Микрозоми в анализи на метаболитна стабилност: роля във фаза I метаболизъм и фаза II метаболизъм

Продукти на Iphase Biosciences

Микрозомите са субклетъчни везикули, получени от ендоплазмения ретикулум на разрушените клетки, предимно хепатоцити (чернодробни клетки). Те са богати на лекарствени - метаболизиращи ензими, по -специално от семейството на цитохром Р450 (CYP), които играят решаваща роля в окислителния метаболизъм на различни съединения. Тестовете за метаболитна стабилност, използващи микрозоми, са неразделна част от ранното развитие на лекарствата, тъй като те помагат за прогнозиране на in vivo фармакокинетиката. Чрез измерване на скоростта на метаболизма in vitro, изследователите могат да оценят вътрешния клирънс и да екстраполират тези открития, за да предвидят как лекарството може да се държи при хората. Такива анализи не само улесняват скрининга на многобройни съединения по висок - пропускателна способност, но и подпомагат идентифицирането на метаболитни пътища и потенциални взаимодействия между лекарството и лекарството. Комбинацията от микрозоми от различни тъкани позволява цялостно разбиране както на чернодробния, така и на екстрахепаталния метаболизъм, което е от решаващо значение за оптимизиране на дизайна на лекарството и осигуряване на безопасност преди клиничните изпитвания. Общите микрозоми вСтабилност на метаболизмаАнализът включва:Чернодробен микросом, интезинов микросом/чревен микросом, белодробен микросом, бъбречна микросома.

Чернодробни микрозоми

Чернодробни микрозомиса особено богати на цитохром P450 ензими и свързани с оксидоредуктази. Тяхното високо ензимно съдържание прави чернодробните микрозоми предпочитания модел за оценка на метаболитната стабилност. По време на анализ кандидатът за лекарство се инкубира с чернодробни микрозоми в присъствието на основен кофактор като NADPH, а скоростта, с която е метаболизирано родителското съединение, се наблюдава във времето. Информацията, получена от тези експерименти, се използва за изчисляване на вътрешния клирънс, важен параметър, който помага да се предвиди колко бързо може да бъде елиминирано лекарството in vivo. Тъй като чернодробните микрозоми могат да се обединят от множество донори, те осигуряват надеждна и възпроизводима система, която свежда до минимум променливостта, присъща на биологичните системи.

Чревни микрозоми/ микрозоми на червата

Чревна микросома, понякога известен и катоМикросом на червата, въпреки че е по -малко изобилен в метаболитни ензими в сравнение с техните чернодробни колеги, са еднакво важни в контекста на първия - PASS метаболизъм. След перорално приложение лекарството трябва да премине през чревната стена, където може да претърпи значителна ензимна трансформация, преди да достигне системна циркулация. Метаболитната активност в чревните микрозоми може значително да повлияе на бионаличността на лекарството, а данните, получени от тези анализи, са от съществено значение за разработването на стратегии за преодоляване на преди - системен метаболизъм.

Микрозоми на кожата

Кожа микрозомисе приготвят от кожната тъкан и проявяват лекарство - метаболизиращи дейности, включително тези на CYP ензимите. Докато специфичната ензимна активност в кожата обикновено е по -малка от 10% от тази, която се намира в черния дроб, кожата играе значителна роля в биоотрансформацията на трансдермалните ксенобиотици. Използването на кожни микрозоми в анализи може да даде представа за метаболизма на съединения, които се прилагат локално или абсорбират през кожата.

Бял дробМикрозоми

Белодробни микрозомисе приготвят от белодробна тъкан и се използват за изследване на метаболизма на съединения, които се прилагат чрез вдишване или които упражняват техните ефекти в дихателната система. Докато концентрацията на цитохром Р450 ензими в белия дроб е по -ниска, отколкото в черния дроб, бели дробове остава критично място за метаболизма на токсините на околната среда и инхалаторните лекарства. Този модел е особено ценен при оценката на тъканите - специфични метаболитни трансформации и потенциални локални токсичности.

