Zrozumienie antysensownego oligonukleotydu (ASO) Farmakokinetyka: kluczowe czynniki w absorpcji i dystrybucji

Antysensowne oligonukleotydy (ASOS) reprezentują obiecującą metodę terapeutyczną, ale ich skuteczność i bezpieczeństwo są nieodłącznie związane z ichAbsorpcja, dystrybucja, metabolizm i wydalanie (ADME)Charakterystyka. Zrozumienie tychfarmakokinetyczne (PK)Właściwości mają kluczowe znaczenie dla optymalizacji opracowywania leków ASO. Na wchłanianie ASO mają wpływ ich specyficzne właściwości fizykochemiczne, takie jak stan jonizacji, stała dysocjacji kwasu (PKA) i hydrofobowość, a także wybrana droga podawania. Późniejszy dystrybucja leków podlega następnie czynnikom, w tym droga podawania, stężenie wolnego leku, perfuzję krwi tkankowej, zakres wiązania tkanki, lokalne środowisko pH i przepuszczalność błony komórkowej.

Wpływ chemii ASO na wiązanie i rozkład białka w osoczu

First and second-generation phosphorothioate (PS)-modified ASOs, due to their negatively charged backbone, exhibit high binding affinity to plasma proteins, particularly albumin (often >85%). Na przykład Mipomersen wykazuje wiązanie białka w osoczu 95% u ludzi i 85% u myszy. Natomiast ASO z modyfikacjami oligomeru morfolino fosforodiomidata (PMO) są nie do naładowania i wykazują znacznie niższe wiązanie białka plazmatycznego u ludzi (np. 6-17%dla Eteplirsen, w szczególności 6,1%-16. 5%).

Ta różnica w wiązaniu białka w osoczu ma głębokie implikacje. Ponieważ wiązanie białka wpływa na wychwyt komórkowy i filtrację kłębuszkową, PS-ASO na ogół wykazują bardziej trwały rozkład tkanki i wolniejsze wydalanie moczu w porównaniu z PMO.

Systemowe trasy administracyjne: wyzwania i strategie

• Administracja doustna:Zarówno PS-ASO, jak i PMO mają na ogół słabe wchłanianie doustne. Ich duża masa cząsteczkowa i natura hydrofilowa powodują niską przepuszczalność błony.
• Wtrysk dożylny (IV) i podskórny (SC):Podczas gdy dostarczanie doustne jest trudne, ekspozycję ogólnoustrojową można niezawodnie osiągnąć poprzez IV lub SC wtrysku po odpowiednich modyfikacjach chemicznych. Obecnie większość ASO jest podawana dożylnie w celu maksymalizacji biodostępności. Ta trasa ułatwia szybki rozmieszczenie na naczyniach naczyniowych, takich jak wątroba, nerki i śledziona. Jednak dystrybucja do tkanek takich jak serce, mięśnie i płuca jest wolniejsze, potencjalnie wymaga częstszego dawkowania. Na przykład cotygodniowe podawanie ETEPLIRSEN (30 mg\/kg) w badaniach klinicznych wykazało średnią pozorną objętość dystrybucji (VD) 601 ml\/kg, co wskazuje na znaczny rozkład tkanki. Po pojedynczych lub wielu dawkach IV CMAX zwykle występuje pod koniec infuzji, a PK często wykazuje proporcjonalność dawki z powtarzającym się dawkowaniem.
• Podawanie podskórne:Podawanie SC często powoduje dłuższy okres półtrwania w porównaniu do IV, prawdopodobnie z powodu stopniowego absorpcji w miejscu wstrzyknięcia. Badanie wnaczelne inne niż ludzkie (NHP)z ETEPLIRSEN (320 mg\/kg) wykazywał 100% biodostępność po podaniu SC, przy czym CMAX występuje około 7 godzin po dawce. Mipomersen wykazał również całkowitą absorpcję w witrynie SC u małp, ze 100% biodostępnością i CMAX w godzinach 3-4. Zespół wPrisys BiotechMa duże doświadczenie w projektowaniu i prowadzeniu takich badań NHP w celu charakteryzacji ASO.

Wychwyt komórkowy i mechanizmy handlu wewnątrzkomórkowego

Ze względu na ograniczoną przepuszczalność błony ASO wchodzą w komórki przede wszystkim poprzez fagocytozę lub endocytozę za pośrednictwem receptora, a nie dyfuzję pasywną. Ten pobieranie komórkowe jest procesem wieloetapowym:

• Adsorpcja:ASOS początkowo adsorbuje białka powierzchniowe komórki.
• Internalizacja:Różne receptory na powierzchni komórek, w tym receptory naskórkowe czynników wzrostu (EGFR), receptory sprzężone z białkiem G (GPCR) i receptory zmiatające, pośredniczą w endocytozie ASO. W szczególności receptory padlinożerców zostały dobrze zbadane; Stabilin -1 i stabilinę -2 pośredniczą w pobieraniu PS-asos w wątrobie, podczas gdy receptor padlinożerców A1 pośredniczy w pobieraniu mięśni PMO.

