Mikrosomen: Das bevorzugte In -vitro -Stoffwechselmodell für nichtklinische Arzneimittelforschung

Mikrosomen: Das bevorzugte In -vitro -Stoffwechselmodell für nichtklinische Arzneimittelforschung

Mikrosomen: Definition und Funktionen

In den meisten Fällen beziehen sich Mikrosomen auf kugelförmige, vesikuläre Membranstrukturen von etwa 100 nm Durchmesser, die durch die Selbstfusion von fragmentiertem endoplasmatischem Retikulum (ER) während der Zellhomogenisierung und differentieller Zentrifugation gebildet werden. Dies sind heterogene Baugruppen, die zwei grundlegende Komponenten umfassen: ER -Membranen und Ribosomen. Mikrosomen werden hauptsächlich mit Cytochrom P450 (CYP450) -Oxidase -Enzymen angereichert, die eine zentrale Rolle im oxidativen Metabolismus spielen und Schlüsselenzyme bei Arzneimittelstoffwechselprozessen sind.

In vitro behalten Mikrosomen die wesentlichen Funktionen der ER bei, einschließlich der Proteinsynthese, der Proteinglykosylierung und der Lipidbiosynthese, die ein vielseitiges Instrument zur Untersuchung verschiedener biochemischer und pharmakologischer Prozesse bieten.

Abbildung 1: Mikrosomen (Quelle: Internet)

1. Schlüsselorgane im Drogenstoffwechsel

Der Arzneimittelstoffwechsel bezieht sich auf die chemischen Veränderungen, die ein Medikament innerhalb des Körpers erfährt, was zu strukturellen Modifikationen führt. Dieser Prozess, auch als Biotransformation bekannt, tritt hauptsächlich in Organen wie Leber, Nieren, Lungen, Magen, Darm und Haut auf. Unter diesen ist die Leber die Hauptstelle des Arzneimittelstoffwechsels, gefolgt von den Nieren als zweit bedeutendste Organ.

Innerhalb der Leber katalysieren das Arzneimittelmetabolisierungsenzyme strukturelle Transformationen, die im Allgemeinen in zwei Phasen eingeteilt werden können: Phase -I -Metabolismus und Phase -II -Metabolismus.

• Phase -I -Metabolismus (Phase -I -Reaktion): Diese Phase umfasst oxidative, reduktive oder hydrolytische Reaktionen, die Zwischenprodukte erzeugen, häufig einschließlich elektrophiler Gruppen und Sauerstoffradikalen. Diese Reaktionen können zu Hepatotoxizität führen.
• Phase -II -Metabolismus (Phase -II -Reaktion): Diese Phase besteht aus Konjugationsreaktionen, die hauptsächlich zur Entgiftung von Arzneimitteln dienen. Nach dem Stoffwechsel verlieren die meisten Medikamente ihre pharmakologische Aktivität, obwohl eine Minderheit aktive therapeutische Wirkstoffe werden kann.

Die Leber übernimmt ungefähr 70% - 80% des gesamten Arzneimittelstoffwechsels und unterstreicht ihre zentrale Rolle bei der Biotransformation.

Zusätzlich zur Leber tragen die Nieren signifikant zum Arzneimittelstoffwechsel bei, was etwa 10% - 20% der gesamten Stoffwechselaktivität ausmacht. Die Nieren vertreiben Drogen und ihre Metaboliten durch Filtration und Sekretion. Ihre Fähigkeit zur Arzneimittelausscheidung ist jedoch begrenzt, was zur Akkumulation bestimmter Arzneimittel und potenzieller Toxizität führen kann.

Über die Leber und die Nieren hinaus spielen auch andere Organe wie die Darmenzymsysteme und die Lungen eine Rolle bei der Beeinflussung der Arzneimittelabsorption, -verteilung und des Stoffwechsels, wenn auch in geringerem Maße.

Abbildung 2: durch Monooxygenase katalysierte Reaktion (Quelle: Internet)

2. Schlüsselenzyme bei der metabolisierenden Arzneimittelorganen

Wie erläutert, hängt der Arzneimittelstoffwechsel hauptsächlich von der ordnungsgemäßen Funktion verschiedener Enzymsysteme in Leber, Nieren, Magen -Darm -Trakt und anderen Organen ab. Das Verständnis der enzymatischen Profile dieser Organe ist für eine umfassende Untersuchung von Arzneimittelstoffwechselprozessen von wesentlicher Bedeutung.

