Nowe technologie w ocenie bioekwiwalencji leków – przełom w badaniach

Czy nowe narzędzia zmieniają ocenę bioekwiwalencji?

Badania nad rozpuszczalnością leków zyskują nowe narzędzia analityczne, które mogą zrewolucjonizować ocenę bioekwiwalencji i rozwój preparatów generycznych. Testy rozpuszczalności stanowią fundament rozwoju doustnych form leków, umożliwiając racjonalną selekcję formulacji, udoskonalanie procesów produkcyjnych oraz zapewnienie jakości między poszczególnymi seriami produkcyjnymi. W nowoczesnych paradygmatach regulacyjnych profile rozpuszczalności coraz częściej służą jako zastępcze wskaźniki oceny równoważności terapeutycznej, szczególnie gdy istnieją korelacje in vitro-in vivo (IVIVC). Mimo to, konwencjonalne badania bioekwiwalencji nadal opierają się na kosztownych i etycznie problematycznych badaniach klinicznych.

Szczególnie trudne wyzwania dotyczą leków z klasy II według Biofarmaceutycznego Systemu Klasyfikacji (BCS) – charakteryzujących się niską rozpuszczalnością i wysoką przepuszczalnością – gdzie zmienność absorpcji zależna od rozpuszczalności komplikuje przewidywanie równoważności. Farmakokinetyczne badania integrujące predykcyjne rozpuszczanie in vivo (IPD) z modelami farmakokinetycznymi opartymi na fizjologii (PBPK) łączą dane z rozpuszczalności in vitro z kinetyką absorpcji in vivo, skutecznie omijając dylematy etyczne przy jednoczesnym zwiększeniu naukowej rzetelności ocen równoważności terapeutycznej.

Jak innowacyjne systemy i narzędzia wspomagają rozwój formulacji?

Na szczególną uwagę zasługuje system przepływowy (flow-through cell) połączony z dynamiczną modulacją pH, który wykazał wyjątkową dokładność w przewidywaniu rozpuszczalności leków BCS II. “Zaletą systemu przepływowego jest jego zdolność do dynamicznego dostosowywania składu medium rozpuszczającego i szybkości przepływu podczas eksperymentów” – wskazują autorzy badania. W przypadku trudno rozpuszczalnych leków, konfiguracja z otwartą pętlą teoretycznie pozwala na nieograniczone objętości medium rozpuszczającego, co czyni ją lepszą od metod koszyczkowej czy łopatkowej w utrzymywaniu warunków sink. Ponadto, integrując dynamikę płynów z biorelewantnymi mediami (np. symulującymi gradienty pH w przewodzie pokarmowym), system przepływowy skutecznie tworzy pomost dla korelacji IVIVC dla trudnych związków.

Wybór odpowiednich mediów rozpuszczających jest kluczowy podczas przeprowadzania testów rozpuszczalności. Według Farmakopei Chińskiej, media powinny być określone w indywidualnej monografii dla każdego produktu leczniczego, zazwyczaj obejmując: wodę (odgazowaną), roztwór kwasu solnego 0,01~0,1 mol·L^-1 i roztwory buforowe o dostosowanym pH (np. bufory fosforanowe lub octanowe). Natomiast Farmakopea Stanów Zjednoczonych (USP) nakazuje stosowanie standardowych mediów, takich jak roztwór HCl o pH 1,2, bufor octanowy o pH 4,5 i bufor fosforanowy o pH 6,8. Dodatkowo, środki powierzchniowo czynne (np. dodecylosiarczan sodu, SDS) mogą być włączone do mediów w celu zwiększenia rozpuszczalności słabo rozpuszczalnych w wodzie leków, jeśli to konieczne.

Komercyjne platformy oprogramowania, w tym GastroPlus^®, PK-Sim^®, Stella^® i GI-Sim^®, umożliwiają obecnie kompleksowe symulacje wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu i wydalania leków (ADME). Wśród nich GastroPlus^® integruje obliczeniowe modele farmakokinetyki i farmakodynamiki, umożliwiając jednocześnie konstrukcję modeli ADME do symulacji zachowania leków przy różnych drogach podania. Poprzez modelowanie PBPK, GastroPlus^® ułatwia spersonalizowane symulacje uwzględniające zmienność międzyosobniczą, wspierając tym samym optymalizację dawki klinicznej, ocenę bezpieczeństwa leków i zgodność z przepisami.

