Influencia del polimorfismo de CYP3A4 y CYP3A5 en la farmacocinética de tacrolimus en receptores de trasplante renal. Revisión narrativa / Influence of CYP3A4 and CYP3A5 polymorphism of the pharmacokinetics of tacrolimus in renal transplant recipients. Narrative review

El uso de inhibidores de calcineurina, en particular de tacrolimus como terapia inmunosupresora se ha generalizado a nivel mundial, permitiendo mejorar la tasa de sobrevida del injerto y la calidad de vida del paciente trasplantado. Con el acceso a los estudios de farmacogenética, los grupos de trasplante a nivel mundial se han visto motivados a realizar estudios genéticos que permitan interpretar la influencia de polimorfismos de genes como mTOR, PPP3CA, FK BP1A, FKBP2, y FOXP3, sin embargo, los más estudiados en la población trasplantada para optimizar la dosis de tacrolimus y ciclosporina son los polimorfismos del citocromo p450, CYP3A4 y CYP3A5.El objetivo de la presente revisión narrativa es examinar publicaciones recientes que estudien la relación entre el polimorfismo de CYP3A4/5 y el metabolismo de tacrolimus en pacientes trasplantados renales.Se revisó literatura reciente extraída de los sitios NCBI PubMed y PharmGKB.org en la que se hubiera investigado la influencia de los polimorfismos de CYP3A4/5 en el metabolismo de tacrolimus en trasplantados renales. Se identificó variaciones genéticas de CYP3A4/5 en pacientes trasplantados tratados con tacrolimus que permitirán a los médicos trasplantólogos dosificar de manera precisa el inmunosupresor. El uso de análisis farmacogenéticos permite determinar las variables genéticas del CYP3A4/5, y por lo tanto la toma de decisiones personalizadas en la dosis de inicio y de mantenimiento del inmunosupresor tacrolimus para alcanzar los niveles óptimos y con ello disminuir el riesgo de rechazo, de infecciones asociadas a inmunosupresión, y de toxicidad por el medicamento.

The use of the calcineurin inhibitor tacrolimus as immunosuppressive therapy, has become widespread world-wide, improving the graft's survival rate and the quality of life of the transplanted patient. With access to pharmacogenetic studies, transplant groups worldwide have been motivated to conduct genetic studies to inter-pret the influence of polymorphisms of genes such asmTOR, PPP3CA, FK BP1A, FKBP2, and FOXP3, however the most studied in the transplanted population to optimize the dose of tacrolimus and cyclosporine are those of cytochrome p450,CYP3A4 and CYP3A5. The objective of this narrative review is to examine recent publications studying the relationship betweenCYP3A4/5polymorphism, and tacrolimus metabolism in renal transplant patients. Literature extracted from the NCBI PubMed site and PharmGKB.org, from the past five years, which investigated the influence ofCYP3A4/5polymorphism on tacrolimus metabolism in renal transplants had been reviewed. Genetic variations ofCYP3A4/5 were identified in transplant patients treated with tacrolimus that will allow transplant physicians to dose the immunosuppressant accurately. The use of pharmacogenetic analyses makes it possible to determine the genetic polymorphisms ofCYP3A4/5, and therefore the decision-making cus-tomized at the starting and maintenance dose of the tacrolimus immunosuppressant to achieve optimal levels and thereby reduce the risk of rejection, immunosuppression-associated infections, and drug toxicity.

High Doses of Drugs Extensively Metabolized by CYP3A4 Were Needed to Reach Therapeutic Concentrations in Two Patients Taking Inducers / Dos pacientes que tomaban inductores necesitaron dosis altas de medicamentos metabolizados en gran medida por el CYP3A4 para alcanzar concentraciones terapéuticas

