Ocena klirensu leku na podstawie testu mikrocieczowego
Metabolizm leków w organizmie człowieka odbywa się głównie za pośrednictwem enzymów zwanych cytochromami P450 (CYP). Ta rodzina enzymów odpowiada także za usuwanie z organizmu pozostałości środowiskowych i domowych środków chemicznych, na które, chcąc, nie chcąc, jesteśmy narażeni każdego dnia. Takie związki chemiczne mogą zaburzać aktywność enzymów CYP, indukując ich ekspresję lub prowadząc do akumulacji leków powyżej poziomu toksycznego. Może to skutkować szybkim usuwaniem leku z organizmu i obniżaniem jego skuteczności terapeutycznej.
Mikrocieczowy test do pomiaru aktywności CYP
Zespół badawczy finansowanego ze środków UE projektu CUMTAS chciał zbadać wpływ związków chemicznych na aktywność enzymów CYP. Jak wyjaśnia koordynatorka projektu, dr Tiina Sikanen: „tempo klirensu leków ma kluczowe znaczenie, gdyż może udaremnić skuteczność terapii lub doprowadzić do jej toksyczności”. Aby zbadać interakcje między różnymi lekami i związkami chemicznymi, zespół projektu opracował szereg innowacyjnych, szybkich testów CYP, które wykorzystują mikrocieczowe technologie in vitro. Testy mikrocieczowe umożliwiają przeprowadzenie szybkich badań przesiewowych interakcji metabolicznych, redukując przy tym znacząco koszty i zużycie materiałów biologicznych. Jednocześnie wykorzystanie mikro-reaktorów przepływowych z unieruchomionym enzymem pozwala na usuwanie reagentów w precyzyjnie określonym momencie, ułatwiając monitorowanie i kontrolę reakcji enzymatycznych, co nie jest możliwe w przypadku konwencjonalnych testów statycznych. Co istotne, test umożliwia badanie zależnego od czasu wpływu związków chemicznych na enzymy metabolizujące leki, a także mechanizm ich interakcji. Wraz z mikrocieczowymi systemami separującymi badacze stworzyli zminiaturyzowane czujniki, które podnoszą wydajność testu. Nowe metody, oparte na polimerach materiały oraz strategie unieruchamiania enzymu także wsparły technologiczny rozwój testu CYP. Naukowcy zwalidowali opracowaną przez siebie metodę korzystając z komercyjnie dostępnych, pozyskanych z ludzkich próbek mikrosomów wątroby. „Te pochodzące faktycznie z ludzkich komórek matryce pomogły nam wykazać, w jaki sposób międzyjednostkowe różnice w ekspresji enzymów metabolizujących leki wpływają na klirens leków”, mówi dr Sikanen.
Przyszłość testu CYP
Technologia mikrocieczowa powstała w ramach projektu była zdaniem dr Sikanen najbardziej znaczącym osiągnięciem projektu. „Multidyscyplinarna wiedza fachowa naszego zespołu i jego oddanie pomogły nam pokonać techniczne trudności, z którymi przyszło nam się zmierzyć”, podkreśla badaczka. Dr Sikanen otrzymała grant ERBN w celu weryfikacji koncepcji projektu PreMeDosE, by umożliwić komercjalizację jednej z technologii opracowanej w ramach projektu CUMTAS. Ze względu na krytyczną rolę enzymów CYP w klirensie leków, projekt CUMTAS skoncentrowany był na metabolizmie leków, w którym pośredniczą te właśnie enzymy. Jednak opracowany dzięki projektowi test może być wykorzystany do pomiaru aktywności innych enzymów, a także do badania indukowanej chemicznie inhibicji enzymów metabolizujących leki oraz do tworzenia modeli metabolizmu leków. W dłuższej perspektywie technologia ta może zostać potencjalnie wykorzystana w procesie opracowywania nowych leków lub w środowiskowych badaniach przesiewowych (np. w odniesieniu do klirensu pozostałości leków u innych gatunków). W procesie opracowywania leków test mógłby pomóc w eliminacji związków chemicznych stwarzających duże ryzyko zaburzeń metabolicznych, ograniczając tym samym zbędne koszty produkcyjne. Metabolizm leków zależy zarówno od zmiennych genetycznych, jak i czynników zewnętrznych, takich jak dieta, wiek, płeć i stan zaawansowania choroby. Test CYP opracowany dzięki projektowi CUMTAS pomoże określić wpływ czynników genetycznych i zewnętrznych na skuteczność klirensu leków u poszczególnych osób. Co najważniejsze, przetrze on szlaki w kierunku spersonalizowanego dawkowania leków, poprawiając jakość życia pacjentów i ograniczając koszty opieki zdrowotnej.
Słowa kluczowe
CUMTAS, cytochrom P450 (CYP), test, enzym, związek chemiczny, mikrocieczowe, klirens leków, metabolizm leków, toksyczność