Microsomes en assajos d’estabilitat metabòlica: paper en el metabolisme de la fase I i el metabolisme de la fase II

Productes iPhase Biosciences

Els microsomes són vesícules subcel·lulars derivades del reticle endoplasmàtic de cèl·lules interrompudes, principalment hepatòcits (cèl·lules hepàtiques). Són rics en enzims metabolitzadors de fàrmacs, sobretot la família del citocrom P450 (CYP), que tenen un paper crucial en el metabolisme oxidatiu de diversos compostos. Els assajos d’estabilitat metabòlica que utilitzen microsomes són integrants del desenvolupament precoç dels medicaments perquè ajuden a predir la farmacocinètica in vivo. Mesurant la taxa de metabolisme in vitro, els investigadors poden estimar la depuració intrínseca i extrapolar aquestes troballes per anticipar -se com es pot comportar un medicament en humans. Aquests assajos no només faciliten el cribratge de nombrosos compostos de manera alta - La combinació de microsomes de diversos teixits permet una comprensió completa del metabolisme hepàtic i extrahepàtic, cosa que és crucial per optimitzar el disseny de fàrmacs i assegurar la seguretat abans dels assaigs clínics. Els microsomes comuns aEstabilitat del metabolismeAnàlisi inclou:Microsoma hepàtic, microsoma d’intesina/microsoma intestinal, microsoma pulmonar, microsoma de ronyó.

Microsomes hepàtics

Microsomes hepàticssón especialment rics en enzims citocroms P450 i oxidoreductases relacionades. El seu alt contingut enzimàtic fa que les microsomes hepàtics siguin el model preferit per avaluar l'estabilitat metabòlica. Durant un assaig, un candidat a fàrmacs s’incuba amb microsomes hepàtics en presència d’un cofactor essencial com NADPH, i la velocitat a la qual es metabolitza el compost progenitor es controla amb el pas del temps. La informació que es recull a partir d’aquests experiments s’utilitza per calcular l’autorització intrínseca, un paràmetre important que ajuda a predir la rapidesa amb què es pot eliminar un fàrmac in vivo. Com que els microsomes hepàtics es poden agrupar a partir de diversos donants, proporcionen un sistema fiable i reproduïble que minimitzi la variabilitat inherent als sistemes biològics.

Microsomes intestinals/ Microsomes de l'intestí

Microsoma intestinal, de vegades també conegut comMicrosoma de l'intestí, tot i que menys abundants en enzims metabòlics en comparació amb els seus homòlegs hepàtics, són igualment importants en el context del primer metabolisme de passada. Després de l'administració oral, un fàrmac ha de passar per la paret intestinal on pot patir una transformació enzimàtica significativa abans d'arribar a la circulació sistèmica. L’activitat metabòlica dels microsomes intestinals pot influir molt en la biodisponibilitat d’un fàrmac i les dades obtingudes d’aquests assajos són essencials per desenvolupar estratègies per superar el metabolisme pre -

Microsomes de pell

Pell microsomeses preparen a partir del teixit de la pell i presenten activitats de metabolització de fàrmacs, inclosos els dels enzims CYP. Si bé l’activitat enzimàtica específica a la pell és normalment inferior al 10% de la que es troba al fetge, la pell té un paper important en la biotransformació de xenobiòtics transdèrmics. Utilitzar microsomes de pell en assaigs pot proporcionar informació sobre el metabolisme dels compostos que s’apliquen o s’absorbeixen tòpicament a través de la pell.

PulmóMicrosomes

Microsomes pulmonarses preparen a partir del teixit pulmonar i s’utilitzen per investigar el metabolisme dels compostos que s’administren mitjançant inhalació o que exerceixen els seus efectes dins del sistema respiratori. Si bé la concentració d’enzims del citocrom P450 al pulmó és inferior a la del fetge, el pulmó segueix sent un lloc crític per al metabolisme de les toxines ambientals i els medicaments inhalats. Aquest model és particularment valuós per avaluar les transformacions metabòliques específiques i les possibles toxicitats locals.

