A BCS IV. osztályú paradoxon leküzdése a szenolitikumok területén: Hidrofób flavonoidok nano-micellás transzportja a célzott celluláris szeneszcencia-tisztítás érdekében
Vezetői összefoglaló
A rendelkezésre álló szakirodalomban a fisetin és a quercetin ismételten olyan bioaktív flavonoidokként jelenik meg, amelyek valós teljesítményét a formuláció-korlátozott expozíció gátolja; több forrás kifejezetten gyenge vizes oldhatóságról és alacsony mérhető biohasznosulásról számol be a konvencionális készítmények vagy oldatok/szuszpenziók esetében.[1–4] Számos nano- és lipid-alapú megközelítést (liposzómák, nanoliposzómák, polimer micellák, nanoszuszpenziók, nanoemulziók, nanokochleátok, SNEDDS) mutatnak be gyakorlati stratégiaként a szisztémás expozíció és/vagy az abszorpciós kinetika javítására, gyakran jelentős kvantitatív növekedést érve el az AUC vagy a relatív biohasznosulás terén.[3–9] Az adatkészlet legerősebb humán farmakokinetikai szignálja egy hibrid micella-a-hidrogélben fisetin rendszer (FF-20), amely a fisetin AUC0–12h értékét 26.9-szeresére, a Cmax értékét pedig 9.97 ng/mL-ről 238.2 ng/mL-re növelte egy nem formulált komparátorhoz képest, miközben meghosszabbította azt az időablakot is, ameddig a fisetin kvantifikálható volt a plazmában.[4]
Szenolitikus érvrendszer
Ezen az adatkészleten belül a fisetint több forrás kifejezetten szenoterápiás vagy szenolitikus flavonoidként keretezi, beleértve egy tanulmányt, amely a fisetint kifejezetten „jól tanulmányozott szenoterápiás gyógyszerként” választotta ki liposzómás tesztelésre, valamint egy összefoglaló megállapítást, miszerint a fisetin „szenolitikus hatásokkal” 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 vegyületként”, amely csökkentette 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, bár ELISA-val továbbra is megfigyelték a SASP citokinek (IL-6 és IL-8) szenomorf modulációját.[10]
Liposzómás enkapszulációs stratégiák
A liposzómás fisetint több előállítási és karakterizálási megközelítés képviseli, beleértve a meghatározott foszfolipideket és koleszterint alkalmazó vékonyréteg / vékonyfilm módszert, valamint egy vékonyfilm-párologtatásos nanoliposzóma platformot, amely opcionális hialuronsav-bevonattal rendelkezik a stabilitás és az emésztési fázisú micellarizációs eredmények javítása érdekében.[10, 13] Egy in vitro szeneszcencia vizsgálatban a liposzómákat DOPC, DSPE és koleszterin szerves oldószerben történő keverésével, lipidfilm kialakításával, HEPES pufferben történő rehidratálásával, majd polikarbonát membránokon keresztül 100 nm-re történő extrudálásával állították elő az egyenletes liposzómák elérése érdekében.[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 enkapszulációja a méretet 95.1 ± 1.0 nm-re csökkentette (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-párologtatással 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 HA foszfátpufferben való feloldásával és nanoliposzómákkal való összekeverésével készítették 1:10 térfogatarányban, éjszakai keverés mellett; 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 kifejezetten amfifil blokk-kopolimerek által alkotott nanoméretű mag/héj szerkezetekként írja le, és több quercetin micella rendszer kvantitatív javulást mutat az orális PK terén.[2, 5, 7] Patkányokban egy (vékonyfilm-hidratálással előállított) MPEG-b-PLLA quercetin micella részecskemérete 88.5 ± 2.6 nm volt 0.13 ± 0.04 PDI-vel, 82.5 ± 2.1% enkapszulációs hatékonysággal és −8.72 ± 1.03 mV zéta-potenciállal.[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, amit kifejezetten a relatív orális biohasznosulás 9-szeres növekedéseként jelentettek, 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 módosított filmdiszperzióval (soluplus plus F127) előállított Soluplus micellákat alkalmazott, amelyekben a 7%-os elméleti gyógyszerterhelés 79.00 ± 2.24 nm részecskeméretet eredményezett 0.154 ± 0.044 PDI-vel, 95.91% ± 4.05% enkapszulációs hatékonysággal és −17.10 ± 2.30 mV zéta-potenciállal.[2] Beagle kutyákban ezek a micellák a quercetin detektálhatóságát 24 óráról (szabad gyógyszer) 48 órára (micella) növelték, a Cmax értéket pedig 5.24 μg·mL−1-ről 7.56 μg·mL−1-re emelték, miközben a tiszta quercetinhez képest 2.19-szer hosszabb felezési időről számoltak be.[2]
