Mikrosomer i metabolske stabilitetsanalyser: rolle i fase I -metabolisme og fase II -metabolisme

IPhase Biosciences -produkter

Mikrosomer er subcellulære vesikler avledet fra endoplasmatisk retikulum av forstyrrede celler, først og fremst hepatocytter (leverceller). De er rike på medikament - metaboliserende enzymer, spesielt Cytochrome P450 (CYP) -familien, som spiller en avgjørende rolle i oksidativ metabolisme av forskjellige forbindelser. Metabolske stabilitetsanalyser ved bruk av mikrosomer er integrert i tidlig medisinutvikling fordi de hjelper til med å forutsi in vivo farmakokinetikk. Ved å måle hastigheten på metabolisme in vitro, kan forskere estimere egen clearance og ekstrapolere disse funnene for å forutse hvordan et medikament kan oppføre seg hos mennesker. Slike analyser letter ikke bare screening av mange forbindelser på en høy - gjennomstrømningsmessig måte, men hjelper også til å identifisere metabolske veier og potensielle medikament -medikamentinteraksjoner. Kombinasjonen av mikrosomer fra forskjellige vev gir en omfattende forståelse av både lever- og ekstrahepatisk metabolisme, noe som er avgjørende for å optimalisere medikamentdesign og sikre sikkerhet før kliniske studier. De vanlige mikrosomene iMetabolismens stabilitetAnalyse inkluderer:Levermikrosom, Intesin mikrosom/tarmmikrosom, lungemikrosom, nyremikrosom.

Levermikrosomer

Levermikrosomerer spesielt rike på cytokrom P450 -enzymer og relaterte oksidoreduktaser. Deres høye enzymatiske innhold gjør levermikrosomer til den foretrukne modellen for å evaluere metabolsk stabilitet. Under en analyse blir en medikamentkandidat inkubert med levermikrosomer i nærvær av en essensiell kofaktor som NADPH, og hastigheten som foreldreforbindelsen metaboliseres overvåkes over tid. Informasjonen hentet fra disse eksperimentene brukes til å beregne egen clearance, en viktig parameter som hjelper til med å forutsi hvor raskt et medikament kan bli eliminert in vivo. Fordi levermikrosomer kan samles fra flere givere, gir de et pålitelig og reproduserbart system som minimerer variasjonen som ligger i biologiske systemer.

Tarmmikrosomer/ tarmmikrosomer

Tarmsmikrosom, noen ganger også kjent somTarmsmikrosom, selv om det er mindre rikelig i metabolske enzymer sammenlignet med deres leverkolleger, er like viktige i sammenheng med første - passeringsmetabolisme. Etter oral administrering må et medikament passere gjennom tarmveggen der det kan gjennomgå betydelig enzymatisk transformasjon før det når systemisk sirkulasjon. Den metabolske aktiviteten i tarmmikrosomene kan i stor grad påvirke et stoffs biotilgjengelighet, og data oppnådd fra disse analysene er avgjørende for å utvikle strategier for å overvinne pre - systemisk metabolisme.

Hudmikrosomer

Hud mikrosomerer fremstilt fra hudvev og viser medikament - Metaboliserende aktiviteter, inkludert CYP -enzymer. Mens den spesifikke enzymatiske aktiviteten i hud vanligvis er mindre enn 10% av den som finnes i leveren, spiller huden en betydelig rolle i biotransformasjonen av transdermal xenobiotika. Å benytte hudmikrosomer i analyser kan gi innsikt i metabolismen av forbindelser som påføres eller absorberes topisk gjennom huden.

LungeMikrosomer

Lungemikrosomerer fremstilt fra lungevev og brukes til å undersøke metabolismen av forbindelser som administreres via inhalasjon eller som utøver deres effekter i luftveiene. Mens konsentrasjonen av cytokrom P450 -enzymer i lungen er lavere enn i leveren, forblir lungen et kritisk sted for metabolismen av miljøgifter og inhalerte medisiner. Denne modellen er spesielt verdifull når det gjelder å vurdere vev - spesifikke metabolske transformasjoner og potensielle lokale toksisiteter.

