Senolitiklerde BCS Sınıf IV Paradoksunu Aşmak: Hedeflenmiş Hücresel Senesans Klirensi İçin Hidrofobik Flavonoidlerin Nano-Miseller Teslimatı
Yönetici özeti
Sağlanan literatür genelinde fisetin ve quercetin, gerçek dünya performansları formülasyonla sınırlı maruziyet nedeniyle kısıtlanan biyoaktif flavonoidler olarak sürekli olarak karşımıza çıkmaktadır; birden fazla kaynak, konvansiyonel preparatlar veya çözeltiler/süspansiyonlar için zayıf sulu çözünürlük ve düşük ölçülebilir biyoyararlanımı açıkça tanımlamaktadır.[1–4] Birden fazla nano ve lipid bazlı yaklaşım (lipozomlar, nanolipozomlar, polimerik miseller, nanosüspansiyonlar, nanoemülsiyonlar, nanokokleatlar, SNEDDS), sistemik maruziyeti ve/veya absorbsiyon kinetiğini iyileştirmek için pratik stratejiler olarak sunulmakta ve genellikle AUC veya bağıl biyoyararlanımda büyük kantitatif kazanımlar sağlamaktadır.[3–9] Veri setindeki en güçlü insan farmakokinetik sinyali, formüle edilmemiş bir karşılaştırıcıya kıyasla fisetin AUC0–12h değerini 26.9 kat ve Cmax değerini 9.97 ng/mL'den 238.2 ng/mL'ye çıkaran ve aynı zamanda fisetin'in plazmada saptanabildiği zaman penceresini genişleten hibrit bir misel-içinde-hidrojel fisetin sistemidir (FF-20).[4]
Senolitik rasyonel
Bu veri seti dahilinde fisetin; lipozomlarda test edilmek üzere spesifik olarak "iyi çalışılmış bir senoterapötik ilaç" olarak seçilen bir çalışma ve fisetin'in "senolitik etkilere" sahip olduğunu belirten bir derleme ifadesi de dahil olmak üzere birden fazla kaynakta açıkça senoterapötik veya senolitik bir flavonoid olarak çerçevelenmektedir.[10, 11] Sağlanan alıntılarda atıfta bulunulan preklinik in vivo kanıtlar, in vivo test edilen on doğal flavonoid arasında fisetin'in projeroid ve yaşlı farelerde senesans belirteçlerini azaltan "en güçlü senolitik bileşik" olarak rapor edildiğini belirtmektedir.[12] Bununla birlikte, veri setinde yer alan tek doğrudan senesans modeli deneyi (A549 ve WI38 hücrelerinde doksorubisin kaynaklı senesans), canlılık analizlerinde serbest fisetin veya fisetin yüklü lipozomlar için seçici bir senoliz bulamamış, ancak ELISA ile SASP sitokinleri IL-6 ve IL-8'in senomorfik modülasyonunu gözlemlemiştir.[10]
Lipozomal enkapsülasyon stratejileri
Lipozomal fisetin, tanımlanmış fosfolipidler ve kolesterol kullanan bir ince tabaka / ince film yönteminin yanı sıra stabilite ve sindirim aşaması miselleşme sonuçları için isteğe bağlı hyaluronik asit kaplamalı bir ince film evaporasyon nanolipozom platformu da dahil olmak üzere birden fazla hazırlama ve karakterizasyon yaklaşımıyla temsil edilmektedir.[10, 13] Bir in vitro senesans çalışmasında lipozomlar; DOPC, DSPE ve kolesterolün organik çözücü içinde karıştırılması, bir lipid filmi oluşturulması, HEPES tamponunda rehidrasyon ve homojen lipozomlar elde etmek için polikarbonat membranlardan 100 nm'ye kadar ekstrüzyon yoluyla hazırlanmıştır.[10] Bu lipozomlar boşken Z-average 115.9 ± 0.9 nm (PDI 0.155 ± 0.004) ve ζ-potansiyeli −20.3 ± 0.6 mV sergilerken, fisetin enkapsülasyonu boyutu 95.1 ± 1.0 nm'ye (PDI 0.178 ± 0.008) düşürmüş ve ζ-potansiyelini −11.6 ± 1.2 mV'ye kaydırmıştır (enkapsülasyon verimliliği %13.68).[10]
