Zakaj lahko dobri in vitro podatki ne uspejo in vivo: ponoven razmislek o DMPK v različnih oblikah zdravil

"Podatki in vitro so videti odlični."

Ta izjava se pogosto pojavlja pri odkrivanju zdravil. Kandidat kaže močno biokemično moč, ugodno celično aktivnost, dobro selektivnost, visoko presnovno stabilnost in omejeno inhibicijo CYP. Na papirju je videti, da je molekula pripravljena za napredovanje v farmakološke in farmakokinetične študije na živalih.

Zakaj potem lahko kandidat z močnimi in vitro podatki še vedno slabo deluje in vivo?

Majhna molekula lahko kaže odlično mikrosomsko stabilnost, vendar nepričakovano visok očistek pri živalih. Protitelo lahko kaže močno tarčno vezavo in celično moč, vendar ne vzdržuje zadostne tarčne pokritosti in vivo. ADC lahko ohrani ugodno izpostavljenost protitelesom, medtem ko prezgodaj sprosti svoj tovor. Peptid je lahko videti stabilen in vitro, a se hitro izloči in vivo. Pri terapevtikih z nukleinsko kislino lahko koncentracije v plazmi hitro upadejo, čeprav farmakološka aktivnost traja več tednov ali mesecev.

Ti rezultati niso protislovja. Odražajo osnovno načelo DMPK: testi in vitro izolirajo posamezne mehanizme, medtem ko farmakokinetika in vivo odraža obnašanje celotnega biološkega sistema. Relevantno vprašanje ni, ali je zdravilo "stabilno" ali ima "dolgo-razpolovno dobo," ampak ali njegovo odstranjevanje povzroči zadostno izpostavljenost na mestu in v molekularni obliki, ki je potrebna za farmakološko delovanje.

Po dajanju gre zdravilo skozi zaporedje povezanih procesov: absorpcijo, porazdelitev, metabolizem, izločanje, prodiranje v tkivo, tarčno interakcijo in farmakologijo na koncu.

Test in vitro preiskuje samo eno komponento tega sistema. Mikrosomska stabilnost, na primer, opisuje intrinzični presnovni promet pod definiranimi eksperimentalnimi pogoji. Sam po sebi ne določa ledvičnega očistka, izločanja, ki ga-posreduje prenašalec, porazdelitve v tkivih, vezave na beljakovine v plazmi ali prispevka ekstrahepatičnega metabolizma.

Enako velja za bolj zapletene načine. Pri protitelesih sistemska izpostavljenost ni odvisna samo od recikliranja, ki ga posreduje FcRn-, ampak tudi od izražanja tarče in razporeditve, ki jo posreduje-tarča. Pri ADC celotna izpostavljenost protitelesom ne pomeni nujno izpostavljenosti nedotaknjenemu, farmakološko kompetentnemu ADC. Za peptide in nukleinske kisline sta porazdelitev v tkivu in znotrajcelična obstojnost lahko pomembnejša od stabilnosti plazme.

Interpretacija DMPK se mora zato premakniti od izoliranih parametrov k okvirju izpostavljenosti,-ki temelji na mehanizmu:

Molekularne lastnosti → absorpcija in dispozicija → izpostavljenost tkivu → ciljna aktivnost → farmakodinamični odziv

Neuspeh na kateri koli stopnji prekine razmerje med močjo in vitro in učinkovitostjo in vivo.

Za običajne majhne molekule,zgodnji programi DMPKobičajno vključujejo mikrosomsko stabilnost jeter, stabilnost hepatocitov, inhibicijo ali indukcijo CYP, stabilnost plazme in ocene permeabilnosti.

Mikrosomska stabilnost je uporabna, ker označuje dovzetnost spojine za jetrno oksidativno presnovo. Visoke mikrosomske stabilnosti pa ne smemo brati kot nizek sistemski očistek.

Očistek in vivo lahko vključuje tudi ledvično filtracijo in sekrecijo, izločanje žolča, aktivnost prenašalca, ekstrahepatično presnovo in druge mehanizme izločanja. Porazdelitev lahko še dodatno spremeni opazovani{1}}časovni profil koncentracije v plazmi.

Prav tako je treba pozorno prebrati-life. ker:

t₁/₂=0.693 × Vd / CL

dolga končna-razpolovna doba je lahko posledica majhnega očistka, velikega navideznega volumna porazdelitve ali obojega. Kratka razpolovna-doba pa ne pomeni samo hitre presnovne razgradnje.

Razlikovanje je pomembno pri ekstrapolaciji med vrstami. Encimi-za presnovo zdravil in prenašalci se razlikujejo med glodalci, psi, primati razen-človeka in ljudmi. Farmakokinetike živali ni mogoče vedno napovedati iz enega samega presnovnega testa in vitro ali druge vrste, ne da bi združili več vrst dokazov.

Majhna{0}}molekula DMPK bi torej morala odgovoriti na dve ločeni vprašanji:

Kako stabilna je spojina?

In kateri mehanizmi prevladujejo pri očistku in izpostavljenosti in vivo?

