"Les dades in vitro semblen excel·lents".
Aquesta afirmació apareix sovint en el descobriment de fàrmacs. El candidat mostra una forta potència bioquímica, una activitat cel·lular favorable, una bona selectivitat, una alta estabilitat metabòlica i una inhibició limitada del CYP. Sobre el paper, la molècula sembla preparada per progressar en estudis de farmacologia i farmacocinètica en animals.
Aleshores, per què un candidat amb dades in vitro fortes encara pot tenir un mal rendiment in vivo?
Una molècula petita pot mostrar una excel·lent estabilitat microsòmica, però una eliminació inesperadament alta en animals. Un anticòs pot mostrar una forta unió a la diana i una potència cel·lular, però no pot mantenir una cobertura diana suficient in vivo. Un ADC pot mantenir una exposició favorable als anticossos mentre allibera la seva càrrega útil prematurament. Un pèptid pot semblar estable in vitro però s'elimina ràpidament in vivo. Per a la terapèutica d'àcids nucleics, les concentracions plasmàtiques poden disminuir ràpidament tot i que l'activitat farmacològica persisteix durant setmanes o mesos.
Aquests resultats no són contradiccions. Reflecteixen un principi bàsic de DMPK: els assajos in vitro aïllen mecanismes individuals, mentre que la farmacocinètica in vivo reflecteix el comportament de tot el sistema biològic. La qüestió rellevant no és si un fàrmac és "estable" o té una "vida mitjana-llarga", sinó si la seva disposició produeix una exposició suficient al lloc i en la forma molecular necessària per a l'activitat farmacològica.
De les propietats in vitro al comportament de drogues in vivo
Després de l'administració, un fàrmac passa per una seqüència de processos connectats: absorció, distribució, metabolisme, eliminació, penetració de teixits, interacció diana i farmacologia aigües avall.
Un assaig in vitro examina només un component d'aquest sistema. L'estabilitat microsòmica, per exemple, descriu el recanvi metabòlic intrínsec en condicions experimentals definides. Per si mateix no determina l'eliminació renal, l'eliminació mediada pel transportador-, la distribució dels teixits, la unió a proteïnes plasmàtiques o la contribució del metabolisme extrahepàtic.
El mateix punt s'aplica a modalitats més complexes. Per als anticossos, l'exposició sistèmica depèn no només del reciclatge mediat per FcRn-, sinó també de l'expressió diana i la disposició- mediada per la diana. Per als ADC, l'exposició total d'anticossos no representa necessàriament l'exposició a l'ADC intacte i farmacològicament competent. Per als pèptids i els àcids nucleics, la distribució dels teixits i la persistència intracel·lular poden importar més que l'estabilitat del plasma.
Per tant, la interpretació de DMPK ha de passar de paràmetres aïllats a un marc d'exposició basat en mecanismes{0}:
Propietats moleculars → absorció i disposició → exposició dels teixits → compromís diana → resposta farmacodinàmica
El fracàs en qualsevol etapa trenca la relació entre la potència in vitro i l'eficàcia in vivo.
Molècules petites: l'estabilitat microsòmica és només un determinant de l'eliminació
Per a molècules petites convencionals,primers programes DMPKsolen incloure l'estabilitat microsòmica hepàtica, l'estabilitat dels hepatòcits, la inhibició o inducció del CYP, l'estabilitat del plasma i les avaluacions de permeabilitat.
L'estabilitat microsòmica és útil perquè caracteritza la susceptibilitat d'un compost al metabolisme oxidatiu hepàtic. No obstant això, l'alta estabilitat microsòmica no s'ha de llegir com una eliminació sistèmica baixa.
L'eliminació in vivo també pot implicar filtració i secreció renal, excreció biliar, activitat transportadora, metabolisme extrahepàtic i altres mecanismes d'eliminació. La distribució pot canviar encara més el perfil de temps-de concentració plasmàtica observada.
La vida mitjana-també necessita una lectura atenta. Perquè:
t₁/₂=0.693 × Vd/CL
una vida mitjana-terminal llarga pot derivar-se d'un escàs espai, un gran volum aparent de distribució o ambdues coses. Una vida mitjana- curta, al seu torn, no significa només una degradació metabòlica ràpida.
La distinció és important quan s'extrapola entre espècies. Els enzims-que metabolitzen els fàrmacs i els transportadors difereixen entre rosegadors, gossos, primats no-humans i humans. La PK animal no sempre es pot predir a partir d'un únic assaig metabòlic in vitro, o d'una altra espècie, sense integrar diverses línies d'evidència.
