Microssomos: o modelo metabólico in vitro preferido para pesquisa de medicamentos não clínicos

Microssomos: o modelo metabólico in vitro preferido para pesquisa de medicamentos não clínicos

Microssomos: Definição e Funções

Na maioria dos casos, os microssomos se referem a estruturas esféricas e vesiculares da membrana com aproximadamente 100 nm de diâmetro, formadas pela auto -fusão do retículo endoplasmático fragmentado (ER) durante a homogeneização celular e a centrifugação diferencial. Estes são assembléias heterogêneas que compreendem dois componentes fundamentais: membranas e ribossomos ER. Os microssomos são enriquecidos principalmente com enzimas oxidase do citocromo P450 (CYP450), que desempenham um papel fundamental no metabolismo oxidativo e são enzimas -chave nos processos do metabolismo de drogas.

In vitro, os microssomas mantêm as funções essenciais do ER, incluindo síntese de proteínas, glicosilação de proteínas e biossíntese lipídica, fornecendo uma ferramenta versátil para estudar vários processos bioquímicos e farmacológicos.

Figura 1: Microssomes (Fonte: Internet)

1. Órgãos -chave no metabolismo de drogas

O metabolismo de drogas refere -se às mudanças químicas que um medicamento sofre dentro do corpo, resultando em modificações estruturais. Esse processo, também conhecido como biotransformação, ocorre principalmente em órgãos como fígado, rins, pulmões, estômago, intestino e pele. Entre eles, o fígado é o principal local do metabolismo de drogas, seguido pelos rins como o segundo órgão mais significativo.

Dentro do fígado, as enzimas metabolizadoras da droga catalisam transformações estruturais que geralmente podem ser classificadas em duas fases: metabolismo da fase I e metabolismo da fase II.

• Metabolismo da Fase I (Reação da Fase I): Esta fase envolve reações oxidativas, redutoras ou hidrolíticas que geram produtos intermediários, geralmente incluindo grupos eletrofílicos e radicais de oxigênio. Essas reações podem levar à hepatotoxicidade.
• Metabolismo da Fase II (reação de Fase II): Esta fase consiste em reações de conjugação, que servem principalmente para desintoxicar os medicamentos. Após o metabolismo, a maioria dos medicamentos perde sua atividade farmacológica, embora uma minoria possa se tornar agente terapêutico ativo.

O fígado lida com aproximadamente 70% - 80% do metabolismo total do medicamento, ressaltando seu papel central na biotransformação.

Além do fígado, os rins contribuem significativamente para o metabolismo dos medicamentos, representando cerca de 10% - 20% da atividade metabólica total. Os rins excretam drogas e seus metabólitos através da filtração e secreção. No entanto, sua capacidade de excreção de medicamentos é limitada, o que pode levar ao acúmulo de certos medicamentos e potencial toxicidade.

Além do fígado e dos rins, outros órgãos, como os sistemas de enzimas intestinais e os pulmões, também desempenham um papel na influência da absorção, distribuição e metabolismo dos medicamentos, embora em menor grau.

Figura 2: Reação Catalisada pela Monooxigenase (Fonte: Internet)

2. Enzimas -chave nos órgãos metabolizantes de drogas

Como discutido, o metabolismo de medicamentos depende principalmente do funcionamento adequado de vários sistemas enzimáticos no fígado, rins, trato gastrointestinal e outros órgãos. Compreender os perfis enzimáticos desses órgãos é essencial para um estudo abrangente dos processos de metabolismo de drogas.

As enzimas envolvidas no metabolismo dos medicamentos são geralmente categorizadas em duas classes: sistemas enzimáticos microssomais e sistemas enzimáticos não - microssomais.

• Sistemas de enzimas microssomais:
  Essas enzimas são localizadas principalmente nas membranas lipofílicas do retículo endoplasmático em células hepáticas e outras células. O grupo mais importante de enzimas oxidativas nos microssomos hepáticos é o sistema misto microssômico hepático - função oxidase, também conhecido como monooxigenases (CYP450). Essas enzimas representam a via primária para o metabolismo do medicamento no corpo, capaz de catalisar uma ampla gama de reações oxidativas. O processo de biotransformação catalisado por essas enzimas requer o envolvimento do citocromo P450 (CYP450), coenzima II, oxigênio molecular, mg²⁺, flavoproteínas, proteínas de ferro não - heme e outros cofatores.
  Além disso, o UDP - glucuronosiltransferases (UGTS), um componente -chave do metabolismo da Fase II, também estão presentes no lado luminal do retículo endoplasmático, tornando as enzimas UGT parte do sistema microssômico.
• Sistemas enzimáticos não - microssomais:
  Também conhecidos como enzimas do tipo II, incluem UGTs, sulfotransferases (Sults), glutationa - S - transferases (GSTs), N - acetiltransferases (NATs) e enzimas conjugadoras de aminoácidos. As enzimas não - microssomais facilitam principalmente o metabolismo da Fase II.

