Kāpēc labi in vitro dati var neizdoties in vivo: DMPK pārdomāšana visās narkotiku lietošanas metodēs

"In vitro dati izskatās lieliski."

Šis apgalvojums bieži parādās zāļu atklāšanā. Kandidātam ir spēcīga bioķīmiskā iedarbība, labvēlīga šūnu aktivitāte, laba selektivitāte, augsta metabolisma stabilitāte un ierobežota CYP inhibīcija. Uz papīra molekula izskatās gatava progresam dzīvnieku farmakoloģijas un farmakokinētikas pētījumos.

Kāpēc tad kandidāts ar spēcīgiem in vitro datiem joprojām var slikti darboties in vivo?

Mazai molekulai var būt lieliska mikrosomu stabilitāte, bet negaidīti augsts klīrenss dzīvniekiem. Antiviela var uzrādīt spēcīgu mērķa saistīšanu un šūnu potenciālu, bet nespēj uzturēt pietiekamu mērķa pārklājumu in vivo. ADC var saglabāt labvēlīgu antivielu iedarbību, vienlaikus atbrīvojot savu kravnesību priekšlaicīgi. Peptīds var izskatīties stabils in vitro, taču tas ātri tiek izvadīts in vivo. Nukleīnskābju terapijas gadījumā koncentrācija plazmā var ātri samazināties, pat ja farmakoloģiskā aktivitāte saglabājas nedēļas vai mēnešus.

Šie rezultāti nav pretrunas. Tie atspoguļo DMPK pamatprincipu: in vitro testi izolē atsevišķus mehānismus, savukārt in vivo farmakokinētika atspoguļo visas bioloģiskās sistēmas uzvedību. Attiecīgais jautājums ir nevis par to, vai zāles ir “stabilas” vai “ilgs pussabrukšanas periods”, bet gan par to, vai to izvietojums nodrošina pietiekamu iedarbību uz vietas un molekulārā formā, kas nepieciešama farmakoloģiskai darbībai.

Pēc ievadīšanas zāles iziet cauri saistītu procesu secībai: absorbcija, izplatīšanās, metabolisms, eliminācija, iekļūšana audos, mērķa mijiedarbība un pakārtota farmakoloģija.

In vitro testā tiek pārbaudīta tikai viena šīs sistēmas sastāvdaļa. Piemēram, mikrosomu stabilitāte apraksta iekšējo vielmaiņas apgrozījumu noteiktos eksperimentālos apstākļos. Pati par sevi tas nenosaka nieru klīrensu, transportētāju-mediētu elimināciju, sadalījumu audos, saistīšanos ar plazmas olbaltumvielām vai ekstrahepatiskā metabolisma ietekmi.

Tas pats attiecas uz sarežģītākām metodēm. Antivielu gadījumā sistēmiskā iedarbība ir atkarīga ne tikai no FcRn-mediētas otrreizējās pārstrādes, bet arī no mērķa ekspresijas un mērķa{2}}starpniecības. ADC kopējā antivielu iedarbība ne vienmēr atspoguļo iedarbību uz neskartu, farmakoloģiski kompetentu ADC. Peptīdiem un nukleīnskābēm audu sadalījums un intracelulārā noturība var būt svarīgāka par plazmas stabilitāti.

Tāpēc DMPK interpretācijai ir jāpāriet no izolētiem parametriem uz mehānismiem{0}}balstītu ekspozīcijas sistēmu:

Molekulārās īpašības → uzsūkšanās un izvietojums → iedarbība uz audiem → mērķa iesaistīšanās → farmakodinamiskā reakcija

Neveiksme jebkurā posmā izjauc attiecības starp in vitro potenciālu un in vivo efektivitāti.

Parastām mazām molekulām,agrīnās DMPK programmasparasti ietver aknu mikrosomu stabilitāti, hepatocītu stabilitāti, CYP inhibīciju vai indukciju, plazmas stabilitāti un caurlaidības novērtējumus.