Per tant, la-molècula petita DMPK hauria de respondre dues preguntes diferents:
Què tan estable és el compost?
I quins mecanismes dominen la seva eliminació i exposició in vivo?
Les preguntes estan relacionades però no intercanviables.
Anticossos: l'exposició no és el mateix que la cobertura objectiu
Les terapèutiques de-molècules grans funcionen sota un marc DMPK diferent.
Per als anticossos IgG convencionals, el reciclatge mediat per FcRn{0}}contribueix substancialment a la persistència sistèmica prolongada. Tanmateix, la semivida sistèmica per si sola no determina si un anticòs produeix una activitat farmacològica adequada.
L'expressió diana, la distribució de teixits, la internalització mediada per receptor-i l'eliminació de fàrmacs mediada-la diana (TMDD) poden influir en l'exposició d'anticossos. Això és més important per als anticossos dirigits contra dianes altament expressades o d'interiorització ràpida, on la unió de la diana passa a formar part de la via d'eliminació i produeix una farmacocinètica no lineal o depenent de la dosi-.
Per tant, el desenvolupament d'anticossos hauria de superar la qüestió de quant de temps roman l'anticossos al plasma i preguntar-se si l'exposició manté una cobertura diana suficient durant la durada requerida. La distinció és fonamental per a la interpretació de la PK/PD: un anticòs pot tenir una semivida sistèmica favorable, però encara es pot reduir farmacològicament si la penetració del teixit o la participació de la diana és insuficient.
ADC: mesurar l'anticossos no explica tota la història
Els conjugats de fàrmacs-anticossos afegeixen una altra capa de complexitat, perquè l'entitat terapèutica no és només l'anticòs.
Un ADC conté almenys tres components funcionalment importants: l'anticossos, l'enllaçador i la càrrega útil. Després de l'administració, el seu comportament pot divergir.
Les espècies circulants poden incloure ADC intacte, anticossos parcialment desconjugats, càrrega útil lliure i catabòlits actius o inactius. La concentració total d'anticossos pot mantenir-se relativament alta fins i tot quan disminueix la concentració d'ADC farmacològicament competent.
Això crea una distinció analítica important:
Exposició total d'anticossos ≠ exposició a ADC intacta ≠ exposició a càrrega útil activa
Estudis ADCper tant, cal mesurar paràmetres com ara l'anticossos intactes o conjugats, la relació fàrmac-a-anticossos (DAR), la càrrega útil lliure, els metabòlits relacionats amb la càrrega útil-i, si escau, l'exposició dels teixits.
DAR també mostra per què l'optimització d'un sol paràmetre pot induir a error. L'augment de la càrrega útil augmenta el contingut del fàrmac per anticòs, però un DAR excessiu canvia les propietats fisicoquímiques, com ara la hidrofobicitat, la propensió a l'agregació, la distribució del teixit i l'eliminació.
La pregunta central de DMPK per a un ADC és si l'ADC intacte pot arribar al teixit rellevant, mantenir-se prou estable en circulació i alliberar una càrrega útil activa al lloc i al moment adequats.
Pèptids: l'extensió de la meitat-vida requereix més que una estabilitat proteolítica
Les terapèutiques de pèptids presenten un altre repte diferent de DMPK.
Molts pèptids endògens es degraden ràpidament per proteases i, a causa de la seva petita mida molecular, també experimenten una eliminació renal substancial. L'extensió de l'exposició al pèptid sovint requereix canviar el perfil general de disposició, en lloc d'augmentar només la resistència a la degradació enzimàtica.
La semaglutida és un exemple útil. La seva exposició sistèmica prolongada s'associa a una modificació estructural que afavoreix la unió a l'albúmina, la qual cosa redueix l'eliminació renal i allarga el temps de circulació.
La lliçó més àmplia és que el pèptid DMPK hauria de tenir en compte diverses propietats connectades: estabilitat proteolítica, unió a proteïnes, eliminació renal, distribució de teixits i compromís del receptor. Un pèptid que és altament estable en un assaig de proteasa aïllada encara pot tenir un perfil in vivo desfavorable si el seu mecanisme d'eliminació dominant es troba en un altre lloc.
Àcids nucleics: la PK del plasma pot no reflectir la durada farmacològica
Els petits ARN interferents (siRNA) i els oligonucleòtids antisentit (ASO) mostren la limitació més clara de la interpretació convencional de PK plasmàtica.
