세놀리틱스 분야의 BCS Class IV 역설 극복: 표적 세포 노화 제거를 위한 소수성 플라보노이드의 나노 미셀 전달
Executive summary
제공된 문헌 전반에서 fisetin과 quercetin은 생리활성 플라보노이드로 반복적으로 등장하지만, 제형에 따른 노출 제한으로 인해 실제 성능에 제약을 받는 것으로 나타났으며, 여러 자료에서 기존 제제나 용액/현탁액의 열악한 수용성 및 낮은 생체이용률을 명시적으로 기술하고 있다.[1–4] 다양한 나노 및 지질 기반 접근 방식(liposomes, nanoliposomes, polymeric micelles, nanosuspensions, nanoemulsions, nanocochleates, SNEDDS)이 전신 노출 및/또는 흡수 동태를 개선하기 위한 실질적인 전략으로 제시되었으며, 종종 AUC 또는 상대적 생체이용률에서 큰 정량적 이득을 얻었다.[3–9] 데이터 세트에서 가장 강력한 인간 약동학적 신호는 하이브리드 micelle-in-hydrogel fisetin 시스템(FF-20)으로, 비제형 대조군과 비교했을 때 fisetin의 AUC0–12h를 26.9배 증가시키고 Cmax를 9.97 ng/mL에서 238.2 ng/mL로 높이는 동시에 혈장에서 fisetin을 정량할 수 있는 시간 범위를 연장했다.[4]
Senolytic rationale
이 데이터 세트 내에서 fisetin은 여러 자료에서 세노테라퓨틱(senotherapeutic) 또는 세놀리틱 플라보노이드로 명시적으로 규정되어 있으며, 여기에는 liposomes 테스트를 위해 fisetin을 “잘 연구된 세노테라퓨틱 약물”로 특별히 선택한 연구와 fisetin이 “세놀리틱 효과”를 나타낸다는 리뷰 진술이 포함된다.[10, 11] 제공된 발췌본에 인용된 전임상 in vivo 증거에 따르면, in vivo에서 테스트된 10가지 천연 플라보노이드 중 fisetin이 “가장 강력한 세놀리틱 화합물”로 보고되었으며 조로증 및 고령 마우스에서 노화 마커를 감소시켰다.[12] 그러나 데이터 세트에 포함된 유일한 직접 노화 모델 실험(A549 및 WI38 세포에서 doxorubicin으로 유도된 노화)에서는 생존율 분석 시 유리 fisetin 또는 fisetin이 담지된 liposomes에 대한 선택적 세놀리틱 작용이 발견되지 않았으나, ELISA를 통해 SASP 사이토카인인 IL-6 및 IL-8의 세노모픽(senomorphic) 조절은 관찰되었다.[10]
Liposomal encapsulation strategies
Liposomal fisetin은 정의된 인지질과 cholesterol을 사용하는 박막/박막(thin-layer / thin-film) 방법과 안정성 및 소화 단계 미셀화 결과를 위해 선택적으로 hyaluronic-acid 코팅을 적용한 박막 증발 나노리포좀 플랫폼을 포함한 여러 제조 및 특성화 접근 방식을 통해 구현된다.[10, 13] 한 in vitro 노화 연구에서는 유기 용매에 DOPC, DSPE, cholesterol을 혼합하여 지질 막을 형성하고, HEPES 완충액으로 재수화한 후, 100 nm 크기의 폴리카보네이트 멤브레인을 통해 압출하여 균일한 liposomes를 제조했다.[10] 이 liposomes는 비어 있을 때 Z-average 115.9 ± 0.9 nm (PDI 0.155 ± 0.004) 및 ζ-potential −20.3 ± 0.6 mV를 나타냈으며, fisetin 캡슐화 후에는 크기가 95.1 ± 1.0 nm (PDI 0.178 ± 0.008)로 감소하고 ζ-potential은 −11.6 ± 1.2 mV로 이동하였으며 캡슐화 효율은 13.68%였다.[10]