Nyremikrosomer

Nyremikrosomerer isolert fra nyrevev og gir innsikt i de metabolske prosessene som oppstår i nyren. Siden nyren ikke bare er et utskillelsesorgan, men også et som bidrar til metabolsk klaring av visse medisiner, lar bruken av nyremikrosomer i stabilitetsanalyser forskere evaluere dannelsen av metabolitter som kan kobles til nefrotoksisitet. På denne måten kompletterer nyremikrosomer data fra lever- og tarmstudier, og gir et bredere perspektiv på en forbindelses metabolske profil.

Testis mikrosomer

Testis mikrosomerer avledet fra testikkelvev og inneholder enzymer som er ansvarlige for metabolisering av endogene og eksogene forbindelser. Selv om de er mindre ofte brukt enn levermikrosomer, kan de være relevante når det gjelder å studere metabolismen av stoffer som påvirker mannlig reproduktiv helse. Spesifikke detaljer om bruken av dem i metabolske stabilitetsanalyser er begrenset og kan variere avhengig av forskningsfokus.

Epididymis mikrosomer

Epididymis mikrosomerer oppnådd fra epididymalt vev og er, som testis -mikrosomer, involvert i metabolismen av visse forbindelser. Deres anvendelse i metabolske stabilitetsanalyser er mindre utbredt, men de kan brukes i studier som undersøker metabolismen av stoffer som påvirker mannlig fruktbarhet og reproduktiv funksjon. Detaljerte protokoller og bruk vil avhenge av forskningens spesifikke mål.

Fase I Metabolism & NADPH Regeneration System

Fase I metabolske reaksjonerer primært drevet av CYP -enzymer, og disse reaksjonene krever en konstant tilførsel av reduksjon av ekvivalenter i form av NADPH. For å sikre at NADPH er tilgjengelig gjennom inkubasjonsperioden, aNADPH Regeneration Systemblir lagt til analysen. DeNADPH Regeneration SystemInkluderer vanligvis NADP⁺, glukose - 6 - fosfat og enzymet glukose - 6 - fosfatdehydrogenase, som sammen kontinuerlig konverterer NADP⁺ tilbake til NADPH. Denne regenereringen er viktig fordi den opprettholder redoksreaksjonene som er katalysert av CYP -enzymer, slik at mikrosomene kan opprettholde sin metabolske aktivitet over lengre perioder.

Fig. 1. Fase I reaksjonsvei i medikamentmetabolisme
Fase II Metabolisme og UGT -inkubasjonssystem

Mens levermikrosomer oftest er assosiert medFase I metabolisme, de kan også tilpasses for å studereFase II metabolismreaksjonsom glukuronidering. Glukuronidering er en konjugativ prosess mediert av uridin 5 ′ - difosfo - glukuronosyltransferase (UGT) enzymer, som er i stand til å feste glukuronsyre til medisiner eller deres fase I -metabolitter. For å lette glukuronidering i en mikrosomal analyse, enUGT -inkubasjonssystemmed den aktiverte kofaktoren UDP - glukuronsyre (Udpga) er lagt til. UGT -inkubasjonssystemet består vanligvis udpga, protein av procymidin og d - glukuronosyl - 1.4 - lakton. Siden UGT -enzymer er membran - bundet og kan være mindre tilgjengelige i det intakte mikrosomet, er et pore - dannende middel som alametikin noen ganger inkludert. Alametikin øker permeabiliteten til de mikrosomale membranene, og forbedrer dermed tilgangen til UDPGA til UGT -enzymer og forbedrer effektiviteten til glukuronideringsreaksjonen.

Fig 2. Reaksjonene og antatte produkter fra fase II -medikamentmetabolisme.

Buffersystem

Gjennom hele prosessen,0,1 m PBSBuffer spiller en kritisk rolle i å opprettholde enzymens stabilitet og aktivitet. Dette buffersystemet gir et stabilt pH og konsistent ionisk miljø, som er avgjørende for å bevare den strukturelle integriteten til både CYP og UGT -enzymer. De konsistente forholdene som er gitt av 0,1M PBS, sikrer at reaksjonene oppstår på en kontrollert måte, noe som letter pålitelig måling av metabolsk stabilitet og klaring.