Vprašanji sta povezani, vendar nista zamenljivi.

Terapevti-z velikimi molekulami delujejo v drugačnem okviru DMPK.

Pri običajnih protitelesih IgG recikliranje, posredovano s FcRn-, znatno prispeva k podaljšani sistemski obstojnosti. Vendar samo sistemski razpolovni-čas ne določa, ali protitelo proizvaja ustrezno farmakološko aktivnost.

Ciljna ekspresija, porazdelitev v tkivih, receptorsko-posredovana internalizacija in tarčno-posredovana dispozicija zdravila (TMDD) lahko vplivajo na izpostavljenost protitelesom. To je najbolj pomembno za protitelesa, usmerjena proti močno izraženim ali hitro internalizirajočim se tarčam, kjer postane tarčna vezava del poti izločanja in povzroči nelinearno ali od odmerka-odvisno farmakokinetiko.

Razvoj protiteles bi se zato moral premakniti mimo vprašanja, kako dolgo protitelo ostane v plazmi, in se vprašati, ali izpostavljenost ohranja zadostno ciljno pokritost za zahtevano trajanje. Razlika je osrednjega pomena za razlago farmakokinetike/farmakodinamike: protitelo ima lahko ugodno sistemsko razpolovno-dobo, vendar farmakološko še vedno ni dovolj, če prodiranje v tkivo ali ciljna aktivnost nista zadostna.

Konjugati protiteles-zdravil dodajo še eno plast kompleksnosti, ker terapevtska entiteta ni samo protitelo.

ADC vsebuje vsaj tri funkcionalno pomembne komponente: protitelo, povezovalec in obremenitev. Po uporabi se lahko njihovo vedenje razlikuje.

Vrste v obtoku lahko vključujejo nedotaknjen ADC, delno dekonjugirano protitelo, prosti tovor in aktivne ali neaktivne katabolite. Skupna koncentracija protiteles lahko ostane razmeroma visoka, tudi če koncentracija farmakološko kompetentnega ADC upada.

To ustvarja pomembno analitično razlikovanje:

Celotna izpostavljenost protitelesom ≠ nepoškodovana izpostavljenost ADC ≠ izpostavljenost aktivnemu tovoru

Študije ADCzato je treba izmeriti parametre, kot so nedotaknjena ali konjugirana protitelesa, razmerje med -zdravilom in-protitelesom (DAR), prosti tovor, metaboliti,-povezani s tovorom, in, kjer je ustrezno, izpostavljenost tkiva.

DAR tudi pokaže, zakaj lahko optimizacija enega parametra zavede. Povečanje obremenitve s koristno obremenitvijo poveča vsebnost zdravila na protitelo, vendar čezmerni DAR spremeni fizikalno-kemijske lastnosti, vključno s hidrofobnostjo, nagnjenostjo k agregaciji, porazdelitvijo v tkivih in očistkom.

Osrednje vprašanje DMPK za ADC je, ali lahko nepoškodovani ADC doseže ustrezno tkivo, ostane dovolj stabilen v obtoku in sprosti aktivno koristno obremenitev na pravem mestu in ob pravem času.

Peptidna terapija predstavlja še en poseben izziv DMPK.

Številne endogene peptide proteaze hitro razgradijo, zaradi svoje majhne molekulske velikosti pa so tudi podvrženi znatnemu ledvičnemu očistku. Podaljšanje izpostavljenosti peptidom pogosto zahteva spremembo celotnega profila dispozicije, namesto samo povečanja odpornosti proti encimski razgradnji.

Semaglutid je uporaben primer. Njegova dolgotrajna sistemska izpostavljenost je povezana s strukturno spremembo, ki spodbuja vezavo albumina, kar zmanjša izločanje skozi ledvice in podaljša čas obtoka.

Širša lekcija je, da bi moral peptid DMPK upoštevati več povezanih lastnosti: proteolitično stabilnost, vezavo na beljakovine, ledvični očistek, porazdelitev v tkivih in vključevanje receptorjev. Peptid, ki je zelo stabilen v testu izolirane proteaze, ima lahko še vedno neugoden profil in vivo, če je njegov dominantni mehanizem očistka drugje.

Majhna interferenčna RNA (siRNA) in protismiselni oligonukleotidi (ASO) kažejo najbolj jasno omejitev običajne razlage farmakokinetike v plazmi.

Pri mnogih tradicionalnih majhnih molekulah je koncentracija v plazmi razumno povezana z izpostavljenostjo na farmakološkem mestu. Pri terapevtikih z nukleinsko kislino je ta povezava lahko veliko šibkejša.

Po dajanju se oligonukleotid lahko porazdeli v tkiva, podvrže celičnemu privzemu in znotrajcelični trgovini ter se kopiči v farmakološko pomembnih predelih. Biološko pomembna izpostavljenost lahko traja tudi potem, ko se koncentracije v plazmi zmanjšajo.