Wieloaspektowe zalety GastroPlus^® stanowią podstawę jego szerokiej stosowalności. Przede wszystkim zawiera on kompleksową bazę danych fizykochemicznych i biofarmaceutycznych parametrów leków, zapewniając solidną podstawę modelu. Po drugie, jego struktura obliczeniowa obejmuje całą kaskadę dyspozycji leku, umożliwiając holistyczną symulację zachowania leku in vivo. Ponadto, elastyczność oprogramowania pozwala na dostosowanie parametrów do konkretnych celów badawczych. Na przykład, przy badaniu farmakokinetyki w specjalnych populacjach (np. pediatrycznych, geriatrycznych lub z upośledzeniem wątrobowo-nerkowym), użytkownicy mogą dostosować parametry fizjologiczne i dyspozycyjne, aby przewidzieć odpowiedzi na leki, tym samym informując o strategiach medycyny precyzyjnej. Ta spersonalizowana zdolność modelowania umożliwia GastroPlus^® odgrywanie kluczowej roli we wszystkich fazach rozwoju leków, od wczesnego etapu projektowania leków po planowanie późnych faz badań klinicznych i zgłoszeń regulacyjnych, znacznie zwiększając zarówno efektywność, jak i wskaźnik powodzenia badań i rozwoju farmaceutycznego.

Czy kandesartan to idealny model do badań bioekwiwalencji?

W prezentowanym badaniu naukowcy wybrali kandesartan cileksetyl – selektywny antagonista receptora angiotensyny II – jako modelowy lek do opracowania biorelewantnej metody rozpuszczania w systemie przepływowym. Kandesartan, podawany głównie jako prolek kandesartan cileksetyl, jest lekiem pierwszego rzutu w nadciśnieniu tętniczym, wskazanym również w schorzeniach sercowo-naczyniowych, takich jak zastoinowa niewydolność serca. Jego potencjał terapeutyczny jest jednak ograniczony przez słabą rozpuszczalność w wodzie (pKa 6,0), wyraźny wypływ zapośredniczony przez P-glikoproteinę (P-gp) oraz intensywny metabolizm pierwszego przejścia w wątrobie, co łącznie ogranicza biodostępność doustną do 14%.

Kandesartan cileksetyl – lek klasy BCS II charakteryzujący się niską rozpuszczalnością i wysoką przepuszczalnością – wykazuje absorpcję ograniczoną rozpuszczalnością, co czyni go idealnym kandydatem do ustanowienia korelacji IVIVC. Czy możliwe jest opracowanie metody, która dokładnie odwzorowuje rzeczywiste warunki rozpuszczania leku w organizmie? Jakie znaczenie mogłoby to mieć dla oceny bioekwiwalencji generycznych preparatów kandesartanu?

Aby odpowiedzieć na te pytania, badacze przeprowadzili kompleksowe badania walidacyjne metody analitycznej HPLC. Krzywa kalibracyjna wykazała doskonałą korelację liniową (y = 0,5483x – 0,0009, R² = 1,0000) dla kandesartanu cileksetylu w zakresie stężeń od 0,010 do 12,077 μg·mL^-1. Granica oznaczalności (LOQ) wynosiła 0,010 μg·mL^-1, a substancje pomocnicze nie wykazywały istotnej interferencji. Współczynniki odzysku w różnych mediach rozpuszczających mieściły się w zakresie 98,1-99,2%, a precyzja RSD (n = 6) między 0,11% a 0,26%, co spełnia wymagania dokładności i precyzji.

Jak precyzyjnie prognozować zachowanie leków w organizmie?

W badaniach rozpuszczalności przeprowadzonych metodą USP apparatus 2 (metoda łopatkowa) porównano referencyjny produkt leczniczy (RLD) z produktami generycznymi (Rysunek 2). Profile rozpuszczalności oceniono statystycznie za pomocą współczynnika podobieństwa f2 (Tabela 1). Analiza ujawniła wyraźne różnice między formulacjami generycznymi niektórych firm (zwłaszcza D i B) a produktem referencyjnym. Produkty firm B, D i C wykazywały niższe skumulowane rozpuszczanie. Produkt firmy D charakteryzował się początkowo szybkim rozpuszczaniem, po którym następowało spowolnienie, podczas gdy produkt firmy C konsekwentnie wykazywał wolniejsze tempo rozpuszczania w porównaniu z innymi formulacjami. Chociaż produkt firmy B wykazywał kinetykę rozpuszczania podobną do produktu referencyjnego w ciągu pierwszych 10 minut, zaobserwowano następnie zmniejszenie szybkości rozpuszczania. Analiza współczynnika podobieństwa f2 wykazała, że tylko produkt firmy A wykazywał zachowanie rozpuszczalności porównywalne z produktem referencyjnym we wszystkich mediach rozpuszczających.

