И.И. Мирошниченко1* 1 - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр психического здоровья» РАМН, 115521, Россия, г. Москва, Каширское шоссе, д. 34 Резюме. Статья рассматривает прикладные аспекты фармакокинетических исследований, связанных с разработкой новых лекарственных средств. Представлены результаты изменения значений параметров фармакокинетики процессов всасывания, распределения, метаболизма и элиминации активного ингредиента на этапах доклинического и клинического изучения препарата. Приведены сравнительные характеристики анализа содержания микроколичеств лекарственных веществ в биологических образцах. Ключевые слова: фармакокинетика, АРМЭ, биодоступность, ВЭЖХ, иммуноферментный анализ, масс-спектрометрия. ROLE AND PLACE OF PHARMACOKINETICS IN NEW DRUG DEVELOPMENT I.I. Miroshnichenko1 1 - Mental Health Research Center of RAMS, 34, Kashirskoye shosse, Moscow, 115522, Russia Abstract. The paper devoted to practical aspects of pharmacokinetic investigation in couple with new drug development. The changes of drug absorption, distribution, metabolism and elimination described both preclinical and clinical stages. This article also focuses on technologic methods for improving drug development efficiency including mass spectroscopy and enzyme-linked immunosorbent assay. Keywords: pharmacokinetics, ADME, bioavailability, HPLC, immunoassay, mass spectroscopy. ВВЕДЕНИЕ Процесс создания новых лекарственных средств (ЛС) представляет собой сложную и трудоемкую задачу, в решении которой задействованы целые коллективы ученых. В первом приближении поиск новых препаратов включает в себя две стадии: открытие и разработку. Открытие представляет собой в первую очередь синтез нового лекарственного вещества (ЛВ). В дальнейшем проводится определение фармакологической активности, идентификация актуальных биомишеней для высокопроизводительного скрининга веществ-кандидатов (ВК) [1]. При химическом синтезе применяются два основных подхода: комбинаторная химия и параллельный синтез [2]. Под скринингом подразумевают оптимизированную автоматическую процедуру, посредством которой большое количество химических соединений проверяется на аффинность или активность по отношению к мишени (как правило, рецепторы или ферменты). При разработке проводится оценка эффективности и безопасности ВК. На данном этапе целесообразно проводить фармакокинетические исследования. Данные исследования необходимы, так как большое количество потенциально активных веществ с хорошей активностью in vitro и эффективностью при скрининге потом оказываются несостоятельными, поскольку они либо обладают недостаточной биодоступностью, либо обладают неприемлемой длительностью действия. Нежелательные кинетические свойства [плохая абсорбция, слишком большой или, наоборот, короткий период полувыведения (Т1/2) из организма, интенсивный метаболизм при первичном прохождении через печень] приводят к отсеву ВК на ранних стадиях разработки [3, 4]. ИЗУЧЕНИЕ ФАРМАКОКИНЕТИКИ Фармакокинетика (ФК) включает в себя классическую тетраду: процессы абсорбции, распределения, метаболизма и элиминации (АРМЭ). Зачастую фармакокинетические и токсикологические исследования проводятся одновременно (АРМЭТ). При этом на каждом этапе разработки ФК может оказать существенную помощь или внести коррективы в разработку нового потенциального лекарства [5]. Абсорбция вещества напрямую зависит от прохождения его через кишечную стенку. Кроме процессов диффузии необходимо учитывать вклад транспортных белков. Р-гликопротеины препятствуют всасыванию ЛВ в кишечнике, проникновению через гистогематические барьеры и способствуют выведению препаратов и их метаболитов с желчью и мочой. При изучении процессов абсорбции in vivo практически исследуется биодоступность препарата, поскольку восходящая фаза кинетической кривой при пероральном введении отражает два процесса: всасывание в системный кровоток и пресистемный метаболизм. Повышение липофильности соединения приводит к улучшению его проникновения через липидный монослой мембран, что приводит, соответственно, к улучшению его всасываемости. С другой стороны, с повышением липофильности ЛВ пресистемный метаболизм также усиливается; кроме того, при этом происходит снижение растворимости ЛВ в содержимом кишечника. Поэтому необходим разумный баланс растворимости для каждого конкретного вещества. В начальной стадии разработки ЛС повышение гидрофильности соединения привело к успешной разработке таких ингибиторов ВИЧ-протеазы, как индинавир [6] и ритонавир [7]. Наряду с изучением динамики концентрации лекарственного вещества в плазме (сыворотке) крови необходимо исследовать его распределение в тканях. При выполнении этого исследования можно ограничиться одним видом животных. Выбор тканей осуществляется с учетом особенностей их кровоснабжения. В качестве сильно васкуляризированных тканей можно использовать, например, сердце или селезенку, умеренно васкуляризированных – ткань мышц, слабо васкуляризированных – сальник, кожу или кости. Кроме того, необходимы данные по распределению ЛВ в органах, обеспечивающих элиминацию (печень, почки), и в зоне потенциального действия (например, ткань легкого, если химиотерапевтическое средство предполагается применять при пневмонии, или ткань головного мозга, если его предполагается применять при менингитах, и т.