표적화된 노화 제거를 위한 소수성 플라보노이드의 나노미셀화 전달: BCS 클래스 IV 역설 극복

요약

제공된 문헌 전반에서 피세틴(fisetin)과 케르세틴(quercetin)은 실제 적용에서 제형 한계로 인한 노출 부족으로 성능이 제한되는 생리활성 플라보노이드로 반복적으로 나타나며, 다수의 출처에서는 전통적인 제제 또는 용액/현탁액에 대해 수용성이 낮고 측정 가능한 생체이용률이 낮음을 명시적으로 기술하고 있다.[1–4] 다수의 나노 및 지질 기반 접근법(리포좀, 나노리포좀, 고분자 미셀, 나노현탁액, 나노에멀전, 나노코클리에이트, SNEDDS)은 전신 노출 및/또는 흡수 동태를 개선하기 위한 실용적인 전략으로 제시되며, 종종 AUC 또는 상대적 생체이용률에서 큰 양적 향상을 보인다.[3–9] 데이터셋에서 가장 강력한 인체 약동학 신호는 하이브리드 미셀-인-하이드로겔 피세틴 시스템(FF-20)으로, 제형화되지 않은 대조군에 비해 피세틴 AUC0–12h를 26.9배 증가시키고 Cmax를 9.97 ng/mL에서 238.2 ng/mL로 증가시키는 동시에 혈장에서 피세틴을 정량할 수 있는 시간 창을 확장했다.[4]

세노리티틱 근거

이 데이터셋 내에서 피세틴은 리포좀 테스트를 위해 “잘 연구된 세노테라퓨틱 약물(well-studied senotherapeutic drug)”로 피세틴을 특별히 선택한 연구 및 피세틴이 “세노리티틱 효과(senolytic effects)”를 가진다는 리뷰 진술을 포함하여 여러 출처에서 세노테라퓨틱 또는 세노리티틱 플라보노이드로 명시적으로 규정된다.[10, 11] 제공된 발췌문에 언급된 전임상 생체 내(in vivo) 증거에 따르면, 생체 내에서 테스트된 10개의 천연 플라보노이드 중 피세틴이 “가장 강력한 세노리티틱 화합물(the most potent senolytic compound)”로 보고되었으며, 조로증 및 노화 마우스에서 노화 표지자를 감소시켰다.[12] 그러나 데이터셋에 포함된 유일한 직접적인 노화 모델 실험(A549 및 WI38 세포에서의 독소루비신 유도 노화)에서는 생존력 검정에서 유리 피세틴 또는 피세틴 탑재 리포좀에 대한 선택적 세노리시스가 관찰되지 않은 반면, ELISA를 통해 SASP 사이토카인인 IL-6 및 IL-8의 세노모픽 조절은 여전히 관찰되었다.[10]

리포좀 캡슐화 전략

리포좀 피세틴은 정의된 인지질과 콜레스테롤을 사용하는 박막 / 박막법을 비롯하여 안정성 및 소화 단계 미셀화 결과를 위한 선택적 히알루론산 코팅을 갖춘 박막 증발 나노리포좀 플랫폼을 포함한 여러 제조 및 특성 분석 접근법으로 표현된다.[10, 13] 한 체외(in vitro) 노화 연구에서 리포좀은 유기 용매에 DOPC, DSPE, 콜레스테롤을 혼합하고 지질막을 형성한 후 HEPES 완충액에서 재수화하고 100 nm 이하의 폴리카보네이트 막을 통해 압출하여 균일한 리포좀을 얻는 방식으로 제조되었다.[10] 해당 리포좀은 빈 상태일 때 Z-average 115.9 ± 0.9 nm(PDI 0.155 ± 0.004) 및 ζ-전위 −20.3 ± 0.6 mV를 나타낸 반면, 피세틴 캡슐화는 크기를 95.1 ± 1.0 nm(PDI 0.178 ± 0.008)로 줄이고 ζ-전위를 −11.6 ± 1.2 mV로 이동시켰으며, 캡슐화 효율은 13.68%였다.[10]