Po internalizacji ASOS musi uciec z endosomów, aby oddziaływać z docelowym RNA w cytoplazmie lub jądrze. Ten wewnątrzkomórkowy handel jest regulowany przez interakcje z wieloma białkami cytoplazmatycznymi i jądrowymi. W przypadku PS-ASO badania Liang i in. zidentyfikował apartament oddziałujących białek wewnątrzkomórkowych. Niedawno antygen RAB5C i wczesny endosom 1 (EAE1) są zaangażowane we wczesny handel PS-ASO, promując ich endosomalną ucieczkę po internalizacji za pośrednictwem stabiliniiny. W późnym szlaku endosomalnym zaangażowane są fosforan Rab7a i lizosomalny (monoacylglicero). Molekularne podstawy transportu wewnątrzkomórkowego dla PMO jest mniej dobrze poznane w porównaniu z PS-ASO.

Strategie optymalizacji dystrybucji tkanek ASO

Aby poprawić dostawę tkanek i ogólną dystrybucję, badane jest kilka strategii:

• Koniugacja:Kluczowym podejściem jest koniugacja ASOS z ugrupowaniami, takimi jak kwasy tłuszczowe lub peptydy. Na przykład koniugaty (galnac3) -SO, które są aktywnie pobierane przez hepatocyty za pomocą receptora asialoglikoproteiny, weszły w rozwój kliniczny, wykazując znacznie poprawę dostawy ukierunkowanej na wątrobę i ulepszoną farmakodynamikę.
• Peptydy penetrujące komórki (CPPS):Sprzężenie ASO z CPPS to kolejna skuteczna metoda poprawy penetracji komórkowej. Pozytywny ładunek CPP ułatwia wiązanie z niezłomowanym PMO ASOS. CPP promują wejście PMO do komórek za pomocą mechanizmów endocytowych obejmujących interakcje między kationowym CPP i proteoglikanami komórek anionowych. Ta strategia została skutecznie wykorzystana w celu zwiększenia pobierania PMO w tkance mięśniowej.

Administracja lokalna do ukierunkowanej dostawy

W przypadku stron docelowych niedostępne lub słabo osiągnięte przez administrację systemową, bezpośrednia lokalna dostawa ASO jest realną opcją.

• Dostawa oka:Wstrzyknięcie do wewnątrzgałkowego, stosowane w Fomivirsen, dostarcza lek bezpośrednio do oka, wymagając tylko małych dawek do bezpośredniego rozmieszczenia siatkówki.
• Centralny układ nerwowy (CNS): Administracja dooponowa (IT)omija barierę krew-mózg, umożliwiając dostarczanie ASO do OUN. Chociaż inwazyjne, wstrzyknięcie IT okazało się skuteczne w zwiększaniu biodostępności ASO w mózgu i rdzeniu kręgowym przy jednoczesnym minimalizowaniu ekspozycji ogólnoustrojowej w porównaniu z trasami IV lub SC. Sukces Nusinersena za pośrednictwem podawania IT podkreśla potencjał ASOS dla zaburzeń CNS i otwiera możliwości ukierunkowane na warunki takie jak choroba Huntingtona i stwardnienie amyotroficzne boczne. Pojedyncze zastrzyki IT u dorosłych małp cynomolgus wykazały szerokie dystrybucję rdzenia kręgowego na poziomach aktywnych farmakologicznie. Siedem dni po dawce całkowite poziomy Nusinersen w tkankach OUN były zależne od dawki, z wyższym rozmieszczeniem rdzenia kręgowego i kory. Nawet przy najniższej dawce (1 mg\/kg) poziomy leku w tkankach docelowych były 3-8 razy wyższe niż EC50 (~ 1 µg\/g). Opracowywanie i walidacja takich wyspecjalizowanych protokołów dostarczania CNS jest podstawową kompetencją pod adresemPrisys Biotech.
• Dostawa donosowa:Administracja donosowa jest badana jako nieinwazyjna droga do dostarczania ASOS w OUN. Po zastosowaniu donosowym cząsteczki ASO mogą być transportowane szlakami takimi jak nerwy węchowe i trójdzielne. Zastosowanie CPP może dodatkowo zwiększyć dostawę CNS, strategię, która okazała się obiecującą w przypadku siRNA.

Biodostępność doustna: ciągłe wyzwanie

Podawanie doustne pozostaje znaczącą przeszkodą dla ASOS z powodu ograniczonej absorpcji przewodu pokarmowego. PS-ASO ISIS 14725 wykazał doustną biodostępność wynoszącą około 5,5% po podaniu dwunastnicy u szczurów, podczas gdy PMO avi -4472 wykazywał biodostępność doustną 41% -79% u szczurów. Obecnie brakuje jednak doniesień o udanej administracji doustnej PMO u ludzi.

Wniosek: Znaczenie zrozumienia farmakokinetycznego w rozwoju ASO

Absorpcja i dystrybucja leków ASO są złożonymi procesami podyktowanymi ich chemicznym charakterem i wybraną strategią dostarczania. Dokładne zrozumienie tych zasad farmakokinetycznych, od mechanizmów wiązania białka w osoczu i mechanizmów wychwytu komórkowego po wpływ różnych dróg podawania, jest najważniejsze do projektowania i rozwijania bezpiecznych i skutecznych terapii ASO. Dalsze badania nowych technologii dostarczania i modyfikacji chemicznych mają na celu dalszą optymalizację biodystrybucji i skuteczności terapeutycznej. Współpraca z doświadczonymi przedklinicznymi organizacjami badawczymi kontraktowymi (CRO), takimi jakPrisys Biotech, który ma głęboką wiedzę specjalistyczną w zakresie charakterystyki ASO i specjalistycznych technik dostarczania, może znacząco przyczynić się do udanego rozwoju tych innowacyjnych leków.