Senolitiklerde BCS Sınıf IV Paradoksunun Aşılması: Hedefli Hücresel Senesans Temizliği için Hidrofobik Flavonoidlerin Nano-Miseller İletimi
Yönetici özeti
Sunulan literatür genelinde fisetin ve quercetin, gerçek dünyadaki performansları formülasyonla sınırlı maruziyet nedeniyle kısıtlanan biyoaktif flavonoidler olarak defalarca karşımıza çıkmaktadır; birçok kaynak, konvansiyonel preparatlar veya çözelti/süspansiyonlar için zayıf sulu çözünürlüğü ve ölçülebilir düşük biyoyararlanımı açıkça tanımlamaktadır.[1–4] Çok sayıda nano ve lipid bazlı yaklaşım (lipozomlar, nanolipozomlar, polimerik miseller, nanosüspansiyonlar, nanoemülsiyonlar, nanokokleatlar, SNEDDS), sistemik maruziyeti ve/veya emilim 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, aynı zamanda fisetinin plazmada ölçülebildiği zaman penceresini genişleten bir hibrit 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 seçen bir çalışma ve fisetinin "senolitik etkilere" sahip olduğunu belirten bir inceleme ifadesi de dahil olmak üzere birden fazla kaynakta açıkça bir senoterapötik veya senolitik flavonoid olarak çerçevelenmiştir.[10, 11] Sağlanan alıntılarda atıfta bulunulan preklinik in vivo kanıtlar, in vivo test edilen on doğal flavonoid arasında fisetinin, progeroid ve yaşlı farelerde senesans belirteçlerini azaltarak "en güçlü senolitik bileşik" olarak rapor edildiğini belirtmektedir.[12] Bununla birlikte, veri setinde yer alan tek doğrudan senesans modeli deneyi (A549 ve WI38 hücrelerinde doxorubicin 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 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 yeniden hidrate edilmesi ve homojen lipozomlar elde etmek için polikarbonat membranlardan 100 nm'ye kadar ekstrüzyon yapılmasıyla hazırlanmıştır.[10] Bu lipozomlar boşken Z-ortalama 115.9 ± 0.9 nm (PDI 0.155 ± 0.004) ve ζ-potansiyeli −20.3 ± 0.6 mV sergilemiş, fisetin enkapsülasyonu ise boyutu 95.1 ± 1.0 nm'ye (PDI 0.178 ± 0.008) düşürmüş ve ζ-potansiyelini −11.6 ± 1.2 mV'ye kaydırmış, enkapsülasyon verimliliği %13.68 olarak gerçekleşmiştir.[10]
Ayrı bir nanolipozom sistemi, 25:1 kütle oranında lesitin ve fisetin ile 0.8 mg/mL fisetin konsantrasyonu kullanmış, ince film evaporasyonu ve ultrasonikasyon (40 W/cm²'de 2 dakika) ile üretilerek 0.3 civarında PDI ile ~80 nm dikdörtgen nanolipozomlar sağlamıştır.[13] Hyaluronik asit (HA) kaplaması, HA'nın fosfat tamponunda çözülmesi ve gece boyunca karıştırılarak 1:10 hacim oranında nanolipozomlarla karıştırılmasıyla hazırlanmıştır ve 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 çok sayıda quercetin misel sistemi kantitatif oral PK iyileştirmeleri sağlamaktadır.[2, 5, 7] Sıçanlarda, bir MPEG-b-PLLA quercetin miseli (ince film hidrasyonu ile hazırlanan), 88.5 ± 2.6 nm partikül boyutuna, 0.13 ± 0.04 PDI değerine, %82.5 ± 2.1 enkapsülasyon verimliliğine ve −8.72 ± 1.03 mV zeta potansiyeline sahipti.[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 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'e 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 nanopartikülleri (PLGA), protein nanopartiküllerini (BSA bazlı), kitosan iyonik jelasyon nanopartiküllerini ve her biri ayrıntılı boyut ve enkapsülasyon metriklerine sahip nanosüspansiyonları/nanokristalleri kapsayan çok sayıda nanopartikül platformunu içermektedir.[1, 14–16] Fisetin için PLGA nanopartikülleri, intravenöz odaklı değerlendirme için geliştirilmiştir; bir örnek formülasyon (NP4) ~330 nm ortalama partikül boyutu, −7.2 mV ζ-potansiyeli, 0.25 PDI, %83.58 enkapsülasyon verimliliği ve %13.93 ilaç yüklemesi ile rapor edilmiştir.[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 rapor etmiş ve everted gut sac modelinde duodenum/jejunum/ileum boyunca süspansiyona göre 4.9 kat, 3.2 kat ve 2.3 kat daha yüksek permeasyon üretmiştir.[15]
