Преодоление парадокса BCS Class IV в сенолитиках: наномицеллярная доставка гидрофобных флавоноидов для таргетной элиминации стареющих клеток
Executive summary
В представленной литературе fisetin и quercetin неоднократно упоминаются как биоактивные флавоноиды, эффективность которых в реальных условиях ограничена экспозицией, зависящей от лекарственной формы; при этом в многочисленных источниках эксплицитно указывается на плохую растворимость в водной среде и низкую измеряемую биодоступность традиционных препаратов или растворов/суспензий.[1–4] Множество подходов на основе нано- и липидных систем (липосомы, нанолипосомы, полимерные мицеллы, наносуспензии, наноэмульсии, нанокохлеаты, SNEDDS) представлены как практические стратегии для улучшения системной экспозиции и/или кинетики абсорбции, часто с существенным количественным увеличением AUC или относительной биодоступности.[3–9] Наиболее выраженным фармакокинетическим сигналом у человека в наборе данных является гибридная система «мицеллы в гидрогеле» для fisetin (FF-20), которая увеличила fisetin AUC0–12h в 26.9 раза, а Cmax — с 9.97 ng/mL до 238.2 ng/mL по сравнению с контрольным препаратом без специальной формы, при этом также расширив временное окно, в течение которого fisetin поддавался количественному определению в плазме.[4]
Сенолитическое обоснование
В данном наборе данных fisetin прямо позиционируется как сенотерапевтический или сенолитический флавоноид в нескольких источниках, включая исследование, в котором fisetin был выбран специально как «хорошо изученный сенотерапевтический препарат» для тестирования в липосомах, и обзорное утверждение о том, что fisetin обладает «сенолитическими эффектами».[10, 11] Преклинические доказательства in vivo, упомянутые в представленных выдержках, гласят, что среди десяти природных флавоноидов, протестированных in vivo, fisetin был назван «самым мощным сенолитическим соединением», снижающим маркеры старения у прогероидных и старых мышей.[12] Однако единственное прямое исследование на модели старения, включенное в набор данных (старение, индуцированное doxorubicin в клетках A549 и WI38), не выявило селективного сенолиза для свободного fisetin или нагруженных fisetin липосом в тестах на жизнеспособность, при этом все же наблюдалась сеноморфная модуляция цитокинов SASP IL-6 и IL-8 методом ELISA.[10]
Стратегии липосомальной инкапсуляции
Липосомальный fisetin представлен различными подходами к получению и характеристике, включая метод тонкого слоя / тонкой пленки с использованием определенных phospholipids и cholesterol, а также платформу нанолипосом на основе испарения тонкой пленки с опциональным покрытием из hyaluronic acid для стабильности и мицеллярной трансформации в фазе пищеварения.[10, 13] В одном исследовании старения in vitro липосомы готовили путем смешивания DOPC, DSPE и cholesterol в органическом растворителе с образованием липидной пленки, последующей регидратацией в HEPES буфере и экструзией через поликарбонатные мембраны до 100 nm для получения однородных липосом.[10] Эти липосомы демонстрировали Z-average 115.9 ± 0.9 nm (PDI 0.155 ± 0.004) и ζ-potential −20.3 ± 0.6 mV в пустом виде, в то время как инкапсуляция fisetin приводила к уменьшению размера до 95.1 ± 1.0 nm (PDI 0.178 ± 0.008) и смещению ζ-potential до −11.6 ± 1.2 mV при эффективности инкапсуляции 13.68%.[10]
Отдельная система нанолипосом использовала lecithin и fisetin в массовом соотношении 25:1 с концентрацией fisetin 0.8 mg/mL; она была получена методом испарения тонкой пленки и ультрасоникации (2 min при 40 W/cm²), что позволило получить прямоугольные нанолипосомы размером ~80 nm с PDI около 0.3.[13] Покрытие из hyaluronic acid (HA) наносили путем растворения HA в фосфатном буфере и смешивания с нанолипосомами в объемном соотношении 1:10 при перемешивании в течение ночи, при этом молекулярная масса HA влияла на эффективность инкапсуляции (90–95% при 3/35/90–100 kDa, снижение до 79% при 150–250 kDa и до 74% при 1000–1500 kDa).[13]
Полимерные и самособирающиеся мицеллы
Полимерные мицеллы эксплицитно описываются в наборе данных как наноразмерные сборки типа «ядро-оболочка», образованные амфифильными блок-сополимерами; при этом несколько мицеллярных систем quercetin обеспечивают количественное улучшение PK при пероральном введении.[2, 5, 7] У крыс мицеллы MPEG-b-PLLA с quercetin (приготовленные методом гидратации тонкой пленки) имели размер частиц 88.5 ± 2.6 nm с PDI 0.13 ± 0.04, эффективность инкапсуляции 82.5 ± 2.1% и ζ-potential −8.72 ± 1.03 mV.[7] Данная мицелла увеличила AUC0–∞ с 4633.71 ± 557.67 h·ng/mL (водная суспензия) до 41677.10 ± 4573.95 h·ng/mL, что было официально представлено как 9-кратное увеличение относительной пероральной биодоступности при более высокой Cmax (1920.83 ± 250.14 ng/mL против 628.67 ± 64.66 ng/mL) и задержанной Tmax (7.3 ± 1.6 h против 3.0 ± 1.1 h).[7]