Ulike artsmikrosomer

Menneskelig mikrosom

Menneskelige mikrosomerer uten tvil de mest relevante i metabolske stabilitetsanalyser for medikamentutvikling, ettersom de etterligner den menneskelige leverens metabolske miljø. Menneskelige levermikrosomer inneholder en høy konsentrasjon av cytokrom P450 -enzymer, som er ansvarlige for fase I -metabolismen til mange medisiner. Disse mikrosomene er omfattende brukt for å vurdere menneskelig medikamentmetabolisme, inkludert enzym - medierte medikamentinteraksjoner, metabolsk stabilitet og identifisering av potensielle toksiske metabolitter. Bruken deres er avgjørende i tidlig - Fase medikamentutvikling for å sikre at en forbindelse vil ha gunstig farmakokinetikk hos mennesker, med et øye for å unngå levertoksisitet eller andre bivirkninger.

Ikke - humane primater levermikrosomer

Ikke - menneskelige primat levermikrosomer, typiskRhesus ape levermikrosomer, marmoseter ape levermikrosomer eller cynomolgus -aperLevermikrosomer, brukes i metabolismens stabilitetsanalyser for å vurdere hvordan forbindelser blir metabolisert av enzymer i leveren. Disse mikrosomene inneholder cytokrom P450 -enzymer og andre metabolske proteiner som letter medikamentmetabolisme av fase I. Ikke - humane primater er spesielt verdifulle i prekliniske studier fordi leverenzymprofilene deres ligner mennesker, noe som gjør dem til et viktig verktøy for å evaluere farmakokinetikken, metabolsk stabilitet og potensiell toksisitet av nye medikamentkandidater før menneskelige studier. De gir mer relevante data om mennesker - som metabolisme sammenlignet med gnagere, noe som forbedrer nøyaktigheten av medikamentutviklingspådommer

Hundelevermikrosom

Hunder, spesielt beaglehunder, brukes ofte i toksikologi og farmakokinetiske studier.Hundelevermikrosomer, spesielt de som er avledet fra leveren, er verdifulle verktøy for å forstå hvordan et medikament kan metaboliseres i et ikke -gnagerpattedyr.Hjerneelevermikrosomerbrukes ofte i preklinisk sikkerhetstesting for å evaluere metabolsk stabilitet og potensialet for medikamentell interaksjoner. Disse mikrosomene kan også bidra til å forutsi hvordan medisiner vil bli absorbert og behandlet hos mennesker, og gir innsikt i mulige forskjeller mellom mennesker og hunder når det gjelder medikamentmetabolisme.

Rottelevermikrosom

Rotter er et av de mest brukte laboratoriedyrene for farmakologisk og toksikologisk forskning, og levermikrosomene deres er avgjørende i metabolske stabilitetsanalyser.Rottelevermikrosomerbrukes ofte i tidlig medikamentutvikling for å evaluere metabolismen av eksperimentelle forbindelser, ettersom deres metabolske prosesser er godt - forstått. Selv om rotter har flere metabolske veier med mennesker, er det bemerkelsesverdige forskjeller i enzymaktivitet, spesielt med hensyn til visse cytokrom P450 -enzymer. Rottemikrosomer brukes ofte til å teste en forbindelses generelle metabolske stabilitet og for å vurdere potensielle farmakokinetiske problemer, for eksempel klareringshastighet og biotilgjengelighet.

Muslevermikrosom

I likhet med rotter brukes mus mye i biomedisinsk forskning, og musmikrosomer spiller en nøkkelrolle i metabolske stabilitetsanalyser. Mus er spesielt verdifulle for å studere genetiske variasjoner i medikamentmetabolisme på grunn av deres brønn - karakteriserte genom.MuselevermikrosomerInneholder en rekke cytokrom P450 -enzymer, noe som gjør dem nyttige for å evaluere hvordan et medikament kan metaboliseres over ulik genetisk bakgrunn. En bestemt musestamme, BALB/C naken, er kjent som en stamme som mangler tymusen, noe som gjør dem immunsvikt. Ved å brukeBALB/C Naken levermikrosomer, kan forskere vurdere hvordan et medikament eller forbindelse metaboliseres, hastigheten på biotransformasjonen og dens potensielle stabilitet i leveren, noe som er avgjørende for å forutsi farmakokinetikk hos mennesker. Imidlertid har mus noen distinkte metabolske veier sammenlignet med mennesker, noe som betyr at data fra musemikrosomer bør tolkes med forsiktighet når de forutsier menneskelig metabolisme. Musmikrosomer brukes ofte i høy - gjennomstrømningscreening for å evaluere et stort antall forbindelser raskt.