Ayrı bir nanolipozom sistemi, ince film evaporasyonu ve ultrasonikasyon (40 W/cm²'de 2 dakika) ile üretilen, 0.8 mg/mL fisetin konsantrasyonuna sahip 25:1 kütle oranında lesitin ve fisetin kullanmış ve PDI değeri 0.3 civarında olan ~80 nm dikdörtgen nanolipozomlar elde etmiştir.[13] Hyaluronik asit (HA) kaplaması, HA'nın fosfat tamponunda çözülmesi ve nanolipozomlarla 1:10 hacim oranında gece boyu karıştırılmasıyla hazırlanmıştır; HA moleküler ağırlığı enkapsülasyon verimliliğini etkilemiştir (3/35/90–100 kDa'da %90–95, 150–250 kDa'da %79'a ve 1000–1500 kDa'da %74'e düşmüştür).[13]
Polimerik ve kendiliğinden birleşen miseller
Polimerik miseller, veri setinde amfifilik blok kopolimerler tarafından oluşturulan nano ölçekli çekirdek/kabuk düzenekleri olarak açıkça tanımlanmıştır ve birden fazla quercetin misel sistemi kantitatif oral PK iyileştirmeleri sağlamaktadır.[2, 5, 7] Sıçanlarda, (ince film hidrasyonu ile hazırlanan) bir MPEG-b-PLLA quercetin miseli, 88.5 ± 2.6 nm partikül boyutu, 0.13 ± 0.04 PDI, %82.5 ± 2.1 enkapsülasyon verimliliği ve −8.72 ± 1.03 mV zeta potansiyeline sahiptir.[7] Bu misel, AUC0–∞ değerini 4633.71 ± 557.67 h·ng/mL'den (sulu süspansiyon) 41677.10 ± 4573.95 h·ng/mL'ye çıkarmış ve daha yüksek Cmax (1920.83 ± 250.14 ng/mL'ye karşı 628.67 ± 64.66 ng/mL) ve gecikmiş Tmax (7.3 ± 1.6 h'ye karşı 3.0 ± 1.1 h) ile bağıl oral biyoyararlanımda 9 katlık bir artış olarak açıkça rapor edilmiştir.[7]
İkinci bir quercetin misel yaklaşımı, modifiye edilmiş film dispersiyonu (soluplus artı F127) ile hazırlanan Soluplus misellerini kullanmıştır; burada %7'lik teorik ilaç yüklemesi, 79.00 ± 2.24 nm partikül boyutu, 0.154 ± 0.044 PDI, %95.91 ± 4.05 enkapsülasyon verimliliği ve −17.10 ± 2.30 mV zeta potansiyeli üretmiştir.[2] Beagle köpeklerinde bu miseller, quercetin'in saptanabilirliğini 24 saatten (serbest ilaç) 48 saate (misel) uzatmış ve Cmax değerini 5.24 μg·mL−1'den 7.56 μg·mL−1'ye çıkarırken, saf quercetin'den 2.19 kat daha uzun bir yarı ömür rapor etmiştir.[2]
Katı lipid ve nanopartikül platformları
Misel ve lipozomların ötesinde veri seti; polimerik nanopartiküller (PLGA), protein nanopartikülleri (BSA bazlı), kitosan iyonik jelleşme nanopartikülleri ve nanosüspansiyonlar/nanokristalleri kapsayan, her biri ayrıntılı boyut ve enkapsülasyon metriklerine sahip birden fazla nanopartikül platformunu içermektedir.[1, 14–16] Fisetin için PLGA nanopartikülleri intravenöz odaklı değerlendirme için geliştirilmiştir; bir örnek formülasyonun (NP4) ~330 nm ortalama partikül boyutu, ζ-potansiyeli −7.2 mV, PDI 0.25, enkapsülasyon verimliliği %83.58 ve ilaç yüklemesi %13.93 olduğu bildirilmiştir.[17] Fisetin için ikinci bir PLGA nanopartikül sistemi (FST-NP), 187.9 nm ortalama boyut, 0.121 PDI, −29.2 mV ζ-potansiyeli ve %79.3 enkapsülasyon verimliliği bildirmiş ve evirtilmiş bağırsak kesesi modelinde duodenum/jejunum/ileum genelinde süspansiyondan 4.9 kat, 3.2 kat ve 2.3 kat daha yüksek permeasyon sağlamıştır.[15]
