چرا داده های in vitro خوب می توانند در داخل بدن شکست بخورند: بازنگری DMPK در مورد روش های دارویی

"داده های آزمایشگاهی عالی به نظر می رسند."

این جمله اغلب در کشف مواد مخدر مطرح می شود. کاندید قدرت بیوشیمیایی قوی، فعالیت سلولی مطلوب، گزینش پذیری خوب، پایداری متابولیک بالا و مهار محدود CYP را نشان می دهد. روی کاغذ، به نظر می‌رسد این مولکول آماده پیشرفت در مطالعات فارماکولوژی حیوانی و فارماکوکینتیک است.

پس چرا کاندیدایی با داده های آزمایشگاهی قوی هنوز هم می تواند عملکرد ضعیفی در داخل بدن داشته باشد؟

یک مولکول کوچک ممکن است پایداری میکروزومی عالی را نشان دهد اما پاکسازی غیرمنتظره ای بالا در حیوانات. یک آنتی بادی ممکن است اتصال هدف قوی و قدرت سلولی را نشان دهد، اما در حفظ پوشش هدف کافی در داخل بدن ناکام باشد. یک ADC ممکن است مواجهه مطلوب آنتی بادی را حفظ کند در حالی که محموله خود را زودتر از موعد آزاد می کند. یک پپتید ممکن است در شرایط آزمایشگاهی پایدار به نظر برسد اما در داخل بدن به سرعت حذف شود. برای درمان های اسید نوکلئیک، غلظت پلاسما می تواند به سرعت کاهش یابد حتی اگر فعالیت دارویی برای هفته ها یا ماه ها ادامه داشته باشد.

این نتایج تناقض نیستند. آنها منعکس کننده یک اصل اساسی DMPK هستند: سنجش های آزمایشگاهی مکانیسم های فردی را جدا می کنند، در حالی که فارماکوکینتیک در داخل بدن منعکس کننده رفتار کل سیستم بیولوژیکی است. سوال مربوطه این نیست که آیا یک دارو "پایدار" است یا "نیمه{2}"طولانی دارد، بلکه این است که آیا محل قرارگیری آن باعث ایجاد قرار گرفتن در معرض کافی در محل و در شکل مولکولی لازم برای فعالیت دارویی می شود.

پس از تجویز، یک دارو از طریق یک توالی از فرآیندهای مرتبط عبور می کند: جذب، توزیع، متابولیسم، حذف، نفوذ بافت، تعامل هدف، و فارماکولوژی پایین دست.

یک روش آزمایشگاهی تنها یک جزء از این سیستم را بررسی می کند. به عنوان مثال، پایداری میکروزومی، گردش متابولیک ذاتی را تحت شرایط تجربی تعریف شده توصیف می کند. به خودی خود کلیرانس کلیوی، حذف با واسطه ناقل، توزیع بافتی، اتصال به پروتئین پلاسما، یا سهم متابولیسم خارج کبدی را تعیین نمی کند.

همین نکته در مورد روش های پیچیده تر نیز صدق می کند. برای آنتی بادی ها، قرار گرفتن در معرض سیستمیک نه تنها به بازیافت با واسطه FcRn-بلکه به بیان هدف و موقعیت{2}}واسطه هدف نیز بستگی دارد. برای ADC ها، قرار گرفتن در معرض کل آنتی بادی لزوماً نشان دهنده قرار گرفتن در معرض ADC دست نخورده و صالح دارویی نیست. برای پپتیدها و اسیدهای نوکلئیک، توزیع بافت و ماندگاری درون سلولی می تواند بیش از پایداری پلاسما اهمیت داشته باشد.

بنابراین، تفسیر DMPK باید از پارامترهای جدا شده به یک چارچوب قرارگیری مبتنی بر مکانیسم- حرکت کند:

خواص مولکولی → جذب و انطباق → قرار گرفتن در معرض بافت → درگیری هدف → پاسخ فارماکودینامیک

شکست در هر مرحله، رابطه بین قدرت in vitro و اثربخشی in vivo را قطع می‌کند.

برای مولکول های کوچک معمولی،برنامه های اولیه DMPKمعمولاً شامل پایداری میکروزومی کبد، پایداری سلول های کبدی، مهار یا القای CYP، پایداری پلاسما و ارزیابی نفوذپذیری است.

پایداری میکروزومی مفید است زیرا حساسیت یک ترکیب را به متابولیسم اکسیداتیو کبدی مشخص می کند. با این حال، پایداری میکروزومی بالا نباید به عنوان کلیرانس سیستمیک پایین خوانده شود.