별도의 nanoliposome 시스템은 lecithin과 fisetin을 25:1의 질량비(fisetin 농도 0.8 mg/mL)로 사용하고 박막 증발 및 초음파 처리(40 W/cm²에서 2분)를 통해 제조되었으며, PDI 약 0.3의 ~80 nm 직사각형 nanoliposomes를 생성했다.[13] Hyaluronic acid (HA) 코팅은 인산염 완충액에 HA를 녹인 후 nanoliposomes와 1:10 부피비로 혼합하여 하룻밤 동안 교반하여 준비했으며, HA 분자량은 캡슐화 효율에 영향을 미쳤다(3/35/90–100 kDa에서 90–95%, 150–250 kDa에서 79%, 1000–1500 kDa에서 74%로 감소).[13]
Polymeric and self assembled micelles
Polymeric micelles는 데이터 세트에서 양친매성 블록 공중합체에 의해 형성된 나노 크기의 코어/쉘 어셈블리로 명시적으로 설명되며, 여러 quercetin micelle 시스템이 정량적인 경구 PK 개선 효과를 제공한다.[2, 5, 7] 쥐(rats) 실험에서 박막 수화법으로 제조된 MPEG-b-PLLA quercetin micelle은 입자 크기 88.5 ± 2.6 nm, PDI 0.13 ± 0.04, 캡슐화 효율 82.5 ± 2.1%, 제타 전위 −8.72 ± 1.03 mV를 가졌다.[7] 이 micelle은 AUC0–∞를 4633.71 ± 557.67 h·ng/mL (수성 현탁액)에서 41677.10 ± 4573.95 h·ng/mL로 증가시켰으며, 상대적 경구 생체이용률이 9배 증가했다고 명시적으로 보고되었고, 더 높은 Cmax (1920.83 ± 250.14 ng/mL vs 628.67 ± 64.66 ng/mL)와 지연된 Tmax (7.3 ± 1.6 h vs 3.0 ± 1.1 h)를 보였다.[7]
두 번째 quercetin micelle 접근 방식은 변형된 필름 분산법(Soluplus 및 F127)으로 제조된 Soluplus micelles를 사용했으며, 여기서 7% 이론적 약물 부하량은 입자 크기 79.00 ± 2.24 nm, PDI 0.154 ± 0.044, 캡슐화 효율 95.91% ± 4.05%, 제타 전위 −17.10 ± 2.30 mV를 생성했다.[2] 비글견 실험에서 이 micelles는 quercetin의 검출 가능 시간을 24 h(유리 약물)에서 48 h(micelle)로 연장했고 Cmax를 5.24 μg·mL−1에서 7.56 μg·mL−1로 증가시켰으며, 순수 quercetin보다 2.19배 긴 반감기를 보고했다.[2]
Solid lipid and nanoparticle platforms
Micelles 및 liposomes 외에도 데이터 세트에는 polymeric nanoparticles (PLGA), 단백질 나노입자(BSA 기반), chitosan 이온 겔화 나노입자, nanosuspensions/nanocrystals를 포괄하는 여러 나노입자 플랫폼이 포함되어 있으며 각각 상세한 크기 및 캡슐화 지표를 제공한다.[1, 14–16] fisetin용 PLGA 나노입자는 정맥 주사 지향적 평가를 위해 개발되었으며, 예시 제형(NP4)은 평균 입자 크기 ~330 nm, ζ-potential −7.2 mV, PDI 0.25, 캡슐화 효율 83.58%, 약물 부하량 13.93%로 보고되었다.[17] fisetin용 두 번째 PLGA 나노입자 시스템(FST-NP)은 평균 크기 187.9 nm, PDI 0.121, ζ-potential −29.2 mV, 캡슐화 효율 79.3%를 보고했으며, 외반 장관 낭(everted gut sac) 모델에서 십이지장/공장/회장에 걸쳐 현탁액보다 4.9×, 3.2×, 2.3× 더 높은 투과를 보였다.[15]