별도의 나노리포좀 시스템은 25:1의 질량비와 피세틴 농도 0.8 mg/mL의 레시틴과 피세틴을 사용했으며, 박막 증발 및 초음파 처리(40 W/cm²에서 2분)를 통해 생성되어 PDI가 약 0.3인 ~80 nm 직사각형 나노리포좀을 수득했다.[13] 히알루론산(HA) 코팅은 HA를 인산염 완충액에 용해하고 1:10 부피비로 하룻밤 교반하면서 나노리포좀과 혼합하여 제조되었으며, HA 분자량은 캡슐화 효율에 영향을 미쳤다(3/35/90–100 kDa에서 90–95%, 150–250 kDa에서 79%, 1000–1500 kDa에서 74%로 감소).[13]

고분자 및 자기 조립 미셀

고분자 미셀은 데이터셋에서 양친매성 블록 공중합체에 의해 형성된 나노 스케일 코어/쉘 어셈블리로 명시적으로 설명되며, 다수의 케르세틴 미셀 시스템은 정량적인 경구 약동학 개선을 제공한다.[2, 5, 7] 랫트에서 MPEG-b-PLLA 케르세틴 미셀(박막 수화로 제조)은 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 미셀은 AUC0–∞를 4633.71 ± 557.67 h·ng/mL(수성 현탁액)에서 41677.10 ± 4573.95 h·ng/mL로 증가시켰으며, 더 높은 Cmax(1920.83 ± 250.14 ng/mL 대 628.67 ± 64.66 ng/mL) 및 지연된 Tmax(7.3 ± 1.6 h 대 3.0 ± 1.1 h)와 함께 상대적 경구 생체이용률의 9배 증가로 명시적으로 보고되었다.[7]

두 번째 케르세틴 미셀 접근법은 수정된 막 분산(솔루플러스 플러스 F127)으로 제조된 솔루플러스 미셀을 사용했으며, 여기서 7%의 이론적 약물 로딩은 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] 비글견에서 이들 미셀은 케르세틴의 검출 가능성을 24시간(유리 약물)에서 48시간(미셀)으로 연장하고 Cmax를 5.24 μg·mL−1에서 7.56 μg·mL−1로 증가시켰으며, 순수 케르세틴보다 2.19배 긴 반감기를 보고했다.[2]

고체 지질 및 나노입자 플랫폼

미셀 및 리포좀 외에도 데이터셋에는 고분자 나노입자(PLGA), 단백질 나노입자(BSA 기반), 키토산 이온 겔화 나노입자, 나노현탁액/나노크리스탈을 아우르는 다수의 나노입자 플랫폼이 포함되어 있으며, 각각 상세한 크기 및 캡슐화 측정항목을 제공한다.[1, 14–16] 피세틴용 PLGA 나노입자는 정맥주사 지향 평가를 위해 개발되었으며, 평균 입자 크기 ~330 nm, ζ-전위 −7.2 mV, PDI 0.25, 캡슐화 효율 83.58%, 약물 로딩 13.93%로 보고된 제형 예시(NP4)가 있다.[17] 피세틴용 두 번째 PLGA 나노입자 시스템(FST-NP)은 평균 크기 187.9 nm, PDI 0.121, ζ-전위 −29.2 mV, 캡슐화 효율 79.3%를 보고했으며, 십이지장/공장/회장에 걸친 외반 장 주머니(everted gut sac) 모델에서 현탁액보다 4.9배, 3.2배, 2.3배 더 높은 투과를 생성했다.[15]

엽산 표적화 피세틴 나노입자(FFANP)는 150 nm의 단분산 구형 입자로 PDI 0.117 및 높은 캡슐화 효율(92.36% ± 3.84), 로딩 용량 8.39% ± 3.04를 가지는 것으로 보고되었으며, 제공된 발췌문 내에서 경구 노출 패러다임보다는 수용체 표적화 패러다임을 지원한다.[14] 키토산/TPP 이온 겔화 피세틴 나노입자(FNP)는 평균 크기 363.1 ± 17.2 nm, ζ-전위 +17.7 ± 0.1 mV, 캡슐화 효율 78.79 ± 7.7%, 로딩 용량 37.46 ± 6.6%를 가졌다.[1]