Hamsterlevermikrosom

Hamstere, spesielt gyldne syriske hamstere, brukes ofte i metabolske studier på grunn av deres unike fysiologiske egenskaper.Hamster levermikrosomerer nyttige for å evaluere stoffmetabolisme og toksikologi, spesielt for forbindelser som kan vise arter - spesifikke metabolske profiler. Hamstermikrosomer brukes ofte til å studere hvordan medisiner metaboliseres hos små pattedyr, noe som gir innsikt i metabolske veier som kanskje ikke er helt forstått i andre gnagermodeller.

Gerbillinae levermikrosomer

Gerbillinae levermikrosomerer avledet fra gerbils, en liten pattedyrart som ofte brukes i toksikologi og farmakologistudier. I metabolismens stabilitetsanalyser brukes gerbillinae levermikrosomer for å evaluere hvordan en forbindelse metaboliseres av leverenzymer som er til stede i den mikrosomale fraksjonen, spesielt cytokrom P450 -enzymer. Disse analysene er med på å bestemme metabolsk stabilitet av medisiner eller kjemikalier, og vurderer potensialet deres for biotransformasjon og eliminering. Gerbils brukes noen ganger til disse studiene på grunn av deres spesifikke metabolske profil, som kan gi innsikt i arter - Spesifikke forskjeller i medikamentmetabolisme.

Minipig levermikrosom

Minipigs får økende popularitet i farmakokinetiske og toksikologiske studier på grunn av deres fysiologiske likheter med mennesker, spesielt når det gjelder levermetabolisme.Minipig levermikrosomerbrukes ofte i metabolske stabilitetsanalyser for å gi data som ligner mer på menneskelig medikamentmetabolisme sammenlignet med gnagermodeller. Disse mikrosomene er spesielt nyttige for å studere medikamentabsorpsjon, distribusjon, metabolisme og utskillelse (ADME) i en modellorganisme med en mer menneskelig - som metabolsk profil. Minipigs er spesielt verdifulle når det gjelder evaluering av forbindelser som krever en mer nøyaktig prediksjon av menneskelige metabolske responser.

Guniea -svinelevermikrosomer

I motsetning til andre gnagere, mangler marsvin visse medikament - metaboliserende enzymer, for eksempel cytokrom P450 2D, noe som kan påvirke måten de behandler spesifikke forbindelser på. Dette gjørmarsvinelevermikrosomerSpesielt nyttig for å studere arter - Spesifikke forskjeller i medikamentmetabolisme. Deres unike enzymprofil kan gi innsikt i hvordan en forbindelse kan oppføre seg i en art med begrensede metabolske veier, og den kan fremheve potensielle risikoer eller variasjoner i medikamentmetabolisme som kanskje ikke observeres i andre modeller. Dette gjør marsvin verdifulle for sammenlignende toksikologi og farmakokinetiske studier.

Feline levermikrosom

Feline levermikrosomerbrukes i metabolske studier for å vurdere hvordan medisiner behandles hos katter. Katter har unike metabolske egenskaper, inkludert begrenset glukuronideringsaktivitet, noe som kan påvirke metabolismen av visse medisiner. På grunn av dette,Kattelevermikrosomerer avgjørende for å studere hvordan spesifikke forbindelser oppfører seg hos katter, spesielt for veterinærmarpheuticals. De brukes til å teste for potensiell toksisitet eller metabolske problemer i medisiner beregnet på katt bruk og kan bidra til å vurdere forskjeller i mellomkontorene i medikamentmetabolisme når du går over fra menneskelige til dyreforsøk.

Bovint levermikrosom

Bovine levermikrosomer, avledet fra storfe, er spesielt nyttige i å studere metabolismen av forbindelser som brukes i husdyr. Storfe har forskjellige metabolske veier sammenlignet med mennesker, spesielt i aktiviteten til visse enzymer involvert i fase I -metabolisme. Bovine levermikrosomer brukes til å forutsi hvordan veterinærmedisiner eller landbrukskjemikalier vil bli metabolisert hos storfe. I tillegg brukes disse mikrosomene for å undersøke potensielle rester i kjøtt og melk, noe som hjelper til med å sikre matsikkerhet til konsum. Mens bovine mikrosomer gir verdifulle data om husdyrmetabolisme, er det ikke sikkert at de alltid er direkte anvendelige for menneskelig medikamentutvikling på grunn av betydelige metabolske forskjeller. Tillegg til bovine,hestelevermikrosom,sauelevermikrosomerogGeitelevermikrosomerer vilt brukt.

