Pastaraisiais metais didėjant neurologinių sutrikimų, tokių kaip Alzheimerio liga, depresija, šizofrenija ir.Parkinsono liga ,CNS vaistų kūrimas sulaukė didelio dėmesio. Tačiau dėl neaiškių ligos mechanizmų ir iššūkių, tokių kaip kraujo ir smegenų barjeras (BBB), CNS vaistų kūrimo sėkmės rodiklis išlieka mažas. Šiame straipsnyje bus apžvelgtos atitinkamos teorinės žinios ir tyrimų metodikos, susijusios su CNS vaistais iš afarmakokinetika (PK) perspektyvą.
1. CNS prasiskverbimo kliūtys
Kaip parodyta toliau, BBB sudaro sandariai supakuotos smegenų kapiliarinės endotelio ląstelės ir neuroglijos ląstelės, kurios beveik visiškai blokuoja junginių kryžminimą tarpląsteliniais takais arba endocitoze. BBB taip pat išreiškia ištekėjimo transporterius, tokius kaip P-glikoproteinas (P-gp) ir atsparumo krūties vėžiui baltymas (BCRP), kurie pumpuoja daugumą substratų atgal į kraują. Todėl dauguma mažų molekulių prasiskverbia į smegenis pirmiausia per pasyvią difuziją per lipidų membranas. Be to, kraujo ir smegenų skysčio barjeras (BCSFB) yra dar vienas svarbus barjeras. Kraujyje esantys junginiai gali tiesiogiai kirsti BCSFB arba, perėję BBB, pasklisti arba patekti į smegenų skystį (CSF). Tačiau P-gp, išreikštas BCSFB, gali pumpuoti junginius atgal į kraują, apribodamas smegenų poveikį.
2. Pagrindiniai CNS vaistų įsiskverbimo parametrai
Atsižvelgiant į tai, kad sunku kirsti BBB, labai svarbu atrinkti junginius, kurių CNS prasiskverbimas yra palankus in vitro arba tyrimuose su gyvūnais. Svarbu pasirinkti tinkamus parametrus, kurie būtų naudojami kaip vertinimo kriterijai. Dažniausiai naudojami parametrai apima nesurišto vaisto koncentraciją smegenyse (Cbu), smegenų ir plazmos nesurišto vaisto santykį (Kpuu arba Cbu/Cpu), smegenų ir plazmos bendros vaisto koncentracijos santykį (B/P santykis), nesurišto vaisto. frakcija (fu), BBB pralaidumas (Papp) ir ištekėjimo santykis (ER).
2.1 Nesusijusių vaistų koncentracija smegenyse
Remiantis laisvo vaisto hipoteze, nesurišto vaisto koncentracija smegenyse geriausiai atspindi efektyvią vaisto koncentraciją. Tačiau praktiškomis sąlygomis sunku tiesiogiai išmatuoti nesusijusio vaisto koncentraciją smegenų ląstelėse. Nesant reikšmingo transporterio poveikio, kaip pakaitalai dažnai naudojami nesusijusių vaistų koncentracijos plazmoje, likvoro ar smegenų intersticiniame skystyje.
2.2 Smegenų ir plazmos nesurištų vaistų santykis (Kpuu)
Kpuu yra pagrindinis parametras, atspindintis junginių pasiskirstymo pusiausvyrą tarp kraujo ir smegenų, integruojantis pasyvią difuziją ir transporterio aktyvumą. Kai Kpuu artėja prie 1, tai rodo pageidaujamas junginio savybes, tokias kaip geras pralaidumas ir nepernešantys substratai. Šiuo atveju nesurišto vaisto koncentracija plazmoje gali būti pakaitinis rodiklis. Kai Kpuu yra žymiai mažesnis nei 1, junginys gali būti transporterio substratas arba prastai pralaidus, todėl reikia atlikti struktūrinius pakeitimus. Kpuu, didesnis nei 1, gali rodyti aktyvių transporterių dalyvavimą transmembraniniame transportavimo procese.
