Prečo môžu dobré údaje in vitro zlyhať in vivo: Prehodnotenie DMPK naprieč drogovými modalitami

"Údaje in vitro vyzerajú vynikajúco."

Toto tvrdenie sa často objavuje pri objavovaní drog. Kandidát vykazuje silnú biochemickú potenciu, priaznivú bunkovú aktivitu, dobrú selektivitu, vysokú metabolickú stabilitu a obmedzenú inhibíciu CYP. Na papieri vyzerá molekula pripravená na pokrok vo farmakológii a farmakokinetických štúdiách na zvieratách.

Prečo teda môže kandidát so silnými údajmi in vitro stále fungovať zle in vivo?

Malá molekula môže vykazovať vynikajúcu mikrozomálnu stabilitu, ale neočakávane vysoký klírens u zvierat. Protilátka môže vykazovať silnú cieľovú väzbu a bunkovú potenciu, ale nedokáže udržať dostatočné pokrytie cieľa in vivo. ADC si môže zachovať priaznivú expozíciu protilátke a zároveň predčasne uvoľniť svoje užitočné zaťaženie. Peptid môže vyzerať stabilne in vitro, ale môže byť rýchlo eliminovaný in vivo. Pri terapeutikách nukleových kyselín môžu plazmatické koncentrácie rýchlo klesať, aj keď farmakologická aktivita pretrváva týždne alebo mesiace.

Tieto výsledky nie sú protirečivé. Odrážajú základný princíp DMPK: testy in vitro izolujú jednotlivé mechanizmy, zatiaľ čo farmakokinetika in vivo odráža správanie celého biologického systému. Relevantnou otázkou nie je, či je liek „stabilný“ alebo má „dlhý polčas{2}}premeny“, ale či jeho dispozícia spôsobuje dostatočnú expozíciu na mieste a v molekulárnej forme, ktorá je potrebná pre farmakologickú aktivitu.

Po podaní liečivo prechádza sekvenciou spojených procesov: absorpcia, distribúcia, metabolizmus, eliminácia, prienik do tkaniva, interakcia s cieľom a následná farmakológia.

In vitro test skúma iba jednu zložku tohto systému. Mikrozomálna stabilita napríklad opisuje vnútorný metabolický obrat za definovaných experimentálnych podmienok. Sama o sebe neurčuje renálny klírens, transportérom{2}}sprostredkovanú elimináciu, distribúciu v tkanivách, väzbu na plazmatické bielkoviny ani príspevok extrahepatálneho metabolizmu.

To isté platí pre zložitejšie spôsoby. V prípade protilátok systémová expozícia nezávisí len od FcRn-sprostredkovanej recyklácie, ale aj od cieľovej expresie a cieľovej-dispozície sprostredkovanej. V prípade ADC celková expozícia protilátkam nemusí nevyhnutne predstavovať expozíciu intaktnému, farmakologicky kompetentnému ADC. Pre peptidy a nukleové kyseliny môže distribúcia v tkanivách a intracelulárna perzistencia záležať viac ako stabilita plazmy.

Interpretácia DMPK sa preto musí posunúť od izolovaných parametrov k rámcu expozície založenému-na mechanizme:

Molekulové vlastnosti → absorpcia a dispozícia → expozícia tkaniva → zapojenie cieľa → farmakodynamická odpoveď

Zlyhanie v ktorejkoľvek fáze narušuje vzťah medzi in vitro účinnosťou a in vivo účinnosťou.

Pre bežné malé molekuly,skoré programy DMPKbežne zahŕňajú mikrozomálnu stabilitu pečene, stabilitu hepatocytov, inhibíciu alebo indukciu CYP, stabilitu plazmy a hodnotenie permeability.

Mikrozomálna stabilita je užitočná, pretože charakterizuje náchylnosť zlúčeniny na oxidačný metabolizmus v pečeni. Vysoká mikrozomálna stabilita by sa však nemala považovať za nízky systémový klírens.

Klírens in vivo môže zahŕňať aj renálnu filtráciu a sekréciu, biliárnu exkréciu, aktivitu transportéra, extrahepatálny metabolizmus a iné eliminačné mechanizmy. Distribúcia môže ďalej zmeniť časový profil pozorovanej plazmatickej koncentrácie-.

Aj polčas-života si vyžaduje pozorné čítanie. Pretože:

t₁/₂=0.693 × Vd / CL

dlhý terminálny polčas- môže byť výsledkom nízkeho klírensu, veľkého zdanlivého distribučného objemu alebo oboch. Krátky polčas-zasa neznamená len rýchlu metabolickú degradáciu.

Na rozdiele záleží pri extrapolácii medzi druhmi. Enzýmy-metabolizujúce lieky a transportéry sa medzi hlodavcami, psami,-primátmi (okrem človeka) a ľuďmi líšia. PK zvierat nemožno vždy predpovedať z jedného metabolického testu in vitro alebo z iného druhu bez integrácie niekoľkých dôkazov.

DMPK s malou-molekulou by preto mal zodpovedať dve samostatné otázky:

Ako stabilná je zlúčenina?

