なぜ優れた in vitro データが in vivo で失敗するのか: 医薬品モダリティ全体で DMPK を再考する

「in vitro データは優れているようです。」

この発言は創薬の分野でよく出てきます。この候補は、強力な生化学的効力、良好な細胞活性、優れた選択性、高い代謝安定性、限定的な CYP 阻害を示します。理論上、この分子は動物薬理学および薬物動態研究に進む準備ができているように見えます。

では、なぜ、強力な in vitro データを持つ候補者が、in vivo では依然としてパフォーマンスが悪い可能性があるのでしょうか?

低分子は優れたミクロソーム安定性を示す可能性がありますが、動物では予想外に高いクリアランスを示します。抗体は強力な標的結合と細胞効力を示しますが、生体内で十分な標的範囲を維持できない場合があります。 ADC は、ペイロードを早期に解放しながら、有利な抗体曝露を維持する可能性があります。ペプチドは、in vitro では安定しているように見えても、in vivo では急速に除去される場合があります。核酸治療薬の場合、薬理活性が数週間または数か月間持続する場合でも、血漿中濃度は急速に低下する可能性があります。

これらの結果は矛盾するものではありません。これらは DMPK の基本原理を反映しています。in vitro アッセイは個々のメカニズムを分離しますが、in vivo 薬物動態は生体系全体の挙動を反映します。関連する問題は、薬物が「安定」であるか「半減期が長い」かどうかではなく、その性質が薬理学的活性に必要な部位および分子形態での十分な暴露を生み出すかどうかです。-

投与後、薬物は、吸収、分布、代謝、排出、組織浸透、標的相互作用、下流の薬理という一連の関連プロセスを通過します。

in vitro アッセイでは、このシステムの 1 つのコンポーネントのみを検査します。たとえば、ミクロソームの安定性は、定義された実験条件下での固有の代謝回転を表します。それ自体では、腎クリアランス、トランスポーター媒介排泄、組織分布、血漿タンパク質結合、肝外代謝の寄与を決定するものではありません。{2}}

同じ点がより複雑なモダリティにも当てはまります。抗体の場合、全身曝露は FcRn- 媒介のリサイクルだけでなく、標的発現と標的-媒介の性質にも依存します。 ADC の場合、抗体への総曝露量は、必ずしも完全な薬理学的に適格な ADC への曝露を表すわけではありません。ペプチドと核酸の場合、組織分布と細胞内残留性が血漿安定性よりも重要な場合があります。

したがって、DMPK の解釈は、孤立したパラメータからメカニズムベースの暴露フレームワークに移行する必要があります。{0}

分子特性 → 吸収と性質 → 組織曝露 → 標的結合 → 薬力学反応

どの段階でも失敗すると、in vitro の効力と in vivo の有効性の間の関係が壊れます。

従来の小分子の場合、初期のDMPKプログラム通常、肝ミクロソームの安定性、肝細胞の安定性、CYP の阻害または誘導、血漿の安定性、透過性の評価が含まれます。

ミクロソームの安定性は、肝臓の酸化代謝に対する化合物の感受性を特徴付けるため、有用です。しかし、ミクロソームの安定性が高いことを、全身クリアランスが低いと解釈すべきではありません。

インビボでのクリアランスには、腎臓の濾過と分泌、胆汁排泄、トランスポーター活性、肝外代謝、およびその他の排出メカニズムも関与する可能性があります。分布により、観察された血漿濃度の時間プロファイルがさらに変化する可能性があります。-

半減期についても注意深く読む必要があります。-なぜなら：

t₁/₂=0.693 × Vd / CL

最終半減期が長いことは、クリアランスが低いこと、見かけの分布量が多いこと、またはその両方が原因である可能性があります。-また、半減期が短いということは、それだけで急速な代謝分解を意味するわけではありません。-

この区別は、種間で推定する場合に重要です。薬物代謝酵素とトランスポーターは、げっ歯類、犬、ヒト以外の霊長類、人間では異なります。-動物の PK は、複数の証拠を統合することなく、単一の in vitro 代謝アッセイまたは別の種から常に予測できるわけではありません。

したがって、低分子 DMPK は次の 2 つの別々の質問に答える必要があります。-

化合物はどの程度安定していますか?