д.). Итогом изучения распределения ЛВ в тканях является выявление тех из них, в которые оно интенсивно проникает или в которых длительно удерживается, что может иметь существенное значение для фармакодинамических исследований. Скорость и степень захвата препаратов тканями организма контролируется различными факторами, к которым относятся скорость потока крови через орган, объем ткани, связывание вещества с белками крови и коэффициент распределения вещества между плазмой и тканью. В свою очередь, коэффициент распределения также зависит от целого ряда факторов, среди которых ведущими являются физико-химические свойства вещества [8]. При распределении учитывается такой показатель, как связывание с белками. Очень высокая степень связывания с белками не является хорошим прогнозирующим фактором, поскольку доля свободного вещества мала, и небольшой дисбаланс внесет совершенно ненужные колебания концентраций в организме при лекарственной терапии. Метаболизм – очень существенный фактор. Большинство препаратов подвергается биотрансформации, в результате которой образуются метаболиты, в том числе обладающие биологической активностью. Исследование процессов биотрансформации особенно актуально в случае ЛВ с активными метаболитами, свойства которых могут отличаться от исходного вещества: ФК – существенные различия в величине клиренса и объема распределения от показателей исходного ЛВ; фармакодинамика (ФД) – от схожего механизма действия до различия, вплоть до антагонизма с исходным ЛВ. Следовательно, изучение свойств активных метаболитов необходимо для оценки токсичности и терапевтической эффективности исследуемого лекарственного средства. В идеале изучение метаболизма следует провести на этапе доклинического изучения. Интенсивный метаболизм в общем случае рассматривается как недостаток, поскольку уменьшает системное воздействие препарата и снижает период полувыведения. Разработаны следующие концепции регуляции метаболизма: «хард драг» (hard drug), когда вещество совсем не метаболизируется, и «софт драг» (soft drug), когда путь биотрансформации совершенно четко очерчен и фармакологически активное средство подвергается предсказуемому метаболизму с образованием неактивных и нетоксичных продуктов распада [9]. Главная задача – избежать окислительных реакций фазы I метаболизма ксенобиотиков, которые катализируются цитохромом Р450 и характеризуются значительными межвидовыми различиями и полиморфизмом. Все вышесказанное, разумеется, не касается пролекарств, где метаболизм является необходимым условием высвобождения активного ингредиента. Так, например, эналаприл – пролекарство, из которого в печени путем гидролиза образуется активный метаболит эналаприлат, благодаря фармакологической активности которого реализуется гипотензивное действие препарата. При приеме внутрь около 60% эналаприла абсорбируется из ЖКТ, тогда как бидоступность эналаприлата менее 10% [10]. При изучении процессов элиминации необходимо оценить экскрецию лекарственного вещества с мочой, желчью, фекалиями. Важной особенностью такого исследования является характеристика скорости экскреции (отношение количества вещества, выделенного за фиксированный промежуток времени, к его продолжительности в различные периоды после введения препарата) и/или кумулятивной экскреции (суммарное количество лекарственного вещества, выделившееся с данным видом экскрета, за весь период наблюдения). Таким образом, при анализе кинетики экскреции следует оперировать не значениями концентрации лекарственного вещества в экскрете, а произведениями концентрации на объем экскрета за соответствующий период времени. Независимо от особенностей анализа данных (по скорости экскреции или по кумулятивной экскреции) сбор экскрета, содержащего лекарственное вещество, должен проводиться порционно [11]. Основной показатель элиминации – период полувыведения, который равен отношению объема распределения к клиренсу исходного вещества. Поэтому, когда необходимо удлинить период полувыведения, можно или увеличить объем распределения, или уменьшить клиренс, последнее практикуется чаще и осуществляется путем соответствующей модификации молекулы. Подобный подход реализован при создании амлодипина: модификация молекулы нифедипина (Т1/2 около 2 ч) путем присоединения алкиламидной боковой цепи привела к снижению клиренса и резкому увеличению Т1/2 амлодипина (более 30 ч) [12]. Биодоступность лекарственного препарата при внесосудистом введении определяют в сравнении с другой (как правило, стандартной) лекарственной формой. Изучаемая лекарственная форма носит