ABSTRACT Introduction: In the last 20 years of clinical practice, the senior author has identified these 2 rare cases in which the patients needed extremely high doses of drugs metabolized by CYP3A4 to reach and maintain serum therapeutic concentrations. Methods: The high metabolic ability of these 2 patients was demonstrated by the low concentration-to-dose ratios (C/D ratios) of several drugs metabolized by CYP3A4. Results: Case 1 was characterized by a history of high carbamazepine doses (up to 2,000 mg/day) and needed 170 mg/day of diazepam in 2 days to cooperate with dental cleaning. The high activity of the CYP3A4 isoenzyme was manifested by fast metabolism for quetiapine and diazepam, which took more than 1 year to normalize after the inducer, phenytoin, was stopped. Case 2 was also very sensitive to CYP3A4 inducers as indicated by very low C/D ratios for carbamazepine, risperidone and paliperidone. The carbamazepine (2,800 mg/day) and risperidone (20 mg/day) dosages for this second patient are the highest doses ever seen for these drugs by the senior author. Risperidone induction appeared to last for many months and metabolism was definitively normal 3 years after stopping carbamazepine. On the other hand, olanzapine C/D ratios were normal for induction. Conclusions: The literature has never described similar cases of very high doses of drugs metabolized by CYP3A4. We speculate that these 2 patients may have unusual genetic profiles at the nuclear receptor levels; these receptors regulate induction of drugs.

RESUMEN Introducción: Durante sus últimos 20 años de práctica, el último autor ha identificado estos 2 infrecuentes casos que necesitaban dosis extremadamente altas de medicaciones metabolizadas por el CYP3A4 para alcanzar y mantener concentraciones séricas terapéuticas. Métodos: La gran capacidad metabólica de estos 2 pacientes se demostró por los bajos cocientes entre concentración y dosis (C/D) de varias medicaciones metabolizadas por el CYP3A4. Resultados: El caso 1 se caracterizaba por una historia de altas dosis de carbamazepina (1.500 mg/día) y la necesidad de tomar 170 mg de diazepam en 2 días para facilitar una limpieza dental. La gran actividad de la isoenzima CYP3A4 se manifestó por una gran capacidad metabólica de quetiapina y diazepam, cuya normalización tardó más de 1 año tras la toma de un inductor, fenitoína. El caso 2 tambien era muy sensible a la inducción, lo cual se demuestra por los bajos cocientes C/D de carbamazepina, risperidona y paliperidona. Las dosis de carbamazepina (2.800 mg/día) y risperidona (20 mg/día) de este segundo paciente son las más altas nunca vistas por el último autor. La inducción de risperidona duró muchos meses y su metabolismo era normal 3 años después de interrumpir la carbamazepina. El cociente C/D de olanzapina era normal para la inducción. Conclusiones: Nunca se habían descrito casos similares de dosis tan altas de medicaciones metabolizadas por el CYP3A4. Se especula con que estos pacientes podrían tener unos perfiles genéticos inusuales en los receptores nucleares que regulan la inducción de medicamentos.

Eficácia terapêutica do Tacrolimo em pacientes pós-transplante hepático com polimorfismos genéticos do citocromo P450 3A5 (CYP3A5) / Tacrolimus therapeutic efficacy in post-liver transplant patients with Cytochrome P450 3A5 (CYP3A5) genetic polymorphisms

RESUMO Os polimorfismos genéticos do CYP3A5 têm sido apontados enquanto fatores influenciadores na eficácia farmacológica com tacrolimo em pacientes em terapia imunossupressora no pós-transplante hepático. O presente estudo objetiva realizar uma revisão da literatura acerca da influência dos polimorfismos genéticos do citocromo P450 3A5 (CYP3A5) na eficácia terapêutica com tacrolimo em indivíduos pós-transplante hepático. Revisão da literatura. Foi utilizada a combinação dos descritores "tacrolimo", "transplante de fígado", "inibidores do citocromo P-450 CYP3A" e "polimorfismo genético", nas bases de dados: PubMed, The Cochrane Library, Scopus e Scielo, sendo avaliados apenas estudos publicados entre 2009 e 2019 em inglês, português ou espanhol. Ao todo foi feita a sumarização de seis estudos, cada um avaliando uma diferente população. Inicialmente, foram abordados os aspectos farmacológicos do tacrolimo, incluindo detalhes sobre sua farmacodinâmica, farmacocinética e toxicidade. Na seção seguinte, foi realizada a avaliação de estudos que tratam da relação entre os polimorfismos genéticos do CYP3A5 e a eficácia farmacológica com o tacrolimo, incluindo as especificações étnicas e as limitações gerais dos estudos. Os polimorfismos genéticos do CYP3A5 têm apontado para alterações no metabolismo do tacrolimo de acordo com um recorte étnico e populacional, com destaque para os alelos *1 e *3*3, refletindo na necessidade de ajuste de dose ou até mesmo nas taxas de rejeição do órgão.

