Az elmúlt években az idegrendszeri betegségek, például az Alzheimer-kór, a depresszió, a skizofrénia ésParkinson-kór , aközponti idegrendszeri gyógyszerek fejlesztése jelentős figyelmet kapott. A tisztázatlan betegségmechanizmusok és olyan kihívások miatt azonban, mint a vér-agy gát (BBB), a központi idegrendszeri gyógyszerfejlesztés sikerességi rátája továbbra is alacsony. Ez a cikk áttekintést nyújt a központi idegrendszeri gyógyszerekre vonatkozó releváns elméleti ismeretekről és kutatási módszertanokról afarmakokinetikai (PK) perspektíva.
1. A központi idegrendszerbe való behatolás akadályai
Amint az alábbiakban látható, a BBB szorosan összetömörödött agyi kapilláris endothel sejtekből és neurogliasejtekből áll, amelyek szinte teljesen blokkolják a vegyületeket a paracelluláris útvonalakon vagy az endocitózison keresztül. A BBB olyan efflux transzportereket is expresszál, mint a P-glikoprotein (P-gp) és a mellrák rezisztencia fehérje (BCRP), amelyek a legtöbb szubsztrátot visszapumpálják a véráramba. Ezért a legtöbb kis molekula elsősorban a lipidmembránokon keresztüli passzív diffúzióval hatol be az agyba. Ezenkívül a vér-cerebrospinális folyadék gát (BCSFB) egy másik jelentős gát. A vérben lévő vegyületek közvetlenül átjuthatnak a BCSFB-n, vagy a BBB átjutása után diffundálhatnak vagy a cerebrospinális folyadékba (CSF) kerülhetnek. A BCSFB-n expresszált P-gp azonban visszapumpálhatja a vegyületeket a vérbe, korlátozva az agy expozícióját.
2. A központi idegrendszeri gyógyszerpenetráció kulcsparaméterei
Tekintettel a BBB-n való átlépés nehézségeire, a kedvező központi idegrendszeri penetrációval rendelkező vegyületek szűrése döntő fontosságúvá válik in vitro vagy állatkísérletekben. Kulcsfontosságú a megfelelő paraméterek kiválasztása, amelyek értékelési kritériumként szolgálnak. Az általánosan használt paraméterek közé tartozik a kötetlen gyógyszerkoncentráció az agyban (Cbu), az agy és a plazma közötti nem kötött hatóanyag arány (Kpuu vagy Cbu/Cpu), az agy és a plazma közötti teljes gyógyszerkoncentráció arány (B/P arány), a nem kötött gyógyszer frakció (fu), BBB permeabilitás (Papp) és kiáramlási arány (ER).
2.1 Kötetlen gyógyszerkoncentráció az agyban
A szabad gyógyszer hipotézis alapján az agyban lévő kötetlen gyógyszerkoncentráció tükrözi legjobban a hatékony gyógyszerkoncentrációt. Gyakorlati körülmények között azonban nehéz közvetlenül mérni a kötetlen gyógyszerkoncentrációt az agysejteken belül. Szignifikáns transzporter hatások hiányában a plazmában, a CSF-ben vagy az agyi intersticiális folyadékban lévő kötetlen gyógyszerkoncentrációkat gyakran használják helyettesítő paraméterekként.
2.2 Agy-plazma kötetlen gyógyszerarány (Kpuu)
A Kpuu kulcsfontosságú paraméter, amely tükrözi a vegyületek eloszlási egyensúlyát a vér és az agy között, integrálva a passzív diffúziót és a transzporter aktivitást. Amikor a Kpuu megközelíti az 1-et, az a kívánt vegyülettulajdonságokat jelzi, mint például a jó áteresztőképesség és a nem transzporter szubsztrátumok. Ebben az esetben a plazma kötetlen gyógyszerkoncentrációja helyettesítő indikátorként szolgálhat. Ha a Kpuu szignifikánsan kisebb, mint 1, a vegyület transzporter szubsztrát lehet, vagy gyenge permeabilitással rendelkezik, ami szerkezeti módosításokat tesz szükségessé. Az 1-nél nagyobb Kpuu az aktív transzporterek részvételét jelezheti a transzmembrán transzport folyamatban.