Folat hedefli fisetin nanopartikülleri (FFANPs), sağlanan alıntıda bir oral maruziyet paradigmasından ziyade bir reseptör hedefleme paradigmasını destekleyen, 0.117 PDI'lı 150 nm'lik monodispers küresel partiküller ve yüksek enkapsülasyon verimliliği (%92.36 ± 3.84) ile %8.39 ± 3.04 yükleme kapasitesi olarak rapor edilmiştir.[14] Kitosan/TPP iyonik jelasyon fisetin nanopartikülleri (FNPs), 363.1 ± 17.2 nm ortalama boyuta ve +17.7 ± 0.1 mV ζ-potansiyeline, %78.79 ± 7.7 enkapsülasyon verimliliğine ve %37.46 ± 6.6 yükleme kapasitesine sahipti.[1]
Kendiliğinden emülsifiye olan ve nanoemülsiyon sistemleri
Veri seti, hem tanım düzeyindeki SNEDDS konseptlerini hem de hastalık modellerinde formülasyon güdümlü emilim kinetiği ve doz verimliliğini vurgulayan, fisetin için in vivo PK sonuçları olan somut nanoemülsiyon sistemlerini tanımlamaktadır.[5, 6] Fisetin için optimize edilmiş bir nanoemülsiyon formülasyonu (nanoemulsion 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 0.015 gibi çok düşük bir PDI rapor edilmiştir.[6] Aynı nanoemülsiyon ailesi ayrıca 153 ± 2 nm damlacık çapına, −28.4 ± 0.6 mV negatif ζ-potansiyeline ve 0.129 PDI değerine sahip olarak karakterize edilmiş ve nanoemülsiyonun 4 °C'de 30 gün boyunca stabil olduğu, 20 °C'de ise faz ayrışması gösterdiği rapor edilmiştir.[6]
Farmakokinetik olarak, bu fisetin nanoemülsiyonunun 13 mg/kg dozda intravenöz uygulamasının, serbest fisetine kıyasla sistemik maruziyette anlamlı bir fark göstermediği, intraperitonal uygulamanın ise daha kısa bir ortalama emilim süresi (MAT 1.97 h'ye karşı 5.98 h) ile yansıtılan daha hızlı emilime bağlı olarak serbest fisetine kıyasla bağıl biyoyararlanımda 24 katlık bir artış sağladığı rapor edilmiştir.[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) rapor etmiştir.[18]
Kantitatif biyoyararlanım kazanımları
Burada alıntılanan literatür tutarlı bir paterni desteklemektedir: nano/lipid iletim sistemleri, maruziyeti konvansiyonel çözeltilere, süspansiyonlara veya formüle edilmemiş karşılaştırıcılara göre kat kat değiştirebilmekte; kat bazlı değişimler birden fazla bağımsız çalışma ve incelemede doğrudan rapor edilmektedir.[3–5, 7–9] Aşağıdaki tablo, mevcut olan durumlarda AUC tabanlı bağıl biyoyararlanımı kullanarak, kaynaklarda aynen belirtilen rapor edilmiş kat kazançlarını ve temel PK son noktalarını konsolide etmektedir.
İlk geçiş ve emilim kısıtlamaları
Veri seti hepatik metabolizma yollarını doğrudan kantifiye etmese de, birkaç çalışma formülasyonun emilim sürecini ve zaman akışını kontrol edebildiğini operasyonel olarak göstermektedir; buna intraperitonal olarak uygulanan fisetin nanoemülsiyonu için daha hızlı emilim (daha kısa MAT) ve formüle edilmemiş bir karşılaştırıcıya kıyasla insan FF-20 için uzatılmış saptanabilirlik dahildir.[4, 6] Quercetin için birden fazla oral nanotaşıyıcı sistemik kalış süresini uzatmaktadır; bunlar arasında ölçülebilir plazma seviyelerini 72 saate kadar koruyan kazein nanopartikülleri (siklodekstrin olmayan nanopartikül durumundaki 24 saate karşı) ve köpeklerde serbest ilaç için 24 saat olan saptama süresini 48 saate çıkaran Soluplus miselleri yer almaktadır.[2, 3] Veriler ayrıca nanotaşıyıcıların, taşıyıcı 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, formülasyon karakterizasyonu ve içerik analizleri için ek olarak 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 filtrasyonundan sonra 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, bir 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]
Birkaç formülasyon makalesi, içerik ve salım/permeasyon testleri için HPLC-UV veya HPLC-DAD kullanmıştır; bunlar arasında 360 nm'de UV saptamalı 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'de eksitasyon/emisyon ile spektroflorometri yoluyla fisetin konsantrasyonunu kantifiye etmiştir.[1, 10, 18]