엽산 표적 fisetin 나노입자(FFANPs)는 PDI 0.117을 가진 150 nm의 단분산 구형 입자로 보고되었으며, 높은 캡슐화 효율(92.36% ± 3.84)과 8.39% ± 3.04의 부하 용량을 가져 제공된 발췌본 내에서 경구 노출 패러다임보다는 수용체 표적 패러다임을 뒷받침했다.[14] Chitosan/TPP 이온 겔화 fisetin 나노입자(FNPs)의 평균 크기는 363.1 ± 17.2 nm, ζ-potential은 +17.7 ± 0.1 mV였으며, 캡슐화 효율은 78.79 ± 7.7%, 부하 용량은 37.46 ± 6.6%였다.[1]
Self emulsifying and nanoemulsion systems
데이터 세트는 SNEDDS 개념을 정의 수준에서 설명하고 fisetin에 대한 in vivo PK 결과를 포함한 구체적인 nanoemulsion 시스템을 기술하며, 질병 모델에서의 제형 기반 흡수 동태 및 투여 효율을 강조한다.[5, 6] fisetin의 경우 최적화된 nanoemulsion 제형(nanoemulsion 9)은 Miglyol 812 N (10%), Labrasol (10%), Tween 80 (2.5%), Lipoid E80 (1.2%), glycerol (2.25%), pH 7을 위한 NaOH (0.1N), 물(100%까지)로 구성되었으며, Miglyol 함유 제제의 경우 나노입자 직경 146 ± 3 nm와 매우 낮은 PDI 0.015가 보고되었다.[6] 동일한 nanoemulsion 계열은 액적 직경 153 ± 2 nm, 음의 ζ-potential −28.4 ± 0.6 mV, PDI 0.129를 갖는 것으로 특성화되었으며, nanoemulsion은 4 °C에서 30일 동안 안정하지만 20 °C에서 상분리가 발생하는 것으로 보고되었다.[6]
약동학적으로 이 fisetin nanoemulsion을 13 mg/kg으로 정맥 투여했을 때 유리 fisetin과 비교하여 전신 노출에서 유의미한 차이가 없는 것으로 보고되었으나, 복강 내 투여 시에는 더 짧은 평균 흡수 시간(MAT 1.97 h vs 5.98 h)으로 반영되는 빠른 흡수로 인해 유리 fisetin에 비해 상대적 생체이용률이 24배 증가했다.[6]
quercetin의 경우 한 SNEDDS 연구에서 오일 상으로 triacetin, 계면활성제로 Tween 20, 보조 계면활성제로 에탄올을 사용한 최적화된 나노 유화 제형을 설명했으며, NE4 입자 크기는 11.96 nm이고 높은 약물 함량(~97.98% ~ 100.88%)이 보고되었다.[18]
Quantitative bioavailability gains
여기에 발췌된 문헌은 일관된 패턴을 뒷받침한다. 나노/지질 전달 시스템은 여러 독립적인 연구 및 리뷰에서 직접 보고된 배수 변화와 함께 기존의 용액, 현탁액 또는 비제형 대조군에 비해 노출 정도를 수배로 변화시킬 수 있다.[3–5, 7–9] 아래 표는 제공된 자료에 명시된 대로 보고된 배수 이득 및 핵심 PK 종점(endpoint)을 통합하고 가능할 경우 AUC 기반의 상대적 생체이용률을 사용한다.
