کشف داروی CNS: نقش مایع مغزی نخاعی (CSF) در ارزیابی in vivo مواجهه مغز با داروها و نشانگرهای زیستی
این پست وبلاگ توسط Transpharmation، یک رهبر جهانی در زیست شناسی ترجمه نوشته شده است.
سدهای خونی-مغزی، خونی-CSF و خونی-آراکنوئید
برای داروهایی که در سیستم عصبی مرکزی (CNS) عمل می‌کنند، داروی غیر متصل در مایع بینابینی مغزی (ISF) برای تعامل با محل هدف در CNS در دسترس است. تخمین یا اندازه گیری غلظت ISF غیرمجاز مغز ساده نیست. قرار گرفتن در معرض داروی پلاسمای نامحدود در بیشتر موارد برای توصیف ارتباط بین فارماکوکینتیک و فارماکودینامیک مناسب نیست، عمدتاً به دلیل نقش محدودکننده سد خونی مغزی (BBB)، که اتصالات محکم بین سلول‌های اندوتلیال مجاور و انتقال‌دهنده‌های جریان فعال ایجاد کرده است. مانند P-glycoprotein (P-gp)، پروتئین مقاوم به سرطان پستان (BCRP) و پروتئین مرتبط با مقاومت چند دارویی 4 (MRP4) که نفوذ دارو به CNS را محدود می کند. علاوه بر BBB، سد خونی-CSF (BCSFB؛ متشکل از سلول های اپیتلیال شبکه مشیمیه) و سدهای خونی-عنکبوتی (BAB؛ متشکل از سلول های اپیتلیال عنکبوتیه) نیز وجود دارد. هر دو مانع، پروتئین‌های انتقال، از جمله انتقال‌دهنده‌های جریان فعال را بیان می‌کنند (Uchida et al. Drug Metab Dispos (2020) 48:135).
چندین روش برای ارزیابی قرار گرفتن در معرض ISF در مغز در دسترس است. میکرودیالیز داخل مغزی روشی است که می تواند مستقیماً قرار گرفتن در معرض ISF در مغز را ارزیابی کند. با این حال، به دلیل اینکه از نظر فنی چالش برانگیز است و توان عملیاتی کمی دارد، به طور معمول استفاده نمی شود. رویکرد دیگر از محصول تمرکز کل مغز استفاده می کند in vivo و کسر غیر محدود در مغز تعیین شد IVF با استفاده از هموژن مغز (که توسط دیالیز تعادلی تعیین می شود) یا برش های مغزی. رویکرد سوم از غلظت داروی CSF به عنوان نماینده ای برای غلظت ISF مغز استفاده می کند. غلظت داروی CSF را می توان با جمع آوری نمونه های CSF از سیسترنا مگنا در جوندگان، سگ ها و پستانداران غیرانسانی تخمین زد. مزیت نمونه برداری CSF در گونه های حیوانی غیر بالینی این است که این روش برای انسان در آزمایشات بالینی نیز قابل استفاده است (CSF توسط سوراخ کمری جمع آوری می شود) که امکان مقایسه مستقیم بین غلظت CSF حیوان و انسان را فراهم می کند. علاوه بر این، تجویز ترکیبات با نفوذ ضعیف به مغز در CSF، به عنوان مثال با دوز داخل نخاعی، هم در حیوانات و هم در انسان برای دور زدن هر سه مانع استفاده شده است. نشانگرهای زیستی را می‌توان در CSF نیز اندازه‌گیری کرد که ارزش ترجمه‌ای بالایی را به‌ویژه برای بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی فراهم می‌کند.
