A BCS IV. osztályú paradoxon leküzdése a szenolitikumok területén: Hidrofób flavonoidok nano-micelláris célbajuttatása a célzott celluláris szeneszcencia-clearance érdekében
Vezetői összefoglaló
A rendelkezésre álló szakirodalomban a fisetin és a quercetin ismételten olyan bioaktív flavonoidokként jelennek meg, amelyek valós teljesítményét a formuláció-limitált expozíció korlátozza, mivel több forrás kifejezetten gyenge vizes oldhatóságot és alacsony mérhető biológiai hasznosulást ír le a konvencionális készítmények vagy oldatok/szuszpenziók esetében.[1–4] Számos nano- és lipidalapú megközelítést (liposzómák, nanoliposzómák, polimer micellák, nanoszuszpenziók, nanoemulziók, nanokokleátok, SNEDDS) mutatnak be gyakorlati stratégiaként a szisztémás expozíció és/vagy az abszorpciós kinetika javítására, gyakran jelentős kvantitatív növekedést elérve az AUC vagy a relatív biológiai hasznosulás tekintetében.[3–9] Az adatkészlet legerősebb humán farmakokinetikai szignálja egy hibrid micella-a-hidrogélben fisetin rendszer (FF-20), amely 26.9-szeresére növelte a fisetin AUC0–12h értékét és a Cmax értékét 9.97 ng/mL-ről 238.2 ng/mL-re az unformulated komparátorhoz képest, miközben meghosszabbította azt az időablakot is, ameddig a fisetin kvantifikálható volt a plazmában.[4]
Szenolitikus alapvetés
Ezen az adatkészleten belül a fisetin több forrásban is kifejezetten szenoterápiás vagy szenolitikus flavonoidként szerepel, beleértve egy tanulmányt, amely a fisetint kifejezetten „jól tanulmányozott szenoterápiás gyógyszerként” választotta ki liposzómákban történő tesztelésre, valamint egy összefoglaló megállapítást, miszerint a fisetin „szenolitikus hatással” rendelkezik.[10, 11] A megadott kivonatokban hivatkozott preklinikai in vivo bizonyítékok szerint a tíz in vivo tesztelt természetes flavonoid közül a fisetint jelentették a „legpotensebb szenolitikus vegyületnek”, amely csökkenti a szeneszcencia markereket progeroid és idős egerekben.[12] Azonban az adatkészletben szereplő egyetlen közvetlen szeneszcencia-modell kísérlet (doxorubicin-indukált szeneszcencia A549 és WI38 sejtekben) nem talált szelektív szenolízist a szabad fisetin vagy a fisetinnel töltött liposzómák esetében a viabilitási esszékben, ugyanakkor ELISA-val továbbra is megfigyelték a SASP citokinek, az IL-6 és az IL-8 szenomorf modulációját.[10]
Liposzómás enkapszulációs stratégiák
A liposzómás fisetin többféle előállítási és karakterizálási megközelítéssel képviselteti magát, beleértve a meghatározott foszfolipideket és koleszterint alkalmazó vékonyréteg / vékonyfilm módszert, valamint egy vékonyfilm-evaporációs nanoliposzóma platformot opcionális hialuronsav-bevonattal a stabilitás és az emésztési fázisú micellarizációs eredmények érdekében.[10, 13] Egy in vitro szeneszcencia vizsgálatban liposzómákat készítettek DOPC, DSPE és koleszterin szerves oldószerben történő összekeverésével, lipidfilm kialakításával, HEPES pufferben történő rehidratálással, majd polikarbonát membránokon keresztül 100 nm-re történő extrudálással, hogy uniform liposzómákat kapjanak.[10] Ezek a liposzómák üres állapotban 115.9 ± 0.9 nm Z-átlagot (PDI 0.155 ± 0.004) és −20.3 ± 0.6 mV ζ-potenciált mutattak, míg a fisetin enkapszuláció 95.1 ± 1.0 nm-re csökkentette a méretet (PDI 0.178 ± 0.008), a ζ-potenciált pedig −11.6 ± 1.2 mV-ra tolta el, 13.68%-os enkapszulációs hatékonyság mellett.[10]