Mikrosomu stabilitāte ir noderīga, jo tā raksturo savienojuma jutību pret aknu oksidatīvo metabolismu. Tomēr augstu mikrosomālo stabilitāti nevajadzētu uzskatīt par zemu sistēmisko klīrensu.

In vivo klīrenss var ietvert arī nieru filtrāciju un sekrēciju, žults ekskrēciju, transportiera aktivitāti, ekstrahepatisko metabolismu un citus eliminācijas mehānismus. Izkliede var vēl vairāk mainīt novērotās koncentrācijas plazmā{1}}laika profilu.

Arī pus{0}}dzīve ir rūpīgi jāizlasa. Jo:

t₁/₂=0.693 × Vd/CL

ilgu terminālo pusperiodu{0}}var izraisīt zems klīrenss, liels šķietamais izkliedes tilpums vai abi. Savukārt īss pussabrukšanas{2}}periods nenozīmē tikai ātru vielmaiņas noārdīšanos.

Atšķirībai ir nozīme, ekstrapolējot starp sugām. Narkotiku-metabolizējošie enzīmi un transportētāji atšķiras grauzējiem, suņiem, primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti, un cilvēkiem. Dzīvnieku PK ne vienmēr var paredzēt no viena in vitro metabolisma testa vai citas sugas, neintegrējot vairākas pierādījumu līnijas.

Tāpēc mazas{0}}molekulas DMPK ir jāatbild uz diviem atsevišķiem jautājumiem:

Cik stabils ir savienojums?

Un kādi mehānismi dominē tā in vivo klīrensā un ekspozīcijā?

Jautājumi ir saistīti, bet nav savstarpēji aizvietojami.

Lielu{0}}molekulu terapija darbojas saskaņā ar citu DMPK sistēmu.

Parastajām IgG antivielām FcRn{0}}mediētā pārstrāde būtiski veicina ilgstošu sistēmisku noturību. Tomēr sistēmiskais pusperiods vien nenosaka, vai antiviela rada atbilstošu farmakoloģisko aktivitāti.

Mērķa ekspresija, sadalījums audos, receptoru-starpniecība un mērķa-mediēta zāļu dispozīcija (TMDD) var ietekmēt antivielu iedarbību. Tas visvairāk attiecas uz antivielām, kas vērstas pret ļoti izteiktiem vai ātri internalizējošiem mērķiem, kur mērķa saistīšanās kļūst par daļu no eliminācijas ceļa un rada nelineāru vai no devas atkarīgu farmakokinētiku.

Tāpēc antivielu izstrādei ir jāpārtrauc jautājums par to, cik ilgi antiviela paliek plazmā, un jājautā, vai iedarbība nodrošina pietiekamu mērķa pārklājumu vajadzīgajā ilgumā. Atšķirība ir galvenā FK/FD interpretācijā: antivielai var būt labvēlīgs sistēmiskais pussabrukšanas periods, tomēr farmakoloģiski tā var būt mazāka, ja audu iekļūšana vai mērķa iesaistīšanās ir nepietiekama.

Antivielu{0}}konjugāti papildina vēl vienu sarežģītības pakāpi, jo terapeitiskā vienība nav tikai antiviela.

ADC satur vismaz trīs funkcionāli svarīgas sastāvdaļas: antivielu, saiti un lietderīgo slodzi. Pēc ievadīšanas viņu uzvedība var atšķirties.

Cirkulējošās sugas var ietvert neskartu ADC, daļēji dekonjugētu antivielu, brīvu kravnesību un aktīvus vai neaktīvus katabolītus. Kopējā antivielu koncentrācija var saglabāties salīdzinoši augsta pat tad, ja farmakoloģiski kompetento ADC koncentrācija samazinās.

Tas rada svarīgu analītisku atšķirību:

Kopējā antivielu iedarbība ≠ neskarta ADC iedarbība ≠ aktīvās kravas iedarbība

ADC pētījumitādēļ ir jāmēra tādi parametri kā neskartas vai konjugētas antivielas, zāļu -pret-antivielu attiecība (DAR), brīvā slodze, lietderīgās slodzes{2}}saistītie metabolīti un, ja nepieciešams, audu iedarbība.