A aké mechanizmy dominujú jeho in vivo klírensu a expozícii?

Otázky spolu súvisia, ale nie sú vzájomne zameniteľné.

Liečivá s veľkými{0}}molekulami fungujú v inom rámci DMPK.

V prípade konvenčných IgG protilátok recyklácia sprostredkovaná FcRn{0}} podstatne prispieva k predĺženej systémovej perzistencii. Samotný systémový polčas však neurčuje, či protilátka produkuje adekvátnu farmakologickú aktivitu.

Expozícia protilátky môže ovplyvniť cieľová expresia, distribúcia v tkanivách, receptorom{0}}sprostredkovaná internalizácia a cieľová{1}}dispozícia liečiva (TMDD). Toto je najdôležitejšie pre protilátky namierené proti vysoko exprimovaným alebo rýchlo internalizujúcim cieľom, kde sa väzba cieľa stáva súčasťou eliminačnej dráhy a vytvára nelineárnu farmakokinetiku alebo farmakokinetiku závislú- od dávky.

Vývoj protilátok by sa preto mal posunúť za otázku, ako dlho protilátka zostáva v plazme, a opýtať sa, či expozícia zachováva dostatočné pokrytie cieľového obdobia počas požadovaného trvania. Rozdiel je ústredný pre interpretáciu PK/PD: protilátka môže mať priaznivý systémový polčas-premeny, no napriek tomu môže byť farmakologicky nedostatočná, ak je penetrácia tkaniva alebo zapojenie cieľa nedostatočné.

Konjugáty protilátky{0}}lieku pridávajú ďalšiu vrstvu zložitosti, pretože terapeutická jednotka nie je samotná protilátka.

ADC obsahuje aspoň tri funkčne dôležité zložky: protilátku, linker a užitočné zaťaženie. Po podaní sa ich správanie môže líšiť.

Cirkulujúce druhy môžu zahŕňať intaktný ADC, čiastočne dekonjugovanú protilátku, voľnú užitočnú záťaž a aktívne alebo neaktívne katabolity. Celková koncentrácia protilátok môže zostať relatívne vysoká, aj keď koncentrácia farmakologicky kompetentných ADC klesá.

To vytvára dôležitý analytický rozdiel:

Celková expozícia protilátkam ≠ expozícia intaktného ADC ≠ expozícia aktívneho užitočného zaťaženia

štúdie ADCpreto je potrebné merať parametre, ako sú intaktná alebo konjugovaná protilátka, pomer liečiva -k{1}}protilátke (DAR), voľná užitočná záťaž, metabolity súvisiace s užitočnou záťažou- a tam, kde je to relevantné, expozícia tkaniva.

DAR tiež ukazuje, prečo môže byť optimalizácia jedného parametra zavádzajúca. Zvýšenie užitočného zaťaženia zvyšuje obsah liečiva na protilátku, ale nadmerný DAR mení fyzikálno-chemické vlastnosti vrátane hydrofóbnosti, sklonu k agregácii, distribúcie v tkanivách a klírensu.

Ústrednou otázkou DMPK pre ADC je, či intaktný ADC môže dosiahnuť príslušné tkanivo, zostať dostatočne stabilný v obehu a uvoľniť aktívnu užitočnú záťaž na správnom mieste a v správnom čase.

Peptidové terapeutiká predstavujú ďalšiu odlišnú výzvu DMPK.

Mnohé endogénne peptidy sú rýchlo degradované proteázami a kvôli ich malej molekulovej veľkosti tiež podliehajú podstatnému renálnemu klírensu. Predĺženie expozície peptidu si často vyžaduje skôr zmenu celkového dispozičného profilu, než len zvýšenie odolnosti voči enzymatickej degradácii.

Užitočným príkladom je semaglutid. Jeho predĺžená systémová expozícia je spojená so štrukturálnou modifikáciou, ktorá podporuje väzbu albumínu, čo znižuje renálnu elimináciu a predlžuje čas cirkulácie.

Širšia lekcia je, že peptid DMPK by mal zvážiť niekoľko súvisiacich vlastností: proteolytickú stabilitu, väzbu na proteín, renálny klírens, distribúciu v tkanivách a zapojenie receptora. Peptid, ktorý je vysoko stabilný v izolovanom proteázovom teste, môže mať stále nepriaznivý profil in vivo, ak jeho dominantný mechanizmus klírensu leží inde.

Malá interferujúca RNA (siRNA) a antisense oligonukleotidy (ASO) ukazujú najjasnejšie obmedzenie konvenčnej plazmatickej interpretácie PK.

U mnohých tradičných malých molekúl je plazmatická koncentrácia primerane spojená s expozíciou na farmakologickom mieste. Pre terapeutiká na báze nukleových kyselín môže byť toto spojenie oveľa slabšie.

Po podaní sa oligonukleotid môže distribuovať do tkanív, podliehať bunkovej absorpcii a intracelulárnemu transportu a akumulovať sa vo farmakologicky relevantných kompartmentoch. Biologicky významná expozícia môže pretrvávať aj po poklese plazmatických koncentrácií.