2.3 Smegenų ir plazmos bendros vaistų koncentracijos santykis (B/P santykis)
Nors ir lengva gauti, B/P santykis gali suklaidinti supratimą apie junginio prasiskverbimą į smegenis. Dėl nesurištų frakcijų tarp plazmos ir smegenų skirtumų, didelis B/P santykis nebūtinai reiškia didelę nesurišto vaisto koncentraciją smegenyse ir atvirkščiai. B/P santykis yra naudingas tik grubiai stratifikuojant, pašalinant junginius, kurių bendra koncentracija smegenyse itin maža, bet ne parenkant geresnius CNS junginius.
2.4 Neprisijungusi dalis (fu)
Nesusijungta frakcija plazmoje ir smegenų audinyje naudojama standartiniams PK parametrams konvertuoti į nesurištus vaisto parametrus. Nors didesnės neprisijungusios frakcijos gali rodyti didesnę veiksmingą vaisto koncentraciją, padidėjusi nesurištų frakcijų koncentracija plazmoje taip pat gali lemti didesnį metabolizmą arba eliminacijos greitį. Panašiai didesnės nesurištos frakcijos smegenų audinyje gali trukdyti pasyviai difuzijai į smegenis. Todėl fu paprastai negali būti pagrindinis optimizavimo parametras, o jo vertė nėra tiesiogiai susijusi su efektyvumu.
2,5 BBB pralaidumas (Papp)
Papp reiškia pasyvios junginio difuzijos per BBB greitį. Tačiau vien šis parametras nėra lemiamas nustatant prasiskverbimą į smegenis. Tai tik atspindi greitį, kuriuo pasiekiama pusiausvyra tarp plazmos ir smegenų, bet nereiškia didelės absoliučios nesurišto vaisto koncentracijos smegenyse. Todėl Papp gali būti naudojamas tik junginiams, kurių BBB pralaidumas itin prastas, šalinti.
2.6 Ištekėjimo santykis (ER)
ER atspindi ištekėjimo transporterio aktyvumo stiprumą BBB įsiskverbimo metu. Nors jis tiesiogiai nenurodo junginio koncentracijos smegenų audinyje, jis gali būti atmetimo kriterijus. Idealiu atveju CNS vaistai neturėtų būti ištekėjimo pernešėjų, tokių kaip P-gp arba BCRP, substratai, nes jie trukdo vaistui patekti į tikslines vietas ir padidina klinikinį PK kintamumą. Tai ypač problematiška junginiams su siaurais terapiniais langais, keliančiais pavojų ir apsunkinančius vystymąsi.
3. Vertinimo metodai
3.1. Tyrimai su gyvūnais
Tyrimai su gyvūnais yra pati tiesioginė ir veiksmingiausia priemonė in vivo gauti koncentraciją smegenų audinyje, CSF ir plazmoje. Apskritai PK atrankai naudojamos rūšys turėtų atitikti tas, kurios buvo naudojamos veiksmingumo ir toksiškumo tyrimams. Vartojimo būdas nustatomas pagal plėtros tikslus. Procedūra yra panaši į įprastinius PK tyrimus, daugiau dėmesio skiriant smegenų audinio arba CSF surinkimui. Rezultatai turėtų būti koreguojami naudojant in vitro nustatytas plazmos ir smegenų audinio fu vertes, nes CSF turi mažai baltymų ir nereikia taisyti. AUCbu/AUCpu santykis reiškia Kpuu, kuris įvertina junginio gebėjimą kirsti BBB. Lyginant AUCcsf su AUCpu, įvertinamas junginio pasiskirstymas BCSFB, o AUCbu/AUCcsf palyginimas rodo, ar CSF gali būti naudojamas kaip nesurišto vaisto koncentracijos smegenų audinyje pavyzdžiu, optimizuojant tyrimo procesą. Smegenų PK tyrimų trūkumas yra gana didelis gyvūnų naudojimas ir mažas atrankos našumas.