Второй подход к мицеллам quercetin использовал мицеллы Soluplus, приготовленные методом модифицированной дисперсии пленки (Soluplus плюс F127), в которых теоретическая нагрузка препарата 7% обеспечивала размер частиц 79.00 ± 2.24 nm с PDI 0.154 ± 0.044, эффективность инкапсуляции 95.91% ± 4.05% и ζ-potential −17.10 ± 2.30 mV.[2] У собак породы бигль эти мицеллы увеличили время обнаружения quercetin с 24 h (свободный препарат) до 48 h (мицелла) и повысили Cmax с 5.24 μg·mL−1 до 7.56 μg·mL−1, при этом период полувыведения был в 2.19 раза больше, чем у чистого quercetin.[2]
Твердые липидные и наночастичные платформы
Помимо мицеллы и липосом, набор данных включает в себя множество наноплатформ, охватывающих полимерные наночастицы (PLGA), белковые наночастицы (на основе BSA), наночастицы на основе ионного гелеобразования chitosan и наносуспензии/нанокристаллы, каждая из которых имеет подробные метрики размера и инкапсуляции.[1, 14–16] Наночастицы PLGA для fisetin были разработаны для оценки при внутривенном введении, при этом пример рецептуры (NP4) имел средний размер частиц ~330 nm, ζ-potential −7.2 mV, PDI 0.25, эффективность инкапсуляции 83.58% и содержание препарата 13.93%.[17] Вторая система наночастиц PLGA для fisetin (FST-NP) имела средний размер 187.9 nm, PDI 0.121, ζ-potential −29.2 mV и эффективность инкапсуляции 79.3%; она обеспечила в 4.9, 3.2 и 2.3 раза более высокую проницаемость, чем суспензия, в модели вывернутого мешка кишечника в двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишках соответственно.[15]
Folate-таргетные наночастицы fisetin (FFANPs) были описаны как монодисперсные сферические частицы размером 150 nm с PDI 0.117 и высокой эффективностью инкапсуляции (92.36% ± 3.84) при нагрузочной способности 8.39% ± 3.04, что поддерживает парадигму рецепторного таргетинга, а не парадигму пероральной экспозиции в рамках представленной выдержки.[14] Наночастицы fisetin на основе ионного гелеобразования chitosan/TPP (FNPs) имели средний размер 363.1 ± 17.2 nm и ζ-potential +17.7 ± 0.1 mV при эффективности инкапсуляции 78.79 ± 7.7% и нагрузочной способности 37.46 ± 6.6%.[1]
Самоэмульгирующиеся и наноэмульсионные системы
В наборе данных описываются как концепции SNEDDS на уровне определений, так и конкретные системы наноэмульсий с результатами PK in vivo для fisetin, при этом особое внимание уделяется кинетике абсорбции и эффективности дозирования в моделях заболеваний.[5, 6] Для fisetin оптимизированная рецептура наноэмульсии (наноэмульсия 9) состояла из Miglyol 812 N (10%), Labrasol (10%), Tween 80 (2.5%), Lipoid E80 (1.2%), glycerol (2.25%), NaOH (0.1N) до pH 7 и воды до 100%, с диаметром наночастиц 146 ± 3 nm и очень низким PDI 0.015 для препарата, содержащего Miglyol.[6] Та же группа наноэмульсий характеризовалась диаметром капель 153 ± 2 nm, отрицательным ζ-potential −28.4 ± 0.6 mV и PDI 0.129; наноэмульсия была стабильна при 4 °C в течение 30 дней с расслоением фаз при 20 °C.[6]
С точки зрения фармакокинетики, внутривенное введение этой наноэмульсии fisetin в дозе 13 mg/kg не показало значимых различий в системной экспозиции по сравнению со свободным fisetin, тогда как внутрибрюшинное введение обеспечило 24-кратное увеличение относительной биодоступности по сравнению со свободным fisetin, что объясняется более быстрой абсорбцией, отраженной в сокращении среднего времени абсорбции (MAT 1.97 h против 5.98 h).[6]
Для quercetin в одном исследовании SNEDDS была описана оптимизированная самонаноэмульгирующаяся рецептура с использованием triacetin в качестве масляной фазы, Tween 20 в качестве сурфактанта и ethanol в качестве ко-сурфактанта, с размером частиц NE4 11.96 nm и высоким содержанием препарата (~97.98%–100.88%).[18]
Количественное повышение биодоступности
Литература, представленная здесь, подтверждает устойчивую закономерность: нано/липидные системы доставки могут изменять экспозицию в несколько раз по сравнению с традиционными растворами, суспензиями или контрольными препаратами без специальной формы; кратность увеличения при этом напрямую указывается в нескольких независимых исследованиях и обзорах.[3–5, 7–9] В таблице ниже обобщены зарегистрированные показатели кратности увеличения и основные PK-конечные точки в точном соответствии с источниками, с использованием относительной биодоступности на основе AUC, где это применимо.