자기 유화 및 나노에멀전 시스템

데이터셋은 정의 수준의 SNEDDS 개념과 질병 모델에서의 제형 주도 흡수 동태 및 용량 효율을 강조하는 피세틴의 생체 내 약동학 결과가 포함된 구체적인 나노에멀전 시스템을 모두 기술한다.[5, 6] 피세틴의 경우, 최적화된 나노에멀전 제형(나노에멀전 9)은 Miglyol 812 N(10%), Labrasol(10%), Tween 80(2.5%), Lipoid E80(1.2%), 글리세롤(2.25%), pH 7로 맞추기 위한 NaOH(0.1N), 그리고 100%가 되도록 하는 물로 구성되었으며, Miglyol 함유 제제에 대해 나노입자 직경 146 ± 3 nm 및 매우 낮은 PDI 0.015가 보고되었다.[6] 동일한 나노에멀전 계열은 또한 소방울 직경 153 ± 2 nm, 음의 ζ-전위 −28.4 ± 0.6 mV, PDI 0.129를 갖는 것으로 특성 분석되었으며, 해당 나노에멀전은 4 °C에서 30일 동안 안정하고 20 °C에서 상분리가 일어나는 것으로 보고되었다.[6]

약동학적으로, 13 mg/kg에서의 이 피세틴 나노에멀전의 정맥 투여는 유리 피세틴에 비해 전신 노출에서 유의미한 차이를 보이지 않는 것으로 보고된 반면, 복강 내 투여는 더 짧은 평균 흡수 시간(MAT 1.97 h 대 5.98 h)으로 반영되는 더 빠른 흡수에 기인하여 유리 피세틴에 비해 상대적 생체이용률이 24배 증가했다.[6]

케르세틴의 경우, 한 SNEDDS 연구에서는 트리아세틴을 유상, Tween 20을 계면활성제, 에탄올을 보조 계면활성제로 사용하는 최적화된 나노유화 제형을 기술했으며, NE4 입자 크기는 11.96 nm였고 높은 약물 함량(~97.98% ~ 100.88%)이 보고되었다.[18]

정량적 생체이용률 향상

여기서 발췌된 문헌은 일관된 패턴을 지원한다. 즉, 나노/지질전달 시스템은 전통적인 용액, 현탁액 또는 제형화되지 않은 대조군에 비해 노출을 배수로 변화시킬 수 있으며, 배수 변화는 여러 독립적인 연구 및 리뷰에서 직접 보고된다.[3–5, 7–9] 아래 표는 가능한 경우 AUC 기반 상대적 생체이용률을 사용하여 출처에 명시된 대로 보고된 배수 향상 및 핵심 약동학 종말점을 통합한다.

초회 통과 및 흡수 제약

데이터셋이 간 대사 경로를 직접 정량화하지는 않지만, 여러 연구에서는 복강 내 투여된 피세틴 나노에멀전에 대한 더 빠른 흡수(더 짧은 MAT) 및 제형화되지 않은 대조군과 비교한 인체 FF-20의 연장된 검출 가능성을 포함하여 제형이 흡수 과정 및 시간 과정을 제어할 수 있음을 조작적으로 입증한다.[4, 6] 케르세틴의 경우, 여러 경구 나노운반체는 최대 72시간까지 측정 가능한 혈장 수치를 유지한 카제인 나노입자(비-사이클로덱스트린 나노입자 조건의 경우 24시간 대) 및 개의 유리 약물에 대한 24시간에 비해 검출을 48시간으로 연장한 솔루플러스 미셀을 포함하여 전신 체류를 연장한다.[2, 3] 또한 데이터는 MPEG-b-PLLA 케르세틴 미셀에서의 지연된 Tmax(7.3 h 대 3.0 h) 및 케르세틴 피커링 에멀전에서의 단축된 Tmax(1.75 h 대 3.33 h)와 같이 나노운반체가 시스템 아키텍처에 따라 어느 한쪽 방향으로 Tmax를 이동시킬 수 있음을 보여준다.[7, 19]