Microsomes de ronyó

Microsomes de ronyóestan aïllats dels teixits renals i proporcionen informació sobre els processos metabòlics que es produeixen al ronyó. Com que el ronyó no només és un òrgan d’excreció, sinó també un que contribueix a la depuració metabòlica de certs fàrmacs, l’ús de microsomes renals en assajos d’estabilitat permet als investigadors avaluar la formació de metabòlits que es podrien relacionar amb la nefrotoxicitat. D’aquesta manera, els microsomes de ronyó complementen dades d’estudis hepàtics i intestinals, donant una perspectiva més àmplia sobre el perfil metabòlic d’un compost.

Testis microsomes

Testicles microsomeses deriven del teixit testicular i contenen enzims responsables de metabolitzar compostos endògens i exògens. Si bé s’utilitza menys que els microsomes hepàtics, poden ser rellevants per estudiar el metabolisme de les substàncies que afecten la salut reproductiva masculina. Els detalls específics sobre el seu ús en assajos d’estabilitat metabòlica són limitats i poden variar en funció del focus de la investigació.

Epididymis microsomes

Epididymis microsomess’obtenen a partir del teixit epididimal i, com els testis microsomes, estan implicats en el metabolisme de certs compostos. La seva aplicació en assajos d’estabilitat metabòlica és menys prevalent, però es poden utilitzar en estudis que examinen el metabolisme de les substàncies que afecten la fertilitat masculina i la funció reproductiva. Els protocols detallats i l’ús dependrien dels objectius específics de la investigació.

Fase I Metabolisme i NADPH Regeneració Sistema

Reaccions metabòliques de la fase Isón principalment impulsades per enzims CYP i aquestes reaccions requereixen un subministrament constant d’equivalents reductors en forma de NADPH. Per assegurar -se que NADPH estigui disponible durant tot el període d'incubació, aSistema de regeneració de NADPHs’afegeix a l’assaig. ElSistema de regeneració de NADPHNormalment inclou nadp⁺, glucosa - 6 - fosfat i la glucosa enzimàtica - 6 - fosfat deshidrogenasa, que junts converteixen contínuament NADP⁺ de nou a NADPH. Aquesta regeneració és essencial perquè manté les reaccions redox catalitzades pels enzims CYP, permetent als microsomes mantenir la seva activitat metabòlica durant períodes prolongats.

Fig. Via de reacció de la fase I en el metabolisme del fàrmac
Sistema de metabolisme de fase II i incubació UGT

Mentre que els microsomes hepàtics s’associen amb més freqüènciaFase I Metabolisme, també es poden adaptar per estudiarReacció al metabolisme de la fase IIcom la glucuronidació. La glucuronidació és un procés conjugatiu mediat per l’uridina 5 ′ - difosfo - glucuronosiltransferasa (UGT), que són capaços d’enganxar àcid glucurònic als fàrmacs o als seus metabòlits de fase I. Per facilitar la glucuronidació en un assaig microsòmic, unSistema d’incubació UGTamb el cofactor activat UDP - àcid glucurònic (Udpga) s’afegeix. El sistema d’incubació UGT normalment consisteix en UDPGA, proteïna de procimidina i d - glucuronosil - 1.4 - lactona. Com que els enzims UGT són de membrana - lligats i poden ser menys accessibles en el microsoma intacte, de vegades s’inclou un agent de porus com alameticina. L’alameticina augmenta la permeabilitat de les membranes microsòmiques, millorant així l’accés de la UDPGA als enzims UGT i millorant l’eficiència de la reacció de glucuronidació.

Fig. Les reaccions i productes putatius del metabolisme de la fase II.

Sistema de buffer

Durant tot el procés, el0,1 m de PBSEl buffer té un paper crític en el manteniment de l'estabilitat i l'activitat dels enzims. Aquest sistema tampó proporciona un pH estable i un entorn iònic consistent, que és crucial per preservar la integritat estructural tant dels enzims CYP com UGT. Les condicions consistents que ofereixen el PBS de 0,1 m garanteixen que les reaccions es produeixen de manera controlada, facilitant la mesura fiable de l'estabilitat metabòlica i la depuració.