یک پارامتر فارماکوکینتیک که به ویژه در ارزیابی قرار گرفتن در معرض ISF مغز با یک دارو مفید است، ضریب پارتیشن ISF به پلاسما، Kp,uu است. هنگامی که قرار گرفتن در معرض داروی مغز به قرار گرفتن در معرض پلاسما وابسته است، مقدار Kp,uu>1 نشان دهنده هجوم خالص دارو به مغز، <1 نشان دهنده جریان خالص دارو یا نفوذ ضعیف دارو، و =1 نشان دهنده انتشار خالص است. Kp,uu با نسبت غلظت داروی متصل نشده در ISF به پلاسما در حالت پایدار تعیین می شود. با این حال، می توان آن را از نسبت مساحت زیر منحنی های غلظت-زمان برای ISF/پلاسما پس از یک دوز واحد نیز محاسبه کرد. CSF/پلاسمای بدون پیوند یا مغز ناپیوسته به پلاسمای ناپیوسته Kp,uu را می توان به طور مشابه تعیین کرد.
مجموعه ای از CSF و پلاسما
استفاده از غلظت داروی CSF به عنوان یک نماینده برای غلظت ISF مغز بر این فرض استوار است که تعادل سریع بین بخش‌های ISF و CSF در لایه اپاندیمی وجود دارد. علاوه بر این، CSF غلظت پروتئین بسیار کمی دارد، بنابراین غلظت CSF اساساً نامرتبط در نظر گرفته می شود.
Transpharmation مجموعه‌ای از CSF و پلاسما را از موش‌ها و سگ‌های هوشیار ارائه می‌دهد. مزیت این طرح مطالعه این است که خون و CSF به صورت طولی از حیوانات هوشیار جمع آوری می شود که تعداد حیوانات مورد نیاز برای مطالعه را تا حد زیادی کاهش می دهد و همچنین از استفاده از بی حس کننده های استنشاقی (مانند ایزوفلوران) که نشان داده شده است، اجتناب می شود. که به طور برگشت پذیر BBB را باز می کند (Spieth et al. Neuro Oncology Adv (2021) 3:1). شکل 1 زیر یک پروفایل دارویی معمولی را نشان می‌دهد که به صورت زیر جلدی (SC) به گروهی متشکل از 4 شریان کاروتید (برای جمع‌آوری پلاسمای خون) و سیسترنا مگنا (برای جمع‌آوری CSF) موش‌های کاتتر شده تزریق می‌شود. مقدار دارو توسط LC-MS/MS تعیین شد و کسر غیر متصل در پلاسما توسط IVF دیالیز تعادلی در این مورد، نیمه عمر نهایی دارو در CSF کمی بیشتر از پلاسما به نظر می رسد (غلظت پلاسما سریعتر از غلظت CSF کاهش می یابد) و CSF/Kp,uu محاسبه شده CSF/پلاسما 0.7 است، که نشان می دهد دارو اینطور نیست. انتشارات قابل نفوذ در سراسر BBB.
مجموعه CSF انتهایی، پلاسما و مغز
ترانسفورماسیون همچنین پلاسمای پایانی، CSF و مطالعات جمع آوری مغز را در موش ها و موش ها ارائه می دهد. شکل 2 غلظت های پلاسما، CSF و مغز لوپرامید را در طول زمان نشان می دهد. پلاسمای خون، CSF و مغز از 3 موش در نقطه زمانی پس از تزریق وریدی 1 میلی گرم بر کیلوگرم لوپرامید (Imodium®)، که یک ماده افیونی است که به مغز نفوذ نمی کند، به عنوان یک سوبسترا جمع آوری شد. برای P – پزشک شخصی. نمونه ها با LC-MS/MS آنالیز شدند و کسر لوپرامید غیر متصل در پلاسما و مغز هموژن تعیین شد. IVF با دیالیز تعادلی CSF/پلاسما Kp,uu محاسبه‌شده 0.010 بود، در حالی که مغز/پلاسما Kp,uu 0.014 بود، که نشان می‌دهد CSF یک پروکسی خوب برای غلظت‌های نامحدود لوپرامید در مغز است. همانطور که انتظار می رود، لوپرامید تا حد زیادی از BBB عبور نمی کند. همچنین توجه داشته باشید که با عبور لوپرامید از BBB، BCSFB و BAB از گردش خون سیستمیک، غلظت پلاسما، CSF و مغز به موازات کاهش می‌یابد (نیمه عمر نهایی یکسان است).