분석적 검증

본 데이터셋은 플라보노이드 나노제형의 정량적 평가가 주로 액체 크로마토그래피(HPLC/UPLC) 및 LC-MS/MS에 의존하며, 제형 특성화 및 함량 분석을 위해 UV-Vis 흡광도 및 형광법이 추가로 활용된다는 광범위한 증거를 제공한다.[1, 4, 7, 9, 10, 13] FF-20을 투여한 인체 피세틴 약동학 연구에서, 피세틴 및 그 대사체인 게랄돌은 아세토니트릴 추출 및 여과 후 음이온 MRM 모드의 UPLC-ESI-MS/MS(QTRAP)를 사용하여 정량화되었으며, 피세틴 함량은 검증된 HPLC 분석을 통해서도 측정되었다.[4] 랫드 쿼세틴 미셀 약동학 연구에서는 삼중 사중극자 LC-MS/MS 방법을 사용하여 아이소크래틱 물/메탄올 이동상 조건 하에서 Agilent Eclipse-C18 컬럼을 이용한 크로마토그래피 분리와 함께 MRM 전이 m/z 301.1 → 151.0으로 쿼세틴을 정량화했다.[7]

몇몇 제형 논문에서는 360 nm에서의 UV 검출을 이용한 역상 HPLC에 의한 피세틴 나노에멀전 정량화 및 370 nm에서의 DAD를 이용한 HPLC-UV에 의한 쿼세틴 탑재 카제인 나노입자 정량화를 포함하여, 함량 및 방출/투과 분석을 위해 HPLC-UV 또는 HPLC-DAD를 사용했다.[3, 6] 일부 시스템은 피세틴 또는 쿼세틴 농도 추정을 위해 UV-Vis 분광광도법을 사용하였고(예: 키토산 나노입자의 경우 364 nm의 피세틴; SNEDDS 용출/약물 함량의 경우 374 nm의 쿼세틴), 하나의 리포조말 피세틴 연구는 418/486 nm에서의 여기/방출을 이용한 분광형광법으로 피세틴 농도를 정량화했다.[1, 10, 18]

노화 및 효능 결과

데이터셋의 직접적인 노화 모델 결과는 현재 독소루비신 유도 노화 모델에서 피세틴 및 피세틴 탑재 리포솜을 테스트한 하나의 체외(in vitro) 연구에 의해 주도되고 있으며, 이 연구에서 유리 피세틴이나 피세틴 탑재 리포솜 모두 생존율 분석에서 비노화 세포 대비 노화 세포의 선택적 세포 자멸사를 유발하지 않았다.[10] 그럼에도 불구하고 동일한 연구는 노화 세포에서 감소된 IL-6 및 IL-8 분비로 입증된 세노모픽(senomorphic) 활성을 보고했으며, 유리 및 리포조말 피세틴 모두 ELISA 분석에 의해 SASP를 조절하는 것으로 구성했다.[10] 이러한 발견을 보완하여, 발췌문에 포함된 외부 체내(in vivo) 세노лити익(senolytic) 주장은 피세틴이 체내에서 테스트된 10개의 플라보노이드 중 가장 강력한 세노리티익으로 보고되어 조로증 및 노화 마우스에서 노화 마커를 감소시켰으나, 제공된 인용구 세트에는 제형 세부 정보가 없다.[12]