Diverses espècies microsomes

Microsome humà

Microsomes humansSens dubte són els més rellevants en els assajos d’estabilitat metabòlica per al desenvolupament de drogues, ja que imiten de prop l’entorn metabòlic del fetge humà. Els microsomes de fetge humà contenen una alta concentració d’enzims citocroms P450, responsables del metabolisme de la fase I de molts fàrmacs. Aquests microsomes s’utilitzen àmpliament per avaluar el metabolisme dels fàrmacs humans, incloses les interaccions mediades en els medicaments enzimàtics, l’estabilitat metabòlica i la identificació de metabòlits tòxics potencials. El seu ús és crucial en el desenvolupament de fàrmacs de primera fase per assegurar -se que un compost tindrà farmacocinètica favorable en humans, amb un ull cap a evitar la toxicitat hepàtica o altres efectes adversos.

Microsomes hepàtics no humans no -

Microsomes hepàtics no humans, normalmentMicrosomes de fetge de mico rhesus, microsomes de fetge de mico de marmosets o micos de cynomolgusEls microsomes hepàtics, s’utilitzen en assajos d’estabilitat del metabolisme per avaluar com els compostos són metabolitzats pels enzims del fetge. Aquests microsomes contenen enzims del citocrom P450 i altres proteïnes metabòliques que faciliten el metabolisme del fàrmac de la fase I. Els primats no humans són especialment valuosos en estudis preclínics perquè els seus perfils enzimàtics hepàtics s’assemblen molt als dels humans, convertint -los en una eina important per avaluar la farmacocinètica, l’estabilitat metabòlica i la toxicitat potencial de nous candidats a drogues abans dels assaigs humans. Proporcionen dades més rellevants sobre el metabolisme humà en comparació amb els rosegadors, millorant la precisió de les prediccions de desenvolupament de fàrmacs

Microsoma de fetge per a gossos

Els gossos, particularment els gossos Beagle, s’utilitzen habitualment en estudis sobre toxicologia i farmacocinètics.Microsomes de fetge per a gossos, especialment els que es deriven del fetge, són eines valuoses per comprendre com es pot metabolitzar un fàrmac en un mamífer no rosegador.Microsomes de fetge caníSovint s’utilitzen en proves de seguretat preclíniques per avaluar l’estabilitat metabòlica i el potencial d’interaccions de fàrmacs. Aquests microsomes també poden ajudar a predir com s’absorbeixen i es processen els fàrmacs en humans, proporcionant informació sobre possibles diferències entre humans i gossos en termes de metabolisme de les drogues.

Microsoma de fetge de rata

Les rates són un dels animals de laboratori més utilitzats per a investigacions farmacològiques i toxicològiques, i els seus microsomes hepàtics són crucials en els assajos d’estabilitat metabòlica.Microsomes de fetge de ratas'utilitzen habitualment en el desenvolupament de medicaments primerencs per avaluar el metabolisme dels compostos experimentals, ja que els seus processos metabòlics estan ben entesos. Tot i que les rates comparteixen diverses vies metabòliques amb els humans, hi ha diferències notables en l’activitat enzimàtica, particularment pel que fa a certs enzims citocroms P450. Els microsomes de rata s’utilitzen freqüentment per provar l’estabilitat metabòlica general d’un compost i per avaluar possibles problemes farmacocinètics, com ara taxes d’autorització i biodisponibilitat.

Microsoma de fetge de ratolí

De forma similar a les rates, els ratolins s’utilitzen àmpliament en la investigació biomèdica i els microsomes del ratolí tenen un paper clau en els assajos d’estabilitat metabòlica. Els ratolins són especialment valuosos per estudiar variacions genètiques en el metabolisme dels fàrmacs a causa del seu genoma ben caracteritzat.Microsomes de fetge de ratolíContenen una gamma d’enzims del citocrom P450, cosa que els fa útils per avaluar com es pot metabolitzar un medicament en diferents orígens genètics. Una soca particular de ratolins, Balb/C nu, es coneix com una soca que no té el timo, fent -los immunodeficients. Mitjançant l'úsMicrosomes de fetge nu BALB/C, Els investigadors poden avaluar com es metabolitza un fàrmac o compost, la taxa de biotransformació i la seva estabilitat potencial en el fetge, que és crucial per predir la farmacocinètica en humans. Tot i això, els ratolins tenen algunes vies metabòliques diferents en comparació amb els humans, cosa que significa que les dades dels microsomes del ratolí s’han d’interpretar amb precaució a l’hora de predir el metabolisme humà. Els microsomes del ratolí s’utilitzen sovint en un cribratge d’alt rendiment per avaluar ràpidament un gran nombre de compostos.