Enzyme, die am Arzneimittelstoffwechsel beteiligt sind, werden im Allgemeinen in zwei Klassen eingeteilt: mikrosomale Enzymsysteme und nicht - mikrosomale Enzymsysteme.

• Mikrosomale Enzymsysteme:
  Diese Enzyme sind hauptsächlich in den lipophilen Membranen des endoplasmatischen Retikulums in Leberzellen und anderen Zellen lokalisiert. Die wichtigste Gruppe von oxidativen Enzymen in hepatischen Mikrosomen ist das Lebermikrosom -Mischfunktions -Oxidase -System, das auch als Monooxygenasen bezeichnet wird (CYP450). Diese Enzyme repräsentieren den primären Weg für den Arzneimittelstoffwechsel im Körper, der einen weiten Bereich von oxidativen Reaktionen katalysieren kann. Der durch diese Enzyme katalysierte Biotransformationsprozess erfordert die Beteiligung von Cytochrom P450 (CYP450), Coenzym II, molekularem Sauerstoff, mg²⁺, Flavoproteinen, Nicht -Häm -Eisenproteinen und anderen Cofaktoren.
  Zusätzlich sind UDP - Glucuronosyltransferasen (UGTS), eine Schlüsselkomponente des Phase -II -Metabolismus, auf der luminalen Seite des endoplasmatischen Retikulums vorhanden, wodurch UGT -Enzyme zu einem Teil des mikrosomalen Systems teilnehmen.
• Nicht - mikrosomale Enzymsysteme:
  Dazu gehören auch als Typ -II -Enzyme, darunter UGTs, Sulfotransferasen (Sults), Glutathion - S - Transferasen (GSTs), N - Acetyltransferasen (NATs) und aminosäure konjugierende Enzyme. Nicht - mikrosomale Enzyme erleichtern hauptsächlich den Phase -II -Metabolismus.

Abgesehen von seiner physiologischen Rolle bei der Aufrechterhaltung des Wasser- und Elektrolytbilanzs und der Ausscheidung endogener und exogener Substanzen ist die Niere auch ein Schlüsselorgan für Phase -I- und Phase -II -Stoffwechselbiotransformationen.

• Phase -I -Stoffwechsel in der Niere:
  Enthält P450 -Enzyme, Dehydrogenasen und verschiedene Monooxygenasen, obwohl ihre Konzentrationen und Aktivitäten signifikant niedriger sind als die in der Leber, was die Nierenphase -I -Stoffwechsel weniger dominant macht.
• Phase -II -Stoffwechsel in der Niere:
  In erster Linie handelt es sich um UGTs, Sults, GSTs, NATs und Aminosäure konjugierende Enzyme, die eine wichtige Rolle beim Nierenmodetabolismus spielen.

Der Darm als einer der größten Verdauungsorgane spielt auch eine entscheidende Rolle im Arzneimittelstoffwechsel. Im Darmtrakt werden viele Medikamente metabolische Reaktionen unterzogen, die sie in ausgeschiedene und eliminierbare Metaboliten verwandeln. Diese Stoffwechselprozesse treten über zwei Wege auf:

1. Der enzymatische Metabolismus in intestinalen Epithelzellen, an denen Enzyme wie CYP450, UGTs und Lipasen beteiligt sind.
2. Mikrobieller - vermittelter Stoffwechsel durch Darmmikrobiota.

Zusammen sorgen diese enzymatischen Systeme in verschiedenen Organen den effizienten Stoffwechsel und die Clearance von Arzneimitteln und unterstreichen die Komplexität und Integration von Arzneimittelstoffwegen im Körper.

Mit den kontinuierlichen Fortschritten in der Medizin haben inhalative Medikamente in den letzten Jahren aufgrund ihrer schnellen Absorption, des schnellen Einsetzens der Wirkung und der Fähigkeit, zuerst den Stoffwechsel zu umgehen, erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Im Gegensatz zu herkömmlichen oralen Arzneimitteln liefern inhalierte Formulierungen Medikamente direkt an das Lungengewebe, wodurch die ersten - Passffekte von Lebern vermieden werden. Dies zeigt, wie wichtig es ist, den Arzneimittelstoffwechsel innerhalb der Lunge für inhalierte Formulierungen zu untersuchen.

Die Lungen enthalten eine Vielzahl von Arzneimitteln - metabolisierende Enzyme, einschließlich P450 -Enzymen, Hydrolasen, Konjugationsenzymen, Monoaminoxidasen und Flavin, die Monooxygenasen enthalten. Unter diesen spielen pulmonale p450 -Enzyme eine entscheidende Rolle bei der Biotransformation von Xenobiotika, der Inaktivierung von inhalativem chemischen Karzinogenen und der Entgiftung von Lungentoxinen.

