De ce datele in vitro bune pot eșua in vivo: regândirea DMPK în diferite modalități de medicamente

„Datele in vitro arată excelent”.

Această afirmație apare adesea în descoperirea medicamentelor. Candidatul prezintă potență biochimică puternică, activitate celulară favorabilă, selectivitate bună, stabilitate metabolică ridicată și inhibare limitată a CYP. Pe hârtie, molecula pare gata să progreseze în studiile farmacocinetice și farmacocinetice pe animale.

De ce, atunci, un candidat cu date puternice in vitro poate avea încă rezultate slabe in vivo?

O moleculă mică poate prezenta stabilitate microzomală excelentă, dar clearance-ul neașteptat de mare la animale. Un anticorp poate prezenta o legare puternică a țintei și potență celulară, dar nu reușește să mențină o acoperire suficientă a țintei in vivo. Un ADC poate păstra expunerea favorabilă la anticorpi în timp ce își eliberează sarcina utilă prematur. O peptidă poate părea stabilă in vitro, dar poate fi eliminată rapid in vivo. Pentru terapiile cu acid nucleic, concentrațiile plasmatice pot scădea rapid, chiar dacă activitatea farmacologică persistă săptămâni sau luni.

Aceste rezultate nu sunt contradicții. Ele reflectă un principiu de bază al DMPK: testele in vitro izolează mecanismele individuale, în timp ce farmacocinetica in vivo reflectă comportamentul întregului sistem biologic. Întrebarea relevantă nu este dacă un medicament este „stabil” sau are o „înjumătățire-lungă”, ci dacă dispunerea lui produce o expunere suficientă la locul și în forma moleculară, necesară pentru activitatea farmacologică.

După administrare, un medicament trece printr-o secvență de procese conectate: absorbție, distribuție, metabolism, eliminare, penetrare în țesut, interacțiune țintă și farmacologie în aval.

Un test in vitro examinează doar o componentă a acestui sistem. Stabilitatea microzomală, de exemplu, descrie schimbarea metabolică intrinsecă în condiții experimentale definite. În sine nu determină clearance-ul renal, eliminarea-mediată de transportor, distribuția tisulară, legarea proteinelor plasmatice sau contribuția metabolismului extrahepatic.

Același punct se aplică modalităților mai complexe. Pentru anticorpi, expunerea sistemică depinde nu numai de reciclarea mediată de FcRn-, ci și de expresia țintă și de dispoziția-mediată de țintă. Pentru ADC, expunerea totală la anticorpi nu reprezintă neapărat expunerea la ADC intact, competent din punct de vedere farmacologic. Pentru peptide și acizi nucleici, distribuția tisulară și persistența intracelulară pot conta mai mult decât stabilitatea plasmei.

Prin urmare, interpretarea DMPK trebuie să treacă de la parametrii izolați la un cadru de expunere bazat pe mecanism{0}:

Proprietăți moleculare → absorbție și dispoziție → expunerea țesuturilor → angajarea țintei → răspuns farmacodinamic

Eșecul în orice etapă rupe relația dintre potența in vitro și eficacitatea in vivo.

Pentru moleculele mici convenționale,primele programe DMPKde obicei includ stabilitatea microzomală hepatică, stabilitatea hepatocitelor, inhibarea sau inducția CYP, stabilitatea plasmei și evaluările permeabilității.

Stabilitatea microzomală este utilă deoarece caracterizează susceptibilitatea unui compus la metabolismul oxidativ hepatic. Cu toate acestea, stabilitatea microzomală ridicată nu trebuie interpretată ca un clearance sistemic scăzut.

Clearance-ul in vivo poate implica, de asemenea, filtrarea și secreția renală, excreția biliară, activitatea transportorului, metabolismul extrahepatic și alte mecanisme de eliminare. Distribuția poate modifica și mai mult profilul de timp-concentrației plasmatice observate.

Înjumătățirea-de asemenea, are nevoie de lectură atentă. Deoarece:

t₁/₂=0.693 × Vd / CL

o perioadă lungă de înjumătățire-terminală poate rezulta din clearance-ul scăzut, un volum aparent mare de distribuție sau ambele. Un timp de înjumătățire-scurt, la rândul său, nu înseamnă doar degradare metabolică rapidă.

Distincția contează atunci când se extrapolează între specii. Enzimele și transportatorii care metabolizează-drogurile diferă între rozătoare, câini, primate non--umane și oameni. PK la animale nu poate fi întotdeauna prezisă dintr-un singur test metabolic in vitro sau de la o altă specie, fără a integra mai multe linii de dovezi.

Prin urmare, DMPK cu molecule mici-ar trebui să răspundă la două întrebări separate:

Cât de stabil este compusul?