Szilárd lipid és nanorészecske platformok
A micellákon és liposzómákon túl az adatkészlet több nanorészecske platformot is tartalmaz, amelyek polimer nanorészecskéket (PLGA), fehérje nanorészecskéket (BSA-alapú), kitozán ionos-gélesedésű nanorészecskéket, valamint nanoszuszpenziókat/nanokristályokat foglalnak magukban, mindegyik részletes méret- és enkapszulációs mutatókkal rendelkezik.[1, 14–16] A fisetinhez kifejlesztett PLGA nanorészecskéket intravénás orientációjú értékeléshez tervezték; egy példa formuláció (NP4) ~330 nm átlagos részecskeméretet, −7.2 mV ζ-potenciált, 0.25 PDI-t, 83.58% enkapszulációs hatékonyságot és 13.93% gyógyszerterhelést mutatott.[17] Egy második fisetin PLGA nanorészecske rendszer (FST-NP) 187.9 nm átlagos méretről, 0.121 PDI-ről, −29.2 mV ζ-potenciálról és 79.3% enkapszulációs hatékonyságról számolt be, és 4.9-szeres, 3.2-szeres, valamint 2.3-szoros magasabb permeációt eredményezett a szuszpenzióhoz képest egy kifordított bélzsák modellben a duodenumban/jejunumban/ileumban.[15]
A folsav-célzott fisetin nanorészecskéket (FFANPs) 150 nm-es monodiszperz szférikus részecskékként írták le 0.117 PDI-vel és magas enkapszulációs hatékonysággal (92.36% ± 3.84), 8.39% ± 3.04 terhelési kapacitás mellett, ami a megadott kivonat szerint inkább egy receptor-célzó paradigmát támogat, mintsem az orális expozíciós paradigmát.[14] A kitozán/TPP ionos-gélesedésű 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% terhelési kapacitás mellett.[1]
Önemulgeáló és nanoemulziós rendszerek
Az adatkészlet mind a SNEDDS koncepciókat definíciós szinten, mind konkrét nanoemulziós rendszereket leír in vivo PK eredményekkel a fisetinre vonatkozóan, hangsúlyozva a formuláció-vezérelt abszorpciós kinetikát és a dózishatékonyságot betegségmodellekben.[5, 6] A fisetin esetében 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, 146 ± 3 nm nanorészecske átmérővel és igen alacsony, 0.015 PDI értékkel a Miglyol-tartalmú készítmény esetében.[6] Ugyanezt a nanoemulziós családot 153 ± 2 nm cseppátmérővel, −28.4 ± 0.6 mV negatív ζ-potenciállal és 0.129 PDI-vel is jellemezték; a nanoemulzió 4 °C-on 30 napig stabil volt, 20 °C-on fázisszétválást mutattak ki.[6]
Farmakokinetikai szempontból ezen fisetin nanoemulzió 13 mg/kg dózisú intravénás alkalmazása nem mutatott szignifikáns különbséget a szisztémás expozícióban a szabad fisetinhez képest, míg az intraperitoneális alkalmazás 24-szeres növekedést eredményezett a relatív biohasznosulásban a szabad fisetinhez képest, ami a gyorsabb abszorpciónak tulajdonítható, amit a rövidebb átlagos abszorpciós idő (MAT 1.97 h vs 5.98 h) is tükröz.[6]
A quercetin esetében egy SNEDDS tanulmány leírt egy optimalizált nanoemulgeáló formulációt 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 biohasznosulási eredmények
Az itt kivonatolt szakirodalom konzisztens mintázatot támogat: a nano/lipid transzportrendszerek többszörösére növelhetik az expozíciót a konvencionális oldatokhoz, szuszpenziókhoz vagy nem formulált komparátorokhoz képest, amit több független tanulmány és összefoglaló is közvetlenül jelentett.[3–5, 7–9] Az alábbi táblázat összesíti a jelentett többszörös növekedéseket és a központi PK végpontokat pontosan úgy, ahogy a forrásokban szerepelnek, ahol elérhető volt, az AUC-alapú relatív biohasznosulást alkalmazva.