Zusammenfassend,Der Arzneimittelstoffwechsel innerhalb des Körpers ist typischerweise ein koordinierter Prozess, an dem mehrere Organe und Enzymsysteme beteiligt sind. Während der frühen nichtklinischen Arzneimittelentwicklungsphase ist die Auswahl geeigneter In -vitro -Modelle entscheidend für die Aufklärung der Stoffwechselwege und die Identifizierung wichtiger metabolisierender Enzyme.

3. In -vitro -Arzneimittelstoffwechselmodelle: Mikrosomen

Im Vergleich zu In -vivo -Stoffwechselstudien minimieren In -vitro -Studien die Interferenz aus physiologischen Faktoren und ermöglicht die direkte Beobachtung von Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln und Enzymen. Infolgedessen sind In -vitro -Metabolismusmodelle zur bevorzugten Wahl während der frühen Arzneimittelentwicklung geworden. Häufige Modelle für In -vitro -Arzneimittelstoffwechselstudien umfassen Mikrosomen, S9 -Fraktionen, Cytosol, Gewebehomogenate und primäre Zellen. Angesichts der Tatsache, dass die Leber die Hauptstelle des Arzneimittelstoffwechsels, Leberzellen und ihrer subzellulären Komponenten ist -wie Lebermikrosomen, Leber -S9 -Fraktionen, Lebergewebe -Homogenate und Lebercytosol-sind die primären Modelle für die Untersuchung des Arzneimittelstoffwechsels.

Insbesondere Mikrosomen sind vesikuläre Membranstrukturen, die aus fragmentiertem endoplasmatischem Retikulum abgeleitet sind, das sich während der Zellhomogenisierung und der differentiellen Zentrifugation selbst zusammenbindet. Sie sind weit verbreitet in Organen wie Leber, Nieren, Darm und Lunge. Da Mikrosomen Phase -I -Enzyme wie Cytochrom P450 (CYP450) und Phase -II -Enzyme wie UGTs und Sults enthalten, umfassen sie eine breite Palette von Stoffwechselwegen für verschiedene Arzneimittel. Somit ist die Auswahl von Gewebe - spezifische Mikrosomen ein kritischer Schritt in der In -vitro -Arzneimittelstoffwechselforschung.

Darüber hinaus werden gemäß den technischen Richtlinien für nichtklinische pharmakokinetische Untersuchungen von Arzneimitteln, experimentelle Tiere wie Mäuse, Ratten, Kaninchen, Meerschweinchen, Hunde, Miniaturschweine und Affen häufig verwendet. Für innovative Medikamente sollten mindestens zwei Arten eingesetzt werden, wobei einer ein Nagetier und das andere eine nicht - Nagetierart ist. Jenseits von Tierarten, humanisierten Materialien -wie menschliche Lebermikrosomen-werden auch als wichtige Instrumente für nichtklinische ADME -Studien betont. Infolgedessen ist die Auswahl von Mikrosomen aus mehreren Arten, einschließlich des Menschen, eine zentrale Überlegung bei der Forschung im Arzneimittelstoffwechsel.

Angesichts dessen,IphaseAls führender Anbieter von in vitro biologischen Reagenzien hat erfolgreich Mikrosomenprodukte entwickelt, die aus verschiedenen Geweben mehrerer Arten stammen, darunter Menschen, Affen, Hunde, Ratten und Mäuse. Diese Produkte bieten eine breite Palette von Optionen für Studien zu Artenunterschieden, metabolischer Stabilität, P450 -Hemmung und Phänotypisierung des Stoffwechselszyms.

Mit strengen Maßnahmen zur Qualitätskontrolle sorgt iPhase die Produktzuverlässigkeit und hilft den Kunden, Zeit zu sparen und die Effizienz zu verbessern. Iphase -Mikrosomen sind die ideale Wahl für die nichtklinische In -vitro -Forschung.

Vorteile von iPhase -Mikrosomenprodukten:

• Einhaltung:Alle in der Produktion verwendeten Gewebe werden über zertifizierte Kanäle mit klarer Rückverfolgbarkeit bezogen.
• Sicherheit:Produktionsgewebe werden auf Krankheitserreger getestet, um die Qualität und Sicherheit der Produkte zu gewährleisten.
• Hohe Qualität:Produkte werden strengen internen Qualitätskontrolle unterzogen, um große Chargengrößen mit minimaler Variabilität der Batch zu gewährleisten.
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