کلیرانس in vivo همچنین می تواند شامل فیلتراسیون و ترشح کلیوی، دفع صفراوی، فعالیت انتقال دهنده، متابولیسم خارج کبدی و سایر مکانیسم های دفع باشد. توزیع می‌تواند نمایه زمانی غلظت مشاهده‌شده پلاسما-را تغییر دهد.

نیمه-زندگی نیز به مطالعه دقیق نیاز دارد. زیرا:

t1/2=0.693 × Vd / CL

نیمه عمر طولانی ترمینال-می تواند ناشی از فاصله کم، حجم ظاهری زیاد توزیع یا هر دو باشد. نیمه عمر کوتاه، به نوبه خود، به تنهایی به معنای تخریب سریع متابولیک نیست.

تمایز هنگام برون یابی بین گونه ها اهمیت دارد. آنزیم‌ها و ناقل‌های متابولیزه‌کننده دارو در بین جوندگان، سگ‌ها، نخستی‌های غیر انسانی و انسان‌ها متفاوت است. همیشه نمی‌توان PK حیوانی را از یک روش متابولیک آزمایشگاهی یا از گونه‌های دیگر بدون ادغام چندین خط شواهد پیش‌بینی کرد.

بنابراین DMPK مولکولی کوچک باید به دو سؤال جداگانه پاسخ دهد:

این ترکیب چقدر پایدار است؟

و چه مکانیسم هایی بر پاکسازی و قرار گرفتن در معرض آن در داخل بدن غالب است؟

سوالات مرتبط هستند اما قابل تعویض نیستند.

درمان‌های مولکولی بزرگ-در چارچوب DMPK متفاوت عمل می‌کنند.

برای آنتی بادی های IgG معمولی، بازیافت با واسطه FcRn-به میزان قابل توجهی به تداوم سیستمیک طولانی مدت کمک می کند. با این حال، نیمه عمر سیستمیک به تنهایی تعیین نمی کند که آیا آنتی بادی فعالیت فارماکولوژیک کافی ایجاد می کند یا خیر.

بیان هدف، توزیع بافت،-داخلی سازی با واسطه گیرنده، و قرارگیری دارویی با واسطه{{1} هدف (TMDD) همگی می توانند بر قرار گرفتن در معرض آنتی بادی تأثیر بگذارند. این مهم برای آنتی بادی هایی است که علیه اهدافی که به شدت بیان می شوند یا به سرعت درونی می شوند، جایی که اتصال هدف بخشی از مسیر حذف می شود و فارماکوکینتیک غیرخطی یا وابسته به دوز تولید می کند.

بنابراین، توسعه آنتی بادی باید از این سوال که چه مدت آنتی بادی در پلاسما باقی می ماند، عبور کند و بپرسد که آیا قرار گرفتن در معرض پوشش هدف کافی را برای مدت زمان مورد نیاز حفظ می کند یا خیر. این تمایز در تفسیر PK/PD مرکزی است: یک آنتی بادی می‌تواند نیمه عمر سیستمیک مطلوب- داشته باشد، اما اگر نفوذ بافت یا درگیری هدف کافی نباشد، همچنان از نظر دارویی کوتاه است.

ترکیبات دارویی آنتی‌بادی لایه دیگری از پیچیدگی را اضافه می‌کنند، زیرا موجودیت درمانی تنها آنتی‌بادی نیست.

یک ADC حداقل شامل سه جزء مهم عملکردی است: آنتی بادی، پیوند دهنده و بار. پس از تجویز، رفتار آنها می تواند متفاوت باشد.

گونه های در حال گردش ممکن است شامل ADC دست نخورده، آنتی بادی نیمه دکونژوگه، بار آزاد و کاتابولیت های فعال یا غیر فعال باشد. غلظت کل آنتی‌بادی می‌تواند نسبتاً بالا بماند حتی با کاهش غلظت ADC که از نظر دارویی توانمند است.

این یک تمایز تحلیلی مهم ایجاد می کند:

قرار گرفتن در معرض کل آنتی بادی ≠ قرار گرفتن در معرض ADC دست نخورده ≠ قرار گرفتن در معرض بار فعال

مطالعات ADCبنابراین باید پارامترهایی مانند آنتی بادی دست نخورده یا کونژوگه، نسبت دارو به آنتی‌بادی (DAR)، بار آزاد، متابولیت‌های مرتبط با بار- و در صورت لزوم، قرار گرفتن در معرض بافت اندازه‌گیری شود.