название тест-препарата, стандартная форма – референс-препарата или препарата сравнения. В тех случаях, когда препарат сравнения вводится внутривенно, мы имеем дело с абсолютной биодоступностью. При фармакокинетическом сравнении тест-препарата, принятого внутрь, и раствора этого же препарата или лекарственной формы признанного и зарегистрированного в России референс-препарата пользуются понятием относительной биодоступности. Увеличение биодоступности следует рассматривать как достоинство исследуемого ЛС, поскольку это эквивалентно повышению дозы препарата. Эффект первичного прохождения через печень и обусловленного этим пресистемного метаболизма ЛВ можно оценить путем сравнения площадей под кривой (AUC) после введения ЛВ в бедренную вену (системный кровоток) и портальную вену (через печень). Таким образом, определение показателей АРМЭ на ранних стадиях разработки позволяет выявить перспективные ВК, соответствующую дозировку, способы введения и применения, срок годности лекарственного препарата. Это позволяет существенно сократить время, проходящее от открытия до регистрации нового препарата. Взаимодействие химиков-синтетиков и фармакокинетиков позволяет оптимизировать процесс создания нового ЛС. Хорошим примером направленного подхода к разработке ЛС с приемлемыми ФК-характеристиками служит флуконазол. В свое время усилия корпорации Pfizer по созданию нового антифунгального агента привели к появлению тиоконазола. К сожалению, препарат применялся только местно ввиду малой биодоступности, обусловленной эффектом первичного прохождения через печень. К тому же тиоконазол интенсивно связывался с белками плазмы крови, и низкая концентрация свободного вещества снижала эффективность препарата. Были предприняты попытки уменьшить липофильность препарата путем замены имидазола триазолом. Полученное промежуточное соединение обладало отличными ФК-характеристиками, но в то же время проявляло гепатотоксичность на грызунах, обусловленную наличием 2,4-дихлорфенила. При замене хлора на фтор и был создан искомый препарат флуконазол [13]. Традиционно процессы АРМЭ до клиники изучаются in vivo в экспериментах на лабораторных животных. Основанием для подобного подхода служит генетическое сходство млекопитающих и вытекающая отсюда схожая физиологическая реакция человеческого организма на введение препарата. Ввиду ограничения времени на проведения исследования и наличия небольшого количества ВК изучение ФК проводится на 1-2 видах животных. Поэтому правильный выбор вида животных и разработка в сжатые сроки адекватного метода количественного определения ВК становится критическим пунктом в исследовании – хороший препарат может быть отвергнут из-за неправильного выбора объекта исследования или плохого методического подхода. Целесообразно применять одни и те же виды животных для ФК-, ФД- и токсикологических исследований. С точки зрения организации проведения исследования для увеличения производительности ФК применяются такие подходы, как кассетный пул образцов и временной пул. Кассетный пул: несколько ВК, как правило, одного гомологического ряда, вводятся одному животному одновременно (в одном флаконе). Одно из этих веществ должно быть проанализировано заранее при стандартном введении. Во втором случае образцы, отобранные через один и тот же промежуток времени после введения различных ВК, объединяются в единый пул, который и анализируется. Считается, что подобным методом можно косвенно оценить значение AUC (для расчета относительной биодоступности) [14]. Межвидовое масштабирование основано на сходстве основных физиологических и биохимических процессов у человека и других млекопитающих. Правомерным представляется подход к межвидовому масштабированию, основанный на аллометрических уравнениях, например уравнении для объема распределения ln (V) = ln (a) + b·ln (W), где W – вес тела, a и b – соответственно коэффициент и показатель степени аллометрического уравнения. Значения a и b легко рассчитываются путем регрессионного анализа [15]. Перенос ФК-данных с человека на животных может служить удовлетворительным прогнозирующим инструментом, особенно при оценке клиренса, объема и характера распределения по органам. В то же время метаболизм ЛВ у человека и животных очень различается. В связи с этим на ранних стадиях разработки ЛС опыты in vivo на животных могут быть менее информативными, чем эксперименты in vitro на препаратах печени человека, различающихся по степени селективности, с одной стороны, и интегративности – с другой. С этой целью могут быть использованы: экспрессные ферментативные системы; микросомы, S9-фракция; гепатоциты; срезы тканей. Для изучения I фазы метаболизма лекарственных средств in vitro наиболее распространенная модель – микросомы, для обнаружения конъюгатов (фаза II метаболизма), как правило, используются гепатоциты. Проницаемость мембран эпителия для оценки всасывания ЛВ определяют, используя клетки эпителиальной карциномы (CACO2) или