Бъбречни микрозоми

Бъбречни микрозомиса изолирани от бъбречните тъкани и дават представа за метаболитните процеси, които се случват в бъбрека. Тъй като бъбрекът е не само орган на екскреция, но и този, който допринася за метаболитния клирънс на определени лекарства, използването на бъбречни микрозоми в анализи за стабилност позволява на изследователите да оценят образуването на метаболити, които могат да бъдат свързани с нефротоксичност. По този начин бъбречните микрозоми допълват данните от черния дроб и чревните проучвания, давайки по -широка перспектива за метаболитния профил на съединението.

Microsomes testis

Тестис микрозомиса получени от тестикуларна тъкан и съдържат ензими, отговорни за метаболизиране на ендогенни и екзогенни съединения. Макар и по -рядко използвани от чернодробните микрозоми, те могат да бъдат от значение за изучаването на метаболизма на вещества, засягащи мъжкото репродуктивно здраве. Специфичните подробности за използването им в анализите за метаболитна стабилност са ограничени и могат да варират в зависимост от фокуса на изследването.

Microsomes Epididymis

Epididymis микрозомисе получават от епидидимална тъкан и подобно на микрозомите Testis участват в метаболизма на определени съединения. Прилагането им в анализи на метаболитна стабилност е по -малко разпространено, но те могат да бъдат използвани в проучвания, изследващи метаболизма на вещества, влияещи върху мъжката плодовитост и репродуктивната функция. Подробните протоколи и употреба ще зависят от специфичните цели на изследването.

Фаза I Метаболизъм и система за регенерация на NADPH

Фаза I Метаболитни реакциисе задвижват предимно от CYP ензими и тези реакции изискват постоянно снабдяване на редуциращи еквиваленти под формата на NADPH. За да се гарантира, че NADPH е наличен през целия инкубационен период, aСистема за регенерация на NADPHсе добавя към анализа. TheСистема за регенерация на NADPHОбикновено включва NADP⁺, глюкоза - 6 - Фосфат и ензимната глюкоза - 6 - фосфат дехидрогеназа, които заедно непрекъснато превръщат NADP⁺ обратно в NADPH. Тази регенерация е от съществено значение, тъй като поддържа редокс реакциите, катализирани от CYP ензимите, което позволява на микрозомите да поддържат метаболитната си активност за продължителни периоди.

Фиг. 1. Фаза I Реакционен път в метаболизма на лекарството
Фаза II Метаболизъм и UGT инкубационна система

Докато чернодробните микрозоми са най -често свързани сФаза I Метаболизъм, те също могат да бъдат адаптирани да учатФаза II Метаболизъм реакциякато глюкуронидация. Глюкуронидацията е конюгативен процес, медииран от уридин 5 ′ - дифосфо - ензими глюкуронозилтрансфераза (UGT), които са способни да прикрепят глюкуронова киселина към лекарства или техните метаболити от фаза I. За да се улесни глюкуронидацията в микрозомален анализ, ANUGT инкубационна системас активирания кофактор UDP - глюкуронова киселина (UDPGA) се добавя. UGT инкубационната система обикновено се състои от UDPGA, протеин на просимидин и D - глюкуронозил - 1.4 - лактон. Тъй като UGT ензимите са мембрани - обвързани и могат да бъдат по -малко достъпни в непокътнатия микросом, понякога се включва пора - образуващ агент като аламетицин. Аламетицинът увеличава пропускливостта на микросомните мембрани, като по този начин подобрява достъпа на UDPGA до UGT ензимите и подобрява ефективността на реакцията на глюкуронидация.

Фиг. 2. Реакциите и предполагаемите продукти на метаболизма на лекарството от фаза II.

Буферна система

През целия процес,0,1M PBSБуферът играе критична роля за поддържане на стабилността и активността на ензимите. Тази буферна система осигурява стабилна рН и последователна йонна среда, което е от решаващо значение за запазване на структурната цялост както на CYP, така и на UGT ензимите. Постоянните условия, осигурени от 0,1M PBS, гарантират, че реакциите възникват контролиран, улеснявайки надеждното измерване на метаболитната стабилност и клирънс.