DAR arī parāda, kāpēc viena parametra optimizēšana var maldināt. Palielinot kravas slodzi, palielinās zāļu saturs uz vienu antivielu, bet pārmērīgs DAR maina fizikāli ķīmiskās īpašības, tostarp hidrofobitāti, agregācijas tieksmi, audu sadalījumu un klīrensu.

Galvenais DMPK jautājums ADC ir tas, vai neskarts ADC var sasniegt attiecīgos audus, palikt pietiekami stabils apritē un atbrīvot aktīvo slodzi pareizajā vietā un laikā.

Peptīdu terapija rada vēl vienu atšķirīgu DMPK izaicinājumu.

Daudzus endogēnos peptīdus ātri noārda proteāzes, un to mazā molekulārā izmēra dēļ tie arī iziet ievērojamu nieru klīrensu. Lai paplašinātu peptīdu iedarbību, bieži vien ir jāmaina kopējais izvietojuma profils, nevis tikai jāpalielina izturība pret fermentatīvo degradāciju.

Semaglutīds ir noderīgs piemērs. Tā ilgstoša sistēmiskā iedarbība ir saistīta ar strukturālām izmaiņām, kas veicina albumīna saistīšanos, kas samazina elimināciju caur nierēm un pagarina cirkulācijas laiku.

Plašāka mācība ir tāda, ka peptīdam DMPK jāņem vērā vairākas saistītas īpašības: proteolītiskā stabilitāte, saistīšanās ar olbaltumvielām, nieru klīrenss, audu sadalījums un receptoru iesaistīšanās. Peptīdam, kas ir ļoti stabils izolētā proteāzes testā, joprojām var būt nelabvēlīgs in vivo profils, ja tā dominējošais klīrensa mehānisms atrodas citur.

Mazie traucējošie RNS (siRNS) un antisense oligonukleotīdi (ASO) parāda visskaidrākos parastās plazmas PK interpretācijas ierobežojumus.

Daudzām tradicionālajām mazajām molekulām koncentrācija plazmā ir pamatoti saistīta ar iedarbību farmakoloģiskajā vietā. Nukleīnskābju terapijai šis savienojums var būt daudz vājāks.

Pēc ievadīšanas oligonukleotīds var izplatīties audos, tikt pakļauts šūnu uzņemšanai un intracelulārai tirdzniecībai un uzkrāties farmakoloģiski nozīmīgos nodalījumos. Bioloģiski nozīmīga iedarbība var saglabāties arī pēc koncentrācijas samazināšanās plazmā.

Inclisiran to ilustrē. Tā kā GalNAc-konjugēta siRNS, tā aktivitāte ir atkarīga no piegādes hepatocītiem, intracelulāro RNS traucējumu mehānismu iesaistīšanās un ilgstošas ​​PCSK9 ekspresijas nomākšanas. Farmakodinamiskās aktivitātes ilgumu nevar nolasīt no tā koncentrācijas plazmā{4}}laika profila.

Tas pats princips ir vēl skaidrāks attiecībā uz CNS{0}}mērķtiecīgiem ASO, piemēram, nusinersenu, kur cerebrospinālā šķidruma un nervu audu iedarbība ir svarīgāka farmakoloģiskajai aktivitātei nekā koncentrācijai plazmā.

Nukleīnskābju terapijai attiecīgā ķēde ir:

Deva → sadalījums audos → šūnu uzņemšana → intracelulāra noturība → mērķa RNS modulācija → PD ilgums

Tas būtiski atšķiras no parastās mazās molekulas novērtēšanas, galvenokārt izmantojot plazmas PK.

Atšķirības starp modalitātēm var apkopot, jautājot, kāda patiesībā ir visatbilstošākā farmakoloģiskā iedarbība.

Tabulā ir sniegts plašāks punkts: DMPK galapunkti ir jāizvēlas atbilstoši terapeitiskās modalitātes bioloģijai, nevis jāpiemēro vienādi visās zāļu klasēs.