Per a moltes molècules petites tradicionals, la concentració plasmàtica està raonablement relacionada amb l'exposició al lloc farmacològic. Per a la terapèutica d'àcids nucleics, aquesta connexió pot ser molt més feble.
Després de l'administració, un oligonucleòtid es pot distribuir als teixits, experimentar captació cel·lular i tràfic intracel·lular i acumular-se en compartiments farmacològicament rellevants. Una exposició biològicament significativa pot persistir després que les concentracions plasmàtiques hagin disminuït.
Inclisiran ho il·lustra. Com a siRNA conjugat de GalNAc-, la seva activitat depèn del lliurament als hepatòcits, la participació de la maquinària d'interferència d'ARN intracel·lular i la supressió sostinguda de l'expressió de PCSK9. La durada de l'activitat farmacodinàmica no es pot llegir a partir del seu perfil temporal de concentració plasmàtica-.
El mateix principi és encara més clar per als ASO dirigits al SNC-com ara el nusinersen, on l'exposició al líquid cefaloraquidi i al teixit neural té més importància a l'activitat farmacològica que a la concentració plasmàtica.
Per a la terapèutica d'àcids nucleics, la cadena rellevant és:
Dosi → distribució del teixit → captació cel·lular → persistència intracel·lular → modulació de l'ARN objectiu → durada de la PD
Això és fonamentalment diferent de l'avaluació d'una molècula petita convencional principalment a través de la PK plasmàtica.
Un marc DMPK no s'adapta a totes les modalitats de medicaments
Les diferències entre modalitats es poden resumir preguntant-se quina és realment l'exposició farmacològica més rellevant.
| Modalitat de fàrmacs | Focus precoç comú de DMPK | Trampa d'interpretació comuna | Pregunta més informativa |
|---|---|---|---|
| Petites molècules | CL, F, t₁/₂, CYP, estabilitat | Alta estabilitat=espai lliure baix | Quins mecanismes determinen l'exposició lliure de fàrmacs i teixits? |
| Anticossos | CL, t₁/₂, FcRn | Llarga -vida mitjana=suficient eficàcia | Es manté la cobertura objectiu? |
| ADCs | Anticòs PK | Exposició a anticossos=Exposició ADC | Quant ADC intacte i càrrega útil activa arriben a l'objectiu? |
| Pèptids | Estabilitat, t₁/₂ | Estabilitat proteolítica=exposició llarga | Com determinen la unió i l'eliminació la persistència sistèmica? |
| siRNA / ASO | Plasma PK, distribució dels teixits | Desaparició de plasma=pèrdua d'activitat | Es manté l'exposició intracel·lular productiva? |
La taula fa un punt més ampli: els punts finals de DMPK s'han de seleccionar segons la biologia de la modalitat terapèutica, en lloc d'aplicar-se de manera uniforme a les classes de fàrmacs.
Què hauria de demanar DMPK abans que un candidat avanci?
Quan revisen un paquet de DMPK, els equips solen centrar-se primer en l'AUC, la Cmax, l'aclaració i la-vida mitjana. Aquests paràmetres són importants, però no expliquen per si mateixos si el fàrmac funcionarà.
Una avaluació més útil comença amb quatre preguntes.
On ha d'actuar el fàrmac? El compartiment rellevant pot ser plasma, teixit tumoral, fetge, SNC o un compartiment intracel·lular.
Quina espècie molecular és farmacològicament activa? Per a un ADC, pot ser una càrrega útil conjugada o alliberada intacta. Per a una terapèutica d'àcid nucleic, la concentració total pot no representar una exposició intracel·lular productiva.
PK pot explicar la PD? Si l'exposició sistèmica augmenta sense una resposta farmacodinàmica corresponent, el problema pot estar en la distribució del teixit, el compromís de la diana, el lliurament intracel·lular o la biologia aigües avall, més que en l'exposició sistèmica en si.
El model animal seleccionat reprodueix el mecanisme de disposició rellevant? Les diferències d'espècies en enzims, transportadors, expressió diana, biologia de FcRn, distribució de teixits i estat de la malaltia poden afectar la interpretació de la traducció.
Aquestes preguntes canvien el DMPK d'una col·lecció de paràmetres numèrics cap a una comprensió mecanicista del comportament de les drogues.
