代謝安定性アッセイのミクロソーム：フェーズI代謝と第II相代謝における役割

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ミクロソームは、主に肝細胞（肝細胞）の破壊された細胞の小胞体網状体に由来する細胞内小胞です。それらは薬物-代謝酵素、特にシトクロムP450（CYP）ファミリーが豊富で、さまざまな化合物の酸化的代謝に重要な役割を果たしています。ミクロソームを使用した代謝安定性アッセイは、in vivoの薬物動態を予測するのに役立つため、初期の医薬品開発に不可欠です。 in vitroで代謝の速度を測定することにより、研究者は本質的なクリアランスを推定し、これらの発見を外挿して、人間で薬物がどのように振る舞うかを予測することができます。このようなアッセイは、多数の化合物のスクリーニングを促進するだけでなく、高い-スループットの方法でも、代謝経路と潜在的な薬物と薬物の相互作用の特定を助けます。さまざまな組織からのミクソームの組み合わせにより、肝臓と肝外の代謝の両方を包括的に理解することができます。これは、薬物設計を最適化し、臨床試験前に安全を確保するために重要です。一般的なミクロソーム代謝の安定性アッセイには以下が含まれます：肝臓ミクロソーム、インテシンミクロソーム/腸内ミクロソーム、肺ミクロソーム、腎臓ミクロソーム.

肝臓ミクロソーム

肝臓ミクロソーム特にシトクロムP450酵素と関連する酸化還元酵素が豊富です。それらの高い酵素含有量により、肝臓ミクロソームは代謝の安定性を評価するための好ましいモデルになります。アッセイ中、NADPHなどの必須補因子の存在下で肝臓微生物と薬物候補をインキュベートし、親化合物が代謝される速度は時間とともに監視されます。これらの実験から収集された情報は、本質的なクリアランスを計算するために使用されます。これは、in vivoで薬物がどれだけ迅速に排除されるかを予測するのに役立つ重要なパラメーターです。肝臓ミクロソームは複数のドナーからプールできるため、生物系に固有の変動性を最小限に抑える信頼できる再現性のあるシステムを提供します。

腸内ミクロソーム/腸ミクロソーム

腸ミクロソーム、時にはとしても知られています腸ミクロソーム、代謝酵素の肝臓と比較して豊富ではありませんが、最初の代謝の文脈では同様に重要です。経口投与後、薬物は腸の壁を通過し、全身循環に到達する前に有意な酵素形質転換を受ける可能性があります。腸のミクロソームにおける代謝活性は、薬物の生物学的利用能に大きく影響する可能性があり、これらのアッセイから得られたデータは、前の全身代謝を克服するための戦略の開発に不可欠です。

皮膚ミクロソーム

肌 ミクロソーム皮膚組織から調製され、CYP酵素を含む薬物-代謝活性を示します。皮膚における特定の酵素活性は通常、肝臓で見られる10％未満ですが、皮膚は経皮性異物の生体内変化に重要な役割を果たします。アッセイで皮膚ミクロソームを利用することは、皮膚に局所的に適用または吸収される化合物の代謝に関する洞察を提供することができます。

肺ミクロソーム

肺ミクロソーム肺組織から調製され、吸入を介して投与される化合物の代謝または呼吸器系内で効果を発揮する化合物の代謝を調査するために使用されます。肺のシトクロムP450酵素の濃度は肝臓よりも低いが、肺は環境毒素と吸入薬の代謝のための重要な部位のままです。このモデルは、組織-特定の代謝変換と潜在的な局所毒性の評価に特に価値があります。

腎臓ミクロソーム

腎臓ミクロソーム腎組織から分離され、腎臓で発生する代謝プロセスに関する洞察を提供します。腎臓は排泄の臓器であるだけでなく、特定の薬物の代謝クリアランスに寄与する臓器でもあるため、安定性アッセイにおける腎臓ミクロソームの使用により、研究者は腎毒性に関連する代謝産物の形成を評価することができます。このようにして、腎臓ミクロソームは肝臓および腸の研究からのデータを補完し、化合物の代謝プロファイルについてより広い視点を与えます。

精巣ミクロソーム

精巣 ミクロソーム精巣組織に由来し、内因性および外因性の化合物を代謝する酵素が含まれています。肝臓ミクロソームよりも一般的には使用されていませんが、男性の生殖の健康に影響を与える物質の代謝を研究するのに関連する可能性があります。代謝安定性アッセイでの使用に関する具体的な詳細は限られており、研究の焦点によって異なる場合があります。