First pass és abszorpciós korlátok
Bár az adatkészlet nem kvantifikálja közvetlenül a máj metabolikus útvonalait, több tanulmány operatív módon demonstrálja, hogy a formuláció képes kontrollálni az abszorpciós folyamatot és annak időbeli lefolyását, beleértve a gyorsabb abszorpciót (rövidebb MAT) az intraperitoneálisan alkalmazott fisetin nanoemulzió esetében, valamint a meghosszabbított detektálhatóságot a humán FF-20 esetében a nem formulált komparátorhoz képest.[4, 6] A quercetin esetében 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 állapot 24 órájával), valamint a Soluplus micellákat, amelyek a detektálást 48 órára növelték a szabad gyógyszer 24 órájához képest kutyákban.[2, 3] Az adatok azt is mutatják, hogy a nanohordozók a rendszer architektúrájától függően bármely irányba eltolhatják a Tmax értéket, például késleltetett Tmax az MPEG-b-PLLA quercetin micelláknál (7.3 h vs 3.0 h) és lerövidült Tmax a quercetin Pickering-emulziónál (1.75 h vs 3.33 h).[7, 19]
Analitikai validálás
Az adatkészlet kiterjedt bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy a flavonoid nanoformulációk kvantitatív értékelése erősen támaszkodik a folyadékkromatográfiára (HPLC/UPLC) és az LC-MS/MS-re, kiegészítve UV-Vis abszorbancia és fluoreszcens módszerekkel a formuláció karakterizálása és a tartalomvizsgálat során.[1, 4, 7, 9, 10, 13] Az FF-20 humán fisetin farmakokinetikájában a fisetint és annak geraldol metabolitját UPLC-ESI-MS/MS (QTRAP) segítségével kvantifikálták negatív ion MRM módban, acetonitril extrakció és szűrés után, a fisetintartalmat pedig validált HPLC analízissel is mérték.[4] A patkány quercetin micella farmakokinetikában 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 mozgófázis mellett.[7]
Számos formulációs publikáció HPLC-UV vagy HPLC-DAD módszert alkalmazott a tartalom és a felszabadulási/permeációs vizsgálatokhoz, beleértve a fisetin nanoemulzió kvantifikálását fordított fázisú HPLC-vel, UV detektálással 360 nm-en, valamint a quercetinnel töltött kazein nanorészecskék kvantifikálását HPLC-UV-vel, DAD detektorral 370 nm-en.[3, 6] Egyes rendszerek UV-Vis spektrofotometriát alkalmaztak a fisetin vagy quercetin koncentráció becslésére (pl. fisetin 364 nm-en kitozán nanorészecskékhez; quercetin 374 nm-en SNEDDS disszolúcióhoz/gyógyszertartalomhoz), egy liposzómás fisetin tanulmány pedig spektrofluorometriával kvantifikálta a fisetin koncentrációt 418/486 nm-es gerjesztéssel/emisszióval.[1, 10, 18]
Szeneszcencia és hatékonysági eredmények
Az adatkészletben a közvetlen szeneszcencia-modell eredményeket jelenleg egy in vitro tanulmány dominálja, amely a fisetint és a fisetinnel töltött liposzómákat tesztelte doxorubicin-indukált szeneszcencia modellekben; ebben 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 csökkent IL-6 és IL-8 szekréció bizonyított a szeneszcens sejtekben, és mind a szabad, mind a liposzómás fisetint a SASP modulátoraként tüntette fel ELISA analízis alapján.[10] Ezen megállapításokat kiegészítve a kivonatokban szereplő egyik külső in vivo szenolitikus állítás szerint a fisetinről azt jelentették, hogy a tíz in vivo tesztelt flavonoid közül a legpotensebb szenolitikum, amely csökkenti a szeneszcencia markereket progeroid és idős egerekben, de a megadott idézetkészletben nem szerepelnek formulációs részletek.[12]