DAR همچنین نشان می دهد که چرا بهینه سازی یک پارامتر می تواند گمراه کننده باشد. افزایش بارگذاری محموله محتوی دارو در هر آنتی بادی را افزایش می دهد، اما DAR بیش از حد خواص فیزیکوشیمیایی، از جمله آب گریزی، تمایل به تجمع، توزیع بافت و پاکسازی را تغییر می دهد.

سوال مرکزی DMPK برای یک ADC این است که آیا ADC سالم می تواند به بافت مربوطه برسد، به اندازه کافی در گردش خون پایدار بماند و یک محموله فعال را در مکان و زمان مناسب آزاد کند.

پپتید درمانی چالش DMPK متمایز دیگری را ارائه می دهد.

بسیاری از پپتیدهای درون زا به سرعت توسط پروتئازها تجزیه می شوند و به دلیل اندازه مولکولی کوچک آنها نیز تحت کلیرانس کلیوی قرار می گیرند. افزایش قرار گرفتن در معرض پپتید اغلب مستلزم تغییر مشخصات کلی است، نه تنها افزایش مقاومت در برابر تخریب آنزیمی.

سماگلوتاید یک مثال مفید است. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت سیستمیک آن با اصلاح ساختاری مرتبط است که اتصال آلبومین را تقویت می کند، که حذف کلیوی را کاهش می دهد و زمان گردش خون را افزایش می دهد.

درس گسترده تر این است که پپتید DMPK باید چندین ویژگی مرتبط را در نظر بگیرد: پایداری پروتئولیتیک، اتصال پروتئین، کلیرانس کلیوی، توزیع بافت و درگیری گیرنده. پپتیدی که در سنجش پروتئاز ایزوله بسیار پایدار است، در صورتی که مکانیسم پاکسازی غالب آن در جای دیگری باشد، همچنان می‌تواند نمایه نامطلوبی در داخل بدن داشته باشد.

RNA مداخله گر کوچک (siRNA) و الیگونوکلئوتیدهای آنتی سنس (ASOs) واضح ترین محدودیت تفسیر مرسوم PK پلاسما را نشان می دهند.

برای بسیاری از مولکول‌های کوچک سنتی، غلظت پلاسما به طور منطقی با قرار گرفتن در معرض در محل دارویی مرتبط است. برای درمان های اسید نوکلئیک، این ارتباط می تواند بسیار ضعیف تر باشد.

پس از تجویز، یک الیگونوکلئوتید ممکن است در بافت ها توزیع شود، تحت جذب سلولی و قاچاق درون سلولی قرار گیرد و در بخش های مربوط به فارماکولوژیک تجمع یابد. قرار گرفتن در معرض بیولوژیکی معنی دار می تواند پس از کاهش غلظت پلاسما ادامه یابد.

Inclisiran این را نشان می دهد. به عنوان یک siRNA کونژوگه GalNAc، فعالیت آن به تحویل به سلول‌های کبدی، درگیر شدن دستگاه تداخل RNA داخل سلولی و سرکوب پایدار بیان PCSK9 بستگی دارد. مدت زمان فعالیت فارماکودینامیک را نمی توان از نمایه زمانی غلظت پلاسمایی آن خواند.

همین اصل برای ASOهای هدایت‌شده از CNS مانند nusinersen که در آن قرار گرفتن در معرض مایع مغزی نخاعی و بافت عصبی بیشتر از غلظت پلاسما برای فعالیت دارویی اهمیت دارد، واضح‌تر است.

برای درمان های اسید نوکلئیک، زنجیره مربوطه عبارت است از:

دوز → توزیع بافتی → جذب سلولی → تداوم درون سلولی → مدولاسیون RNA هدف → مدت زمان PD

این اساساً با ارزیابی یک مولکول کوچک معمولی عمدتاً از طریق PK پلاسما متفاوت است.

تفاوت‌های میان روش‌ها را می‌توان با پرسیدن اینکه مرتبط‌ترین مواجهه دارویی در واقع چیست، خلاصه کرد.

جدول نکته گسترده تری را بیان می کند: نقاط پایانی DMPK باید بر اساس بیولوژی روش درمانی انتخاب شوند، نه اینکه به طور یکسان در بین طبقات دارویی اعمال شوند.