De l'exposició a la traducció
L'objectiu de DMPK no és maximitzar un sol paràmetre. Es tracta d'establir una relació coherent entre la dosi, l'exposició, la distribució, el compromís de l'objectiu, la farmacodinàmica i, en definitiva, l'eficàcia i la seguretat.
Això importa més a mesura que el desenvolupament s'expandeix més enllà de les petites molècules convencionals cap a anticossos, ADC, pèptids, oligonucleòtids, teràpies cel·lulars i gèniques i altres modalitats complexes.
Per a alguns programes, la PK del plasma segueix sent el punt final de translació dominant. Per a d'altres, l'exposició dels teixits, la cobertura d'objectius, la concentració de fàrmacs intactes, la persistència intracel·lular o la distribució basada en imatges-ofereixen proves més informatives.Imatge no clínicapot complementar la PK convencional proporcionant informació longitudinal sobre la biodistribució, el compromís de l'objectiu i els canvis farmacodinàmics en subjectes vius.
En estudis sobre primats no-humans, la integració de PK/PD amb mesures de nivell-de teixits, biomarcadors, imatges i punts finals farmacològics ajuda a establir si el candidat es comporta segons el mecanisme previst. La plataforma de recerca translacional de Prisys combinaFarmacologia NHPamb PK/PD, anàlisi de biomarcadors, patologia i imatge clínica-equivalent quan sigui científicament adequat, donant suport a una interpretació més integrada de la disposició dels fàrmacs i la farmacologia.
La lliçó és senzilla: calen bones dades in vitro, però no garanteixen una bona farmacologia in vivo. L'estratègia DMPK més informativa segueix el fàrmac des del disseny molecular fins al seu lloc d'acció real:
Propietats moleculars → Disposició in vivo → Exposició rellevant dels teixits → Compromís diana → DP → Eficàcia i seguretat
Quan s'entén aquesta cadena, els resultats in vivo inesperats deixen de ser "errors de predicció" i es converteixen en una evidència mecanicista que pot guiar l'optimització dels candidats, el disseny de l'estudi i la presa de decisions-translacionals.
Preguntes freqüents
P: Per què un compost amb una alta estabilitat microsòmica encara pot tenir una alta eliminació in vivo?
R: L'estabilitat microsòmica reflecteix principalment la rotació metabòlica en condicions experimentals controlades. L'eliminació in vivo també pot implicar l'eliminació renal, l'excreció biliar, els processos mediats pel transport-, el metabolisme extrahepàtic i els efectes relacionats amb la distribució-. Per tant, l'estabilitat microsòmica s'ha d'interpretar com un component de l'eliminació global en lloc d'un substitut directe de la PK sistèmica.
P: Per què la semivida del plasma no és suficient per avaluar els productes biològics?
R: Per als productes biològics, l'activitat farmacològica depèn no només de la persistència sistèmica, sinó també de la distribució dels teixits, l'expressió diana, la disposició-mediada per l'objectiu i la implicació de l'objectiu. Una llarga vida-no garanteix necessàriament una exposició adequada al lloc farmacològic.
P: Què fa que l'ADC PK sigui diferent de la PK d'anticossos convencionals?
R: Un ADC conté un anticòs, un enllaç i una càrrega útil la disposició dels quals pot canviar de manera independent després de l'administració. Per tant, la concentració total d'anticossos no reflecteix necessàriament l'exposició a l'ADC intacta o a la càrrega útil activa. Els estudis d'ADC haurien de tenir en compte la integritat del conjugat i de les espècies relacionades amb la càrrega útil-a més de la PK d'anticossos convencionals.
P: Per què els fàrmacs d'àcid nucleic poden romandre actius després de disminuir les concentracions plasmàtiques?
R: Les terapèutiques siRNA i ASO es poden acumular en teixits i cèl·lules i poden produir efectes farmacològics intracel·lulars prolongats. En conseqüència, la concentració plasmàtica pot disminuir substancialment abans que el mecanisme intracel·lular rellevant hagi tornat a la línia de base.
P: Quin és el punt final DMPK més important?
R: No hi ha cap punt final universal. El punt final adequat depèn de la modalitat terapèutica i del mecanisme d'acció. Per a algunes molècules petites, l'exposició lliure al fàrmac i la concentració del teixit poden ser crítiques; per als anticossos, la cobertura diana pot ser més informativa; per als ADC, l'ADC intacte i l'exposició a la càrrega útil poden importar; i per als àcids nucleics, l'exposició intracel·lular productiva pot ser el determinant clau de la durada farmacològica.
