ITEM METADATA RECORD
Title: Interactions of HIV Protease Inhibitors with Hepatic Drug Transporters
Other Titles: Interacties van HIV protease-remmers met transportproteïnen in de lever
Authors: Ye, Zhiwei
Issue Date: 4-Dec-2009
Abstract: Onderzoek in het domein van (niet-klinische) farmacokinetiek heeft de vo orbije jaren een belangrijke metamorfose ondergaan en is geëvolueerd van een beschrijvende naar een meer innoverende en explorerende discipline. Deze verandering kan toegeschreven worden aan de noodzaak om gedetaille erd inzicht te verwerven in de mechanismen die aan de grondslag liggen v an het farmacokinetisch profiel van (nieuwe) geneesmiddelen. Deze mechan istische informatie is immers van groot belang voor het begrijpen en voo rspellen van geneesmiddeleninteracties die verantwoordelijk kunnen zijn voor toegenomen toxiciteit en/of ongewenste neveneffecten zowel als het falen van medicamenteuze therapieën. In de voorbije 40 jaar werd het belang van metaboliserende enzymen zowel als hun rol in geneesmiddeleninteracties reeds in detail onderzocht. Na ast deze enzymen blijken echter ook transportproteïnen (“transporters”) de ADME (absorptie, distributie, metabolisme, excretie) processen waaraa n geneesmiddelen onderhevig zijn mee te bepalen. Geneesmiddeleninteracti es kunnen dus tevens te wijten zijn aan de tussenkomst van transporters. Eigenaardig genoeg wordt in het farmaceutische onderzoek nog steeds rel atief weinig aandacht besteed aan systematische evaluatie van transporte r-gerelateerde eliminatie en interacties, vooral in vergelijking met de interacties die gemediëerd worden door metaboliserende enzymen. Dit kan ten dele toegeschreven worden aan het feit dat modelsystemen voor transp orter-gerelateerd onderzoek verschillen van deze voor metabolisme-gerela teerde studies, en daarom dikwijls niet voorhanden zijn of slechts beperkt gevalideerd. Daarnaast is het ook zo dat specifieke inhibitoren en substraten momenteel nog ontbreken voor de meeste transporters. De belangrijkste doelstellingen van dit thesis-onderzoek waren: (1) het exploreren en karakteriseren van in vitro modellen voor transporter-geme dieerde geneesmiddeleninteracties; en (2) het profileren van een modelsu bstraat voor de evaluatie van transportmechanismen die aan de basis ligg en van geneesmiddeleninteracties. In dit onderzoek lag de nadruk op het in kaart brengen van de in vitro h epatobiliaire dispositie-eigenschappen van een fluorescerend modelsubstr aat (galzoutanaloog) in verschillende in vitro modellen. Daarnaast werd tevens de bruikbaarheid van dit modelsubstraat onderzocht op vlak van he t detecteren van geneesmiddeleninteracties gerelateerd aan hepatische tr ansporters. Hierbij werden de Human Immunodeficiency Virus (HIV) Proteas eremmers (PR) als model interagerende geneesmiddelen gebruikt. Een eerste deel van het onderzoek was gericht op de kinetische karakteri sering van de in vitro cellulaire opname-mechanismen van het galzoutanal oog cholyl-glycylamido-fluoresceïne (CGamF) in rathepatocyten in sandwic h-configuratie (RHSC). Concentratie-afhankelijke inhibitie van actieve C GamF accumulatie door HIV PR werd ook nagegaan en vergeleken met de inhi bitie-gegevens bekomen met taurocholaat (TC) als substraat. Deze gegeven s toonden aan dat voornamelijk transporters van de Oatp-familie (Organic Anion Transporting Polypeptide) tussenkwamen in de opname van CGamF, te rwijl vooral Ntcp (Na+-taurocholate cotransporting peptide) de opname va n TC verzorgt. Het co-incuberen van CGamF met HIV PR maakte duidelijk da t vijf proteaseremmers een concentratie-afhankelijke inhibitie veroorzaa kten van CGamF accumulatie in