Inclisiran to ponazarja. Ker je GalNAc-konjugirana siRNA, je njena aktivnost odvisna od dostave v hepatocite, vključevanja znotrajceličnega interferenčnega mehanizma RNA in trajnega zatiranja izražanja PCSK9. Trajanja farmakodinamične aktivnosti ni mogoče razbrati iz njegove koncentracije v plazmi-časovnega profila.

Enako načelo je še bolj jasno za ASO,-usmerjene v CNS, kot je nusinersen, kjer je izpostavljenost cerebrospinalni tekočini in živčnemu tkivu bolj pomembna za farmakološko aktivnost kot koncentracija v plazmi.

Za terapevtike z nukleinsko kislino je ustrezna veriga:

Odmerek → porazdelitev v tkivu → celični privzem → znotrajcelična obstojnost → modulacija ciljne RNA → trajanje PD

To se bistveno razlikuje od ocenjevanja konvencionalne majhne molekule predvsem s pomočjo plazemske PK.

Razlike med modalitetami je mogoče povzeti tako, da se vprašamo, katera je dejansko najpomembnejša farmakološka izpostavljenost.

Tabela predstavlja širšo točko: končne točke DMPK je treba izbrati glede na biologijo terapevtske modalitete, namesto da bi jih enotno uporabljali v razredih zdravil.

Pri pregledu paketa DMPK se skupine pogosto najprej osredotočijo na AUC, Cmax, očistek in-razpolovno dobo. Ti parametri so pomembni, vendar sami po sebi ne pojasnjujejo, ali bo zdravilo delovalo.

Bolj uporabna ocena se začne s štirimi vprašanji.

Kje mora zdravilo delovati? Ustrezni predel je lahko plazma, tumorsko tkivo, jetra, centralni živčni sistem ali znotrajcelični del.

Katera molekularna vrsta je farmakološko aktivna? Za ADC je lahko nepoškodovan konjugiran ali sproščen tovor. Za terapevtik z nukleinsko kislino skupna koncentracija morda ne predstavlja produktivne znotrajcelične izpostavljenosti.

Ali lahko PK razloži PD? Če sistemska izpostavljenost naraste brez ustreznega farmakodinamičnega odziva, je težava morda v porazdelitvi tkiva, vključevanju tarče, znotrajcelični dostavi ali nadaljnji biologiji, ne pa v sami sistemski izpostavljenosti.

Ali izbrani živalski model reproducira ustrezni dispozicijski mehanizem? Vrstne razlike v encimih, prenašalcih, tarčni ekspresiji, biologiji FcRn, porazdelitvi tkiv in stanju bolezni lahko vplivajo na prevodno interpretacijo.

Ta vprašanja premaknejo DMPK iz zbirke numeričnih parametrov k mehaničnemu razumevanju obnašanja drog.

Cilj DMPK ni maksimizirati en sam parameter. Vzpostaviti je skladno razmerje med odmerkom, izpostavljenostjo, distribucijo, ciljnim udejstvovanjem, farmakodinamiko ter na koncu učinkovitostjo in varnostjo.

To je pomembnejše, ko se razvoj širi onkraj običajnih majhnih molekul proti protitelesom, ADC, peptidom, oligonukleotidom, celičnim in genskim terapijam ter drugim kompleksnim modalitetam.

Za nekatere programe plazemska farmakokinetika ostaja prevladujoča končna točka prevajanja. Za druge pa izpostavljenost tkiva, ciljna pokritost, nedotaknjena koncentracija zdravila, intracelularna obstojnost ali-na slikanju temelječa porazdelitev zagotavljajo bolj informativne dokaze.Neklinično slikanjelahko dopolnjuje konvencionalno farmakokinetiko z zagotavljanjem longitudinalnih informacij o biološki porazdelitvi, ciljnem delovanju in farmakodinamičnih spremembah pri živih osebah.

V -študijah na primatih razen človeka integracija farmakokinetike/farmakodinamike z meritvami -tkivne ravni, biomarkerji, slikanjem in farmakološkimi končnimi točkami pomaga ugotoviti, ali se kandidat obnaša v skladu s predvidenim mehanizmom. Prevajalska raziskovalna platforma Prisys združujeFarmakologija NHPs farmakokinetiko/farmakodinamiko, analizo biomarkerjev, patologijo in klinično-enakovrednim slikanjem, kjer je znanstveno ustrezno, kar podpira bolj integrirano razlago razporeditve zdravil in farmakologije.

Nauk je preprost: potrebni so dobri podatki in vitro, vendar ne zagotavljajo dobre farmakologije in vivo. Najbolj informativna strategija DMPK sledi zdravilu od molekularne zasnove do dejanskega mesta delovanja:

Molekularne lastnosti → Dispozicija in vivo → Pomembna izpostavljenost tkiva → Udeležba na tarči → PD → Učinkovitost in varnost

Ko razumemo to verigo, nepričakovani rezultati in vivo prenehajo biti "napake napovedi" in postanejo mehanični dokazi, ki lahko usmerjajo optimizacijo kandidata, zasnovo študije in-odločanje o prevodu.

Kontaktirajte Prisys Biotech