First pass and absorption constraints
데이터 세트에서 간 대사 경로를 직접적으로 정량화하지는 않지만, 몇몇 연구에서는 복강 투여된 fisetin nanoemulsion의 빠른 흡수(더 짧은 MAT)와 비제형 대조군 대비 인간 FF-20의 정량 가능 시간 연장 등 제형이 흡수 과정 및 시간 경과를 제어할 수 있음을 운영상으로 입증한다.[4, 6] quercetin의 경우 여러 경구 나노 담체들이 전신 체류 시간을 연장하며, 여기에는 최대 72 h까지 측정 가능한 혈장 수준을 유지한 casein 나노입자(비시클로덱스트린 나노입자 조건의 경우 24 h)와 개 실험에서 유리 약물의 24 h 대비 검출 시간을 48 h로 연장한 Soluplus micelles가 포함된다.[2, 3] 데이터는 또한 나노 담체가 시스템 구조에 따라 Tmax를 양방향으로 이동시킬 수 있음을 보여주는데, 예를 들어 MPEG-b-PLLA quercetin micelles에서는 Tmax가 지연되고(7.3 h vs 3.0 h), quercetin Pickering emulsion에서는 Tmax가 단축되었다(1.75 h vs 3.33 h).[7, 19]
Analytical validation
데이터 세트는 플라보노이드 나노 제형의 정량적 평가가 액체 크로마토그래피(HPLC/UPLC) 및 LC-MS/MS에 크게 의존한다는 광범위한 증거를 제공하며, 제형 특성화 및 함량 분석을 위해 UV-Vis 흡광도 및 형광법이 추가로 사용된다.[1, 4, 7, 9, 10, 13] FF-20의 인간 fisetin 약동학 연구에서 fisetin과 그 대사산물인 geraldol은 아세토니트릴 추출 및 여과 후 음이온 MRM 모드에서 UPLC-ESI-MS/MS (QTRAP)를 사용하여 정량되었으며, fisetin 함량은 검증된 HPLC 분석을 통해 측정되었다.[4] 쥐의 quercetin micelle 약동학 연구에서는 등용매 물/메탄올 이동상 하에 Agilent Eclipse-C18 컬럼에서 크로마토그래피 분리를 수행하고, MRM 전이 m/z 301.1 → 151.0을 통한 triple quadrupole LC-MS/MS 방법으로 quercetin을 정량했다.[7]
여러 제형 논문에서 함량 및 방출/투과 분석을 위해 HPLC-UV 또는 HPLC-DAD를 사용했으며, 여기에는 360 nm에서 UV 검출을 수행하는 역상 HPLC에 의한 fisetin nanoemulsion 정량과 370 nm에서 DAD를 이용한 HPLC-UV에 의한 quercetin 함유 casein 나노입자 정량이 포함된다.[3, 6] 일부 시스템은 fisetin 또는 quercetin 농도 추정을 위해 UV-Vis 분광 광도법을 사용했고(예: chitosan 나노입자의 경우 364 nm에서의 fisetin, SNEDDS 용출/약물 함량의 경우 374 nm에서의 quercetin), 한 liposomal fisetin 연구에서는 418/486 nm의 흥분/방출 파장에서 분광 형광법(spectrofluorometry)으로 fisetin 농도를 정량했다.[1, 10, 18]
Senescence and efficacy outcomes
데이터 세트의 직접적인 노화 모델 결과는 현재 doxorubicin으로 유도된 노화 모델에서 fisetin과 fisetin이 담지된 liposomes를 테스트한 한 건의 in vitro 연구가 주를 이루고 있으며, 해당 연구에서 생존율 분석 시 유리 fisetin이나 fisetin이 담지된 liposomes 모두 비노화 세포 대비 노화 세포의 선택적 사멸을 유도하지 못했다.[10] 그럼에도 불구하고 동일한 연구에서 노화 세포의 IL-6 및 IL-8 분비 감소로 입증되는 세노모픽 활성을 보고했으며, ELISA 분석을 통해 유리 및 liposomal fisetin 모두 SASP를 조절하는 것으로 규정했다.[10] 이러한 발견을 보완하여 발췌본에 포함된 외부 in vivo 세놀리틱 주장에 따르면, fisetin은 in vivo에서 테스트된 10가지 플라보노이드 중 가장 강력한 세놀리틱으로 보고되어 조로증 및 고령 마우스에서 노화 마커를 감소시켰으나, 제공된 인용구 세트에는 제형에 대한 상세 정보가 없었다.[12]