Inclisiran to ilustruje. Ako siRNA konjugovaná s GalNAc{1}} závisí jej aktivita od doručenia do hepatocytov, zapojenia mechanizmu intracelulárnej RNA interferencie a trvalého potlačenia expresie PCSK9. Trvanie farmakodynamickej aktivity nie je možné odčítať z jeho časového profilu plazmatickej koncentrácie-.

Rovnaký princíp je ešte jasnejší pre CNS-riadené ASO, ako je nusinersen, kde expozícia mozgovomiechového moku a nervového tkaniva záleží viac na farmakologickej aktivite ako na plazmatickej koncentrácii.

Pre terapeutiká na báze nukleových kyselín je príslušný reťazec:

Dávka → distribúcia v tkanivách → bunkový príjem → intracelulárna perzistencia → modulácia cieľovej RNA → trvanie PD

Toto je zásadne odlišné od hodnotenia konvenčnej malej molekuly hlavne prostredníctvom plazmatickej PK.

Rozdiely medzi modalitami možno zhrnúť otázkou, aká je v skutočnosti najrelevantnejšia farmakologická expozícia.

Tabuľka obsahuje širší bod: koncové body DMPK by sa mali vyberať skôr podľa biológie terapeutickej modality, než by sa mali aplikovať jednotne naprieč triedami liekov.

Pri kontrole balíka DMPK sa tímy často zameriavajú najskôr na AUC, Cmax, klírens a polčas-premeny. Tieto parametre sú dôležité, ale samy o sebe nevysvetľujú, či liek bude fungovať.

Užitočnejšie hodnotenie začína štyrmi otázkami.

Kde musí liek pôsobiť? Relevantným kompartmentom môže byť plazma, nádorové tkanivo, pečeň, CNS alebo intracelulárny kompartment.

Ktoré molekuly sú farmakologicky aktívne? Pre ADC to môže byť neporušený konjugát alebo uvoľnená užitočná záťaž. Pre terapeutikum na báze nukleových kyselín nemusí celková koncentrácia predstavovať produktívnu intracelulárnu expozíciu.

Môže PK vysvetliť PD? Ak systémová expozícia stúpa bez zodpovedajúcej farmakodynamickej odozvy, problém môže spočívať skôr v distribúcii tkaniva, zapájaní cieľa, intracelulárnom podávaní alebo downstream biológii, než v samotnej systémovej expozícii.

Reprodukuje vybraný zvierací model príslušný dispozičný mechanizmus? Druhové rozdiely v enzýmoch, transportéroch, cieľovej expresii, biológii FcRn, distribúcii tkanív a stave ochorenia môžu ovplyvniť translačný výklad.

Tieto otázky posúvajú DMPK od súboru numerických parametrov k mechanickému chápaniu správania drog.

Cieľom v DMPK nie je maximalizovať jeden parameter. Cieľom je vytvoriť koherentný vzťah medzi dávkou, expozíciou, distribúciou, cieľovým zapojením, farmakodynamikou a v konečnom dôsledku účinnosťou a bezpečnosťou.

Toto je dôležitejšie, pretože vývoj sa rozširuje za hranice konvenčných malých molekúl smerom k protilátkam, ADC, peptidom, oligonukleotidom, bunkovým a génovým terapiám a iným komplexným modalitám.

Pre niektoré programy zostáva plazmatická PK dominantným translačným koncovým bodom. V prípade iných poskytuje viac informatívnych dôkazov expozícia tkaniva, pokrytie cieľa, koncentrácia neporušeného liečiva, intracelulárna perzistencia alebo distribúcia-na zobrazovaní.Neklinické zobrazovaniemôže dopĺňať konvenčnú PK poskytovaním dlhodobých informácií o biodistribúcii, cieľovom zapojení a farmakodynamických zmenách u živých subjektov.

V štúdiách na primátoch (okrem človeka) pomáha integrácia PK/PD s meraniami na úrovni tkaniva,{1}}biomarkerov, zobrazovania a farmakologických koncových bodov určiť, či sa kandidát správa podľa zamýšľaného mechanizmu. Platforma translačného výskumu Prisys kombinujeFarmakológia NHPs PK/PD, analýzou biomarkerov, patológiou a klinickým{0}}ekvivalentným zobrazovaním tam, kde je to vedecky vhodné, čo podporuje integrovanejšiu interpretáciu dispozície liekov a farmakológie.

Poučenie je jasné: sú potrebné dobré údaje in vitro, ale nezaručujú dobrú farmakológiu in vivo. Najinformatívnejšia stratégia DMPK sleduje liek od molekulárneho dizajnu až po jeho skutočné miesto účinku:

Molekulové vlastnosti → Dispozícia in vivo → Príslušná expozícia tkaniva → Zapojenie cieľa → PD → Účinnosť a bezpečnosť

Keď pochopíme tento reťazec, neočakávané výsledky in vivo prestanú byť „zlyhaním predikcie“ a stanú sa mechanistickým dôkazom, ktorý môže viesť k optimalizácii kandidátov, návrhu štúdie a rozhodovaniu o{0}}preklade.

Kontaktujte Prisys Biotech