2.3 Az agy és a plazma közötti teljes gyógyszerkoncentráció aránya (B/P arány)
Bár könnyen beszerezhető, a B/P arány félrevezetheti a vegyület agyba való behatolásának megértését. A plazma és az agy közötti nem kötött frakciók különbségei miatt a magas B/P arány nem feltétlenül jelenti azt, hogy a nem kötött gyógyszer magas koncentrációja van az agyban, és fordítva. A B/P arány csak durva rétegzéshez használható, kiküszöbölve a rendkívül alacsony összagyi koncentrációjú vegyületeket, de nem a kiváló központi idegrendszeri vegyületek kiválasztására.
2.4 Kötetlen frakció (fu)
A plazmában és az agyszövetben lévő kötetlen frakciót a standard PK paraméterek kötetlen gyógyszerparaméterekké alakítására használják. Míg a magasabb nem kötött frakciók magasabb hatásos gyógyszerkoncentrációt jelezhetnek, a megnövekedett plazma kötetlen frakciók magasabb metabolizmushoz vagy eliminációs sebességhez is vezethetnek. Hasonlóképpen, az agyszövetben lévő magasabb kötetlen frakciók akadályozhatják a passzív diffúziót az agyba. Ezért a fu jellemzően nem szolgálhat elsődleges optimalizálási paraméterként, és értéke nem kapcsolódik közvetlenül a hatékonysághoz.
2,5 BBB áteresztőképesség (Papp)
Papp egy vegyület passzív diffúziójának sebességét jelenti a BBB-n keresztül. Ez a paraméter azonban önmagában nem döntő az agyi penetráció meghatározásában. Csupán azt a sebességet tükrözi, amellyel a plazma és az agy közötti egyensúly létrejön, de nem jelenti azt, hogy a nem kötött gyógyszer magas abszolút koncentrációja van az agyban. Ezért a Papp csak rendkívül rossz BBB permeabilitású vegyületek eltávolítására használható.
2.6 Kiáramlási arány (ER)
Az ER tükrözi az efflux transzporter aktivitás erősségét a BBB behatolása során. Bár nem jelzi közvetlenül a vegyület koncentrációját az agyszövetben, kizárási kritériumként szolgálhat. Ideális esetben a központi idegrendszeri gyógyszerek nem lehetnek az efflux transzporterek, például a P-gp vagy a BCRP szubsztrátjai, mivel gátolják a gyógyszer célhelyekre történő eljutását és növelik a klinikai PK variabilitást. Ez különösen problémás a szűk terápiás ablakokkal rendelkező vegyületek esetében, amelyek kockázatot jelentenek és bonyolítják a fejlődést.
3. Értékelési módszerek
3.1 Állattanulmányok
Az állatkísérletek a legközvetlenebb és leghatékonyabb módszer az agyszövetben, a cerebrospinalis folyadékban és a plazmában lévő in vivo koncentráció meghatározására. Általában a PK-szűréshez használt fajoknak meg kell egyeznie a hatékonysági és toxicitási vizsgálatokhoz használt fajokkal. Az adagolás módját a fejlesztési célok határozzák meg. Az eljárás hasonló a hagyományos PK vizsgálatokhoz, különös figyelmet fordítva az agyszövet vagy a CSF összegyűjtésére. Az eredményeket a plazmára és az agyszövetre in vitro meghatározott fu-értékekkel kell korrigálni, mivel a CSF alacsony fehérjetartalmú, és nem igényel korrekciót. Az AUCbu/AUCpu arány a Kpuu-t jelenti, amely értékeli a vegyület azon képességét, hogy átlépje a BBB-t. Az AUCcsf és az AUCpu összehasonlítása felméri a vegyület eloszlását a BCSFB-ben, míg az AUCbu/AUCcsf összehasonlítás azt jelzi, hogy a CSF szolgálhat-e az agyszövetben a kötetlen gyógyszerkoncentráció proxykénjeként, optimalizálva a kutatási folyamatot. Az agyi PK vizsgálatok hátránya a viszonylag magas állathasználat és az alacsony szűrési teljesítmény.