Microsoma de fetge de hàmster

Els hàmsters, particularment els hàmsters sirians daurats, s’utilitzen sovint en estudis metabòlics a causa de les seves característiques fisiològiques úniques.Microsomes de fetge de hàmstersón útils per avaluar el metabolisme dels fàrmacs i la toxicologia, particularment per a compostos que poden mostrar espècies - perfils metabòlics específics. Els microsomes de hàmster s’utilitzen sovint per estudiar com es metabolitzen els fàrmacs en petits mamífers, oferint informació sobre les vies metabòliques que potser no s’entenen del tot en altres models de rosegadors.

Microsomes de fetge de Gerbillinae

Microsomes de fetge de Gerbillinaees deriven de gerbils, una petita espècie de mamífers utilitzada habitualment en estudis de toxicologia i farmacologia. En els assajos d’estabilitat del metabolisme, s’utilitzen microsomes hepàtics de Gerbillinae per avaluar com un compost és metabolitzat pels enzims hepàtics presents en la fracció microsòmica, particularment en els enzims citocroms P450. Aquests assajos ajuden a determinar l'estabilitat metabòlica dels fàrmacs o productes químics, avaluant el seu potencial de biotransformació i eliminació. De vegades, els gerbils s’utilitzen per a aquests estudis a causa del seu perfil metabòlic específic, que pot oferir informació sobre les espècies - diferències específiques en el metabolisme dels fàrmacs.

Microsoma de fetge minipig

Els minipigs estan guanyant popularitat creixent en estudis farmacocinètics i de toxicologia per les seves similituds fisiològiques amb els humans, particularment en termes de metabolisme hepàtic.Microsomes de fetge minipigSovint s’utilitzen en assajos d’estabilitat metabòlica per proporcionar dades que s’assemblen més al metabolisme dels medicaments humans en comparació amb els models de rosegadors. Aquests microsomes són especialment útils per estudiar l’absorció, distribució, metabolisme i excreció de fàrmacs (ADME) en un organisme model amb un perfil metabòlic més humà. Els minipigs són especialment valuosos per avaluar compostos que requereixen una predicció més precisa de les respostes metabòliques humanes.

Microsomes de fetge de porc de Guniea

A diferència d'altres rosegadors, els porcs de Guinea no tenen certs enzims metabolitzadors, com el citocrom P450 2D, que poden afectar la manera de processar compostos específics. Això faMicrosomes de fetge de porc de Guineaparticularment útil per estudiar espècies - Diferències específiques en el metabolisme dels fàrmacs. El seu perfil enzimàtic únic pot oferir informació sobre com es pot comportar un compost en una espècie amb vies metabòliques limitades i pot posar de manifest els riscos o variacions possibles en el metabolisme dels fàrmacs que no es podrien observar en altres models. Això fa que els porcs de Guinea siguin valuosos per a la toxicologia comparativa i els estudis farmacocinètics.

Microsoma de fetge felí

Microsomes de fetge felís’utilitzen en estudis metabòlics per avaluar com es processen els fàrmacs en els gats. Els gats tenen característiques metabòliques úniques, inclosa l’activitat limitada de glucuronidació, que pot afectar el metabolisme de certs fàrmacs. Per això,Microsomes de fetge de gatssón essencials per estudiar com es comporten els compostos específics en els gats, especialment per als productes farmacèutics veterinaris. S’utilitzen per provar problemes de toxicitat o metabòlica potencials en fàrmacs destinats a l’ús felí i poden ajudar a avaluar les diferències entre espècies en el metabolisme dels fàrmacs quan passen d’estudis humans a animals.