Epididymisミクロソーム

Epididymis ミクロソーム精巣上体組織から得られ、精巣のミクロソームと同様に、特定の化合物の代謝に関与しています。代謝安定性アッセイへの適用はあまり一般的ではありませんが、男性の出生率と生殖機能に影響を与える物質の代謝を調べる研究で利用される可能性があります。詳細なプロトコルと使用は、研究の特定の目的に依存します。

フェーズI代謝およびNADPH再生システム

フェーズI代謝反応主にCYP酵素によって駆動され、これらの反応はNADPHの形で同等物を減少させる一定の供給を必要とします。インキュベーション期間中にNADPHが利用可能であることを確認するために、NADPH再生システムアッセイに追加されます。NADPH再生システム通常、NADP⁺、グルコース- 6 -リン酸、および酵素グルコース- 6 -リン酸デヒドロゲナーゼが含まれます。この再生は、CYP酵素によって触媒される酸化還元反応を維持し、ミクロソームが長期間にわたって代謝活性を維持できるため、不可欠です。

図1。薬物代謝における第I相反応経路
フェーズII代謝およびUGTインキュベーションシステム

一方、肝臓ミクロソームは最も一般的に関連していますフェーズI代謝、彼らは勉強にも適応することができますフェーズII代謝反応グルクロン化など。グルクロン化は、ウリジン5 '-ジフォスホ-グルクロノシルトランスフェラーゼ（UGT）酵素によって媒介される共役プロセスであり、薬物またはそのフェーズI代謝物にグルクロン酸を付着させることができます。ミクロソームアッセイでのグルクロン酸化を促進するためにUGTインキュベーションシステム活性化補因子UDP -グルクロン酸（udpga）追加されます。 UGTインキュベーションシステムは通常、UDPGA、プロシミジンのタンパク質とD -グルクロノシル- 1.4 -ラクトンになります。 UGT酵素は膜-結合されており、無傷のミクロソームではアクセスしにくい可能性があるため、アラメチキンのような孔-形成剤が含まれることがあります。アラメチシンはミクロソーム膜の透過性を増加させ、それによりUGT酵素へのUDPGAのアクセスを強化し、グルクロン酸拡張反応の効率を改善します。

図2。フェーズII薬物代謝の反応と推定産物。

バッファシステム

プロセス全体を通して、0.1M PBSバッファーは、酵素の安定性と活性を維持する上で重要な役割を果たします。このバッファシステムは、安定したpHと一貫したイオン環境を提供します。これは、CYPとUGT酵素の両方の構造的完全性を維持するために重要です。 0.1M PBSによって与えられる一貫した条件は、反応が制御された方法で発生することを保証し、代謝の安定性とクリアランスの信頼できる測定を促進します。

さまざまな種ミクソーム

ヒトミクロソーム

ヒトミクソーム間違いなく、人間の肝臓の代謝環境を密接に模倣するため、薬物開発の代謝安定性アッセイに最も関連しています。ヒト肝臓ミクロソームには、多くの薬物の第I相代謝の原因となる高濃度のシトクロムP450酵素が含まれています。これらのミクロソームは、酵素-媒介薬物相互作用、代謝の安定性、潜在的な毒性代謝物の同定など、ヒト薬物代謝を評価するために広く使用されています。それらの使用は、肝臓の毒性やその他の副作用を回避することに目を向けて、-段階の薬物発達において重要であり、ヒトで化合物が有利な薬物動態を持つことを保証します。

非-ヒト霊長類肝臓ミクロソーム

非-人間の霊長類の肝臓ミクロソーム、通常アカゲザル肝臓ミクロソーム、マルモセットモンキー肝臓ミクロソーム、またはCynomolgus Monkeys肝臓ミクロソームは、代謝安定性アッセイで使用され、肝臓の酵素によって化合物がどのように代謝されるかを評価します。これらのミクロソームには、フェーズI薬物代謝を促進するシトクロムP450酵素と他の代謝タンパク質が含まれています。肝臓の酵素プロファイルはヒトのプロファイルに非常に似ており、人間の試験前に薬物動態、代謝の安定性、および新薬候補の潜在的毒性を評価するための重要なツールになっているため、非臨床研究では特に貴重です。それらは、げっ歯類と比較して人間のより関連性の高いデータを提供し、医薬品開発予測の精度を改善します