Различни видове микрозоми

Човешки микросом

Човешки микрозомиса може би най -важните в анализите за метаболитна стабилност за развитието на лекарствата, тъй като те имитират внимателно метаболитната среда на човешкия черен дроб. Човешките чернодробни микрозоми съдържат висока концентрация на ензими на цитохром Р450, които са отговорни за метаболизма на фаза I на много лекарства. Тези микрозоми се използват широко за оценка на метаболизма на лекарствата, включително ензим - медиирани лекарствени взаимодействия, метаболитна стабилност и идентифициране на потенциални токсични метаболити. Използването им е от решаващо значение в ранното - Фазово развитие на лекарствата, за да се гарантира, че съединението ще има благоприятна фармакокинетика при хората, с оглед на избягване на чернодробната токсичност или други неблагоприятни ефекти.

Не - човешки примати на чернодробни микрозоми

Обикновено не - човешки приматни чернодробни микрозоми, обикновеночернодробни микрозоми на чернодробни микрозоми на маймуна, микрозоми на черния дроб на мармосети или маймуни на циномолгусЧернодробните микрозоми се използват в анализи за стабилност на метаболизма, за да се оцени как съединенията се метаболизират от ензими в черния дроб. Тези микрозоми съдържат цитохром P450 ензими и други метаболитни протеини, които улесняват метаболизма на лекарството от фаза I. Не - човешките примати са особено ценни в предклиничните проучвания, тъй като чернодробните им ензимни профили много приличат на тези на хората, което ги прави важен инструмент за оценка на фармакокинетиката, метаболитната стабилност и потенциалната токсичност на новите кандидати за лекарства преди изпитвания на хора. Те предоставят по -подходящи данни за човека - Подобно на метаболизма в сравнение с гризачите, подобрявайки точността на прогнозите за развитие на лекарствата

Микросом на черния дроб на кучета

Кучетата, по -специално кучетата на Бийгъл, обикновено се използват в токсикологията и фармакокинетичните изследвания.Микрозоми на черния дроб на кучета, особено тези, получени от черния дроб, са ценни инструменти за разбиране как лекарството може да бъде метаболизирано в бозайник без гризачи.Кучешки чернодробни микрозомичесто се използват при предклинични тестове за безопасност, за да се оцени метаболитната стабилност и потенциала за лекарствени взаимодействия. Тези микрозоми също могат да помогнат да се предвиди как лекарствата ще бъдат погълнати и обработвани при хората, като предоставят представа за възможни разлики между хората и кучетата по отношение на метаболизма на лекарствата.

Микросом на черния дроб на плъх

Плъховете са едно от най -широко използваните лабораторни животни за фармакологични и токсикологични изследвания, а чернодробните им микрозоми са от решаващо значение при анализите за метаболитна стабилност.Микрозоми на черния дроб на плъхобикновено се използват в ранния - Развитие на лекарството за оценка на метаболизма на експерименталните съединения, тъй като техните метаболитни процеси са добре - разбрани. Въпреки че плъховете споделят няколко метаболитни пътя с хора, има забележителни разлики в ензимната активност, особено по отношение на определени ензими на цитохром Р450. Микрозомите на плъхове често се използват за тестване на общата метаболитна стабилност на съединението и за оценка на потенциалните фармакокинетични проблеми, като скорост на клирънс и бионаличност.

Микросом на черния дроб на мишката

Подобно на плъховете, мишките се използват широко в биомедицински изследвания, а микрозомите на мишката играят ключова роля в анализите на метаболитна стабилност. Мишките са особено ценни за изследване на генетичните вариации в метаболизма на лекарството поради техния кладенец - характеризиран геном.Микрозоми на черния дроб на мишкатасъдържат диапазон от цитохром P450 ензими, което ги прави полезни за оценка на това как лекарството може да бъде метаболизирано в различен генетичен произход. Особен щам от мишки, BALB/C гола, е известен като щам, на който липсва тимусът, което ги прави имунодефицитни. Чрез използванеBALB/C голи чернодробни микрозоми, изследователите могат да оценят как се метаболизира лекарството или съединението, скоростта на неговата биоотрансформация и потенциалната му стабилност в черния дроб, което е от решаващо значение за прогнозиране на фармакокинетиката при хората. Въпреки това, мишките имат някои различни метаболитни пътища в сравнение с хората, което означава, че данните от микрозомите на мишката трябва да се тълкуват с повишено внимание при прогнозиране на човешкия метаболизъм. Микрозомите на мишката често се използват при висока степен - Проучвания за бързо оценяване на голям брой съединения.