Microsoma de fetge boví

Microsomes de fetge boví, derivats del bestiar, són especialment útils per estudiar el metabolisme dels compostos utilitzats en el bestiar. El bestiar té diferents vies metabòliques en comparació amb els humans, particularment en l’activitat de certs enzims implicats en el metabolisme de la fase I. Els microsomes de fetge boví s’utilitzen per predir com es metabolitzaran les drogues veterinàries o els productes químics agrícoles en el bestiar. A més, aquests microsomes s’utilitzen per investigar els residus potencials en carn i llet, ajudant a garantir la seguretat alimentària per al consum humà. Si bé els microsomes bovins proporcionen dades valuoses sobre el metabolisme del bestiar, pot ser que no sempre siguin directament aplicables al desenvolupament de medicaments humans a causa de diferències metabòliques importants. Addició al boví,Microsoma de fetge de cavalls,Microsomes de fetge d'ovellesiMicrosomes de fetge de cabras’utilitzen salvatge.

Microsoma de fetge d’aviram

Els microsomes d’aviram, tot i que s’utilitzen menys freqüentment que els de mamífers, poden ser útils en estudis sobre el metabolisme de les drogues aviàries. Microsomes de corral comuns inclouenMicrosomes de fetge d'ànec,Microsomes de fetge de pollastre,Microsomes de fetge de gall dindiiMicrosomes de fetge de guatlla. s’utilitzen per avaluar com es poden processar els fàrmacs en espècies aviàries. Això és particularment important en el desenvolupament de fàrmacs veterinaris per a les aus de corral, així com en els estudis ambientals per comprendre el metabolisme dels productes químics que poden entrar a la cadena alimentària a través de les aus.

Microsoma de fetge de peix

Microsomes de fetge de peix, sobretot RainbowMicrosomes de fetge de truita, s’utilitzen en investigacions mediambientals i toxicològiques. Els peixos són especialment sensibles als contaminants ambientals i els seus microsomes hepàtics són eines valuoses per estudiar les vies metabòliques implicades en la desintoxicació de contaminants en ecosistemes aquàtics. Els microsomes de peix també s’utilitzen per estudiar l’impacte ambiental dels productes farmacèutics i els productes químics industrials, ajudant a avaluar el seu potencial per bioacumular i afectar la vida aquàtica. 

Conclusió

Els microsomes tenen un paper crític en les primeres etapes del desenvolupament de fàrmacs proporcionant visions essencials sobre l'estabilitat metabòlica i la farmacocinètica dels candidats a fàrmacs. Mitjançant l’ús d’assajos microsòmics, els investigadors poden avaluar les reaccions metabòliques de la fase I i la fase II, identificar les interaccions potencials del medicament i avaluar el metabolisme específic del teixit. La disponibilitat de microsomes d’una àmplia gamma d’espècies, inclosos humans i animals, permet comparacions entre espècies, millorant la predicció del metabolisme de les drogues en humans i garantint la seguretat i l’eficàcia de nous compostos. A mesura que el procés de desenvolupament de fàrmacs continuï evolucionant, els models microsòmics seguiran sent una eina vital en la recerca de medicaments més segurs i efectius.

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, microsomes humans, microsomes de fetge de mico de cynomolgus, microsomes de fetge de mico rhesus, microsomes hepàtics marmoset, microsomsis de fetge per a gossos, microsomes de fetge caní, microsomes de fetge de rata, microsomes de fetge de ratolí, 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 Microsoma hepàtic, microsomes de fetge d’ovelles, microsomes de fetge de cabra, Microsomes de fetge de guatlla
Referència
O 2 portador facilitada o 2 transport en un bioreactor de fibra buida hepàtica - Figura científica sobre ResearchGate. Disponible a:https://www.researchgate.net/figure/Phase-iudeUeChay-PathWay-In-Rug-MetaBolism-34_FIG4_267837256
Dissecció de la reacció dels metabòlits de la fase II de ibuprofè i d’altres AINE amb proteïnes plasmàtiques humanes - Figura científica sobre ResearchGate. Disponible a: https://www.researchgate.net/figure/the-ReActions-And-Putative-Products-of-Phase-iikeDug-MetaBolism-A-Typical_fig1_265787199 [accedit el 3 de abril de 2025]