Ограничения первого прохождения и абсорбции
Хотя набор данных напрямую не количественно определяет пути печеночного метаболизма, несколько исследований операционально демонстрируют, что лекарственная форма может контролировать процесс и временной ход абсорбции, включая ускоренную абсорбцию (более короткое MAT) для внутрибрюшинно вводимой наноэмульсии fisetin и пролонгированную детектируемость для FF-20 у человека по сравнению с неформулированным препаратом сравнения.[4, 6] Для quercetin несколько пероральных наноносителей продлевают время пребывания в системе, включая наночастицы casein, которые поддерживали измеряемые уровни в плазме до 72 h (против 24 h для наночастиц без циклодекстрина), и мицеллы Soluplus, которые увеличили время обнаружения до 48 h по сравнению с 24 h для свободного препарата у собак.[2, 3] Данные также показывают, что наноносители могут смещать Tmax в любом направлении в зависимости от архитектуры системы, например, задержка Tmax в случае мицелл MPEG-b-PLLA с quercetin (7.3 h против 3.0 h) и сокращение Tmax в случае эмульсии Пикеринга с quercetin (1.75 h против 3.33 h).[7, 19]
Аналитическая валидация
Набор данных предоставляет обширные доказательства того, что количественная оценка наноформ флавоноидов в значительной степени опирается на жидкостную хроматографию (HPLC/UPLC) и LC-MS/MS, с дополнительным использованием методов абсорбции в UV-Vis спектре и флуоресценции для характеристики лекарственных форм и анализа содержания.[1, 4, 7, 9, 10, 13] При изучении фармакокинетики fisetin в форме FF-20 у человека, fisetin и его метаболит geraldol определялись количественно с помощью UPLC-ESI-MS/MS (QTRAP) в режиме MRM с регистрацией отрицательных ионов после экстракции acetonitrile и фильтрации; содержание fisetin также измерялось с помощью валидированного HPLC-анализа.[4] В исследовании фармакокинетики мицелл quercetin у крыс метод LC-MS/MS с тройным квадруполем количественно определял quercetin по MRM-переходу m/z 301.1 → 151.0 с хроматографическим разделением на колонке Agilent Eclipse-C18 в изократической подвижной фазе вода/methanol.[7]
В нескольких работах по разработке составов использовались HPLC-UV или HPLC-DAD для анализа содержания и высвобождения/проницаемости, включая количественное определение наноэмульсии fisetin методом обращенно-фазовой HPLC с UV-детекцией при 360 nm и количественное определение нагруженных quercetin наночастиц casein методом HPLC-UV с DAD при 370 nm.[3, 6] В некоторых системах применялась UV-Vis спектрофотометрия для оценки концентрации fisetin или quercetin (например, fisetin при 364 nm для наночастиц chitosan; quercetin при 374 nm для SNEDDS при растворении/анализе содержания), а в одном исследовании липосомального fisetin концентрация fisetin определялась методом спектрофлуориметрии с возбуждением/эмиссией при 418/486 nm.[1, 10, 18]
Результаты в моделях старения и эффективности
Прямые результаты на моделях старения в наборе данных в настоящее время представлены преимущественно одним исследованием in vitro, в котором тестировались fisetin и липосомальный fisetin на моделях старения, индуцированного doxorubicin; в этом исследовании ни свободный fisetin, ни липосомальный fisetin не вызывали селективного апоптоза стареющих клеток по сравнению с нестареющими в тестах на жизнеспособность.[10] Тем не менее, в том же исследовании сообщалось о сеноморфной активности, подтвержденной снижением секреции IL-6 и IL-8 в стареющих клетках, при этом и свободный, и липосомальный fisetin рассматривались как модуляторы SASP на основании результатов ELISA.[10] В дополнение к этим выводам, внешнее заявление о сенолитической активности in vivo, включенное в выдержки, гласит, что fisetin был признан самым мощным сенолитиком среди десяти флавоноидов, протестированных in vivo, снижая маркеры старения у прогероидных и старых мышей, однако в предоставленном наборе цитат подробности о составе отсутствуют.[12]