3.2 Transporterio tyrimai
Palyginti su kitais vaistais, pernešėjų tyrimai vaidina svarbesnį vaidmenį atliekant CNS vaistų tyrimus dėl plataus ištekėjimo transporterių, tokių kaip P-gp ir BCRP, substrato specifiškumo, kurie žymiai riboja prasiskverbimą į smegenis. In vitro tyrimuose dažnai naudojamos transfekuotos ląstelių linijos, turinčios didelę P-gp arba BCRP ekspresiją (pvz., MDCK-MDR1 arba MDCK-BCRP), kad būtų galima atlikti didelio našumo atranką, su pagrįstomis ribinėmis vertėmis, pagrįstomis junginių skaičiumi ir atrankos strategija. Tačiau vežėjų rūšių skirtumai gali lemti neatitikimus tarp in vitro žmogaus vežėjo duomenų ir tyrimų su gyvūnais in vivo, todėl kartais reikia naudoti išmuštus gyvūnų modelius (pvz., MDR1a/1b arba BCRP KO peles), nors šis metodas yra brangus ir mažiau nuspėjamas. žmonių vežėjų veiklos.
3.3 BBB pralaidumo tyrimai
Auksinis BBB pralaidumo tyrimo standartas yra smegenų perfuzija in situ, tačiau dėl techninių reikalavimų ir mažo atrankos pralaidumo šis metodas retai naudojamas junginių atrankai. Dažniausiai naudojami metodai apima tyrimus in vitro, tokius kaip PAMPA-BBB arba vieno sluoksnio ląstelių transportavimo tyrimus, kurie primena įprastinius absorbcijos pralaidumo tyrimus, bet labiau atspindi BBB charakteristikas. Ankstyvosios stadijos tyrimuose taip pat gali būti naudojami skaičiavimo modeliai, pagrįsti fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, siekiant prognozuoti BBB pralaidumą ir padėti optimizuoti junginį.
3.4 Baltymų surišimo tyrimai
Dažniausias baltymų prisijungimo nustatymo metodas yra pusiausvyrinė plazmos ir smegenų audinio homogenatų dializė. Junginiams, turintiems stiprų nespecifinį ryšį, būtina pakoreguoti eksperimento pusiausvyros laiką, kad būtų pasiekta tikroji pusiausvyra ir būtų išvengta šališkumo. Alternatyvūs metodai apima Transil ir progresuojančią pusiausvyros dializę. Tyrimai parodė, kad smegenų audinio surišimas nepriklauso nuo rūšies ar smegenų regionų, o tai reiškia, kad žmogaus smegenų audinio surišimo duomenis galima ekstrapoliuoti iš vienos rūšies duomenų. Taip pat galimi kiti metodai, tokie kaip ultracentrifugavimas, mikrodializė ir smegenų audinio pjūvio metodai, atsižvelgiant į specifinius poreikius.
Išvada
Jų kūrimui labai svarbu suprasti veiksnius, turinčius įtakos CNS vaistų poveikiui smegenims, ir taikyti atitinkamas tyrimo metodikas. Pagrindinių atrankos ir optimizavimo parametrų nustatymas gali padėti padidinti smegenų ekspoziciją, išvengti ištekėjimo pernešėjų substratų ir sumažinti sisteminį klirensą, užtikrinant, kad pakankamai vaistų pasiektų tikslines vietas, kad būtų pasiektas terapinis poveikis. Tačiau klinikinis CNS vaisto PK vertimas tebėra sudėtingas, o ateities pažanga gali priklausyti nuo mechaniškesnių modelių, pagrįstų BBB transporteriais ir fiziologinėmis struktūromis, padedančiomis kuriant CNS vaistus.