Microsome на черния дроб на хамстер

Хамстерите, особено златните сирийски хамстери, често се използват в метаболитни проучвания поради техните уникални физиологични характеристики.Микрозоми на черния дроб на хамстерса полезни за оценка на метаболизма на лекарствата и токсикологията, особено за съединения, които могат да показват видове - специфични метаболитни профили. Микрозомите на хамстера често се използват за изследване на начина, по който лекарствата се метаболизират при малки бозайници, предлагайки представа за метаболитни пътища, които може да не бъдат напълно разбрани при други модели на гризачи.

Чернодробни микрозоми Gerbillinae

Чернодробни микрозоми Gerbillinaeса получени от гербили, малък вид бозайници, често използвани в изследванията на токсикологията и фармакологията. При анализи за стабилност на метаболизма се използват чернодробни микрозоми Gerbillinae, за да се оцени как съединението се метаболизира от чернодробните ензими, присъстващи в микрозомалната фракция, по -специално цитохром Р450 ензими. Тези анализи помагат да се определи метаболитната стабилност на лекарствата или химикалите, оценявайки техния потенциал за биоотрансформация и елиминиране. Гербилите понякога се използват за тези изследвания поради специфичния им метаболитен профил, който може да предложи представа за видовете - специфични разлики в метаболизма на лекарствата.

Minipig чернодробен микросом

Минипиговете придобиват все по -голяма популярност във фармакокинетичните и токсикологичните проучвания поради физиологичните им прилики с хората, особено по отношение на чернодробния метаболизъм.Minipig чернодробни микрозомичесто се използват в анализи на метаболитна стабилност, за да се предоставят данни, които по -много наподобяват човешкия лекарствен метаболизъм в сравнение с моделите на гризачи. Тези микрозоми са особено полезни за изучаване на абсорбция на лекарства, разпределение, метаболизъм и екскреция (ADME) в моделен организъм с по -човешки - като метаболитен профил. Минипиговете са особено ценни при оценката на съединенията, които изискват по -точно прогнозиране на човешките метаболитни реакции.

Чернодробни микрозоми на Guniea Pig

За разлика от други гризачи, морските свинчета нямат определено лекарство - метаболизиращи ензими, като цитохром P450 2D, което може да повлияе на начина, по който обработват специфични съединения. Това правичернодробни микрозоми на морски свинчетаОсобено полезно за изучаване на видове - Специфични разлики в метаболизма на лекарствата. Техният уникален ензимен профил може да предложи представа за това как едно съединение може да се държи при вид с ограничени метаболитни пътища и може да подчертае потенциалните рискове или вариации в метаболизма на лекарството, които може да не се наблюдават при други модели. Това прави морските свинчета ценни за сравнителни токсикологични и фармакокинетични изследвания.

Котешки чернодробен микросом

Котешки чернодробни микрозомисе използват в метаболитни проучвания, за да се оцени как лекарствата се обработват при котки. Котките имат уникални метаболитни характеристики, включително ограничена глюкурониране на активност, което може да повлияе на метаболизма на определени лекарства. Поради това,Микрозоми на черния дроб на коткаса от съществено значение за изучаването на това как се държат специфични съединения при котки, особено за ветеринарни фармацевтични продукти. Те се използват за тестване за потенциална токсичност или метаболитни проблеми при лекарства, предназначени за употреба на котешки, и могат да помогнат за оценка на междувидови различия в метаболизма на лекарствата при преминаване от хора към изследвания на животни.

Микросом на черния дроб на говеда

Микрозоми на черния дроб на говеда, получени от говеда, са особено полезни при изучаването на метаболизма на съединенията, използвани в добитъка. Говеда има различни метаболитни пътища в сравнение с хората, особено в активността на определени ензими, участващи във фаза I метаболизъм. Използват се говежди чернодробни микрозоми, за да се предвиди как ветеринарни лекарства или селскостопански химикали ще бъдат метаболизирани при говеда. Освен това тези микрозоми се използват за изследване на потенциалните остатъци в месото и млякото, което помага да се гарантира безопасността на храната за консумация на хора. Докато микрозомите на говедата предоставят ценни данни за метаболизма на добитъка, те не винаги могат да бъдат пряко приложими за развитието на лекарствата с хора поради значителни метаболитни различия. Допълнение към говеда,Микросом на коня черен дроб,Микрозоми на черния дроб на овцеиМикрозоми на кози черен дробсе използват диво.