RHSC, met IC50 waarden tussen 0.25 en 43&n bsp;µM. Deze gegevens illustreren de bruikbaarheid van CGamF als een int eressant substraat (complementair aan TC) voor snelle in vitro bepaling van het interactiepotentieel van natrium-onafhankelijke opnamemechanisme n (waarschijnlijk OATPs) in de lever van de rat. In een tweede deel van dit onderzoek werden de interactiegegevens bekome n in de rat uitgebreid door het uitvoeren van CGamF opname en interactie -experimenten met hepatocyten van verschillende species, namelijk hond, varken en mens. Hieruit bleek dat opname van CGamF bij 1 µM voornam elijk gebeurde door actief transport in alle onderzochte species. Extrac ellulaire depletie van natrium of co-incubatie met de OATP/Oatp inhibito ren rifampicine en digoxine toonden aan dat ongeveer 35% van de actieve CGamF opname gemedieerd werd door Ntcp/NTCP in rat en humane hepatocyten , terwijl de bijdrage van deze natrium-afhankelijke transporter opliep t ot 50-60% in hond en varken hepatocyten. Eén of meer natrium-onafhankeli jke transporters, hoogstwaarschijnlijk behorende tot de Oatp familie, wa ren een belangrijke component van hepatische CGamF opname. Verschillende HIV protease-remmers vertoonden uitgesproken speciesverschillen in hun interactie met actieve CGamF accumulatie, hoewel enige overeenkomst werd waargenomen tussen de interactieprofielen van hond en mens wanneer de H IV PR werden getest aan 0.5 µM. Men kan stellen dat in vitro gegeve ns aangaande transporter-gebaseerde geneesmiddeleninteracties in verschi llende species kunnen bijdragen tot het begrijpen van species-afhankelij ke interacties en toxiciteit. In een volgend deel van dit onderzoek werd aandacht besteed aan de isofo rm-specificiteit van CGamF transport en van interacties van HIV PR met d e familie van OATPs in de lever van de mens. Hierbij werden incubaties u itgevoerd in CHO cellen die getransfecteerd waren met de 1B1 en de 1B3 i soformen van de OATP familie. Uit deze gegevens bleek dat CGamF een exce llent substraat is voor de OATP1B subfamilie, met opname-klaringswaarden van 7.8 and 142 µl/min/mg proteïne in respectievelijk 1B1 en 1B3-g etransfecteerde cellen. IC50 waarden voor inhibitie van CGamF opname doo r HIV PR waren vergelijkbaar in 1B1- en 1B3-getransfecteerde cellen; er werd echter weinig overeenkomst vastgesteld met waarden eerder bekomen i n humane hepatocyten. Lopinavir was de krachtigste inhibitor van OATP1B- gemedieerd CGamF transport (IC50 0.5-2.0 µM), in vergelijking met I C50 waarden tussen 1.6 en 4.8 µM voor atazanavir, darunavir, ritona vir en saquinavir. Een veel zwakker effect (12-19 µM) werd vastgest eld voor amprenavir en indinavir, terwijl geen waarde kon worden afgelei d voor nelfinavir als gevolg van beperkte oplosbaarheid. Gezien CGamF ge en opname vertoonde in Caco-2 monolagen, waarvan geweten is dat ze enkel de 2B1 isoform tot expressie brengen, werden interactie-studies voor OA TP2B1 uitgevoerd met het gekende OATP substraat estrone-3-sulfaat. De ef fecten van HIV PR op OATP2B1-gemedieerde opname waren sterk verschillend van deze op OATP1B activiteit. Enkel indinavir, saquinavir en ritonavir vertoonden een meetbaar effect op OATP2B1-gemedieerde estrone-3-sulfaat opname. Als besluit kan gesteld worden dat OATP1B3 veruit de belangrijk ste component is van de natrium-onafhankelijke CGamF opname in de lever van de mens. Dit maakt CGamF een interessant model-substraat voor in vit ro interactiestudies met geneesmiddelen. De opmerkelijk krachtige inhibi tie van OATP1B1 door lopinavir is mogelijks een gedeeltelijke verklaring voor enkele klinisch relevante geneesmiddeleninteracties tussen HIV PR en OATP1B