Fjæringslevermikrosom

Fjæringsmikrosomer, selv om det er mindre ofte brukt enn de fra pattedyr, kan være nyttige i studier av aviær medikamentmetabolisme. Vanlige fjærkemikrosomer inkludererandelevermikrosomer,Kyllinglevermikrosomer,Tyrkia levermikrosomerogVaktelvermikrosomer. brukes for å vurdere hvordan medisiner kan behandles i fugleinarter. Dette er spesielt viktig i utviklingen av veterinærmedisiner for fjærkre, så vel som i miljøstudier for å forstå metabolismen av kjemikalier som kan komme inn i næringskjeden gjennom fugler.

Fiskelevermikrosom

Fiskelevermikrosomer, spesielt regnbueØrret levermikrosomer, er ansatt i miljømessig og toksikologisk forskning. Fisk er spesielt følsomme for miljøgifter, og levermikrosomene deres er verdifulle verktøy for å studere de metabolske veiene som er involvert i avgiftning av forurensninger i vannlevende økosystemer. Fiskemikrosomer brukes også til å studere miljøpåvirkningen av legemidler og industrikjemikalier, og bidrar til å vurdere potensialet deres til å bioakkumulere og påvirke vannlevende liv. 

Konklusjon

Mikrosomer spiller en kritisk rolle i de tidlige stadiene av medikamentutvikling ved å gi essensiell innsikt i den metabolske stabiliteten og farmakokinetikken til medikamentkandidater. Gjennom bruk av mikrosomale analyser kan forskere vurdere metabolske reaksjoner fase I og fase II, identifisere potensielle medikamentelle interaksjoner og evaluere vev - spesifikk metabolisme. Tilgjengeligheten av mikrosomer fra et bredt spekter av arter, inkludert mennesker og dyr, gjør det mulig å sammenligne kryss - artssammenligninger, noe som forbedrer prediksjonen av medikamentmetabolisme hos mennesker og sikrer sikkerheten og effekten av nye forbindelser. Når medisinutviklingsprosessen fortsetter å utvikle seg, vil mikrosomale modeller forbli et viktig verktøy i jakten på tryggere og mer effektive medisiner.

Nøkkelord: Metabolismestabilitet, fase I -metabolisme, fase II -metabolisme, fase I -reaksjoner, fase II -reaksjoner, levermikrosomer, Intesin -mikrosomer, tarmmikrosomer, lungemikomer, nyremikomer, hudmikrosomer, testisomer, ugsomy -mikrosomer -nyrfa -mikrosoms -mikrosomer, 0,1M PBS, Tris - HCl, humane mikrosomer, cynomolgus ape levermikrosomer, rhesus ape levermikrosomer, marmoset levermikrosomer, hundelevermikrosoms, hundelever mikrosomer, rotte levermikrosomer, muselvermikrosomer, Gerbillinae levermikrosomer, BALB/C Naken levermikrosomer, Guniea -svinelevermikrosomer Minipig Levermikrosomer, Feline levermikrosomer, kattelever, fiske, bovin, lever mikrover, bovelmikrover, bovikom, bovikom, bovikom, bovikom,. Mikrosomer, kalkunelevermikrosomer, hesteelevermikrosom, sauelevermikrosomer, geitelevermikrosomer, Vaktelvermikrosomer
Referanse
O 2 bærer forenklet o 2 transport i en hepatisk hul fiber bioreaktor - Vitenskapelig skikkelse om forskning. Tilgjengelig fra:https://www.researchgate.net/figure/phase-i-reaction- pathway-in-drug- metabolism-34_fig4_267837256
Dissekere reaksjonen fra fase II -metabolitter av ibuprofen og andre NSAIDs med humant plasmaprotein - Vitenskapelig skikkelse om forskning. Tilgjengelig fra: https://www.researchgate.net/figure/the-reactions-and-putative-products-of-fase-ii-drug- metabolism-a-ypical_fig1_265787199 [tilgjengelig 3 apr 2025]