犬の肝臓ミクロソーム

犬、特にビーグル犬は、一般的に毒物学や薬物動態研究で使用されています。犬の肝臓ミクロソーム、特に肝臓に由来するものは、非げっ歯類の哺乳類で薬物がどのように代謝されるかを理解するための貴重なツールです。犬の肝臓ミクロソーム多くの場合、代謝の安定性と薬物相互作用の可能性を評価するために、前臨床安全性試験に使用されます。これらのミクロソームは、薬物が人間でどのように吸収され、処理されるかを予測するのにも役立ち、薬物代謝の観点から人間と犬の間の違いの可能性についての洞察を提供します。

ラット肝臓ミクロソーム

ラットは、薬理学的および毒物学的研究のために最も広く使用されている実験動物の1つであり、それらの肝臓ミクロソームは代謝の安定性アッセイで重要です。ラット肝臓ミクロソーム代謝プロセスがよく理解されているため、実験化合物の代謝を評価するために、初期の薬物開発で一般的に使用されています。ラットはいくつかの代謝経路をヒトと共有していますが、特に特定のシトクロムP450酵素に関して、酵素活性に顕著な違いがあります。ラットミクロソームは、化合物の一般的な代謝の安定性をテストし、クリアランス率やバイオアベイラビリティなどの潜在的な薬物動態の問題を評価するために頻繁に使用されます。

マウス肝臓ミクロソーム

ラットと同様に、マウスは生物医学研究で広く使用されており、マウスミクロソームは代謝の安定性アッセイに重要な役割を果たします。マウスは、特徴的なゲノムのために、薬物代謝の遺伝的変異を研究するために特に価値があります。マウス肝臓ミクロソームさまざまなシトクロムP450酵素が含まれているため、さまざまな遺伝的背景にわたって薬物がどのように代謝されるかを評価するのに役立ちます。マウスの特定の株であるBALB/Cヌードは、胸腺を欠く株として知られており、それらを免疫不足にします。使用してBALB/Cヌード肝臓ミクロソーム、研究者は、薬物または化合物がどのように代謝されるか、その生体内変化の速度、および肝臓の潜在的な安定性を評価できます。これは、人間の薬物動態を予測するために重要です。ただし、マウスにはヒトと比較していくつかの異なる代謝経路があります。つまり、マウスミクロソームからのデータは、ヒト代謝を予測する際に注意して解釈する必要があります。マウスミクロソームは、多数の化合物を迅速に評価するために、高-スループットスクリーニングでよく使用されます。

ハムスター肝臓ミクロソーム

ハムスター、特にゴールデンシリアのハムスターは、独自の生理学的特性のために代謝研究でよく使用されます。ハムスター肝臓ミクロソーム特に種-特定の代謝プロファイルを示す可能性のある化合物の場合、薬物代謝と毒性学の評価に役立ちます。ハムスターミクロソームは、多くの場合、薬物が小さな哺乳類でどのように代謝されるかを研究するために使用され、他のげっ歯類モデルでは完全には理解されない代謝経路に関する洞察を提供します。

Gerbillinae肝臓ミクロソーム

Gerbillinae肝臓ミクロソーム毒物学および薬理学研究で一般的に使用されている小さな哺乳類種であるジェルビルに由来しています。代謝の安定性アッセイでは、ゲルビリナエ肝臓ミクロソームを使用して、ミクロソーム画分、特にシトクロムP450酵素に存在する肝​​臓酵素によって化合物がどのように代謝されるかを評価します。これらのアッセイは、薬物または化学物質の代謝の安定性を決定し、生体内変化と排除の可能性を評価するのに役立ちます。ドイツは、特定の代謝プロファイルのためにこれらの研究に使用されることがあります。これにより、種への洞察を提供できます-薬物代謝の特定の違いがあります。

ミニピヒ肝臓ミクロソーム

ミニピグは、特に肝臓の代謝の観点から、人間との生理学的類似性のために、薬物動態学および毒物学の研究で人気が高まっています。ミニピヒ肝臓ミクロソーム多くの場合、代謝安定性アッセイで使用され、げっ歯類モデルと比較してヒトの薬物代謝に類似したデータを提供します。これらのミクロソームは、よりヒトの代謝プロファイルを持つモデル生物の薬物吸収、分布、代謝、および排泄（ADME）の研究に特に役立ちます。ミニピグは、人間の代謝反応のより正確な予測を必要とする化合物の評価に特に価値があります。