ABSTRACT Genetic polymorphisms of CYP3A5 have been pointed out as factors that influenciates tacrolimus immunosuppressive efficacy in post liver transplant patients. This study aims to review the literature on the influence of cytochrome P450 3A5 (CYP3A5) genetic polymorphisms of tacrolimus in post-liver transplant patients. This study is a literature review. A combination of the descriptors "tacrolimus", "liver transplant", "cytochrome P-450 CYP3A inhibitors" and "genetic polymorphism" were used in the databases PubMed, Cochrane Library, Scopus and Scielo, being evaluated only studies between 2009 and 2019 in English, Portuguese or Spanish. A total of six studies, each from a different population were summarized. Initially, the pharmacological aspects of tacrolimus were discussed, including details on its pharmacodynamics, pharmacokinetics and toxicity After that, we analyzed the studies that correlates CYP3A5 genetic polymorphisms and tacrolimus efficacy, including the ethnical specifications and the general limittions of the studies. The CYP3A5 polymorphisms have pointed to alterations in the metabolism of tacrolimus according to the ethnic and populational genotype, specially the *1 and *3*3 alleles, reflecting in the need for dose adjustment and also in post liver transplant rejection.

The influence of CYP3A4 polymorphism in sex steroids as a risk factor for breast cancer / Influência do polimorfismo do gene CYP3A4 nos esteroides sexuais como fator de risco para câncer de mama

Abstract Objective Epidemiological studies have shown evidence of the effect of sex hormones in the pathogenesis of breast cancer, and have suggested a relationship of the disease with variations in genes involved in estrogen synthesis and/or metabolism. The aim of the present study was to evaluate the association between the CYP3A4*1B gene polymorphism (rs2740574) and the risk of developing breast cancer. Methods In the present case-control study, the frequency of the CYP3A4*1B gene polymorphism was determined in 148 women with breast cancer and in 245 women without the disease. The DNA of the participants was extracted from plasma samples, and the gene was amplified by polymerase chain reaction. The presence of the polymorphism was determined using restriction enzymes. Results After adjusting for confounding variables, we have found that the polymorphism was not associated with the occurrence of breast cancer (odds ratio = 1.151; 95% confidence interval: 0.714-1.856; p= 0.564). We have also found no association with the presence of hormone receptors, with human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) overexpression, or with the rate of tumor cell proliferation. Conclusion We have not observed a relationship between the CYP3A4*1B gene polymorphism and the occurrence of breast cancer.

Resumo Objetivo Estudos epidemiológicos têm mostrado evidências da influência dos hormônios sexuais na patogênese do câncer de mama, e têm sugerido uma relação entre a doença e variações em genes envolvidos na síntese e/ou metabolização de estrógenos. O objetivo do presente estudo foi avaliar a associação entre o polimorfismo do gene CYP3A4*1B (rs2740574) e o risco de desenvolvimento da neoplasia mamária. Métodos No presente estudo de caso-controle, a frequência de polimorfismo do gene CYP3A4*1B foi determinada em 148 mulheres com câncer de mama, e em 245 mulheres sem a doença. O DNA das participantes foi extraído do plasma, e o gene foi amplificado por meio de reação em cadeia da polimerase, enquanto o polimorfismo foi determinado por enzimas de restrição. Resultados O polimorfismo, após o ajuste para variáveis de confusão, não foi associado à ocorrência de câncer de mama (razão de possibilidades = 1,151; intervalo de confiança de 95%: 0,714-1,856; p= 0,564). Também não observamos associação com a presença de receptores hormonais, superexpressão do receptor tipo 2 do fator de crescimento epidérmico humano (HER2, na sigla em inglês), ou com a taxa de proliferação celular do tumor. Conclusão Não observamos relação entre o polimorfismo do gene CYP3A4*1B e a ocorrência de câncer de mama.