substraten zoals fexofenadine. In een laatste deel van dit onderzoek werd ten slotte aandacht besteed a an de interactieprofielen van HIV proteaseremmers met hepatische transpo rters van de canaliculaire membraan, meer bepaald MRP2 (Multidrug resist ance-associated protein-2) en BSEP (Bile Salt Export Pump). De interacti e met MRP2/Mrp2 werd bestudeerd in zowel humane als rat hepatocyten aan de hand van het fluorescerend modelsubstraat 5(6)-carboxy-2’,7’-dichloro fluorescein (CDF). In rat hepatocyten werd tevens de interactie met effl ux van estradiol-17-ß-d-glucuronide (E17G) als alternatief substraat bes tudeerd. Saquinavir, ritonavir en atazanavir bleken de krachtigste inhib itoren van MRP2-gemedieerde CDF efflux in humane hepatocyten, terwijl in dinavir, lopinavir en nelfinavir het krachtigst waren in de rat. Er blee k geen overeenkomst te bestaan tussen de MRP2/Mrp2 inhiberende effecten in beide species. Bovendien waren de Mrp2-inhibitieprofielen van HIV PR in rat hepatocyten substraat-afhankelijk, gezien de krachtigste effecten op efflux van E17G werden waargenomen voor saquinavir, amprenavir en in dinavir. De effecten van HIV PR op de activiteit van BSEP werd gemeten a an de hand van efflux experimenten met taurocholaat (TC) in HepaRG celle n. Concentratie-afhankelijke inhibitie van BSEP-gemedieerde TC efflux door HepaRG cellen resulteerde in IC50 waarden tussen 0.3 µM voor saquinavir en 21 µM voor atazanavir, terwijl darunavir, lo pinavir en nelfinavir geen significant effect vertoonden op BSEP activit eit. Het is duidelijk dat verschillende HIV PR inhibitie veroorzaken van MRP2/Mrp2 en/of BSEP-gemedieerd substraat transport. Bijkomend preklini sch onderzoek zal noodzakelijk zijn teneinde de klinische implicaties va n deze bevindingen in te schatten. Hierbij zal het vooral van belang zij n een idee te bekomen van de gecombineerde effecten van HIV PR ter hoogt e van hepatische enzymen en op transporters aan beide membraandomeinen v an de levercel, en tevens welke implicaties dit heeft voor de hepatobili aire dispositie van geneesmiddelen zowel als galzouten. We besluiten dat op basis van dit onderzoek de hepatische transportmechanismen van het f luorescerend galzoutanaloog CGamF werden opgehelderd aan de hand van exp erimenten in verschillende in vitro modellen. Bovendien werden voor HIV PR ter hoogte van de lever de interactieprofielen bepaald voor de belang rijkste hepatische transporters, namelijk OATP, MRP2, BSEP en NTCP. Deze resultaten illustreren het belang van toekomstig onderzoek naar de rol van deze transporters in de hepatobiliaire dispositie van de HIV PR zelf . Dit moet toelaten verdere inzichten te verwerven in de klinisch releva nte interacties en nevenwerkingen van HIV PR. De recente beschikbaarheid van een toenemend aantal loten gecryopreserveerde humane hepatocyten me t aanvaardbare eigenschappen op vlak van uitplaatbaarheid en viabiliteit heeft een nieuw tijdperk ingeluid voor in vitro farmacokinetisch onderz oek in de lever. Het ultieme potentieel van deze nieuwe in vitro m odellen is om op betrouwbare manier de wisselwerking tussen hepatisch tr ansport en metabolisme te bestuderen. Dit moet leiden tot een noodzakeli jk in vitro platform voor kwantitatief onderzoek naar en voorspelling va n farmacokinetische processen ter hoogte van de lever.
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Drug Delivery and Disposition

Files in This Item:
File Status SizeFormat
thesis_revised-181109.pdf Published 3091KbAdobe PDFView/Open Request a copy

These files are only available to some KU Leuven Association staff members

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.