Następnie badacze przeszli do konstrukcji modelu PBPK. Dane o farmakokinetyce dożylnej kandesartanu z literatury zostały włączone do modelu dyspozycji GastroPlus^® poprzez ustawienie odpowiednich parametrów klinicznych dla symulacji profilu PK. Obserwowane punkty danych reprezentują ilości kandesartanu wydalane z moczem, podczas gdy symulowane krzywe przedstawiają stężenia w osoczu (ciemnoniebieskie) i poziomy wydalania z moczem (jasnoniebieskie) (Rysunek 3). Ponieważ kandesartan jest substratem P-glikoproteiny (P-gp), ulega minimalnemu klirensowi metabolicznemu, a większość eliminacji zachodzi poprzez wydzielanie żółciowe. W dożylnym modelu PBPK klirens wątrobowy ustalono na 0,748 L·h^-1 (40% całkowitego klirensu), a klirens nerkowy na 1,12 L·h^-1 (60% całkowitego klirensu), co daje całkowity klirens systemowy 1,868 L·h^-1 (około 0,37 mL·min^-1·kg^-1), zgodny z wartościami literaturowymi.

Obliczona objętość dystrybucji (10,479 L) była zgodna z danymi raportowanymi w literaturze (0,13 L·kg^-1 × 84,25 kg). Model dokładnie przewidział wzorce wydalania leku z moczem, a proporcja eliminacji nerkowej odzwierciedlała charakterystykę klirensu kandesartanu in vivo. Należy zauważyć, że porównanie krzywej PK w osoczu zostało pominięte z powodu niedostępności danych stężenie-czas w literaturze, choć parametry klirensu i objętości pozostały zgodne z literaturą. Wyniki te potwierdzają dokładność metody Lukacova (Rodgers-Singh) w przewidywaniu dystrybucji kandesartanu. W konsekwencji, doustny model PBPK kandesartanu cileksetylu przyjął identyczną metodologię.

Na podstawie danych farmakokinetycznych z dokumentów regulacyjnych tabletek kandesartanu cileksetylu firmy Takeda oraz faktycznych danych pomiarowych, opracowano i zwalidowano modele PBPK dla dawki doustnej 8 mg na czczo zarówno w populacji japońskiej, jak i chińskiej. Oba modele wykorzystywały model Opt logD Model SA/V 6.1 ASF, z porównywalnymi efektami pierwszego przejścia przez jelita, ale różnymi wartościami całkowitego klirensu, przy zachowaniu spójnego udziału wątrobowego (40%) i nerkowego (60%) w całkowitym klirensie. Dokładność predykcyjna (PE%) została obliczona poprzez porównanie symulowanych i obserwowanych profili PK, aby kompleksowo ocenić zdolność modelu do charakteryzowania procesów absorpcji, dystrybucji i metabolizmu (Rysunek 4).

Dla wszystkich parametrów farmakokinetycznych w modelach dawki doustnej 8 mg, wartości błędu predykcji (PE%) pozostawały poniżej 20% (Tabela 2), potwierdzając wiarygodność parametrów fizykochemicznych, modelu absorpcji, parametrów dyspozycji i algorytmów obliczeniowych w odzwierciedlaniu zachowania in vivo kandesartanu cileksetylu w różnych populacjach etnicznych. “Nasze wyniki potwierdzają, że opracowany model PBPK może skutecznie przewidywać zachowanie kandesartanu w organizmie, co ma kluczowe znaczenie dla oceny bioekwiwalencji” – podkreślają autorzy.

Korzystając z ustalonego modelu PBPK dla podania doustnego na czczo 8 mg kandesartanu cileksetylu u chińskich pacjentów, badacze przewidzieli odpowiednie profile rozpuszczania in vivo i absorpcji (Rysunek 5). Wyniki wykazały stopniowe rozpuszczanie leku in vivo, osiągając całkowite rozpuszczenie w ciągu około 3 godzin po podaniu. Rozpuszczony lek wykazywał szybką i całkowitą absorpcję transkomórkową do enterocytów, potwierdzając wysoką przepuszczalność kandesartanu i wskazując, że przepuszczalność nie stanowi etapu ograniczającego szybkość wchłaniania systemowego. To mechanistyczne zrozumienie potwierdza możliwość ustanowienia IVIVC dla zachowania rozpuszczalności. Poprzez dostosowanie metod rozpuszczania in vitro do przewidywanych profili in vivo, dodatkowo zwalidowano użyteczność takich korelacji do przewidywania farmakokinetyki i prowadzenia ocen VBE. Wyniki te podkreślają potencjał wykorzystania IPD do usprawnienia rozwoju formulacji i oceny bioekwiwalencji.