そして、生体内でのそのクリアランスと曝露を支配するメカニズムは何でしょうか?

質問は関連していますが、置き換えることはできません。

大分子治療薬は、異なる DMPK フレームワークの下で機能します。-

従来の IgG 抗体の場合、FcRn- を介したリサイクリングは全身持続性の延長に大きく貢献します。ただし、全身半減期だけでは、抗体が十分な薬理活性を生み出すかどうかは決まりません。

標的発現、組織分布、受容体媒介内部移行、標的媒介薬物動態（TMDD）はすべて、抗体曝露に影響を与える可能性があります。{0}{1}これは、高度に発現される標的や急速に内部移行する標的に対する抗体にとって最も重要であり、標的の結合が排除経路の一部となり、非線形または用量依存的な薬物動態が生じます。-

したがって、抗体開発では、抗体が血漿中にどのくらいの時間滞留するかという問題を超えて、曝露が必要な期間にわたって十分な標的範囲を維持するかどうかを問う必要があります。この区別は PK/PD 解釈の中心となります。抗体は良好な全身半減期を持ちますが、組織浸透や標的への関与が不十分な場合は薬理学的に不十分である可能性があります。-

抗体-の治療実体は抗体だけではないため、抗体薬物複合体はさらに複雑さを増します。

ADC には、少なくとも 3 つの機能的に重要なコンポーネント (抗体、リンカー、ペイロード) が含まれています。投与後、彼らの行動は異なる可能性があります。

循環種には、無傷の ADC、部分的に脱結合した抗体、遊離ペイロード、活性または不活性異化産物が含まれる場合があります。薬理学的に適格な ADC の濃度が低下しても、総抗体濃度は比較的高いままである可​​能性があります。

これにより、重要な分析上の違いが生まれます。

総抗体曝露 ≠ 無傷の ADC 曝露 ≠ アクティブなペイロード曝露

ADCの研究したがって、無傷抗体または結合抗体、薬物対抗体比（DAR）、遊離ペイロード、ペイロード関連代謝物、および関連する場合は組織曝露などのパラメータを測定する必要があります。{0}{{1}

DAR は、単一パラメータの最適化が誤解を招く理由も示しています。ペイロード負荷を増やすと抗体あたりの薬物含有量が増加しますが、過剰な DAR は疎水性、凝集傾向、組織分布、クリアランスなどの物理化学的特性を変化させます。

ADC に対する DMPK の中心的な問題は、無傷の ADC が関連組織に到達し、循環中で十分に安定した状態を保ち、適切な部位とタイミングで活性ペイロードを放出できるかどうかです。

ペプチド治療薬には、別の異なる DMPK 課題が存在します。

多くの内因性ペプチドはプロテアーゼによって急速に分解され、分子サイズが小さいため、腎からの実質的なクリアランスも受けます。ペプチドへの曝露を延長するには、酵素分解に対する耐性を高めるだけでなく、全体的な性質プロファイルを変更する必要があることがよくあります。

セマグルチドはその有用な例です。長期にわたる全身曝露は、アルブミン結合を促進する構造変化と関連しており、これにより腎臓からの排泄が減少し、循環時間が延長されます。

より広範な教訓は、ペプチド DMPK は、タンパク質分解安定性、タンパク質結合、腎クリアランス、組織分布、受容体結合など、関連するいくつかの特性を考慮する必要があるということです。単離されたプロテアーゼアッセイでは非常に安定しているペプチドであっても、その主要なクリアランス機構が他の場所にある場合、依然として好ましくない in vivo プロファイルを有する可能性があります。

低分子干渉 RNA (siRNA) およびアンチセンス オリゴヌクレオチド (ASO) は、従来の血漿 PK 解釈の最も明確な限界を示しています。

多くの伝統的な小分子の場合、血漿濃度は薬理学的部位での曝露と合理的に関連しています。核酸治療薬の場合、その関係ははるかに弱い可能性があります。

投与後、オリゴヌクレオチドは組織に分布し、細胞への取り込みおよび細胞内輸送を受けて、薬理学的に関連する区画に蓄積する可能性があります。生物学的に意味のある曝露は、血漿中濃度が低下した後も持続する可能性があります。

