بافت مغز نشان نمی دهد، می تواند به عنوان یک معیار خروج عمل کند. در حالت ایده آل، داروهای CNS نباید بسترهای انتقال دهنده های جریان مانند P-gp یا BCRP باشند، زیرا مانع از تحویل دارو به مکان های هدف می شوند و تنوع PK بالینی را افزایش می دهند. این امر به ویژه برای ترکیبات با پنجره های درمانی باریک، ایجاد خطرات و پیچیده شدن توسعه مشکل ساز است.

3. روش های ارزیابی

3.1 مطالعات حیوانی

مطالعات حیوانی مستقیم ترین و مؤثرترین ابزار برای به دست آوردن غلظت in vivo در بافت مغز، CSF و پلاسما است. به طور کلی، گونه‌های مورد استفاده برای غربالگری PK باید با گونه‌هایی که برای مطالعات اثربخشی و سمیت استفاده می‌شوند، مطابقت داشته باشند. مسیر اداره با اهداف توسعه تعیین می شود. این روش مشابه مطالعات مرسوم PK است، با توجه بیشتر به جمع آوری بافت مغز یا CSF. نتایج باید با استفاده از مقادیر فو تعیین شده در شرایط آزمایشگاهی برای پلاسما و بافت مغز تصحیح شوند، زیرا CSF محتوای پروتئین پایینی دارد و نیازی به اصلاح ندارد. نسبت AUCbu/AUCpu نشان دهنده Kpuu است که توانایی ترکیب را برای عبور از BBB ارزیابی می کند. مقایسه AUCcsf با AUCpu توزیع ترکیب را در سراسر BCSFB ارزیابی می‌کند، در حالی که مقایسه AUCbu/AUCcsf نشان می‌دهد که آیا CSF می‌تواند به عنوان نماینده غلظت دارو در بافت مغز عمل کند و فرآیند تحقیق را بهینه کند. جنبه منفی مطالعات PK مغز، استفاده نسبتاً زیاد از حیوانات و توان غربالگری کم است.

3.2 مطالعات حمل و نقل

در مقایسه با سایر داروها، مطالعات ناقل نقش مهم تری در تحقیقات دارویی CNS ایفا می کنند که دلیل آن ویژگی سوبسترای گسترده انتقال دهنده های جریان مانند P-gp و BCRP است که به طور قابل توجهی نفوذ مغز را محدود می کند. مطالعات آزمایشگاهی اغلب از رده های سلولی ترانسفکت شده با بیان P-gp یا BCRP بالا (به عنوان مثال، MDCK-MDR1 یا MDCK-BCRP) برای غربالگری با توان بالا، با مقادیر برش معقول بر اساس تعداد ترکیب و استراتژی غربالگری استفاده می کنند. با این حال، تفاوت گونه‌ها در انتقال‌دهنده‌ها می‌تواند منجر به اختلاف بین داده‌های انتقال‌دهنده انسانی در شرایط آزمایشگاهی و مطالعات حیوانی in vivo شود، که گاهی اوقات استفاده از مدل‌های حیوانی حذفی (مانند موش‌های MDR1a/1b یا BCRP KO) را ضروری می‌کند، اگرچه این رویکرد پرهزینه و کمتر پیش‌بینی‌کننده است. فعالیت حمل و نقل انسان

3.3 مطالعات نفوذپذیری BBB

استاندارد طلایی برای مطالعه نفوذپذیری BBB، پرفیوژن مغزی درجا است، اما به دلیل الزامات فنی و توان غربالگری کم، این روش به ندرت برای غربالگری ترکیبی استفاده می شود. روش‌های رایج مورد استفاده عبارتند از سنجش‌های آزمایشگاهی مانند PAMPA-BBB یا مطالعات انتقال سلولی تک لایه، که شبیه مطالعات نفوذپذیری جذب معمولی هستند اما بیشتر منعکس‌کننده ویژگی‌های BBB هستند. مطالعات مرحله اولیه همچنین می‌توانند از مدل‌های محاسباتی مبتنی بر ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی برای پیش‌بینی نفوذپذیری BBB استفاده کنند که به بهینه‌سازی ترکیب کمک می‌کند.

3.4 مطالعات اتصال پروتئین

متداول ترین روش برای تعیین اتصال پروتئین، دیالیز تعادلی هموژنه های پلاسما و بافت مغز است. برای ترکیبات با اتصال غیر اختصاصی قوی، تنظیم زمان تعادل آزمایش برای دستیابی به تعادل واقعی و اجتناب از سوگیری ضروری است. روش های جایگزین عبارتند از ترانسیل و دیالیز تعادلی پیشرونده. مطالعات نشان داده اند که پیوند بافت مغز مستقل از گونه ها یا مناطق مغز است، به این معنی که داده های پیوند بافت مغز انسان را می توان از داده های تک گونه برون یابی کرد. روش‌های دیگری مانند اولتراسانتریفیوژ، میکرودیالیز و روش‌های برش بافت مغز نیز بر اساس نیازهای خاص در دسترس هستند.

نتیجه گیری

درک عوامل مؤثر بر مواجهه مغز با داروهای CNS و بکارگیری روش‌های تحقیق مناسب برای توسعه آنها حیاتی است. شناسایی پارامترهای کلیدی برای غربالگری و بهینه‌سازی می‌تواند به افزایش قرار گرفتن در معرض مغز، جلوگیری از بسترهای انتقال‌دهنده جریان، و کاهش کلیرانس سیستمیک کمک کند و اطمینان حاصل کند که دارو به اندازه کافی به مکان‌های هدف برای اعمال اثرات درمانی می‌رسد. با این حال، ترجمه بالینی داروی CNS PK همچنان چالش برانگیز است و پیشرفت‌های آینده ممکن است بر مدل‌های مکانیکی بیشتری مبتنی بر انتقال‌دهنده‌های BBB و ساختارهای فیزیولوژیکی برای کمک به توسعه داروی CNS تکیه کنند.