Egy különálló nanoliposzóma rendszer lecitint és fisetint alkalmazott 25:1 tömegarányban, 0.8 mg/mL fisetin koncentrációval, vékonyfilm-evaporációval és ultrahangos kezeléssel (2 perc 40 W/cm²-en) előállítva, ami ~80 nm-es téglalap alakú nanoliposzómákat eredményezett 0.3 körüli PDI-vel.[13] A hialuronsav (HA) bevonatot a HA foszfátpufferben való feloldásával és a nanoliposzómákkal 1:10 térfogatarányban történő, egy éjszakán át tartó keverésével készítették; a HA molekulatömege befolyásolta az enkapszulációs hatékonyságot (90–95% 3/35/90–100 kDa esetén, ami 79%-ra csökkent 150–250 kDa-nál és 74%-ra 1000–1500 kDa-nál).[13]
Polimer és önszerveződő micellák
A polimer micellákat az adatkészlet amfifil blokk-kopolimerek által alkotott nanoméretű mag/héj szerkezetekként írja le, és több quercetin micella rendszer is kvantitatív javulást mutat az orális PK paraméterekben.[2, 5, 7] Patkányokban egy MPEG-b-PLLA quercetin micella (vékonyfilm-hidratációval előállítva) 88.5 ± 2.6 nm részecskemérettel, 0.13 ± 0.04 PDI-vel, 82.5 ± 2.1% enkapszulációs hatékonysággal és −8.72 ± 1.03 mV zeta-potenciállal rendelkezett.[7] Ez a micella az AUC0–∞ értéket 4633.71 ± 557.67 h·ng/mL-ről (vizes szuszpenzió) 41677.10 ± 4573.95 h·ng/mL-re növelte, ami kifejezetten 9-szeres relatív orális biológiai hasznosulás növekedésként szerepel, magasabb Cmax (1920.83 ± 250.14 ng/mL vs 628.67 ± 64.66 ng/mL) és késleltetett Tmax (7.3 ± 1.6 h vs 3.0 ± 1.1 h) mellett.[7]
Egy második quercetin micella megközelítés Soluplus micellákat alkalmazott, amelyeket módosított filmdiszperzióval (soluplus plus F127) készítettek; ebben a 7%-os elméleti gyógyszertöltés 79.00 ± 2.24 nm részecskeméretet, 0.154 ± 0.044 PDI-t, 95.91% ± 4.05% enkapszulációs hatékonyságot és −17.10 ± 2.30 mV zeta-potenciált eredményezett.[2] Beagle kutyákban ezek a micellák a quercetin detektálhatóságát 24 óráról (szabad gyógyszer) 48 órára (micella) hosszabbították meg, a Cmax-ot 5.24 μg·mL−1-ről 7.56 μg·mL−1-re növelték, miközben a tiszta quercetinénél 2.19-szer hosszabb felezési időről számoltak be.[2]
Szilárd lipid és nanorészecske platformok
A micellákon és liposzómákon túl az adatkészlet számos nanorészecske platformot tartalmaz, beleértve a polimer nanorészecskéket (PLGA), fehérje nanorészecskéket (BSA-alapú), kitozán ionos gélképző nanorészecskéket, valamint nanoszuszpenziókat/nanokristályokat, mindegyiket részletes méret- és enkapszulációs mérőszámokkal jellemezve.[1, 14–16] A fisetinhez kifejlesztett PLGA nanorészecskéket intravénás orientációjú értékeléshez tervezték; egy példa formuláció (NP4) ~330 nm átlagos részecskeméretről, −7.2 mV ζ-potenciálról, 0.25-ös PDI-ről, 83.58%-os enkapszulációs hatékonyságról és 13.93%-os gyógyszertöltésről számolt be.[17] Egy második fisetin PLGA nanorészecske rendszer (FST-NP) 187.9 nm átlagos méretet, 0.121 PDI-t, −29.2 mV ζ-potenciált és 79.3%-os enkapszulációs hatékonyságot mutatott, és 4.9-szeres, 3.2-szeres, illetve 2.3-szoros magasabb permeációt eredményezett a szuszpenzióhoz képest egy kifordított bélzsák (everted gut sac) modellben a duodenumban/jejunumban/ileumban.[15]