Biotransformation of bromhexine by Cunninghamella elegans, C. echinulata and C. blakesleeana

Abstract Fungi is a well-known model used to study drug metabolism and its production in in vitro condition. We aim to screen the most efficient strain of Cunninghamella sp. among C. elegans, C. echinulata and C. blakesleeana for bromhexine metabolites production. We characterized the metabolites produced using various analytical tools and compared them with mammalian metabolites in Rat liver microsomes (RLM). The metabolites were collected by two-stage fermentation of bromhexine with different strains of Cunninghamella sp. followed by extraction. Analysis was done by thin layer chromatography, high performance thin layer chromatography, Fourier transform infrared spectroscopy, high performance liquid chromatography and Liquid chromatography–mass spectrometry. The role of Cytochrome P3A4 (CYP3A4) enzymes in bromhexine metabolism was studied. Fungal incubates were spiked with reference standard – clarithromycin to confirm the role of CYP3A4 enzyme in bromhexine metabolism. Three metabolites appeared at 4.7, 5.5 and 6.4 min retention time in HPLC. Metabolites produced by C. elegans and RLM were concluded to be similar based on their retention time, peak area and peak response of 30.05%, 21.06%, 1.34%, and 47.66% of three metabolites and bromhexine in HPLC. The role of CYP3A4 enzyme in metabolism of bromhexine and the presence of these enzymes in Cunninghamella species was confirmed due to absence of peaks at 4.7, 5.4 and 6.7 min when RLM were incubated with a CYP3A4 enzyme inhibitor – clarithromycin.

Avaliação dos mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais por meio dos modelos ex vivo ( células de Franz ) e in vitro ( PAMPA ) / Evaluation of mechanisms involved in the permeability of antiretroviral drugs through ex vivo ( Franz cells ) and in vitro ( PAMPA ) models

Para fármacos administrados por via oral, o controle da extensão e da velocidade de absorção depende basicamente de duas importantes etapas: solubilidade do fármaco nos líquidos fisiológicos e sua permeabilidade através das membranas biológicas. Assim, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) foi proposto como uma ferramenta para o desenvolvimento de novos fármacos, de novas formulações e para auxiliar nos processos de bioisenção. No entanto, outro fator relacionado à biodisponibilidade e que deve ser considerado nos estudos biofarmacêuticos é o metabolismo. Desta forma, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica de Distribuição de Fármacos (SCBDF) foi proposto com a finalidade de classificar os fármacos de acordo com suas características de solubilidade e de metabolismo de modo que seja possível avaliar e predizer o comportamento do fármaco in vivo. O metabolismo tem sido amplamente investigado, sobretudo as enzimas do citocromo P450, as quais estão presentes também nos enterócitos. Além disso, o SCBDF oferece um suporte quanto à avaliação dos mecanismos de permeabilidade envolvidos nos processos de absorção, interações fármaco-fármaco e interações fármaco-alimento. Assim, o presente trabalho teve como objetivo elucidar os mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais por meio dos modelos ex vivo (câmaras de difusão vertical tipo Franz) e in vitro (PAMPA, MDCK-MDR1 e microssomas) considerando os aspectos relacionados ao metabolismo intestinal e ao efluxo destes fármacos. Dada a importância da utilização de fármacos antirretrovirais na terapia medicamentosa contra a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (SIDA) e que estes medicamentos são normalmente administrados cronicamente, a compreensão dos mecanismos envolvidos na permeabilidade é de suma importância, uma vez que estes não estão totalmente esclarecidos e poucas informações são encontradas na literatura. Além disso, a biodisponibilidade de fármacos como estavudina, lamivudina e zidovudina indica variação na permeabilidade, necessitando de uma investigação científica mais aprofundada dos processos absortivos. Assim, segmentos de jejuno