هنگام بررسی یک بسته DMPK، تیم ها اغلب ابتدا روی AUC، Cmax، ترخیص کالا از گمرک و نیمه عمر تمرکز می کنند. این پارامترها مهم هستند، اما آنها به خودی خود توضیح نمی دهند که آیا دارو موثر است یا خیر.

ارزیابی مفیدتر با چهار سوال شروع می شود.

دارو کجا باید عمل کند؟ بخش مربوطه ممکن است پلاسما، بافت تومور، کبد، CNS یا یک محفظه داخل سلولی باشد.

کدام گونه مولکولی از نظر دارویی فعال است؟ برای ADC، ممکن است محموله دست نخورده مزدوج یا آزاد شده باشد. برای درمان اسید نوکلئیک، غلظت کل ممکن است نشان دهنده قرار گرفتن در معرض مولد درون سلولی نباشد.

آیا PK می تواند PD را توضیح دهد؟ اگر قرار گرفتن در معرض سیستمیک بدون پاسخ فارماکودینامیک متناظر افزایش یابد، مشکل ممکن است در توزیع بافت، درگیری هدف، تحویل داخل سلولی، یا زیست شناسی پایین دست باشد، نه در خود مواجهه سیستمیک.

آیا مدل حیوانی منتخب مکانیسم مربوطه را بازتولید می کند؟ تفاوت گونه ها در آنزیم ها، ناقل ها، بیان هدف، زیست شناسی FcRn، توزیع بافت و وضعیت بیماری همگی می توانند بر تفسیر ترجمه تاثیر بگذارند.

این سوالات DMPK را از مجموعه ای از پارامترهای عددی به سمت درک مکانیکی رفتار دارو تغییر می دهد.

هدف در DMPK به حداکثر رساندن یک پارامتر واحد نیست. ایجاد یک رابطه منسجم بین دوز، قرار گرفتن در معرض، توزیع، تعامل هدف، فارماکودینامیک، و در نهایت اثربخشی و ایمنی است.

این امر با گسترش فراتر از مولکول های کوچک معمولی به سمت آنتی بادی ها، ADC ها، پپتیدها، الیگونوکلئوتیدها، درمان های سلولی و ژنی و سایر روش های پیچیده اهمیت بیشتری پیدا می کند.

برای برخی از برنامه ها، پلاسما PK نقطه پایان ترجمه غالب باقی می ماند. برای دیگران، قرار گرفتن در معرض بافت، پوشش هدف، غلظت دست نخورده دارو، ماندگاری درون سلولی، یا توزیع مبتنی بر تصویربرداری شواهد آموزنده تری ارائه می دهد.تصویربرداری غیر بالینیمی تواند PK معمولی را با دادن اطلاعات طولی در مورد توزیع زیستی، تعامل هدف و تغییرات فارماکودینامیک در افراد زنده تکمیل کند.

در مطالعات غیر{0}}پریمات انسانی، ادغام PK/PD با اندازه‌گیری‌های سطح بافت، نشانگرهای زیستی، تصویربرداری و نقاط پایانی دارویی به تعیین اینکه آیا نامزد مطابق مکانیسم مورد نظر خود رفتار می‌کند یا خیر، کمک می‌کند. پلت فرم تحقیقات ترجمه ای Prisys ترکیب می شودفارماکولوژی NHPبا PK/PD، تجزیه و تحلیل نشانگرهای زیستی، آسیب شناسی، و تصویربرداری معادل بالینی{0}درصورتی که از نظر علمی مناسب باشد، که از تفسیر یکپارچه تر از وضعیت دارو و فارماکولوژی پشتیبانی می کند.

درس ساده است: داده های آزمایشگاهی خوب لازم است، اما آنها تضمین کننده فارماکولوژی in vivo خوب نیستند. آموزنده ترین استراتژی DMPK دارو را از طراحی مولکولی تا محل عمل واقعی آن دنبال می کند:

ویژگی‌های مولکولی ← وضعیت درون تنی ← قرار گرفتن در معرض بافت مرتبط ← درگیری با هدف ← PD ← کارایی و ایمنی

هنگامی که این زنجیره درک شود، نتایج غیرمنتظره in vivo دیگر «شکست در پیش‌بینی» نیستند و به شواهد مکانیکی تبدیل می‌شوند که می‌تواند بهینه‌سازی، طراحی مطالعه و تصمیم‌گیری ترجمه را هدایت کند.

با Prisys Biotech تماس بگیرید