Madin-Darby-культуру клеток почек собаки (MDCK) [16]. Типичная процедура in vitro – определение связывания ЛВ с белками крови. Наиболее распространенные методы: ультрафильтрация и равновесный диализ. В качестве перспективной альтернативы укажем также хроматографический подход, основанный на колонках, использующих в качестве наполнителя иммобилизированный сывороточный альбумин человека [17]. В 1-й фазе клинических испытаний принимают участие здоровые добровольцы в количестве от 80 до 100 человек (в наших условиях обычно 10-15 молодых здоровых мужчин). Исключение составляют испытания противоопухолевых препаратов и средств борьбы со СПИДом из-за их высокой токсичности (в данных случаях испытания сразу же проводятся на больных этими заболеваниями) [18]. Первое применение нового ЛС на человеке носит характер непредсказуемости и, следовательно, повышенного риска для участников. Вот недавний пример: последствия испытания TGN1412, суперагониста анти-CD28 моноклонального антитела, у первой когорты. В считанные минуты после введения TGN1412 произошли множественные тяжелые поражения внутренних органов с угрозой для жизни испытуемых. Такой плачевный результат никак не соответствовал доклиническим данным [19]. В качестве алгоритма выбора стартовой дозы, как правило, используют концепцию NOAEL(No Observed Adverse Effect Level) у соответствующего вида животных, обычно грызунов [20]. Главная цель I фазы – определение максимальной переносимой дозы путем эскалации доз у когорт испытуемых, иными словами безопасность. Изучение ФК относится к важным, но все же вторичным целям фазы I. При этом решаются следующие задачи [21]: определение зависимости концентрации от дозы (проверка гипотезы линейности ФК); расчет параметров ФК и изучение их вариабельности между субъектами; рассмотрение взаимосвязи доза – концентрация – токсичность (определение дозозависимых эффектов); определение дозы и частоты приема ЛС для фазы II. Следует отметить, что данные ФК, полученные на здоровых добровольцах фирмой-разработчиком, в дальнейшем практически не подвергаются ревизии и кочуют по инструкциям эпигонов. Во второй фазе проводятся исследования эффективности препарата на пациентах, страдающих конкретной патологией. При столь обширной выборке (300-800 субъектов обоего пола) изучение ФК проводится на отдельных группах. На данной стадии проводится изучение экскреции, масс-баланса ЛВ, определение метаболитов in vivo в моче и плазме крови человека. При условии безопасности внутривенного ввода ЛВ определяется абсолютная биодоступность препарата. По возможности определяются особенности протекания процессов АРМЭ у таких уязвимых субпопуляций, как дети, старики, лица с печеночной и/или почечной патологией. За рубежом изучение влияния различных факторов проводится в фазе III клинических исследований и в постмаркетинговых исследованиях методами популяционной кинетики. Исходным массивом данных для расчета параметров ФК служат значения концентрации лекарственного вещества в крови, плазме/сыворотке или иной тест-ткани в дискретные периоды времени. Для этой цели применяются разнообразные аналитические методы. Среди них следует упомянуть микробиологические методы, полярографию, капиллярный электрофорез. Все же наиболее распространенными методами являются высокоэффективная жидкостная и газовая хроматография и иммуноферментный анализ (ИФА), в частности enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) [22]. Последний получил свое развитие в виде флуоресцентного поляризационного иммуноанализа [23], который основан на возрастании поляризации флуоресценции небольших флуоресцеин-меченых молекул антигена (трейсеров) при их взаимодействии со специфическими антителами. Находят свое применение также и такие аналитические платформы, как газовая хроматография – масс-спектрометрия, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) с диодноматричной детекцией и ЯМР-спектроскопия. Широкое распространение в лекарственном анализе получил метод ВЭЖХ в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (ЖХ-МС-МС), позволяющий путем селективной реакции мониторинга добиваться исключительной чувствительности и селективности количественного определения микроколичеств ЛВ [24, 25]. ИФА и ЖХ-МС-МС имеют свои достоинства, главными из которых являются возможность автоматизации в процессе ИФА и быстрый переход с одного вида анализа на другой при ЖХ-МС-МС. К числу недостатков следует отнести перекрестную контаминацию (ИФА), ионную супрессию и матричный эффект (ЖХ-МС-МС). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Следует отметить, что изучение ФК имеет по крайней мере две составляющих. Прежде всего оно обусловлено требованиями контролирующих организаций: досье, не содержащее ФК-информации, попросту не будет рассматриваться. С другой стороны, как следует из вышеизложенного, ФК-данные обладают научно-практической значимостью и способствуют качественной разработке ЛС. Источник: pharmjournal.ru |