Razumijevanje antisense oligonukleotida (ASO) Farmakokinetika: Ključni čimbenici u apsorpciji i distribuciji

Antisense oligonukleotidi (ASOS) predstavljaju obećavajući terapijski modalitet, ali njihova učinkovitost i sigurnost su intrinzično povezani s njihovimApsorpcija, distribucija, metabolizam i izlučivanje (ADME)Karakteristike. Razumijevanje ovihFarmakokinetika (PK)Svojstva su ključna za optimizaciju razvoja lijekova ASO. Na apsorpciju ASO -a utječu njihova specifična fizikalno -kemijska svojstva, poput stanja ionizacije, konstante disocijacije kiseline (PKA) i hidrofobnosti, kao i odabrani put primjene. Naknadna distribucija lijekova tada upravljaju čimbenicima, uključujući put primjene, koncentraciju slobodnog lijeka, perfuziju tkive krvi, opseg vezanja tkiva, lokalnog pH okoliša i propusnost stanične membrane.

Functional mechanisms of ASOs involved in the regulation of targets. The number within the circle suggests the step-wise mechanism of ASOs during the regulation of targets. Reproduced with permission from reference — Funkcionalni mehanizmi ASO -a koji su uključeni u regulaciju ciljeva. Broj unutar kruga sugerira korak-mehanizam ASOS-a tijekom regulacije ciljeva. Reproducirano uz dopuštenje iz reference

Utjecaj ASO kemije na vezanje i distribuciju proteina u plazmi

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 primjer, Mipomersen pokazuje vezanje proteina u plazmi od 95% kod ljudi i 85% kod miševa. Nasuprot tome, ASO -i s modifikacijama fosforodijada morfolino oligomera (PMO) nisu punjene i pokazuju značajno niže vezanje proteina u plazmi kod ljudi (npr. 6-17%za eteplirsen, konkretno 6,1%-16. 5%).

Ova razlika u vezivanju proteina u plazmi ima duboke implikacije. Budući da vezanje proteina utječe na stanični unos i glomerularnu filtraciju, PS-ASO-ovi uglavnom pokazuju trajnije raspodjelu tkiva i sporije izlučivanje mokraće u usporedbi s PMOS-om.

Sistemske rute administracije: izazovi i strategije

Usmena uprava:I PS-ASOS i PMO-ovi uglavnom imaju lošu oralnu apsorpciju. Njihova velika molekularna težina i hidrofilna priroda rezultiraju niskom propusnošću membrane.
Intravenska (IV) i subkutana (SC) ubrizgavanje:Iako je oralna isporuka izazovna, sistemska izloženost može se pouzdano postići IV ili SC ubrizgavanjem nakon odgovarajućih kemijskih modifikacija. Trenutno se većina ASO -a primjenjuje intravenski kako bi se maksimizirala bioraspoloživost. Ova ruta olakšava brzu raspodjelu u visoko vaskularizirane organe poput jetre, bubrega i slezine. Međutim, distribucija u tkiva poput srca, mišića i pluća je sporija, što potencijalno zahtijeva češće doziranje. Na primjer, tjedno primjena IV eteplirsena (30 mg\/kg) u kliničkim ispitivanjima pokazala je prosječni prividni volumen distribucije (VD) od 601 ml\/kg, što ukazuje na značajnu raspodjelu tkiva. Slijedeći pojedinačne ili više doza IV, CMAX se obično javlja na kraju infuzije, a PK često pokazuje proporcionalnost doze s ponovljenim doziranjem.
Podkutana primjena:Administracija SC-a često rezultira duljim poluživotom distribucije u odnosu na IV, vjerojatno zbog postupne apsorpcije s mjesta ubrizgavanja. Studija uPrimati ne-ljudski (NHP)S eteplirsen (320 mg\/kg) pokazao je 100% bioraspoloživost nakon primjene SC-a, pri čemu se CMAX pojavio otprilike 7 sati nakon doze. Mipomersen je također pokazao potpunu apsorpciju s mjesta SC kod majmuna, sa 100% bioraspoloživošću i CMAX u 3-4 satima. Tim uPrisys Biotechima veliko iskustvo u dizajniranju i provođenju takvih NHP studija za karakterizaciju ASO.

In vivo testing of ASOs evaluates efficacy safety and pharmacokinetics assessing biodistribution and long-term effects to optimize gene silencing — In vivo ispitivanje ASOS-a procjenjuje učinkovitost, sigurnost i farmakokinetiku, procjenjujući biorazdobluku i dugoročne učinke kako bi se optimiziralo prigušivanje gena

Stanični unos i mehanizmi unutarćelijskog prometa

Zbog ograničene propusnosti membrane, ASO-ovi ulaze u stanice prvenstveno putem fagocitoze ili endocitoze posredovane receptorima, a ne pasivne difuzije. Ovaj stanični unos je proces s više koraka:

Adsorpcija:ASOS je u početku adsorbirao proteine stanične površine.
Internalizacija:Različiti receptori stanične površine, uključujući epidermalni receptori faktora rasta (EGFR), G proteinski receptori (GPCR) i receptore za uklanjanje, posreduju u endocitozi ASO. Osobito su bili proučeni receptori za čišćenje; stabilin -1 i stabilin -2 posreduju u unosu jetre PS-ASOS, dok receptor za čišćenje A1 posreduje unos mišića PMOS.

