Trong những năm gần đây, với sự gia tăng tỷ lệ mắc các chứng rối loạn thần kinh như bệnh Alzheimer, trầm cảm, tâm thần phân liệt và bệnh tâm thần phân liệt.bệnh Parkinson , cáiphát triển thuốc CNS đã giành được sự chú ý đáng kể. Tuy nhiên, do cơ chế gây bệnh chưa rõ ràng và những thách thức như hàng rào máu não (BBB), tỷ lệ thành công trong việc phát triển thuốc CNS vẫn còn thấp. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về kiến thức lý thuyết và phương pháp nghiên cứu có liên quan về thuốc thần kinh trung ương từ mộtdược động học (PK) luật xa gần.
1. Rào cản thâm nhập CNS
Như được hiển thị bên dưới, BBB bao gồm các tế bào nội mô mao mạch não và tế bào thần kinh đệm được đóng gói chặt chẽ, gần như ngăn chặn hoàn toàn các hợp chất đi qua con đường cạnh tế bào hoặc nội bào. BBB cũng biểu hiện các chất vận chuyển dòng ra ngoài như P-glycoprotein (P-gp) và protein kháng ung thư vú (BCRP), giúp bơm hầu hết các chất nền trở lại máu. Do đó, hầu hết các phân tử nhỏ xâm nhập vào não chủ yếu thông qua khuếch tán thụ động qua màng lipid. Ngoài ra, hàng rào máu-dịch não tủy (BCSFB) là một rào cản quan trọng khác. Các hợp chất trong máu có thể trực tiếp đi qua BCSFB hoặc sau khi đi qua BBB, khuếch tán hoặc được đưa vào dịch não tủy (CSF). Tuy nhiên, P-gp được biểu hiện tại BCSFB có thể bơm các hợp chất trở lại máu, hạn chế sự tiếp xúc với não.
2. Các thông số chính cho sự xâm nhập của thuốc vào hệ thần kinh trung ương
Do khó khăn trong việc vượt qua BBB, việc sàng lọc các hợp chất có khả năng thâm nhập thuận lợi vào hệ thần kinh trung ương trong các nghiên cứu in vitro hoặc trên động vật trở nên quan trọng. Lựa chọn các thông số thích hợp để làm tiêu chí đánh giá là điều quan trọng. Các thông số thường được sử dụng bao gồm nồng độ thuốc không liên kết trong não (Cbu), tỷ lệ thuốc không liên kết trong não và huyết tương (Kpuu hoặc Cbu/Cpu), tỷ lệ tổng nồng độ thuốc trong não và huyết tương (tỷ lệ B/P), thuốc không liên kết. phân số (fu), độ thấm BBB (Papp) và tỷ lệ dòng chảy (ER).
2.1 Nồng độ thuốc không liên kết trong não
Dựa trên giả thuyết thuốc tự do, nồng độ thuốc không liên kết trong não phản ánh tốt nhất nồng độ thuốc hiệu quả. Tuy nhiên, rất khó để đo trực tiếp nồng độ thuốc không liên kết trong tế bào não trong điều kiện thực tế. Trong trường hợp không có tác dụng vận chuyển đáng kể, nồng độ thuốc không liên kết trong huyết tương, dịch não tủy hoặc dịch kẽ não thường được sử dụng làm thông số thay thế.
2.2 Tỷ lệ thuốc không liên kết trong não và huyết tương (Kpuu)
Kpuu là thông số chính phản ánh trạng thái cân bằng phân bố của các hợp chất giữa máu và não, tích hợp hoạt động vận chuyển và khuếch tán thụ động. Khi Kpuu tiến tới 1, nó biểu thị các đặc tính hợp chất mong muốn, chẳng hạn như tính thấm tốt và chất nền không vận chuyển. Trong trường hợp này, nồng độ thuốc không liên kết trong huyết tương có thể đóng vai trò là chỉ số thay thế. Khi Kpuu nhỏ hơn 1 đáng kể, hợp chất này có thể là chất nền vận chuyển hoặc có độ thấm kém, đòi hỏi phải điều chỉnh cấu trúc. Kpuu lớn hơn 1 có thể cho thấy sự tham gia của các chất vận chuyển tích cực trong quá trình vận chuyển xuyên màng.