Pārskatot DMPK pakotni, komandas bieži vispirms koncentrējas uz AUC, Cmax, klīrensu un pus{0}}periodu. Šiem parametriem ir nozīme, taču tie paši par sevi neizskaidro, vai zāles iedarbosies.

Noderīgāks novērtējums sākas ar četriem jautājumiem.

Kur narkotikai jādarbojas? Attiecīgais nodalījums var būt plazma, audzēja audi, aknas, CNS vai intracelulārs nodalījums.

Kādas molekulārās sugas ir farmakoloģiski aktīvas? ADC gadījumā tas var būt neskarts konjugāts vai atbrīvota krava. Nukleīnskābju terapijai kopējā koncentrācija var neatspoguļot produktīvu intracelulāro iedarbību.

Vai PK var izskaidrot PD? Ja sistēmiskā iedarbība palielinās bez atbilstošas ​​farmakodinamiskas reakcijas, problēma var būt saistīta ar audu sadalījumu, mērķa iesaistīšanos, intracelulāro piegādi vai pakārtoto bioloģiju, nevis pašā sistēmiskā ekspozīcijā.

Vai izvēlētais dzīvnieku modelis atveido attiecīgo izvietojuma mehānismu? Sugu atšķirības fermentos, transportieros, mērķa ekspresijā, FcRn bioloģijā, audu izplatībā un slimības stāvoklī var ietekmēt translācijas interpretāciju.

Šie jautājumi novirza DMPK no skaitlisko parametru kolekcijas uz mehānisku izpratni par narkotiku uzvedību.

DMPK mērķis nav maksimāli palielināt vienu parametru. Tā mērķis ir izveidot saskaņotu saikni starp devu, iedarbību, sadalījumu, mērķa iesaistīšanos, farmakodinamiku un galu galā efektivitāti un drošību.

Tam ir lielāka nozīme, jo attīstība pārsniedz parastās mazās molekulas pret antivielām, ADC, peptīdiem, oligonukleotīdiem, šūnu un gēnu terapiju un citām sarežģītām metodēm.

Dažām programmām plazmas PK joprojām ir dominējošais translācijas galapunkts. Citām personām vairāk informācijas sniedz iedarbība uz audiem, mērķa pārklājums, neskarta zāļu koncentrācija, intracelulāra noturība vai uz attēlveidošanu balstīta izplatīšana{1}}.Neklīniskā attēlveidošanavar papildināt parasto PK, sniedzot garengriezuma informāciju par bioloģisko sadalījumu, mērķa iesaistīšanos un farmakodinamiskām izmaiņām dzīviem subjektiem.

Pētījumos ar primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti, FK/PD integrēšana ar audu-līmeņa mērījumiem, biomarķieriem, attēlveidošanu un farmakoloģiskiem galapunktiem palīdz noteikt, vai kandidāts uzvedas atbilstoši tam paredzētajam mehānismam. Prisys tulkošanas pētījumu platforma apvienoNHP farmakoloģijaar FK/FD, biomarķieru analīzi, patoloģiju un klīnisku -ekvivalentu attēlveidošanu, ja tas ir zinātniski lietderīgi, kas atbalsta integrētāku zāļu izvietojuma un farmakoloģijas interpretāciju.

Mācība ir vienkārša: ir nepieciešami labi in vitro dati, taču tie negarantē labu in vivo farmakoloģiju. Visinformatīvākā DMPK stratēģija seko narkotikai no molekulārā dizaina līdz tās faktiskajai darbības vietai:

Molekulārās īpašības → In vivo izvietojums → Atbilstoša audu iedarbība → Mērķa iesaistīšanās → PD → Efektivitāte un drošība

Kad šī ķēde tiek saprasta, negaidīti in vivo rezultāti pārstāj būt par "prognozēšanas kļūmēm" un kļūst par mehāniskiem pierādījumiem, kas var vadīt kandidātu optimizāciju, pētījumu plānošanu un translācijas lēmumu pieņemšanu{0}}.

Sazinieties ar Prisys Biotech