provenientes de ratos machos Wistar foram utilizados para a avaliação da permeabilidade intestinal dos referidos antirretrovirais considerando a avaliação de efluxo pela glicoproteína-P e o metabolismo intestinal pela CYP3A. De maneira complementar, estudos in vitro com o emprego de membranas artificiais paralelas (PAMPA) e culturas celulares de MDCK-MDR1 foram realizados com a finalidade de auxiliar na elucidação dos mecanismos de permeabilidade dos fármacos antirretrovirais. Além disso, a avaliação do metabolismo dos referidos fármacos foi realizada com o emprego de microssomas a fim de verificar se tais substâncias são substratos de enzimas da família CYP3A e, assim, verificar o impacto do metabolismo intestinal na absorção. Os resultados de permeabilidade obtidos em PAMPA foram: 0,74±0,11 x 10-6 cm/s para a estavudina, 0,25±0,12 x 10-6 cm/s para a lamivudina e 1,14±0,25 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Já no modelo ex vivo com o emprego de câmaras de difusão vertical tipo Franz, os resultados foram: 1,56±0,32 x 10-5 cm/s para a estavudina, 1,26±0,27 x 10-5 cm/s para a lamivudina e 2,54±0,49 x 10-5 cm/s para a zidovudina. Portanto, com base nos resultados obtidos a partir dos dois métodos empregados, sugere-se que 30 outro mecanismo de transporte que não envolva a permeabilidade por difusão transcelular passiva possa estar relacionado à permeabilidade dos fármacos antirretrovirais. Com relação aos estudos de efluxo, os resultados obtidos a partir dos experimentos realizados em câmaras de difusão vertical tipo Franz demonstraram o aumento significativo da permeabilidade dos três antirretrovirais quando o inibidor de P-gp foi empregado, sendo: de 15,6 x 10-6 para 42,5 x 10-6 cm/s para a estavudina, de 12,6 x 10-6 para 37,5 x 10-6 cm/s para a lamivudina e de 25,4 x 10-6 para 56,6 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Em culturas celulares MDCK-MDR1, os resultados de permeabilidade foram utilizados para a obtenção das razões entre as direções B→A e A→B. Os valores de Papp na condição inibida para os fármacos estudados apresentaram razão menor do que 1. Já a razão B→A/A→B para cada fármaco nos ensaios sem inibidor apresentou-se igual ou maior que 2, evidenciando a interação fármaco-transportador. Com base nisso, o modelo ex vivo com o emprego de segmentos intestinais em câmaras de difusão vertical tipo Franz apresentou-se adequado na avaliação do mecanismo de efluxo dos fármacos antirretrovirais, o que foi confirmado com os estudos realizados em MDCK-MDR1. Assim, os fármacos antirretrovirais estudados apresentaram interação significativa com a P-gp. Em relação aos estudos de metabolismo realizados em câmaras de difusão vertical tipo Franz, os resultados demonstraram grande variação na permeabilidade dos três antirretrovirais quando o inibidor de CYP3A foi empregado, sendo: de 15,6 x 10-6 para 23,5 x 10-6 cm/s para a estavudina, de 12,6 x 10-6 para 27,3 x 10-6 cm/s para a lamivudina e de 25,4 x 10-6 para 40,5 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Já no modelo que emprega microssomas, os resultados de metabolização na ausência e na presença de inibidor de CYP3A foram: de 16,56% para 19,79% para a estavudina, de 14,56% para 15,55% para a lamivudina e de 17,85% para 16,48% para a zidovudina. Com base nisso, sugerese o emprego de microssomas para a determinação de metabolismo, uma vez que o método ex vivo empregado demonstrou grande variação entre os valores obtidos. Desta forma, observou-se que, para cada fármaco, não houve influência significativa no metabolismo pré-sistêmico relacionado às enzimas do complexo CYP3A, o que indica que a absorção oral das referidas substâncias não é limitada por tais enzimas. Portanto, a utilização dos diferentes métodos empregados no desenvolvimento do presente trabalho permitiu compreender os mecanismos envolvidos no transporte dos fármacos antirretrovirais, o que se torna de grande relevância nas etapas de desenvolvimento farmacêutico de novas moléculas e na compreensão de eventos clínicos ainda não esclarecidos atualmente