A szeneszcencia végpontokon kívül több nanoformuláció mutat az expozíció javulásával összhangban lévő betegségmodell-hatékonyságot, 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 hatékonysági példák közé tartozik a fisetin nanoszuszpenzió memóriát és tanulást javító, valamint MAO-A szintet csökkentő hatása Aβ(25–35)-indukált demenciás egerekben, valamint a fisetin kitozán nanorészecskék gyulladásos citokin mRNS (TNF-α és IL-6) csökkentő és IL-10 növelő hatása IL-1β-val előkezelt kondrocitákban, miközben megakadályozták a porccal kapcsolatos transzkriptek (Sox-9 és COL2) csökkenését.[1, 16]
Transzlációs állapot
Az adatkészlet több humán önkéntes biohasznosulási vizsgálatot tartalmaz mind a fisetin, mind a quercetin formulációkra vonatkozóan, közvetlen transzlációs relevanciát biztosítva az expozíció-fokozási állításokhoz.[4, 8] A fisetin esetében egy randomizált, kettős vak, keresztezett elrendezésű vizsgálatban 15 egészséges önkéntesnél hasonlították össze az 1000 mg UF dózist az 1000 mg FF-20-szal (amely 192 mg fisetint tartalmazott) 10 napos kimosási periódussal, lehetővé téve a közvetlen alanyon belüli PK összehasonlítást, amely jelentősen magasabb AUC és Cmax értékeket mutatott az FF-20 esetében, valamint hosszabb ideig tartó kvantifikálhatóságot a fisetin plazmában való jelenlétére vonatkozóan.[4] A quercetin esetében egy nem-vak, keresztezett vizsgálat 12 egészséges felnőtt önkéntesnél három quercetin terméket értékelt, és arról számolt be, hogy a LipoMicel folyékony micellás 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 biohasznosulás javulásának korlátozott összekapcsolása a közvetlen szeneszcencia-tisztítási végpontokkal (pl. a szeneszcens sejtek szelektív eliminációja), mivel az itt szereplő egyetlen kifejezett szeneszcencia-modell kísérlet szenomorf SASP-csökkenést mutatott szenolitikus szelektivitás nélkül mind a szabad fisetin, mind a fisetinnel töltött liposzómák esetében.[10] További 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 tömbös olajban mért 7.2%-hoz képest, a PLGA fisetin nanorészecskék pedig akár 4.9-szeresére növelik az intestinális 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-től és UHPLC-HRMS-től az enkapszuláció vagy disszolúció formulációs szűrése során alkalmazott UV-Vis esszékig –, ami arra utal, hogy a harmonizált kvantifikációs stratégiák javíthatnák a tanulmányok közötti összehasonlíthatóságot.[1, 4, 8, 18] Egy második jövőbeni irány a kívánt abszorpciós profilokhoz szabott formuláció-kiválasztás, mivel a tanulmányok a hordozó típusától függően mind késleltetett, mind gyorsított Tmax-ot mutatnak (pl. az MPEG-b-PLLA micellák késleltetik a Tmax-ot, míg a Pickering-emulziók lerövidítik azt), ami azt sugallja, hogy a „legjobb” formuláció a terápiás célkitűzéstől és az adagolási ablaktól függően eltérő lehet.[7, 19]