Микросом на черния дроб на домашни птици

Микрозомите за домашни птици, макар и по -рядко използвани от тези от бозайници, могат да бъдат полезни при проучвания на метаболизма на птиците на птиците. Обикновените домашни птици включватМикрозоми на патешки черен дроб,микрозоми от пилешки черен дроб,Микрозоми на черния дроб на ТурцияиМикрозоми на черния дроб. се използват, за да се оцени как могат да се обработват лекарствата при видове птици. Това е особено важно за развитието на ветеринарни лекарства за домашни птици, както и в екологичните проучвания за разбиране на метаболизма на химикалите, които могат да навлязат в хранителната верига чрез птици.

Рибен чернодробен микросом

Рибни чернодробни микрозоми, особено дъгатаПъстърва чернодробни микрозоми, се използват в екологични и токсикологични изследвания. Рибите са особено чувствителни към замърсителите на околната среда, а чернодробните им микрозоми са ценни инструменти при изучаване на метаболитните пътища, участващи в детоксикацията на замърсителите във водните екосистеми. Рибните микрозоми също се използват за изследване на въздействието върху околната среда на фармацевтичните продукти и индустриалните химикали, което помага да се оцени техният потенциал за биоакумулиране и засягане на водния живот. 

Заключение

Микрозомите играят критична роля в ранните етапи на развитие на лекарствата, като предоставят основна представа за метаболитната стабилност и фармакокинетиката на кандидатите за лекарства. Чрез използването на микрозомални анализи, изследователите могат да оценят метаболитните реакции на фаза I и фаза II, да идентифицират потенциални лекарствени взаимодействия и да оценят тъканите - специфичен метаболизъм. Наличието на микрозоми от широк спектър от видове, включително хора и животни, дава възможност за кръстосани - видови сравнения, подобряване на прогнозирането на метаболизма на лекарствата при хората и осигуряване на безопасността и ефикасността на новите съединения. Тъй като процесът на разработване на лекарства продължава да се развива, микросомните модели ще останат жизненоважен инструмент в преследването на по -безопасни и по -ефективни лекарства.

Keywords: Metabolism stability, Phase I Metabolism, Phase II Metabolism, Phase I Reactions, Phase II Reactions, Liver Microsomes, Intesine Microsomes, Intestinal Microsomes, Lung Microsomes, Kidney Microsomes, Skin Microsomes, Testis Microsomes, Epididymis Microsomes, NADPH Regeneration System, UGT Incubation System, UDPGA, 0.1M PBS, TRIS - HCl, човешки микрозоми, циномолгус маймунски чернодробни микрозоми, микрозоми на черния дроб на резус, чернодробни микрозоми на марка, микрозоми на черния дроб, микрозоми на черния дроб на плъхове, микрозомите на черния дроб на мишката, микрозомите на черния дроб, чернодробните микрозоми на мишката, Gerbillinae Liver Microsomes, BALB/c Nude Liver Microsomes, Guniea Pig Liver Microsomes Minipig Liver Microsomes, Feline Liver Microsomes, Cat Liver Microsomes, Bovine Liver Microsomes, Duck Liver Microsomes, Fish Liver Microsomes, Rainbow Trout Liver Microsomes, Hamster Liver Microsomes, Rabbit Liver Microsomes, Turkey Liver Microsomes, Horse Liver Микросомни, овце чернодробни микрозоми, кози чернодробни микрозоми, Микрозоми на черния дроб
Справка
O 2 превозвач, улеснен O 2 транспорт в чернодробен кухо влакно биореактор - Научна фигура на ResearchGate. Предлага се от:https://www.researchgate.net/figure/phase-I-Reaction-Pathway-N-rug-Metabolism-34_fig4_267837256
Разчленяване на реакцията на фаза II метаболити на ибупрофен и други НСПВС с човешки плазмен протеин - Научна фигура на ResearchGate. Достъпно от: https://www.researchgate.net/figure/theushreactions-and- propative-Products-of-Phase- rugushtaBolism-a-Typical_fig1_265787199 [достъп до 3 април 2025]