2.3 Tỷ lệ tổng nồng độ thuốc trong não và huyết tương (Tỷ lệ B/P)
Mặc dù dễ dàng thu được nhưng tỷ lệ B/P có thể gây hiểu nhầm về khả năng thâm nhập vào não của một hợp chất. Do sự khác biệt về thành phần không liên kết giữa huyết tương và não, tỷ lệ B/P cao không nhất thiết hàm ý nồng độ thuốc không liên kết cao trong não và ngược lại. Tỷ lệ B/P chỉ hữu ích cho việc phân tầng thô, loại bỏ các hợp chất có tổng nồng độ não cực thấp chứ không hữu ích cho việc lựa chọn các hợp chất CNS vượt trội.
2.4 Phân số không liên kết (fu)
Phần không liên kết trong huyết tương và mô não được sử dụng để chuyển đổi các thông số PK tiêu chuẩn thành các thông số thuốc không liên kết. Trong khi tỷ lệ không liên kết cao hơn có thể cho thấy nồng độ thuốc hiệu quả cao hơn, tỷ lệ không liên kết trong huyết tương tăng cũng có thể dẫn đến tốc độ chuyển hóa hoặc thải trừ cao hơn. Tương tự, các phần không liên kết cao hơn trong mô não có thể cản trở sự khuếch tán thụ động vào não. Do đó, fu thường không thể đóng vai trò là tham số tối ưu hóa chính và giá trị của nó không liên quan trực tiếp đến hiệu quả.
2.5 Độ thấm BBB (Papp)
Papp biểu thị tốc độ khuếch tán thụ động của hợp chất qua BBB. Tuy nhiên, chỉ riêng thông số này không mang tính quyết định trong việc xác định khả năng thâm nhập của não. Nó chỉ phản ánh tốc độ đạt được trạng thái cân bằng giữa huyết tương và não nhưng không hàm ý nồng độ tuyệt đối cao của thuốc không liên kết trong não. Vì vậy, Papp chỉ có thể được sử dụng để loại bỏ các hợp chất có tính thấm BBB cực kỳ kém.
2.6 Tỷ lệ dòng chảy (ER)
ER phản ánh sức mạnh của hoạt động vận chuyển dòng chảy trong quá trình thâm nhập BBB. Mặc dù nó không trực tiếp chỉ ra nồng độ của một hợp chất trong mô não nhưng nó có thể đóng vai trò như một tiêu chí loại trừ. Lý tưởng nhất là thuốc CNS không nên là chất nền của các chất vận chuyển dòng ra ngoài như P-gp hoặc BCRP, vì chúng cản trở việc vận chuyển thuốc đến các vị trí mục tiêu và làm tăng sự biến đổi PK trên lâm sàng. Điều này đặc biệt có vấn đề đối với các hợp chất có cửa sổ trị liệu hẹp, gây ra rủi ro và làm phức tạp quá trình phát triển.
3. Phương pháp đánh giá
3.1 Nghiên cứu trên động vật
Các nghiên cứu trên động vật là phương tiện trực tiếp và hiệu quả nhất để đạt được nồng độ in vivo trong mô não, dịch não tủy và huyết tương. Nói chung, loài được sử dụng để sàng lọc PK phải phù hợp với những loài được sử dụng để nghiên cứu hiệu quả và độc tính. Lộ trình quản trị được xác định bởi các mục tiêu phát triển. Quy trình này tương tự như các nghiên cứu PK thông thường, chú ý nhiều hơn đến việc thu thập mô não hoặc CSF. Kết quả phải được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng các giá trị fu được xác định trong ống nghiệm đối với huyết tương và mô não, vì dịch não tủy có hàm lượng protein thấp và không cần hiệu chỉnh. Tỷ lệ AUCbu/AUCpu đại diện cho Kpuu, đánh giá khả năng vượt qua BBB của hợp chất. So sánh AUCcsf với AUCpu đánh giá sự phân bố của hợp chất trên BCSFB, trong khi so sánh AUCbu/AUCcsf cho biết liệu CSF có thể đóng vai trò là đại diện cho nồng độ thuốc không liên kết trong mô não hay không, tối ưu hóa quá trình nghiên cứu. Nhược điểm của các nghiên cứu PK não là việc sử dụng động vật tương đối nhiều và năng suất sàng lọc thấp.