For orally administered drugs, control of the extent and rate of absorption depends on two important steps: solubility of the drug in physiological liquids and their permeability across biological membranes. Thus, the Biopharmaceutics Classification System (BCS) has been proposed as a tool for the development of new drugs, new formulations and aid in the biowaiver processes. However, another factor related to bioavailability that should be considered in biopharmaceutic studies is the metabolism. Thus, the Biopharmaceutics Drug Disposition Classification System (BDDCS) has been proposed for drug classification according to their solubility and metabolism characteristics, so it is possible to evaluate and predict the in vivo behavior of a compound. Metabolism has been extensively investigated, especially cytochrome P450 enzymes, which are also expressed in enterocytes. Besides, BDDCS provides support in evaluating the permeability mechanisms involved in the absorption processes, drug-drug interactions and drug-food interactions. Thus, the present study aimed to evaluate the mechanisms of permeability of antiretroviral drugs through the ex vivo (Franz cells) and in vitro (PAMPA, MDCK-MDR1 and microsomes) models considering aspects related to the intestinal metabolism and efflux of these drugs. Given the importance of the use of antiretroviral drugs in drug therapy against Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS) and that these drugs are usually administered in a long-term way, understanding the mechanisms involved in the permeability is of a great importance, since they are not totally elucidated and no information is found in the literature. In addition, drugs as stavudine, lamivudine and zidovudine indicate variation in the permeability, which require further scientific investigation of absorptive processes. Thus, jejunum segments from rats were used to evaluate the intestinal permeability of these antiretroviral drugs, considering the evaluation of efflux by P-glycoprotein and intestinal metabolism by CYP3A. In a complementary manner, in vitro studies using parallel artificial membranes (PAMPA) and cell cultures MDCK-MDR1 were performed to aid in the elucidation of the permeability mechanisms of antiretroviral drugs. Also, the evaluation of the metabolism was carried out using microsomes to verify if such substances are substrates of CYP3A, and verify the impact of the intestinal metabolism in the absorption. The permeability results obtained in PAMPA were: 0.74±0.11x10-6 cm/s for stavudine, 0.25±0.12x10-6 cm/s for lamivudine and 1.14±0.25x10-6 cm/s for zidovudine. In ex vivo method using the intestinal segments in Franz cells, the results were: 1.56±0.32x10-5 cm/s for stavudine, 1.26±0.27x10-5 cm/s for lamivudine and 2.54±0.49x10-5 cm/s for zidovudine. Thus, based on the results obtained from these two methods, it is suggested that the antiretroviral drugs present other transport mechanism that is different from transcellular passive diffusion. For efflux studies, results obtained from experiments performed in Franz cells shown the increase of the permeability of the three antiretroviral drugs when the P-gp inhibitor was used: from 15.6x10-6 to 42,5x10-6 cm/s for stavudine, from 12.6x10-6 cm/s to 37.5x10-6 cm/s for lamivudine, and 25.4x10-6 to 56.6x10-6 cm/s for zidovudine. In MDCK-MDR1, the permeability results were used for obtaining ratio values between the directions B→A and A→B. The Papp values obtained with 33 inhibitor shown a ratio less than 1. For ratio B→A/A→B for each drug in experiments without inhibitor, the values obtained was equal or greater than 2, which shows the interaction between drug and transporter. Based on that, the ex vivo model using intestinal segments in Franz cells seems to be adequate for evaluation of efflux mechanism of antiretroviral drugs, which was confirmed by MDCK-MDR1 studies. Thus, the antiretroviral drugs presented interaction with P-gp. For metabolism studies in intestinal segments in Franz cells, a wide range of standard deviation was observed for the three antiretroviral drugs when the CYP3A inhibitor was used: from 15.6x10-6 cm/s to 23.5x10-6 cm/s for stavudine, from 12.6x10-6 cm/s to 27.3x10-6 cm/s for lamivudine, and from 25.4x10-6 cm/s to 40.5x10-6 cm/s for zidovudine. In experiments in microsomes, the results of metabolization in the absence and presence of CYP3A inhibitor were: from 16.56 to 19.79% for stavudine, from 14.56 to 15.55% for lamivudine and from 17.85 to 16.48% for zidovudine. Based on that, it is suggested the use of microsomes for metabolism evaluation, since the ex vivo method presented high variability between the results obtained. For each drug, no significative influence in pre-systemic metabolism related to CYP3A enzymes was observed, which indicates that the oral absorption of the drugs is not limited by these enzymes. The use of different methods in this work allowed to understand the mechanisms involved in the transport of antiretroviral drugs, which is of a great relevance in drug development and in the understanding of clinical events currently not clarified