Czy integracja symulacji przewiduje przyszłość terapii generycznych?

Co więcej, badanie charakterystyki wchłaniania in vivo kwantyfikowało regionalne odsetki wchłaniania tabletek kandesartanu cileksetylu w różnych segmentach jelitowych (Rysunek 6). Podczas wchłaniania kandesartan cileksetyl ulega konwersji do kandesartanu, znanego substratu P-gp. Chociaż obecny model nie symuluje bezpośrednio efektów wypływu zapośredniczonego przez P-gp na kandesartan, ten mechanizm transportu został pośrednio uwzględniony poprzez parametryzację efektu pierwszego przejścia przez jelita. Wyniki symulacji w warunkach na czczo wskazują na całkowite wchłanianie kandesartanu cileksetylu, z głównymi miejscami wchłaniania zlokalizowanymi w jelicie czczym, krętym i kątnicy. Jednak około 90% wchłoniętego kandesartanu ulega zależnemu od P-gp wypływowi z powrotem do światła jelita, ostatecznie będąc wydalane w kale. Ten rozległy recykling jelitowy skutkuje bezwzględną biodostępnością wynoszącą około 11%.

Porównując profil rozpuszczania in vivo produktu referencyjnego przewidziany przez symulację oprogramowania GastroPlus^® z krzywą rozpuszczania in vitro uzyskaną przy użyciu USP apparatus 2 (Rysunek 7), badacze zaobserwowali, że tabletki kandesartanu cileksetylu wykazywały powolny proces uwalniania in vivo, z około 87% uwolnionym po 150 minutach, a szybkość rozpuszczania była znacznie niższa niż obserwowana w krzywej rozpuszczania in vitro. Wskazuje to, że chociaż metoda łopatkowa może w pewnym stopniu różnicować jakość produktu w różnych mediach rozpuszczających, jej niewystarczająca biorelewancja uniemożliwia odzwierciedlenie rzeczywistego zachowania rozpuszczania in vivo tabletek kandesartanu cileksetylu.

Dlatego, opierając się na profilu uwalniania in vivo przewidzianym przez model GastroPlus^®, przeprowadzono badania rozpuszczalności przy użyciu bardziej biorelewantnej metody przepływowej. Dostosowując czynniki takie jak prędkość przepływu i zmiany gradientu pH, aby zoptymalizować zgodność między profilem rozpuszczania in vitro RLD a przewidywanym profilem uwalniania in vivo, badacze szczegółowo opisali eksplorację metodologiczną w Tabeli 3, a wynikające z tego krzywe przedstawiono na Rysunku 8. Wyniki wykazały, że w warunkach metody trzeciej RLD wykazywał najściślejszą korelację między profilami rozpuszczania in vitro a krzywymi uwalniania in vivo, dlatego metodę trzecią wybrano jako dyskryminacyjną metodę rozpuszczania do późniejszych porównawczych badań rozpuszczania produktów lekowych generycznych z czterech firm (Rysunek 9).

Profile rozpuszczania in vitro RLD i każdej formulacji generycznej uzyskane z eksperymentów zostały włączone do modeli PBPK w celu przeprowadzenia symulacji wirtualnej bioekwiwalencji dla tabletek kandesartanu cileksetylu (Rysunek 10). Symulacja populacyjna obejmowała 30 wirtualnych pacjentów, a bioekwiwalencję określano na podstawie tego, czy 90% przedziały ufności (CI) geometrycznych średnich stosunków dla Cmax, AUC i AUC_t mieściły się w granicach 80-125% RLD.

Wyniki symulacji wirtualnej bioekwiwalencji ujawniły, że tylko produkt firmy A wykazywał wirtualną bioekwiwalencję z RLD. Co więcej, badanie rynku potwierdziło, że firma A była jedyną firmą, której produkt przeszedł krajową ocenę spójności jakości, co jest zgodne z wynikami symulacji. Szczegółowe wyniki przedstawiono w Tabeli 4. Czy te wyniki mogą zmienić sposób, w jaki oceniamy generyki i ich bioekwiwalencję w przyszłości?