Folat hedefli fisetin nanopartikülleri (FFANPs), PDI 0.117 ile 150 nm'lik monodispers küresel partiküller ve %8.39 ± 3.04 yükleme kapasitesi ile yüksek enkapsülasyon verimliliği (%92.36 ± 3.84) olarak rapor edilmiş olup, sağlanan alıntı dahilinde bir oral maruziyet paradigmasından ziyade bir reseptör hedefleme paradigmasını desteklemektedir.[14] Kitosan/TPP iyonik jelleşme fisetin nanopartiküllerinin (FNPs) ortalama boyutu 363.1 ± 17.2 nm ve ζ-potansiyeli +17.7 ± 0.1 mV olup, enkapsülasyon verimliliği %78.79 ± 7.7 ve yükleme kapasitesi %37.46 ± 6.6'dır.[1]
Kendiliğinden emülsifiye olan ve nanoemülsiyon sistemleri
Veri seti, hem tanım düzeyindeki SNEDDS kavramlarını hem de fisetin için in vivo PK sonuçlarına sahip somut nanoemülsiyon sistemlerini tanımlamakta, hastalık modellerinde formülasyon odaklı absorbsiyon kinetiğini ve doz verimliliğini vurgulamaktadır.[5, 6] Fisetin için optimize edilmiş bir nanoemülsiyon formülasyonu (nanoemülsiyon 9); Miglyol 812 N (%10), Labrasol (%10), Tween 80 (%2.5), Lipoid E80 (%1.2), gliserol (%2.25), pH 7'ye kadar NaOH (0.1N) ve %100'e kadar sudan oluşmaktadır; Miglyol içeren preparat için 146 ± 3 nm nanopartikül çapı ve çok düşük 0.015 PDI bildirilmiştir.[6] Aynı nanoemülsiyon ailesi ayrıca 153 ± 2 nm damlacık çapı, negatif ζ-potansiyeli −28.4 ± 0.6 mV ve 0.129 PDI olarak karakterize edilmiş ve nanoemülsiyonun 4 °C'de 30 gün boyunca stabil olduğu, 20 °C'de faz ayrışması gösterdiği rapor edilmiştir.[6]
Farmakokinetik olarak, bu fisetin nanoemülsiyonunun 13 mg/kg dozda intravenöz uygulanmasının, serbest fisetin'e kıyasla sistemik maruziyette anlamlı bir fark göstermediği bildirilmiştir; buna karşın intraperitoneal uygulama, serbest fisetin'e kıyasla bağıl biyoyararlanımda 24 katlık bir artış sağlamış ve bu durum, daha kısa bir ortalama absorbsiyon süresinin (MAT 1.97 h'ye karşı 5.98 h) yansıttığı daha hızlı absorbsiyona atfedilmiştir.[6]
Quercetin için bir SNEDDS çalışması, yağ fazı olarak triasetin, sürfaktan olarak Tween 20 ve ko-sürfaktan olarak etanol kullanan optimize edilmiş bir nanoemülsifiye edici formülasyonu tanımlamış; 11.96 nm NE4 partikül boyutu ve yüksek ilaç içeriği (%~97.98 ila %100.88) bildirmiştir.[18]
Kantitatif biyoyararlanım kazanımları
Burada alıntılanan literatür tutarlı bir örüntüyü desteklemektedir: nano/lipid taşıma sistemleri, birden fazla bağımsız çalışma ve derlemede doğrudan rapor edilen kat artışları ile maruziyeti konvansiyonel çözeltilere, süspansiyonlara veya formüle edilmemiş karşılaştırıcılara göre kat kat değiştirebilmektedir.[3–5, 7–9] Aşağıdaki tablo, mevcut olduğunda AUC tabanlı bağıl biyoyararlanımı kullanarak, kaynaklarda tam olarak belirtilen rapor edilmiş kat kazançlarını ve temel PK son noktalarını bir araya getirmektedir.