3.2 Nghiên cứu về vận chuyển
So với các loại thuốc khác, nghiên cứu về chất vận chuyển đóng vai trò quan trọng hơn trong nghiên cứu thuốc về hệ thần kinh trung ương do tính đặc hiệu cơ chất rộng của các chất vận chuyển dòng ra như P-gp và BCRP, hạn chế đáng kể sự xâm nhập vào não. Các nghiên cứu in vitro thường sử dụng các dòng tế bào được chuyển gen có biểu hiện P-gp hoặc BCRP cao (ví dụ MDCK-MDR1 hoặc MDCK-BCRP) để sàng lọc thông lượng cao, với các giá trị giới hạn hợp lý dựa trên số lượng hợp chất và chiến lược sàng lọc. Tuy nhiên, sự khác biệt về loài trong chất vận chuyển có thể dẫn đến sự khác biệt giữa dữ liệu về chất vận chuyển ở người trong ống nghiệm và nghiên cứu trên động vật in vivo, đôi khi đòi hỏi phải sử dụng mô hình động vật bị loại (ví dụ: chuột MDR1a/1b hoặc BCRP KO), mặc dù phương pháp này tốn kém và ít mang tính dự đoán hơn. hoạt động vận chuyển của con người.
3.3 Nghiên cứu về tính thấm BBB
Tiêu chuẩn vàng để nghiên cứu tính thấm của BBB là tưới máu não tại chỗ, nhưng do yêu cầu kỹ thuật và năng suất sàng lọc thấp nên phương pháp này hiếm khi được sử dụng để sàng lọc hợp chất. Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm các xét nghiệm in vitro như PAMPA-BBB hoặc nghiên cứu vận chuyển tế bào một lớp, giống với các nghiên cứu về tính thấm hấp thụ thông thường nhưng phản ánh nhiều hơn các đặc điểm của BBB. Các nghiên cứu ở giai đoạn đầu cũng có thể sử dụng các mô hình tính toán dựa trên các đặc tính hóa lý để dự đoán tính thấm BBB, hỗ trợ tối ưu hóa hợp chất.
3.4 Nghiên cứu liên kết protein
Phương pháp phổ biến nhất để xác định sự gắn kết với protein là thẩm tách cân bằng các chất đồng nhất trong huyết tương và mô não. Đối với các hợp chất có liên kết không đặc hiệu mạnh cần điều chỉnh thời gian cân bằng thí nghiệm để đạt được sự cân bằng thực sự và tránh sai lệch. Các phương pháp thay thế bao gồm Transil và lọc máu cân bằng lũy tiến. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng liên kết mô não không phụ thuộc vào loài hoặc vùng não, nghĩa là dữ liệu liên kết mô não của con người có thể được ngoại suy từ dữ liệu của một loài. Các phương pháp khác như siêu ly tâm, vi lọc và phương pháp cắt mô não cũng có sẵn dựa trên nhu cầu cụ thể.
Phần kết luận
Hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến việc não tiếp xúc với thuốc CNS và áp dụng các phương pháp nghiên cứu thích hợp là rất quan trọng cho sự phát triển của chúng. Việc xác định các thông số chính để sàng lọc và tối ưu hóa có thể giúp tăng mức độ tiếp xúc với não, tránh các chất vận chuyển dòng ra ngoài và giảm độ thanh thải toàn thân, đảm bảo đủ thuốc đến được các vị trí mục tiêu để phát huy tác dụng điều trị. Tuy nhiên, việc dịch lâm sàng PK thuốc CNS vẫn còn nhiều thách thức và những tiến bộ trong tương lai có thể dựa vào các mô hình cơ học hơn dựa trên chất vận chuyển BBB và cấu trúc sinh lý để hỗ trợ phát triển thuốc CNS.