3.2 Transporter tanulmányok
Más gyógyszerekkel összehasonlítva a transzporter vizsgálatok jelentősebb szerepet játszanak a központi idegrendszeri gyógyszerkutatásban az efflux transzporterek, például a P-gp és a BCRP széles szubsztrátspecifitása miatt, amelyek jelentősen korlátozzák az agyi penetrációt. Az in vitro vizsgálatok gyakran használnak magas P-gp-t vagy BCRP-t expresszáló transzfektált sejtvonalakat (pl. MDCK-MDR1 vagy MDCK-BCRP) a nagy áteresztőképességű szűréshez, ésszerű határértékekkel a vegyületszám és a szűrési stratégia alapján. A transzporterek faji különbségei azonban eltérésekhez vezethetnek az in vitro humán transzporter adatok és az in vivo állatkísérletek között, ami esetenként knockout állatmodellek (pl. MDR1a/1b vagy BCRP KO egerek) alkalmazását teszi szükségessé, bár ez a megközelítés költséges és kevésbé előrejelző. emberszállító tevékenység.
3.3 BBB permeabilitási vizsgálatok
A BBB permeabilitás vizsgálatának arany standardja az in situ agyperfúzió, de a technikai követelmények és az alacsony szűrési teljesítmény miatt ezt a módszert ritkán alkalmazzák összetett szűrésre. Az általánosan használt módszerek közé tartoznak az in vitro vizsgálatok, például a PAMPA-BBB vagy az egyrétegű sejttranszport vizsgálatok, amelyek hasonlítanak a hagyományos abszorpciós permeabilitási vizsgálatokra, de jobban tükrözik a BBB jellemzőit. A korai stádiumú vizsgálatok fizikai-kémiai tulajdonságokon alapuló számítási modelleket is használhatnak a BBB permeabilitás előrejelzésére, elősegítve a vegyület optimalizálását.
3.4 Fehérjekötési vizsgálatok
A fehérjekötés meghatározásának legáltalánosabb módszere a plazma- és agyszövet-homogenizátumok egyensúlyi dialízise. Az erős, nem specifikus kötődésű vegyületek esetében a valódi egyensúly elérése és a torzítás elkerülése érdekében be kell állítani a kísérlet egyensúlyi idejét. Az alternatív módszerek közé tartozik a Transil és a progresszív egyensúlyi dialízis. Tanulmányok kimutatták, hogy az agyszövet kötődése független a fajoktól vagy az agyi régióktól, ami azt jelenti, hogy az emberi agyszövet kötődési adatai extrapolálhatók egy fajra vonatkozó adatokból. Más módszerek is rendelkezésre állnak, mint például az ultracentrifugálás, a mikrodialízis és az agyszövet-szeletelési módszerek a speciális igények alapján.
Következtetés
A központi idegrendszeri gyógyszerek agyi expozícióját befolyásoló tényezők megértése és a megfelelő kutatási módszerek alkalmazása kritikus fontosságú a fejlesztésük szempontjából. A szűréshez és optimalizáláshoz szükséges kulcsfontosságú paraméterek azonosítása segíthet növelni az agy expozícióját, elkerülni az efflux transzporter szubsztrátokat, és csökkenteni a szisztémás clearance-t, biztosítva, hogy elegendő gyógyszer elérje a célhelyet a terápiás hatások kifejtéséhez. A központi idegrendszeri gyógyszer PK klinikai fordítása azonban továbbra is kihívást jelent, és a jövőbeni fejlesztések mechanikusabb modellekre támaszkodhatnak, amelyek BBB transzportereken és fiziológiai struktúrákon alapulnak, hogy segítsék a központi idegrendszeri gyógyszerfejlesztést.