تحویل ترکیبات غیر نافذ به مغز با تجویز داروی داخل نخاعی یا ICV
ترانسفورماسیون علاوه بر این، تجویز مولکول‌های کوچک و سایر روش‌ها را در CSF موش‌ها و موش‌ها، چه از طریق تزریق داخل نخاعی (IT) یا داخل بطنی مغزی (ICV) ارائه می‌دهد. تزریق IT کمتر تهاجمی است زیرا ما تزریق مستقیم به ستون فقرات بین L5 و L6 حیوان بیهوش انجام می دهیم. فرمول IT می تواند شامل لیدوکائین باشد، زیرا این امر به طور مداوم منجر به فلج گذرا می شود (که در عرض 10 دقیقه در موش و 30 دقیقه در موش برطرف می شود) و تضمین می کند که هر تزریق IT موفقیت آمیز است. شکل 3 غلظت غیر متصل لوپرامید را در پلاسما، CSF و مغز پس از تجویز 0.2 mg/kg IT لوپرامید نشان می دهد. جالب توجه است، لوپرامید به سرعت از CSF پاک می شود، احتمالاً با جریان P-gp به گردش خون سیستمیک، و تنها غلظت های پایین در بافت مغز قابل اندازه گیری است. CSF / پلاسما Kp,uu محاسبه شده 9.2 بود، در حالی که برای مغز 0.013 بود. دومی Kp، uu اساساً از دوز IV لوپرامید بدون تغییر بود. اگرچه نیمه عمر لوپرامید در CSF بسیار سریع است، غلظت پلاسما و مغز به طور موازی کاهش می یابد (نیمه عمر یکسانی دارند).
تزریق ICV در موش‌ها و موش‌ها شامل سوراخ کردن جمجمه یک حیوان بیهوش در بالای بطن جانبی است و بنابراین تهاجمی‌تر و زمان‌برتر/تزریق فشرده‌تر از تزریق IT است. شکل 4 غلظت های غیر متصل لوپرامید را در پلاسما، CSF و مغز پس از تجویز 0.2 mg/kg ICV لوپرامید نشان می دهد. دوباره، لوپرامید در ابتدا به سرعت از CSF به گردش خون سیستمیک (پلاسما) پاک می شود. با این حال، غلظت غیرمجاز مغز بالاتر از پلاسما است. Kp,uu محاسبه شده 34.1 است، در حالی که برای مغز 43.3 است. در این مورد، هر دو مقدار در مقایسه با مقادیر پس از تجویز داخل وریدی لوپرامید بسیار بالاتر بود. اگرچه نیمه عمر CSF لوپرامید در ابتدا بسیار سریع است، غلظت پلاسما و مغز و احتمالاً CSF به موازات کاهش می یابد. برای لوپرامید، تزریق ICV منجر به غلظت‌های ناپیوسته مغز و CSF بسیار بالاتری نسبت به تزریق IT شد. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض پلاسما پس از ICV در مقایسه با کاربرد IT تقریباً 2 برابر کمتر بود. نسبت به CSF، مواجهه پلاسما و مغز با لوپرامید بسیار کم بود (مقادیر Kp،uu پلاسما به CSF و مقادیر مغز نسبت به CSF بعد از دوز ICV و 0.11 و 0.0014 بعد از دوز IT به ترتیب 0.0053 و 0.033 بود). مقایسه‌های مشابه برای مولکول‌های دیگر که سوبسترای ناقل‌کننده‌های دارو هستند و همچنین مولکول‌هایی که نیستند، جالب خواهد بود.
امروز با Transpharmation تماس بگیرید تا ببینید چگونه می توانیم در کشف داروی CNS به شما کمک کنیم!