노화 종점 외에도 여러 나노 제형이 노출 개선과 일치하는 질병 모델 효능을 입증하는데, 여기에는 Lewis 폐암 세포주를 이식한 마우스에서 유사한 종양 성장 억제를 위해 유리 fisetin 용량(223 mg/kg) 대비 약 6배 낮은 36.6 mg/kg 용량의 fisetin nanoemulsion이 종양 부피를 53% 감소시킨 사례가 포함된다.[6] 다른 비노화 효능 사례로는 Aβ(25–35)로 유도된 치매 마우스에서 기억력 및 학습 능력을 개선하고 MAO-A 수치를 감소시킨 fisetin nanosuspension과, IL-1β로 전처리된 연골세포에서 염증성 사이토카인 mRNA (TNF-α 및 IL-6)를 감소시키고 IL-10을 증가시키는 동시에 연골 관련 전사체(Sox-9 및 COL2)의 감소를 방지한 fisetin chitosan 나노입자가 있다.[1, 16]
Translational status
데이터 세트에는 fisetin 및 quercetin 제형 모두에 대한 다수의 인간 지원자 생체이용률 연구가 포함되어 있어 노출 향상 주장에 대한 직접적인 중개 연구적(translational) 관련성을 제공한다.[4, 8] fisetin의 경우 15명의 건강한 지원자를 대상으로 한 무작위, 이중 맹검, 교차 설계 연구에서 10일간의 휴약 기간을 두고 1000 mg의 UF와 1000 mg의 FF-20(fisetin 192 mg 전달)을 비교했으며, 피험자 내 PK 비교 결과 FF-20에서 현저히 높은 AUC 및 Cmax와 더 긴 혈장 내 fisetin 정량 가능 기간을 확인했다.[4] quercetin의 경우 12명의 건강한 성인 지원자를 대상으로 한 비맹검 교차 연구에서 세 가지 quercetin 제품을 평가했으며, LipoMicel 액상 미셀 매트릭스가 유리 quercetin에 비해 AUC 8배, Cmax 9배 증가를 달성했고 Tmax 0.5 h에서 Cmax 182.85 ng/mL를 나타냈다고 보고했다.[8]
Gaps and future directions
제공된 증거 범위 내에서 주요 공백은 경구 생체이용률 개선과 직접적인 노화 세포 제거 종점(예: 노화 세포의 선택적 제거) 간의 연계가 제한적이라는 점인데, 이는 여기서 유일하게 명시된 노화 모델 실험에서 유리 fisetin과 fisetin이 담지된 liposomes 모두 세놀리틱 선택성 없이 세노모픽 SASP 감소만을 보여주었기 때문이다.[10] 또 다른 공백은 일부 플랫폼이 생체 접근성 또는 투과성에서 상당한 개선을 보고하면서도(예: 대용량 오일에서의 7.2% 대비 fisetin nanoliposomes의 생체 접근성이 88.9–92.5%로 증가, 외반 장관 낭 모델에서 PLGA fisetin 나노입자가 장 투과성을 최대 4.9× 증가), 여기에 제공된 발췌본에서는 병행된 in vivo 전신 PK 확인이 없다는 점이다.[13, 15]
증거가 암시하는 실질적인 향후 방향은 제형 특성화와 검증된 생체 분석 측정의 긴밀한 통합이다. 데이터 세트가 임상 PK에서의 LC-MS/MS 및 UHPLC-HRMS부터 제형 스크리닝에서의 캡슐화 또는 용출을 위한 UV-Vis 분석에 이르기까지 광범위한 방법론적 스펙트럼을 보여주기 때문에, 통합된 정량 전략이 연구 간 비교 가능성을 개선할 수 있음을 시사한다.[1, 4, 8, 18] 두 번째 향후 방향은 원하는 흡수 프로파일에 맞춤화된 제형 선택이다. 연구들이 담체 유형에 따라 지연되거나 가속화된 Tmax를 모두 보여주므로(예: MPEG-b-PLLA micelles의 Tmax 지연 vs Pickering emulsions의 Tmax 단축), “최적”의 제형은 치료 목표 및 투여 시간 범위에 따라 다를 수 있음을 의미한다.[7, 19]