Помимо конечных точек старения, многочисленные наноформы демонстрируют эффективность на моделях заболеваний, соответствующую улучшению экспозиции, включая наноэмульсию fisetin, обеспечивающую снижение объема опухоли на 53% при дозе 36.6 mg/kg по сравнению с дозой свободного fisetin, которая была примерно в 6 раз выше (223 mg/kg), для достижения аналогичного ингибирования роста опухоли у мышей-носителей карциномы легкого Льюиса.[6] Другие примеры эффективности, не связанной со старением, включают наносуспензию fisetin, улучшающую память и обучение и снижающую уровни MAO-A у мышей с деменцией, индуцированной Aβ(25–35), а также наночастицы fisetin на основе chitosan, снижающие мРНК воспалительных цитокинов (TNF-α и IL-6) и повышающие IL-10 в хондроцитах, предварительно обработанных IL-1β, предотвращая при этом снижение уровней транскриптов, связанных с хрящевой тканью (Sox-9 и COL2).[1, 16]
Трансляционный статус
Набор данных включает в себя многочисленные исследования биодоступности на добровольцах для составов как fisetin, так и quercetin, что обеспечивает прямую трансляционную значимость для заявлений об улучшении экспозиции.[4, 8] Для fisetin в рандомизированном двойном слепом перекрестном исследовании на 15 здоровых добровольцах сравнивали дозу 1000 mg UF с 1000 mg FF-20 (содержащей 192 mg fisetin) с 10-дневным периодом вымывания, что позволило провести прямое внутрисубъектное PK-сравнение, показавшее значительно более высокие AUC и Cmax для FF-20 и более длительную измеряемую концентрацию fisetin в плазме.[4] Для quercetin в неслепом перекрестном исследовании на 12 здоровых взрослых добровольцах оценивали три продукта quercetin и сообщали, что жидкая мицеллярная матрица LipoMicel обеспечила 8-кратное увеличение AUC и 9-кратное увеличение Cmax по сравнению со свободным quercetin, при этом Cmax составила 182.85 ng/mL при Tmax 0.5 h.[8]
Пробелы и будущие направления
В рамках представленных доказательств ключевым пробелом является ограниченная связь между улучшением пероральной биодоступности и прямыми конечными точками элиминации стареющих клеток (например, селективным удалением стареющих клеток), поскольку единственное прямое исследование на модели старения показало сеноморфное снижение SASP без сенолитической селективности как для свободного fisetin, так и для липосомального fisetin.[10] Другой пробел заключается в том, что для некоторых платформ сообщается о существенном улучшении биоакцессивности или проницаемости (например, нанолипосомы fisetin повышают биоакцессивность до 88.9–92.5% против 7.2% в неформулированном масле, а наночастицы fisetin на основе PLGA увеличивают кишечную проницаемость до 4.9 раза в модели вывернутого мешка кишечника) без параллельного подтверждения системной PK in vivo в представленных выдержках.[13, 15]
Практическое направление будущего, вытекающее из имеющихся данных, заключается в более тесной интеграции характеристики лекарственных форм с валидированными биоаналитическими измерениями, поскольку набор данных демонстрирует широкий методологический спектр — от LC-MS/MS и UHPLC-HRMS в клинической PK до UV-Vis анализов для определения инкапсуляции или растворения при скрининге составов — что предполагает, что гармонизированные стратегии количественного определения могли бы улучшить сопоставимость исследований.[1, 4, 8, 18] Вторым направлением будущего является выбор лекарственной формы, адаптированной к желаемым профилям абсорбции, поскольку исследования показывают как задержку, так и ускорение Tmax в зависимости от типа носителя (например, мицеллы MPEG-b-PLLA задерживают Tmax, тогда как эмульсии Пикеринга сокращают его), что подразумевает, что «лучшая» рецептура может варьироваться в зависимости от терапевтической цели и окна дозирования.[7, 19]