İlk geçiş ve absorbsiyon kısıtlamaları
Veri seti hepatik metabolizma yollarını doğrudan kantifiye etmese de, birkaç çalışma operasyonel olarak formülasyonun absorbsiyon sürecini ve zaman seyrini kontrol edebildiğini göstermektedir; buna intraperitoneal olarak uygulanan fisetin nanoemülsiyonu için daha hızlı absorbsiyon (daha kısa MAT) ve formüle edilmemiş bir karşılaştırıcıya kıyasla insan FF-20 için uzatılmış saptanabilirlik dahildir.[4, 6] Quercetin için, ölçülebilir plazma seviyelerini 72 saate kadar koruyan kazein nanopartikülleri (siklodekstrin olmayan nanopartikül durumundaki 24 saate kıyasla) ve köpeklerde serbest ilaca göre saptamayı 24 saatten 48 saate çıkaran Soluplus miselleri de dahil olmak üzere birden fazla oral nanotaşıyıcı sistemik kalış süresini uzatmaktadır.[2, 3] Veriler ayrıca nanotaşıyıcıların, sistem mimarisine bağlı olarak Tmax değerini her iki yöne de kaydırabildiğini göstermektedir; örneğin MPEG-b-PLLA quercetin misellerinde gecikmiş Tmax (7.3 h'ye karşı 3.0 h) ve quercetin Pickering emülsiyonunda kısalmış Tmax (1.75 h'ye karşı 3.33 h) gibi.[7, 19]
Analitik validasyon
Veri seti, flavonoid nanoformülasyonlarının kantitatif değerlendirmesinin büyük ölçüde sıvı kromatografisine (HPLC/UPLC) ve LC-MS/MS'e dayandığına, ayrıca formülasyon karakterizasyonu ve içerik analizleri için UV-Vis absorbans ve floresan yöntemlerinin kullanıldığına dair kapsamlı kanıtlar sunmaktadır.[1, 4, 7, 9, 10, 13] FF-20 için insan fisetin farmakokinetiğinde, fisetin ve metaboliti geraldol, asetonitril ekstraksiyonu ve filtrasyonun ardından negatif iyon MRM modunda UPLC-ESI-MS/MS (QTRAP) kullanılarak kantifiye edilmiş ve fisetin içeriği ayrıca valide edilmiş HPLC analizi ile ölçülmüştür.[4] Sıçan quercetin misel farmakokinetiğinde, üçlü kuadrupol LC-MS/MS yöntemi, izokratik su/metanol mobil fazı altında bir Agilent Eclipse-C18 kolonu üzerinde kromatografik ayırma ile m/z 301.1 → 151.0 MRM geçişi yoluyla quercetin'i kantifiye etmiştir.[7]
Çeşitli formülasyon çalışmaları, içerik ve salım/permeasyon analizleri için HPLC-UV veya HPLC-DAD kullanmıştır; bunlar arasında 360 nm'de UV deteksiyonlu ters faz HPLC ile fisetin nanoemülsiyon kantifikasyonu ve 370 nm'de DAD ile HPLC-UV ile quercetin yüklü kazein nanopartikül kantifikasyonu yer almaktadır.[3, 6] Bazı sistemler, fisetin veya quercetin konsantrasyon tahmini için UV-Vis spektrofotometrisi kullanmış (örneğin kitosan nanopartikülleri için 364 nm'de fisetin; SNEDDS çözünme/ilaç içeriği için 374 nm'de quercetin) ve bir lipozomal fisetin çalışması, 418/486 nm eksitasyon/emisyon ile spektroflorometri yoluyla fisetin konsantrasyonunu kantifiye etmiştir.[1, 10, 18]
Senesans ve etkinlik sonuçları
Veri setindeki doğrudan senesans modeli sonuçları şu anda doksorubisin kaynaklı senesans modellerinde fisetin ve fisetin yüklü lipozomları test eden bir in vitro çalışmanın baskınlığı altındadır; bu çalışmada ne serbest fisetin ne de fisetin yüklü lipozomlar canlılık analizlerinde senesan olmayan hücrelere kıyasla senesan hücrelerin seçici apoptozunu sağlamamıştır.[10] Bununla birlikte aynı çalışma, senesan hücrelerde azalmış IL-6 ve IL-8 sekresyonu ile kanıtlanan senomorfik aktivite bildirmiş ve hem serbest hem de lipozomal fisetin'in ELISA analizi ile SASP'yi modüle ettiğini çerçevelemiştir.[10] Bu bulguları tamamlayan, alıntılarda yer alan harici bir in vivo senolitik iddiası, fisetin'in in vivo test edilen on flavonoid arasında en güçlü senolitik olarak rapor edildiğini, projeroid ve yaşlı farelerde senesans belirteçlerini azalttığını belirtmektedir, ancak sağlanan alıntı setinde formülasyon detayları yer almamaktadır.[12]