A folsav-célzott fisetin nanorészecskéket (FFANPs) 150 nm-es monodisperz gömb alakú részecskeként írták le, 0.117-es PDI-vel és magas enkapszulációs hatékonysággal (92.36% ± 3.84), 8.39% ± 3.04 töltési kapacitással, támogatva a receptortargetálási paradigmát az orális expozíciós paradigmával szemben a megadott kivonatban.[14] A kitozán/TPP ionos gélképző fisetin nanorészecskék (FNPs) átlagos mérete 363.1 ± 17.2 nm, ζ-potenciálja +17.7 ± 0.1 mV volt, 78.79 ± 7.7% enkapszulációs hatékonyság és 37.46 ± 6.6% töltési kapacitás mellett.[1]
Önemulgeáló és nanoemulziós rendszerek
Az adatkészlet mind a SNEDDS koncepciókat definíciós szinten, mind konkrét nanoemulziós rendszereket leír fisetinre vonatkozó in vivo PK eredményekkel, hangsúlyozva a formuláció által vezérelt abszorpciós kinetikát és a dózishatékonyságot betegségmodellekben.[5, 6] Fisetin esetén egy optimalizált nanoemulziós formuláció (nanoemulsion 9) Miglyol 812 N (10%), Labrasol (10%), Tween 80 (2.5%), Lipoid E80 (1.2%), glicerin (2.25%), NaOH (0.1N) pH 7-ig, és víz 100%-ig összetételű volt, ahol a Miglyol-tartalmú készítmény nanorészecske átmérője 146 ± 3 nm és igen alacsony, 0.015-ös PDI-je volt.[6] Ugyanezt a nanoemulzió-családot 153 ± 2 nm cseppátmérővel, −28.4 ± 0.6 mV negatív ζ-potenciállal és 0.129-es PDI-vel is jellemezték; a nanoemulziót 4 °C-on 30 napig stabilnak találták, 20 °C-on azonban fázisszétválás következett be.[6]
Farmakokinetikailag ezen fisetin nanoemulzió 13 mg/kg dózisú intravénás adagolása nem mutatott szignifikáns különbséget a szisztémás expozícióban a szabad fisetinhez képest, míg az intraperitoneális adagolás 24-szeres növekedést eredményezett a relatív biológiai hasznosulásban a szabad fisetinhez képest, ami a gyorsabb abszorpciónak tulajdonítható, amit a rövidebb átlagos abszorpciós idő (MAT 1.97 h vs 5.98 h) tükröz.[6]
A quercetin esetében egy SNEDDS tanulmány egy optimalizált nanoemulgeáló formulációt írt le triacetinnel mint olajfázissal, Tween 20-szal mint szurfaktánssal és etanollal mint ko-szurfaktánssal, 11.96 nm-es NE4 részecskemérettel és jelentett magas gyógyszertartalommal (~97.98% és 100.88% között).[18]
Kvantitatív biológiai hasznosulási növekmények
Az itt kivonatolt szakirodalom konzisztens mintát támaszt alá: a nano/lipid transzportrendszerek többszörösére tolhatják el az expozíciót a konvencionális oldatokhoz, szuszpenziókhoz vagy unformulated komparátorokhoz képest, ahol a szorzókat több független tanulmány és összefoglaló is közvetlenül közli.[3–5, 7–9] Az alábbi táblázat összesíti a jelentett növekményeket és az alapvető PK végpontokat pontosan a forrásokban megadottak szerint, ahol rendelkezésre állt, az AUC-alapú relatív biológiai hasznosulást használva.