Și ce mecanisme îi domină clearance-ul și expunerea in vivo?

Întrebările sunt legate, dar nu sunt interschimbabile.

Terapiile cu molecule mari-funcționează într-un cadru DMPK diferit.

Pentru anticorpii IgG convenționali, reciclarea mediată de FcRn-contribuie în mod substanțial la persistența sistemică prelungită. Totuși, timpul de înjumătățire-sistemic singur nu determină dacă un anticorp produce activitate farmacologică adecvată.

Expresia țintă, distribuția tisulară, internalizarea-mediată de receptor și eliminarea medicamentului mediată-țintă (TMDD) pot influența toate expunerea la anticorpi. Acest lucru contează cel mai mult pentru anticorpii direcționați împotriva țintelor foarte exprimate sau cu internalizare rapidă, unde legarea țintei devine parte a căii de eliminare și produce o farmacocinetică neliniară sau dependentă de doză-.

Prin urmare, dezvoltarea anticorpilor ar trebui să treacă peste întrebarea cât timp rămâne anticorpul în plasmă și să se întrebe dacă expunerea menține o acoperire suficientă a țintei pentru durata necesară. Distincția este esențială pentru interpretarea PK/PD: un anticorp poate avea o viață de înjumătățire sistemică favorabilă, dar totuși să fie redusă din punct de vedere farmacologic dacă penetrarea tisulară sau implicarea țintei este insuficientă.

Conjugații cu anticorpi-medicament adaugă un alt strat de complexitate, deoarece entitatea terapeutică nu este doar anticorpul.

Un ADC conține cel puțin trei componente importante din punct de vedere funcțional: anticorpul, linkerul și sarcina utilă. După administrare, comportamentul lor poate diverge.

Speciile circulante pot include ADC intact, anticorp parțial deconjugat, sarcină utilă liberă și cataboliți activi sau inactivi. Concentrația totală de anticorpi poate rămâne relativ ridicată chiar dacă concentrația de ADC competent din punct de vedere farmacologic scade.

Acest lucru creează o distincție analitică importantă:

Expunere totală la anticorpi ≠ expunere ADC intactă ≠ expunere la sarcină utilă activă

studii ADCprin urmare, trebuie să se măsoare parametri precum anticorpi intacți sau conjugați, raportul medicament-la-anticorp (DAR), sarcina utilă liberă, metaboliții legați de sarcina utilă-și, acolo unde este relevant, expunerea țesuturilor.

DAR arată, de asemenea, de ce optimizarea unui singur parametru poate induce în eroare. Creșterea încărcăturii utile crește conținutul de medicament per anticorp, dar DAR excesiv modifică proprietățile fizico-chimice, inclusiv hidrofobicitatea, tendința de agregare, distribuția tisulară și clearance-ul.

Întrebarea centrală DMPK pentru un ADC este dacă ADC intact poate ajunge la țesutul relevant, rămâne suficient de stabil în circulație și eliberează o sarcină utilă activă la locul și momentul potrivit.

Peptide terapeutice prezintă o altă provocare distinctă DMPK.

Multe peptide endogene sunt degradate rapid de proteaze și, datorită dimensiunii lor moleculare mici, ele suferă, de asemenea, un clearance renal substanțial. Extinderea expunerii la peptide necesită adesea modificarea profilului general de dispoziție, mai degrabă decât creșterea rezistenței la degradarea enzimatică.

Semaglutida este un exemplu util. Expunerea sa sistemică prelungită este asociată cu modificarea structurală care promovează legarea albuminei, ceea ce reduce eliminarea renală și prelungește timpul de circulație.

Lecția mai largă este că peptida DMPK ar trebui să ia în considerare câteva proprietăți conectate: stabilitatea proteolitică, legarea proteinelor, clearance-ul renal, distribuția tisulară și implicarea receptorilor. O peptidă care este foarte stabilă într-un test de protează izolată poate avea totuși un profil nefavorabil in vivo dacă mecanismul său de eliminare dominantă se află în altă parte.

ARN-ul mic de interferență (siRNA) și oligonucleotidele antisens (ASO) prezintă cea mai clară limitare a interpretării convenționale a PK plasmatice.

Pentru multe molecule tradiționale mici, concentrația plasmatică este legată în mod rezonabil de expunerea la locul farmacologic. Pentru terapiile cu acid nucleic, acea conexiune poate fi mult mai slabă.

După administrare, o oligonucleotidă se poate distribui în țesuturi, poate suferi captare celulară și trafic intracelular și se poate acumula în compartimente relevante din punct de vedere farmacologic. Expunerea semnificativă din punct de vedere biologic poate persista după ce concentrațiile plasmatice au scăzut.