Senesans son noktalarının dışında, birden fazla nanoformülasyon, maruziyet iyileştirmeleriyle tutarlı hastalık modeli etkinliği göstermektedir; bunlar arasında fisetin nanoemülsiyonunun, Lewis akciğer karsinomu taşıyan farelerde benzer tümör büyüme inhibisyonu için yaklaşık 6 kat daha yüksek serbest fisetin dozuna (223 mg/kg) kıyasla 36.6 mg/kg'da %53 tümör hacmi azalması sağlaması yer almaktadır.[6] Diğer senesans dışı etkinlik örnekleri arasında hafızayı ve öğrenmeyi geliştiren ve Aβ(25–35) kaynaklı demans farelerinde MAO-A seviyelerini azaltan fisetin nanosüspansiyonu ve IL-1β ile ön işleme tabi tutulmuş kondrositlerde inflamatuar sitokin mRNA'sını (TNF-α ve IL-6) azaltıp IL-10'u artırırken kıkırdakla ilgili transkriptlerin (Sox-9 ve COL2) azalmasını önleyen fisetin kitosan nanopartikülleri bulunmaktadır.[1, 16]
Translasyonel durum
Veri seti, hem fisetin hem de quercetin formülasyonları için maruziyet artışı iddialarına doğrudan translasyonel uygunluk sağlayan birden fazla insan gönüllü biyoyararlanım çalışması içermektedir.[4, 8] Fisetin için, 15 sağlıklı gönüllüde randomize, çift kör, çapraz tasarımlı bir çalışma, 10 günlük bir washout süresiyle 1000 mg UF'yi 1000 mg FF-20 (192 mg fisetin sağlar) ile karşılaştırmış; FF-20 için belirgin şekilde daha yüksek AUC ve Cmax ve plazmada fisetin için daha uzun ölçülebilir süre gösteren doğrudan denek içi PK karşılaştırmasına olanak tanımıştır.[4] Quercetin için, 12 sağlıklı yetişkin gönüllüde yapılan kör olmayan bir çapraz çalışma üç quercetin ürününü değerlendirmiş ve LipoMicel sıvı misel matrisinin, serbest quercetin'e kıyasla 8 kat AUC ve 9 kat Cmax artışı sağladığını, Tmax 0.5 h'de Cmax değerinin 182.85 ng/mL olduğunu bildirmiştir.[8]
Boşluklar ve gelecek yönelimler
Sağlanan kanıtların sınırları dahilinde kilit bir boşluk, oral biyoyararlanım iyileştirmelerinin doğrudan senesans klirensi son noktalarına (örneğin senesan hücrelerin seçici eliminasyonu) sınırlı düzeyde bağlanmasıdır; çünkü buradaki tek açık senesans modeli deneyi, hem serbest fisetin hem de fisetin yüklü lipozomlar için senolitik seçicilik olmaksızın senomorfik SASP azalması göstermiştir.[10] Diğer bir boşluk ise, bazı platformların (örneğin dökme yağdaki %7.2'ye kıyasla biyoerişilebilirliği %88.9–92.5'e çıkaran fisetin nanolipozomları ve bir evirtilmiş bağırsak kesesi modelinde intestinal permeasyonu 4.9 kata kadar artıran PLGA fisetin nanopartikülleri), burada sağlanan alıntılarda paralel in vivo sistemik PK onayı olmaksızın biyoerişilebilirlik veya permeasyonda önemli iyileştirmeler bildirmesidir.[13, 15]
Kanıtların ima ettiği pratik bir gelecek yönelimi, formülasyon karakterizasyonunun valide edilmiş biyoanalitik ölçümle daha sıkı entegrasyonudur; zira veri seti, klinik PK'da LC-MS/MS ve UHPLC-HRMS'ten formülasyon taramasında enkapsülasyon veya çözünme için UV-Vis analizlerine kadar geniş bir metodolojik spektrum göstermektedir ve bu da harmonize kantitasyon stratejilerinin çalışmalar arası karşılaştırılabilirliği artırabileceğini düşündürmektedir.[1, 4, 8, 18] İkinci bir gelecek yönelimi, istenen absorbsiyon profillerine göre uyarlanmış formülasyon seçimidir; çünkü çalışmalar taşıyıcı tipine bağlı olarak hem gecikmiş hem de hızlanmış Tmax göstermektedir (örneğin Tmax'ı geciktiren MPEG-b-PLLA miselleri ile onu kısaltan Pickering emülsiyonları), bu da "en iyi" formülasyonun terapötik amaca ve dozlama penceresine göre farklılık gösterebileceği anlamına gelmektedir.[7, 19]