ガニエア豚の肝臓ミクロソーム

他のげっ歯類とは異なり、モルモットには特定の薬物-シトクロムP450 2Dなどの代謝酵素が欠けており、特定の化合物の処理方法に影響を与えます。これは作りますモルモット肝臓ミクロソーム種の研究に特に役立ちます-薬物代謝の特定の違い。彼らのユニークな酵素プロファイルは、制限された代謝経路を持つ種で化合物がどのように振る舞うかについての洞察を提供し、他のモデルでは観察されない可能性のある薬物代謝の潜在的なリスクまたは変動を強調することができます。これにより、モルモットは比較毒物学と薬物動態研究にとって貴重なものになります。

ネコ肝臓ミクロソーム

ネコ肝臓ミクロソーム代謝研究では、猫で薬物がどのように処理されるかを評価するために使用されます。猫には、特定の薬物の代謝に影響を与える可能性のあるグルクロン酸化活性が限られているなど、独自の代謝特性があります。このため、猫肝臓ミクロソーム特に獣医用医薬品のために、猫で特定の化合物がどのように振る舞うかを研究するために不可欠です。それらは、ネコの使用を目的とした薬物の潜在的な毒性または代謝の問題をテストするために使用され、人間から動物研究に移行する際の薬物代謝の種間の違いを評価するのに役立ちます。

ウシ肝臓ミクロソーム

ウシ肝臓ミクロソーム、牛に由来するものは、家畜で使用される化合物の代謝を研究するのに特に役立ちます。牛は、特にフェーズI代謝に関与する特定の酵素の活性において、ヒトと比較して異なる代謝経路を持っています。牛の肝臓ミクロソームは、獣医や農業化学物質が牛でどのように代謝されるかを予測するために使用されます。さらに、これらのミクロソームは、肉と牛乳の潜在的な残留物を調査するために利用され、人間の消費のための食品の安全性を確保するのに役立ちます。ウシミクロソームは、家畜代謝に関する貴重なデータを提供しますが、有意な代謝の違いにより、人間の薬物開発に直接適用できるとは限りません。ウシに加えて、馬肝臓ミクロソーム,羊の肝臓ミクロソームそしてヤギ肝臓ミクロソーム乱暴に使用されています。

家禽肝臓ミクロソーム

家禽ミクロソームは、哺乳類のものよりも一般的にはあまり使用されていませんが、鳥類の薬物代謝の研究に役立ちます。一般的な家禽ミクロソームには含まれますアヒルの肝臓ミクロソーム,鶏の肝臓ミクロソーム,七面鳥の肝臓ミクロソームそしてウズラ肝臓ミクロソーム。 鳥類種で薬物がどのように処理されるかを評価するために採用されています。これは、家禽用の獣医の開発と、鳥を介して食物連鎖に入る可能性のある化学物質の代謝を理解するための環境研究で特に重要です。

魚の肝臓ミクロソーム

魚の肝臓ミクロソーム、特に虹トラウト肝臓ミクロソーム、環境および毒物学的研究で採用されています。魚は環境汚染物質に特に敏感であり、その肝臓ミクロソームは、水生生態系の汚染物質の解毒に関与する代謝経路を研究する際の貴重なツールです。魚ミクロソームは、医薬品と工業化学物質の環境への影響を研究するためにも使用され、生物蓄積して水生生物に影響を与える可能性を評価するのに役立ちます。 

結論

マイクロソームは、薬物候補の代謝の安定性と薬物動態に関する本質的な洞察を提供することにより、医薬品開発の初期段階で重要な役割を果たします。ミクロソームアッセイを使用することにより、研究者は第I相および第II相代謝反応を評価し、潜在的な薬物相互作用を特定し、組織-特定の代謝を評価できます。人間や動物を含む幅広い種からのミクロソームの入手可能性により、交差-種の比較が可能になり、人間の薬物代謝の予測が高まり、新しい化合物の安全性と有効性が確保されます。医薬品開発プロセスが進化し続けるにつれて、マイクロソームモデルはより安全で効果的な薬の追求において重要なツールであり続けます。

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参照
O 2肝臓の中空繊維バイオリアクターでのO 2輸送- ResearchGateの科学的図。から入手可能：https://www.researchgate.net/figure/phase-i - reaction- pathway-in- drug- metabolism-34_fig4_267837256
イブプロフェンおよび他のNSAIDのフェーズII代謝産物​​の反応をヒト血漿タンパク質と分析する- ResearchGateの科学的図。 https：//www.researchgate.net/figure/the- reactions - and- inputative-products- fase-ii - drug- metabolism- a-typical_fig1_265787199 [2025年4月3日アクセス]