インクリシランはこれを説明しています。 GalNAc- 結合 siRNA としてのその活性は、肝細胞への送達、細胞内 RNA 干渉機構の関与、および PCSK9 発現の持続的な抑制に依存します。薬力学的活性の持続時間は、その血漿中濃度の時間プロファイルからは読み取ることができません。-

同じ原理はヌシネルセンなどの CNS{0}} 指向性 ASO ではさらに明らかであり、脳脊髄液と神経組織への曝露が血漿濃度よりも薬理活性に重要です。

核酸治療薬の場合、関連するチェーンは次のとおりです。

用量 → 組織分布 → 細胞取り込み → 細胞内残留 → 標的 RNA 調節 → PD 持続時間

これは、従来の主に血漿PKによる低分子評価とは根本的に異なります。

モダリティ間の違いは、実際に最も関連性のある薬理学的曝露が何であるかを尋ねることによって要約できます。

この表は、より広範な論点を示しています。DMPK エンドポイントは、薬物クラス全体に一律に適用するのではなく、治療法の生物学に従って選択する必要があるということです。

DMPK パッケージをレビューするとき、チームは多くの場合、AUC、Cmax、クリアランス、半減期にまず注目します。{0}}これらのパラメーターは重要ですが、それだけでは薬が効くかどうかは説明できません。

より有用な評価は 4 つの質問から始まります。

薬はどこに作用する必要があるのでしょうか?関連する区画は、血漿、腫瘍組織、肝臓、CNS、または細胞内区画であり得る。

どのような分子種が薬理学的に活性ですか? ADC の場合、それは無傷の結合体または解放されたペイロードである可能性があります。核酸治療薬の場合、総濃度は生産的な細胞内曝露を表さない可能性があります。

PK で PD を説明できますか?対応する薬力学的反応がないまま全身曝露が増加する場合、問題は全身曝露そのものではなく、組織分布、標的関与、細胞内送達、または下流の生物学にある可能性があります。

選択された動物モデルは関連する性質のメカニズムを再現しますか?酵素、トランスポーター、標的発現、FcRn 生物学、組織分布、疾患状態における種の違いはすべて、翻訳解釈に影響を与える可能性があります。

これらの疑問により、DMPK は数値パラメーターの集合から薬物の挙動の機構的な理解へと移行します。

DMPK の目標は、単一のパラメーターを最大化することではありません。それは、用量、曝露、分布、​​標的への関与、薬力学、そして最終的には有効性と安全性の間の一貫した関係を確立することです。

従来の小分子を超えて、抗体、ADC、ペプチド、オリゴヌクレオチド、細胞および遺伝子治療、その他の複雑な治療法に開発が拡大するにつれて、このことはさらに重要になります。

一部のプログラムでは、血漿 PK が依然として主要な翻訳エンドポイントです。他の場合には、組織曝露、標的範囲、無傷の薬物濃度、細胞内残留性、または画像ベースの分布がより有益な証拠を提供します。-非臨床イメージング生体分布、標的関与、および生体における薬力学的変化に関する長期的な情報を提供することで、従来の PK を補完できます。

ヒト以外の霊長類の研究では、PK/PD を組織レベルの測定、バイオマーカー、画像、薬理学的エンドポイントと統合することで、候補者が意図したメカニズムに従って行動するかどうかを確立するのに役立ちます。- Prisys のトランスレーショナルリサーチプラットフォームを組み合わせたものNHP薬理学PK / PD、バイオマーカー分析、病理学、科学的に適切な場合には臨床同等の画像処理を行い、薬物の性質と薬理学のより統合された解釈をサポートします。{0}

教訓は単純です。優れた in vitro データは必要ですが、それらは優れた in vivo 薬理を保証するものではありません。最も有益な DMPK 戦略は、分子設計から実際の作用部位まで薬物を追跡します。

分子特性 → 生体内動態 → 関連組織曝露 → 標的関与 → PD → 有効性と安全性

この連鎖が理解されると、予想外の in vivo 結果は「予測の失敗」ではなくなり、候補の最適化、研究設計、トランスレーショナルな意思決定を導くことができる機構的な証拠となります。{0}}

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