Nakon internaliziranih, ASOS mora pobjeći iz endosoma kako bi u interakciji s ciljanom RNA u citoplazmi ili jezgri. Ovaj unutarćelijski promet reguliran je interakcijama s brojnim citoplazmatskim i nuklearnim proteinima. Za PS-ASOS, studije Liang i sur. Identificirao je paket interaktivnih unutarćelijskih proteina. U novije vrijeme, Rab5c i rani endosomski antigen 1 (EEA1) uključeni su u rani endosomski promet PS-ASO-a, promičući njihov endosomski bijeg nakon internalizacije posredovane stabilom. U kasnom endosomskom putu uključeni su Rab7a i lizosomalni bis (monoacilglycero) fosfat. Molekularna osnova unutarćelijskog transporta za PMOS je manje dobro razumljiva u usporedbi s PS-ASOS-om.

Strategije za optimizaciju distribucije ASO tkiva

Kako bi se poboljšali profili isporuke i ukupne distribucije specifične za tkivo, istražuje se nekoliko strategija:

Konjugacija:Konjugiranje ASO -a na ciljanje dijelova poput masnih kiselina ili peptida je ključni pristup. Na primjer, (GalNAC3) -ASO konjugati, koje hepatociti aktivno uzimaju putem receptora asialoglikoproteina, ušli su u klinički razvoj, pokazujući značajno poboljšanu isporuku jetre i poboljšanu farmakodinamiku.
Peptidi koji prodiru staničnu stanicu (CPPS):Spajanje ASO -a s CPPS -om još je jedna uspješna metoda za poboljšanje stanične prodora. Pozitivan naboj CPPS -a olakšava vezivanje na neispunjene PMO ASO -ove. CPP -ovi potiču PMO ulazak u stanice putem endocitnih mehanizama koji uključuju interakcije između kationskih CPP i anionskih proteoglikana stanice. Ova se strategija učinkovito koristi za poboljšanje unosa PMO -a u mišićno tkivo.

Lokalna uprava za ciljanu isporuku

Za ciljna mjesta koja su nepristupačna ili slabo dosegnula sistemska administracija, izravna lokalna isporuka ASO je održiva opcija.

Očna dostava:Intravitrealna injekcija, kako se koristi za Fomivirsen, lijek donosi izravno u oči, zahtijevajući samo male doze za izravnu distribuciju mrežnice.
Dostava središnjeg živčanog sustava (CNS): Intratekalna (IT) administracijazaobilazi krvno-moždanu barijeru, omogućujući isporuku ASO-a CNS-u. Iako je invazivna, IT ubrizgavanje pokazala se učinkovitom u povećanju bioraspoloživosti ASO u mozgu i leđnoj moždini, istovremeno minimiziranje sistemske izloženosti u usporedbi s IV ili SC rutama. Uspjeh Nusinersena putem IT administracije naglašava potencijal ASO -a za poremećaje CNS -a i otvara načine za ciljanje stanja poput Huntingtonove bolesti i amiotrofične lateralne skleroze. Pojedine IT injekcije kod majmuna Cynomolgus odraslih pokazale su široku raspodjelu u leđnoj moždini na farmakološki aktivnim razinama. Sedam dana nakon doze, ukupna razina Nusinersena u tkivima CNS-a ovisila je o dozi, s većom raspodjelom u leđnoj moždini i korteksu. Čak i pri najnižoj dozi (1 mg\/kg), razine lijeka u ciljnim tkivima bile su 3-8 veće od EC50 (~ 1 µg\/g). Razvijanje i potvrđivanje takvih specijaliziranih protokola isporuke CNS -a temeljna je kompetencija uPrisys Biotech.
Intranazalna isporuka:Intranazalna administracija istražuje se kao neinvazivna ruta za isporuku ASO-a CNS-a. Nakon intranazalne primjene, ASO molekule mogu se transportirati stazama poput olfaktornih i trigeminalnih živaca. Upotreba CPP -a može dodatno poboljšati isporuku CNS -a, strategiju koja je pokazala obećanje sa siRNA.

Usmena bioraspoloživost: stalni izazov

Usmena primjena ostaje značajna prepreka za ASOS zbog ograničene apsorpcije gastrointestinala. PS-ASO ISIS 14725 pokazao je oralnu bioraspoloživost od približno 5,5% nakon primjene dvanaesnika u štakora, dok je PMO AVI -4472 pokazao oralnu bioraspoloživost 41% -79% u štakora. Međutim, trenutno nedostaje izvješća o uspješnoj usmenoj administraciji PMO -a kod ljudi.

Zaključak: Važnost farmakokinetičkog razumijevanja u razvoju ASO

Apsorpcija i raspodjela lijekova ASO složeni su procesi diktirani njihovom kemijskom prirodom i odabranom strategijom isporuke. Temeljito razumijevanje ovih farmakokinetičkih principa, od mehanizama vezanja proteina u plazmi i staničnog unosa do utjecaja različitih ruta primjene, najvažnije je za osmišljavanje i razvoj sigurnih i učinkovitih ASO terapija. Kontinuirano istraživanje novih tehnologija isporuke i kemijskih modifikacija ima za cilj dodatno optimizirati biodistribuciju ASO i terapijsku učinkovitost. Partnerstvo s iskusnim predkliničkim organizacijama za istraživanje ugovora (CROS) poputPrisys Biotech, koji posjeduju duboku stručnost u ASO karakterizaciji i specijaliziranim tehnikama isporuke, mogu značajno pridonijeti uspješnom napretku ovih inovativnih lijekova.