Inclisiran ilustrează acest lucru. Ca siARN conjugat cu GalNAc-, activitatea sa depinde de livrarea la hepatocite, de angajarea mecanismului de interferență a ARN intracelular și de suprimarea susținută a exprimării PCSK9. Durata activității farmacodinamice nu poate fi citită din profilul de timp al concentrației plasmatice-.

Același principiu este și mai clar pentru ASO-direcționate pe SNC, cum ar fi nusinersen, unde expunerea la lichidul cefalorahidian și a țesutului neural contează mai mult pentru activitatea farmacologică decât concentrația plasmatică.

Pentru terapiile cu acid nucleic, lanțul relevant este:

Doza → distribuția tisulară → captarea celulară → persistența intracelulară → modularea ARN țintă → durata PD

Acest lucru este fundamental diferit de evaluarea unei molecule mici convenționale, în principal prin PK plasmatică.

Diferențele dintre modalități pot fi rezumate întrebând care este de fapt cea mai relevantă expunere farmacologică.

Tabelul prezintă un punct mai larg: obiectivele DMPK ar trebui selectate în funcție de biologia modalității terapeutice, mai degrabă decât să fie aplicate uniform între clasele de medicamente.

Când examinează un pachet DMPK, echipele se concentrează adesea mai întâi pe ASC, Cmax, clearance și{0}}durata de înjumătățire. Acești parametri contează, dar nu explică singuri dacă medicamentul va funcționa.

O evaluare mai utilă începe cu patru întrebări.

Unde trebuie să acționeze medicamentul? Compartimentul relevant poate fi plasmă, țesut tumoral, ficat, SNC sau un compartiment intracelular.

Ce specie moleculară este activă farmacologic? Pentru un ADC, acesta poate fi conjugat intact sau sarcină utilă eliberată. Pentru un acid nucleic terapeutic, concentrația totală poate să nu reprezinte o expunere intracelulară productivă.

Poate PK să explice PD? Dacă expunerea sistemică crește fără un răspuns farmacodinamic corespunzător, problema poate sta în distribuția tisulară, angajarea țintei, livrarea intracelulară sau biologia în aval, mai degrabă decât în ​​expunerea sistemică în sine.

Modelul animal selectat reproduce mecanismul de dispoziție relevant? Diferențele dintre specii în enzime, transportatori, expresie țintă, biologia FcRn, distribuția țesuturilor și starea bolii pot afecta interpretarea translațională.

Aceste întrebări schimbă DMPK de la o colecție de parametri numerici la o înțelegere mecanică a comportamentului drogurilor.

Scopul în DMPK nu este de a maximiza un singur parametru. Este de a stabili o relație coerentă între doză, expunere, distribuție, implicarea țintei, farmacodinamică și, în cele din urmă, eficacitate și siguranță.

Acest lucru contează mai mult pe măsură ce dezvoltarea se extinde dincolo de moleculele mici convenționale către anticorpi, ADC, peptide, oligonucleotide, terapii celulare și genice și alte modalități complexe.

Pentru unele programe, PK plasmatică rămâne punctul final dominant de translație. Pentru alții, expunerea țesuturilor, acoperirea țintei, concentrația intactă a medicamentului, persistența intracelulară sau distribuția bazată pe imagini- oferă dovezi mai informative.Imagistica nonclinicapoate completa PK convențională oferind informații longitudinale despre biodistribuție, implicarea țintei și modificările farmacodinamice la subiecții vii.

În studiile pe primate non--umane, integrarea PK/PD cu măsurători la nivel-țesut, biomarkeri, imagistică și obiective farmacologice ajută la stabilirea dacă candidatul se comportă în conformitate cu mecanismul intenționat. Platforma de cercetare translațională a Prisys combinăFarmacologia NHPcu PK/PD, analiză a biomarkerilor, patologie și imagistica clinică-echivalentă, acolo unde este adecvat din punct de vedere științific, susținând o interpretare mai integrată a dispoziției medicamentului și a farmacologiei.

Lecția este simplă: sunt necesare date bune in vitro, dar nu garantează o farmacologie bună in vivo. Cea mai informativă strategie DMPK urmează medicamentul de la proiectarea moleculară până la locul său real de acțiune:

Proprietăți moleculare → Dispoziție in vivo → Expunere relevantă a țesuturilor → Angajarea țintă → PD → Eficacitate și siguranță

Când acest lanț este înțeles, rezultatele neașteptate in vivo încetează să fie „eșecuri ale predicției” și devin dovezi mecanice care pot ghida optimizarea candidaților, proiectarea studiului și luarea-deciziilor translaționale.

Contactați Prisys Biotech