노화 종점 외에도, 여러 나노제형은 루이스 폐암세포 이식 마우스에서 유사한 종양 성장 억제를 위해 ~6배 더 높은 유리 피세틴 용량(223 mg/kg)과 비교하여 36.6 mg/kg에서 53%의 종양 부속 감소를 달성한 피세틴 나노에멀전을 포함하여 노출 개선과 일치하는 질병 모델 효능을 입증한다.[6] 다른 비노화 효능 예시로는 Aβ(25–35) 유도 치매 마우스에서 기억력 및 학습 능력을 향상시키고 MAO-A 수치를 감소시키는 피세틴 나노현탁액, 그리고 연골 관련 전사체(Sox-9 및 COL2)의 감소를 방지하면서 IL-1β 전처리된 연골세포에서 염증성 사이토카인 mRNA(TNF-α 및 IL-6)를 감소시키고 IL-10을 증가시키는 피세틴 키토산 나노입자가 있다.[1, 16]

중개 현황

데이터셋에는 피세틴과 쿼세틴 제형 모두에 대한 다수의 인체 자원자 생체이용률 연구가 포함되어 있어, 노출 강화 주장에 대한 직접적인 중개 관련성을 제공한다.[4, 8] 피세틴의 경우, 15명의 건강한 자원자를 대상으로 한 무작위, 이중맹검, 교차 설계에서 10일의 휴약기와 함께 1000 mg의 UF 용량을 1000 mg의 FF-20(192 mg의 피세틴 전달)과 비교하였으며, 이는 FF-20에 대해 현저히 더 높은 AUC 및 Cmax와 혈장 내 피세틴의 더 긴 정량화 가능 지속 시간을 보여주는 직접적인 피험자 내 PK 비교를 가능하게 했다.[4] 쿼세틴의 경우, 12명의 건강한 성인 자원자를 대상으로 한 맹검되지 않은 교차 연구에서 세 가지 쿼세틴 제품을 평가하고 LipoMicel 액정성 매트릭스가 유리 쿼세틴에 비해 8배의 AUC 및 9배의 Cmax 증가를 달성했으며, Tmax 0.5 h에서 182.85 ng/mL의 Cmax를 기록했다고 보고했다.[8]

격차 및 향후 방향

제공된 증거의 범위 내에서, 핵심 격차는 경구 생체이용률 개선이 직접적인 노화 제거 종점(예: 노화 세포의 선택적 제거)과 제한적으로 연결되어 있다는 점인데, 이는 여기서 유일한 명시적 노화 모델 실험이 유리 피세틴과 피세틴 탑재 리포솜 모두에 대해 세노리티익 선택성 없이 세노모픽 SASP 감소를 보였기 때문이다.[10] 또 다른 격차는 일부 플랫폼이 여기에 제공된 발췌문에서 체내(in vivo) 전신 PK 확인 없이 생체 접근성 또는 투과성의 상당한 개선을 보고한다는 점이다(예: 피세틴 나노리포솜이 생체 접근성을 벌크 오일의 7.2%에서 88.9–92.5%로 증가시키고, PLGA 피세틴 나노입자가 외전 장 주머니 모델에서 장 투과성을 최대 4.9배까지 증가시키는 것).[13, 15]

증거가 암시하는 실용적인 향후 방향은 제형 특이화를 검증된 생체분석 측정과 긴밀하게 통합하는 것인데, 데이터셋은 임상 PK의 LC-MS/MS 및 UHPLC-HRMS부터 제형 스크리닝의 캡슐화 또는 용출을 위한 UV-Vis 분석에 이르기까지 광범위한 방법론적 스펙트럼을 보여주기 때문이며, 이는 조화된 정량화 전략이 연구 간 비교 가능성을 향상시킬 수 있음을 시사한다.[1, 4, 8, 18] 두 번째 향후 방향은 원하는 흡수 프로필에 맞춤화된 제형 선택인데, 연구에 따르면 운반체 유형에 따라 Tmax가 지연되거나 가속화되기 때문이고(예: Tmax를 지연시키는 MPEG-b-PLLA 미셀 대 이를 단축하는 피커링 에멀전), 이는 "최적의" 제형이 치료적 목적 및 투여 창에 따라 다를 수 있음을 암시한다.[7, 19]