First-pass és abszorpciós korlátok
Bár az adatkészlet nem kvantifikálja közvetlenül a hepatikus metabolizmus útvonalait, több tanulmány operatív módon bizonyítja, hogy a formuláció kontrollálhatja az abszorpciós folyamatot és annak időbeli lefolyását, beleértve a gyorsabb abszorpciót (rövidebb MAT) az intraperitoneálisan adagolt fisetin nanoemulzió esetében, valamint a meghosszabbított detektálhatóságot a humán FF-20 esetében az unformulated komparátorhoz képest.[4, 6] Quercetin esetén több orális nanohordozó meghosszabbítja a szisztémás jelenlétet, beleértve a kazein nanorészecskéket, amelyek akár 72 órán át fenntartották a mérhető plazmaszinteket (szemben a nem-ciklodextrin nanorészecske kondíció 24 órájával), és a Soluplus micellákat, amelyek 48 órára növelték a detektálást a kutyáknál tapasztalt 24 órához képest szabad gyógyszer esetén.[2, 3] Az adatok azt is mutatják, hogy a nanohordozók a rendszer architektúrájától függően bármelyik irányba eltolhatják a Tmax értéket, például késleltetett Tmax-ot az MPEG-b-PLLA quercetin micellákban (7.3 h vs 3.0 h) és lerövidített Tmax-ot a quercetin Pickering emulzióban (1.75 h vs 3.33 h).[7, 19]
Analitikai validálás
Az adatkészlet kiterjedt bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a flavonoid nanoformulációk kvantitatív értékelése nagymértékben a folyadékkromatográfiára (HPLC/UPLC) és az LC-MS/MS-re támaszkodik, kiegészítve az UV-Vis abszorbancia és fluoreszcencia módszerekkel a formuláció karakterizálása és a tartalomvizsgálat során.[1, 4, 7, 9, 10, 13] Az FF-20 humán fisetin farmakokinetikai vizsgálatában a fisetint és metabolitját, a geraldolt UPLC-ESI-MS/MS (QTRAP) módszerrel kvantifikálták negatív-ion MRM módban acetonitriles extrakció és szűrés után, a fisetintartalmat pedig validált HPLC analízissel is mérték.[4] Patkány quercetin micella farmakokinetikai vizsgálatában egy tripla kvadrupol LC-MS/MS módszer kvantifikálta a quercetint az m/z 301.1 → 151.0 MRM átmenettel, kromatográfiás elválasztással Agilent Eclipse-C18 oszlopon, izokratikus víz/metanol mobil fázis mellett.[7]
Számos formulációs közlemény HPLC-UV vagy HPLC-DAD módszert alkalmazott a tartalom-, valamint a felszabadulási/permeációs esszékhez, beleértve a fisetin nanoemulzió kvantifikálását fordított fázisú HPLC-vel, 360 nm-es UV detektálással, valamint a quercetinnel töltött kazein nanorészecskék kvantifikálását HPLC-UV-vel, 370 nm-es DAD-dal.[3, 6] Egyes rendszerek UV-Vis spektrofotometriát alkalmaztak a fisetin vagy quercetin koncentráció becsléséhez (pl. fisetin 364 nm-en kitozán nanorészecskék esetén; quercetin 374 nm-en SNEDDS disszolúció/gyógyszertartalom esetén), és egy liposzómás fisetin tanulmány spektrofluorometriával kvantifikálta a fisetin koncentrációt 418/486 nm-es excitáció/emisszió mellett.[1, 10, 18]
Szeneszcencia és hatásossági eredmények
Az adatkészletben a közvetlen szeneszcencia-modell eredményeket jelenleg egyetlen in vitro tanulmány dominálja, amely a fisetint és a fisetinnel töltött liposzómákat tesztelte doxorubicin-indukált szeneszcencia modellekben, és amelyben sem a szabad fisetin, sem a fisetinnel töltött liposzómák nem váltottak ki szelektív apoptózist a szeneszcens sejtekben a nem-szeneszcens sejtekkel szemben a viabilitási esszékben.[10] Ugyanez a tanulmány mindazonáltal szenomorf aktivitásról számolt be, amit a szeneszcens sejtek csökkent IL-6 és IL-8 szekréciója bizonyított, és mind a szabad, mind a liposzómás fisetint a SASP ELISA analízissel igazolt modulálójaként határozta meg.[10] Ezen eredményeket kiegészítve, a kivonatokban szereplő egy külső in vivo szenolitikus állítás szerint a fisetint a tíz in vivo tesztelt flavonoid közül a legpotensebb szenolitikumként jelentették, amely csökkenti a szeneszcencia markereket progeroid és idős egerekben, de a megadott idézetgyűjteményben formulációs részletek nem szerepelnek.[12]