Wcześniejsze badania wykazały użyteczność aparatu przepływowego w opracowywaniu predykcyjnych metod rozpuszczania dla kandesartanu cileksetylu, gdzie profile absorpcji uzyskane metodą dekonwolucji były wykorzystywane do ustanowienia modeli IVIVC. W przeciwieństwie do tego, podejście zastosowane w omawianym badaniu wykorzystuje symulacje oparte na GastroPlus^® do optymalizacji warunków rozpuszczania poprzez dostosowanie profili uwalniania in vitro do fizjologicznie informowanych krzywych predykcji in vivo. Po dopracowaniu parametrów, zwalidowane dane dotyczące rozpuszczania zostały zintegrowane z GastroPlus^® w celu przeprowadzenia symulacji VBE.

Podczas gdy konwencjonalne metodologie IVIVC opierają się na korelacjach statystycznych między rozpuszczaniem a absorpcją, często pomijają one zmienności fizjologiczne, takie jak motoryka żołądkowo-jelitowa, gradienty pH i procesy zapośredniczone przez transportery. Platforma PBPK-IPD-VBE wprowadzona w tym badaniu rozwiązuje te ograniczenia poprzez mechanistyczne uwzględnienie właściwości formulacji i specyficznych dla pacjenta czynników fizjologicznych, umożliwiając tym samym solidne prognozy w różnych scenariuszach klinicznych. To zaawansowanie jest szczególnie obiecujące dla złożonych generycznych produktów, gdzie tradycyjne ramy IVIVC napotykają wyzwania. Ponadto, w miarę jak bazy danych PBPK i ramy walidacyjne nadal się rozszerzają – szczególnie dla związków o niskiej rozpuszczalności i zmiennej przepuszczalności (BCS II/IV), takich jak kandesartan cileksetyl – integracja narzędzi in silico w ocenach bioekwiwalencji ma stać się kamieniem węgielnym nowoczesnego rozwoju leków generycznych.

Podsumowując, przeprowadzone eksperymenty wykazały, że metoda przepływowa lepiej symuluje warunki in vivo. Na tej podstawie opracowano metodę IPD do oceny spójności leków generycznych. Integrując tę metodę z modelem PBPK ustanowionym przy użyciu GastroPlus^®, udało się z powodzeniem symulować wchłanianie, dystrybucję i metabolizm kandesartanu cileksetylu w różnych populacjach. Co więcej, wyniki wirtualnej bioekwiwalencji wskazały, że tylko produkty firmy A wykazywały bioekwiwalencję z produktem referencyjnym.

Zintegrowana platforma PBPK-IPD-VBE ustanowiona w tym badaniu zapewnia solidne ramy do symulacji rozpuszczania, wchłaniania, dystrybucji i metabolizmu tabletek kandesartanu cileksetylu w populacjach chińskich. Podejście to zwiększa ocenę spójności jakości, rozwój formulacji i przewidywanie bioekwiwalencji przedklinicznej, ostatecznie przyspieszając cykle rozwoju leków generycznych i zmniejszając koszty badań i rozwoju. Chociaż europejskie i amerykańskie dane farmakokinetyczne nie były dostępne w obecnym badaniu, przyszłe prace skupią się na udoskonaleniu modelu i walidacji dla tych populacji poprzez prospektywne gromadzenie danych klinicznych.

Podsumowanie

Współczesne badania bioekwiwalencji leków zyskują nowe możliwości dzięki zaawansowanym narzędziom analitycznym. System przepływowy (flow-through cell) z dynamiczną modulacją pH wykazuje wysoką skuteczność w przewidywaniu rozpuszczalności leków, szczególnie tych z klasy II BCS. Platformy oprogramowania, takie jak GastroPlus®, umożliwiają kompleksowe symulacje procesów ADME, wspierając rozwój i optymalizację formulacji. Na przykładzie kandesartanu cileksetylu wykazano, że integracja predykcyjnego rozpuszczania in vivo (IPD) z modelami farmakokinetycznymi PBPK pozwala skutecznie przewidywać zachowanie leku w organizmie. Badania potwierdziły, że metoda przepływowa lepiej odzwierciedla warunki in vivo niż konwencjonalne metody, a zintegrowana platforma PBPK-IPD-VBE umożliwia dokładniejszą ocenę bioekwiwalencji preparatów generycznych. To innowacyjne podejście przyspiesza rozwój leków generycznych i redukuje koszty badań, jednocześnie zwiększając ich wiarygodność.