Além de seu papel fisiológico na manutenção do equilíbrio da água e do eletrólito e nas substâncias endógenas e exógenas, o rim também é um órgão -chave para as biotransformações metabólicas da Fase I e da Fase II.

• Fase I Metabolismo no rim:
  Inclui enzimas P450, desidrogenases e várias monooxigenases, embora suas concentrações e atividades sejam significativamente menores do que as do fígado, tornando menos dominantes a fase renal I menos dominante.
• Fase II Metabolismo no rim:
  Envolve principalmente UGTs, Sults, GSTs, Nats e enzimas conjugadas com aminoácidos, desempenhando um papel importante no metabolismo renal de drogas.

O intestino, como um dos maiores órgãos digestivos, também desempenha um papel crítico no metabolismo das drogas. No trato intestinal, muitos medicamentos sofrem reações metabólicas que os transformam em metabólitos mais excrevíveis e elimináveis. Esses processos metabólicos ocorrem por duas vias:

1. O metabolismo enzimático dentro das células epiteliais intestinais, que envolve enzimas como CYP450, UGTS e lipases.
2. Metabolismo microbiano - mediado pela microbiota intestinal.

Juntos, esses sistemas enzimáticos em diferentes órgãos garantem o metabolismo eficiente e a depuração dos medicamentos, destacando a complexidade e a integração das vias do metabolismo dos medicamentos no corpo.

No entanto, com os avanços contínuos na medicina, os medicamentos inalados chamaram atenção significativa nos últimos anos devido à sua rápida absorção, início rápido da ação e capacidade de ignorar o primeiro metabolismo. Ao contrário dos medicamentos orais convencionais, as formulações inaladas entregam medicação diretamente aos tecidos pulmonares, evitando os primeiros efeitos hepáticos. Isso destaca a importância de investigar o metabolismo dos medicamentos dentro dos pulmões para formulações inaladas.

Os pulmões contêm uma variedade de enzimas metabolizadoras de drogas, incluindo enzimas P450, hidrolases, enzimas de conjugação, monoamina oxidases e flavina - contendo monooxigenases. Entre estes, as enzimas P450 pulmonares desempenham um papel crítico na biotransformação dos xenobióticos, a inativação de carcinógenos químicos inalados e a desintoxicação de toxinas pulmonares.

Resumindo,O metabolismo dos medicamentos dentro do corpo é tipicamente um processo coordenado que envolve vários órgãos e sistemas enzimáticos. Assim, durante a fase precoce de desenvolvimento de medicamentos não clínicos, a seleção de modelos in vitro apropriados é crucial para elucidar as vias metabólicas e identificar as principais enzimas metabolizadoras.

3. Modelos de metabolismo de drogas in vitro: microssomas

Comparados aos estudos de metabolismo in vivo, estudos in vitro minimizam a interferência de fatores fisiológicos, permitindo a observação direta de interações entre medicamentos e enzimas. Consequentemente, os modelos de metabolismo in vitro tornaram -se a escolha preferida durante o desenvolvimento precoce de medicamentos. Os modelos comuns para estudos de metabolismo de medicamentos in vitro incluem microssomas, frações S9, citosol, homogenatos de tecido e células primárias. Dado que o fígado é o principal local do metabolismo de drogas, células hepáticas e seus componentes subcelulares -como microssomas hepáticos, frações de fígado S9, homogenatos de tecido hepático e citosol do fígado-são os principais modelos para o estudo do metabolismo de drogas.

Os microssomos, especificamente, são estruturas da membrana vesicular derivadas do retículo endoplasmático fragmentado que se reúnem durante a homogeneização celular e a centrifugação diferencial. Eles são amplamente distribuídos em órgãos como o fígado, rins, intestinos e pulmões. Como os microssomos contêm enzimas de fase I como o citocromo P450 (CYP450) e as enzimas de fase II, como UGTs e Sults, eles abrangem uma ampla gama de vias metabólicas para vários medicamentos. Assim, a seleção de microssomas específicos é uma etapa crítica na pesquisa de metabolismo de medicamentos in vitro.

Além disso, de acordo com as diretrizes técnicas para estudos farmacocinéticos não clínicos de medicamentos, animais experimentais, como camundongos, ratos, coelhos, porquinhos -da -índia, cães, porcos em miniatura e macacos são comumente usados. Para medicamentos inovadores, pelo menos duas espécies devem ser empregadas, sendo uma uma roedora e a outra uma espécie não - Além de espécies animais, materiais humanizados -como microssomas hepáticos humanos-também são enfatizados como ferramentas -chave para estudos não clínicos da ADME. Consequentemente, a seleção de microssomas de várias espécies, incluindo seres humanos, é uma consideração crucial na pesquisa do metabolismo de drogas.

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