A szeneszcencia végpontokon kívül több nanoformuláció is az expozíció javulásával összhangban lévő hatásosságot mutat betegségmodellekben, beleértve a fisetin nanoemulziót, amely 53%-os tumorvolumen-csökkenést ért el 36.6 mg/kg dózisnál, szemben a ~6-szor magasabb szabad fisetin dózissal (223 mg/kg) hasonló tumornövekedés-gátlás mellett Lewis tüdőkarcinómás egerekben.[6] További nem-szeneszcencia hatásossági példák közé tartozik a fisetin nanoszuszpenzió memóriát és tanulást javító, valamint MAO-A szintet csökkentő hatása Aβ(25–35)-indukált demenciás egerekben, továbbá a fisetin kitozán nanorészecskék gyulladásos citokin mRNS (TNF-α és IL-6) csökkentése és az IL-10 növelése IL-1β-val előkezelt kondrocitákban, miközben megakadályozták a porccal kapcsolatos transzkriptumok (Sox-9 és COL2) csökkenését.[1, 16]
Transzlációs státusz
Az adatkészlet több humán önkéntes bevonásával készült biológiai hasznosulási vizsgálatot tartalmaz mind a fisetin, mind a quercetin formulációkra vonatkozóan, közvetlen transzlációs relevanciát biztosítva az expozíció növelésére vonatkozó állításokhoz.[4, 8] Fisetin esetében egy 15 egészséges önkéntesen végzett randomizált, kettős vak, keresztezett (cross-over) elrendezésű vizsgálat hasonlított össze 1000 mg UF dózist 1000 mg FF-20-szal (amely 192 mg fisetint tartalmazott), 10 napos kimosási periódussal, lehetővé téve a közvetlen alanyon belüli PK összehasonlítást, amely markánsan magasabb AUC és Cmax értékeket mutatott az FF-20 esetében, valamint hosszabb kvantifikálható időtartamot a plazmában.[4] Quercetin esetén egy nem-vak, keresztezett vizsgálat 12 egészséges felnőtt önkéntesnél három quercetin terméket értékelt, és jelentette, hogy a LipoMicel folyékony micella mátrix 8-szoros AUC és 9-szeres Cmax növekedést ért el a szabad quercetinhez képest, 182.85 ng/mL Cmax értékkel 0.5 órás Tmax mellett.[8]
Hiányosságok és jövőbeni irányok
A rendelkezésre álló bizonyítékok keretein belül kulcsfontosságú hiányosság az orális biológiai hasznosulás javulásának korlátozott összekapcsolása a közvetlen szeneszcencia-clearance végpontokkal (pl. a szeneszcens sejtek szelektív eliminációja), mivel az egyetlen itt szereplő kifejezett szeneszcencia-modell kísérlet szenomorf SASP-csökkenést mutatott szenolitikus szelektivitás nélkül mind a szabad fisetin, mind a fisetinnel töltött liposzómák esetében.[10] Egy másik hiányosság, hogy egyes platformok jelentős javulást mutatnak a biohozzáférhetőség vagy permeáció terén (pl. a fisetin nanoliposzómák 88.9–92.5%-ra növelik a biohozzáférhetőséget a bulk olaj 7.2%-ával szemben, a PLGA fisetin nanorészecskék pedig akár 4.9-szeresére növelik az intesztinális permeációt egy kifordított bélzsák modellben), anélkül, hogy az itt közölt kivonatokban párhuzamos in vivo szisztémás PK megerősítés szerepelne.[13, 15]
A bizonyítékok által sugallt gyakorlati jövőbeni irány a formuláció karakterizálásának szorosabb integrációja a validált bioanalitikai mérésekkel, mivel az adatkészlet széles módszertani spektrumot mutat — a klinikai PK-ban alkalmazott LC-MS/MS és UHPLC-HRMS-től a formuláció-szűrés során alkalmazott enkapszulációs vagy disszolúciós UV-Vis esszékig —, ami azt sugallja, hogy a harmonizált kvantifikálási stratégiák javíthatnák a tanulmányok közötti összehasonlíthatóságot.[1, 4, 8, 18] Egy második jövőbeni irány a kívánt abszorpciós profilokhoz szabott formuláció-választás, mivel a tanulmányok mind késleltetett, mind gyorsított Tmax-ot mutatnak a hordozó típusától függően (pl. az MPEG-b-PLLA micellák késleltetik a Tmax-ot, míg a Pickering emulziók rövidítik azt), ami azt jelenti, hogy a „legjobb” formuláció a terápiás céltól és az adagolási ablaktól függően eltérő lehet.[7, 19]