Senesans ve etkinlik sonuçları
Veri setindeki doğrudan senesans modeli sonuçları şu anda, doxorubicin kaynaklı senesans modellerinde fisetin ve fisetin yüklü lipozomları test eden tek bir in vitro çalışmanın hakimiyetindedir; bu çalışmada ne serbest fisetin ne de fisetin yüklü lipozomlar, canlılık analizlerinde senesans hücrelerin senesans olmayanlara göre seçici apoptozunu üretmemiştir.[10] Bununla birlikte, aynı çalışma senesans hücrelerde azalmış IL-6 ve IL-8 sekresyonu ile kanıtlanan senomorfik aktivite rapor etmiş ve ELISA analizi ile hem serbest hem de lipozomal fisetini SASP'yi modüle edici olarak çerçevelemiştir.[10] Bu bulguları tamamlayan bir harici in vivo senolitik iddiası, fisetinin in vivo test edilen on flavonoid arasında en güçlü senolitik olarak rapor edildiğini, progeroid ve yaşlı farelerde senesans belirteçlerini azalttığını ancak sunulan alıntı setinde formülasyon detaylarının bulunmadığını belirtmektedir.[12]
Senesans son noktalarının dışında, çok sayıda nanoformülasyon, maruziyet iyileştirmeleriyle tutarlı hastalık modeli etkinliği göstermektedir; bunlar arasında fisetin nanoemülsiyonunun, Lewis akciğer karsinomu taşıyan farelerde benzer tümör büyüme inhibisyonu için ~6 kat daha yüksek serbest fisetin dozuna (223 mg/kg) karşılık 36.6 mg/kg'da %53 tümör hacmi azalması sağlaması yer almaktadır.[6] Diğer senesans dışı etkinlik örnekleri arasında; Aβ(25-35) kaynaklı demans farelerinde hafıza ve öğrenmeyi geliştiren ve MAO-A seviyelerini azaltan fisetin nanosüspansiyonu ile IL-1β ile ön muamele görmüş kondrositlerde inflamatuar sitokin mRNA'sını (TNF-α ve IL-6) azaltan ve IL-10'u artıran, aynı zamanda 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 çok sayıda insan gönüllü biyoyararlanım çalışmasını içermekte ve maruziyet artışı iddiaları için doğrudan translasyonel uygunluk sağlamaktadır.[4, 8] Fisetin için, 15 sağlıklı gönüllüde randomize, çift kör, çapraz tasarımlı bir çalışma, 1000 mg UF dozunu 1000 mg FF-20 (192 mg fisetin sağlayan) ile 10 günlük bir arınma (washout) süresiyle karşılaştırmış ve FF-20 için belirgin şekilde daha yüksek AUC ve Cmax ve plazmada fisetin için daha uzun ölçülebilir süre gösteren denek içi doğrudan PK karşılaştırmasına olanak tanımıştır.[4] Quercetin için, 12 sağlıklı yetişkin gönüllüde yürütülen kör olmayan çapraz bir 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 rapor etmiştir.[8]
Eksiklikler ve gelecek vizyonu
Sunulan kanıtlar sınırları dahilinde temel bir eksiklik, oral biyoyararlanım iyileştirmelerinin doğrudan senesans temizliği son noktalarına (örneğin, senesans 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 eksiklik ise, bazı platformların biyoerişilebilirlik veya permeasyonda önemli iyileştirmeler rapor etmesine rağmen (örneğin, dökme yağa kıyasla biyoerişilebilirliği %7.2'den %88.9–92.5'e çıkaran fisetin nanolipozomları ve everted gut sac modelinde bağırsak permeasyonunu 4.9 kata kadar artıran PLGA fisetin nanopartikülleri), burada sunulan alıntılarda paralel in vivo sistemik PK onayının bulunmamasıdır.[13, 15]
Kanıtların ima ettiği pratik bir gelecek yönü, formülasyon karakterizasyonunun valide edilmiş biyoanalitik ölçümle daha sıkı entegrasyonudur; zira veri seti, klinik PK'daki LC-MS/MS ve UHPLC-HRMS'den formülasyon taramasındaki 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 yönü, istenen emilim profillerine göre uyarlanmış formülasyon seçimidir; çalışmalar taşıyıcı tipine bağlı olarak hem gecikmiş hem de hızlanmış Tmax göstermektedir (örneğin Tmax'ı geciktiren MPEG-b-PLLA misellerine karşı onu kısaltan Pickering emülsiyonları), bu da "en iyi" formülasyonun terapötik amaca ve dozlama penceresine göre farklılık gösterebileceği anlamına gelmektedir.[7, 19]