Avaliação dos mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais por meio dos modelos ex vivo (células de Franz) e in vitro (PAMPA) / Evaluation of mechanisms involved in the permeability of antiretroviral drugs through ex vivo (Franz cells) and in vitro (PAMPA) models

Para fármacos administrados por via oral, o controle da extensão e da velocidade de absorção depende basicamente de duas importantes etapas: solubilidade do fármaco nos líquidos fisiológicos e sua permeabilidade através das membranas biológicas. Assim, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) foi proposto como uma ferramenta para o desenvolvimento de novos fármacos, de novas formulações e para auxiliar nos processos de bioisenção. No entanto, outro fator relacionado à biodisponibilidade e que deve ser considerado nos estudos biofarmacêuticos é o metabolismo. Desta forma, o Sistema de Classificação Biofarmacêutica de Distribuição de Fármacos (SCBDF) foi proposto com a finalidade de classificar os fármacos de acordo com suas características de solubilidade e de metabolismo de modo que seja possível avaliar e predizer o comportamento do fármaco in vivo. O metabolismo tem sido amplamente investigado, sobretudo as enzimas do citocromo P450, as quais estão presentes também nos enterócitos. Além disso, o SCBDF oferece um suporte quanto à avaliação dos mecanismos de permeabilidade envolvidos nos processos de absorção, interações fármaco-fármaco e interações fármaco-alimento. Assim, o presente trabalho teve como objetivo elucidar os mecanismos envolvidos na permeabilidade de fármacos antirretrovirais por meio dos modelos ex vivo (câmaras de difusão vertical tipo Franz) e in vitro (PAMPA, MDCK-MDR1 e microssomas) considerando os aspectos relacionados ao metabolismo intestinal e ao efluxo destes fármacos. Dada a importância da utilização de fármacos antirretrovirais na terapia medicamentosa contra a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (SIDA) e que estes medicamentos são normalmente administrados cronicamente, a compreensão dos mecanismos envolvidos na permeabilidade é de suma importância, uma vez que estes não estão totalmente esclarecidos e poucas informações são encontradas na literatura. Além disso, a biodisponibilidade de fármacos como estavudina, lamivudina e zidovudina indica variação na permeabilidade, necessitando de uma investigação científica mais aprofundada dos processos absortivos. Assim, segmentos de jejuno provenientes de ratos machos Wistar foram utilizados para a avaliação da permeabilidade intestinal dos referidos antirretrovirais considerando a avaliação de efluxo pela glicoproteína-P e o metabolismo intestinal pela CYP3A. De maneira complementar, estudos in vitro com o emprego de membranas artificiais paralelas (PAMPA) e culturas celulares de MDCK-MDR1 foram realizados com a finalidade de auxiliar na elucidação dos mecanismos de permeabilidade dos fármacos antirretrovirais. Além disso, a avaliação do metabolismo dos referidos fármacos foi realizada com o emprego de microssomas a fim de verificar se tais substâncias são substratos de enzimas da família CYP3A e, assim, verificar o impacto do metabolismo intestinal na absorção. Os resultados de permeabilidade obtidos em PAMPA foram: 0,74±0,11 x 10-6 cm/s para a estavudina, 0,25±0,12 x 10-6 cm/s para a lamivudina e 1,14±0,25 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Já no modelo ex vivo com o emprego de câmaras de difusão vertical tipo Franz, os resultados foram: 1,56±0,32 x 10-5 cm/s para a estavudina, 1,26±0,27 x 10-5 cm/s para a lamivudina e 2,54±0,49 x 10-5 cm/s para a zidovudina. Portanto, com base nos resultados obtidos a partir dos dois métodos empregados, sugere-se que 30 outro mecanismo de transporte que não envolva a permeabilidade por difusão transcelular passiva possa estar relacionado à permeabilidade dos fármacos antirretrovirais. Com relação aos estudos de efluxo, os resultados obtidos a partir dos experimentos realizados em câmaras de difusão vertical tipo Franz demonstraram o aumento significativo da permeabilidade dos três antirretrovirais quando o inibidor de P-gp foi empregado, sendo: de 15,6 x 10-6 para 42,5 x 10-6 cm/s para a estavudina, de 12,6 x 10-6 para 37,5 x 10-6 cm/s para a lamivudina e de 25,4 x 10-6 para 56,6 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Em culturas celulares MDCK-MDR1, os resultados de permeabilidade foram utilizados para a obtenção das razões entre as direções B→A e A→B. Os valores de Papp na condição inibida para os fármacos estudados apresentaram razão menor do que 1. Já a razão B→A/A→B para cada fármaco nos ensaios sem inibidor apresentou-se igual ou maior que 2, evidenciando a interação fármaco-transportador. Com base nisso, o modelo ex vivo com o emprego de segmentos intestinais em câmaras de difusão vertical tipo Franz apresentou-se adequado na avaliação do mecanismo de efluxo dos fármacos antirretrovirais, o que foi confirmado com os estudos realizados em MDCK-MDR1. Assim, os fármacos antirretrovirais estudados apresentaram interação significativa com a P-gp. Em relação aos estudos de metabolismo realizados em câmaras de difusão vertical tipo Franz, os resultados demonstraram grande variação na permeabilidade dos três antirretrovirais quando o inibidor de CYP3A foi empregado, sendo: de 15,6 x 10-6 para 23,5 x 10-6 cm/s para a estavudina, de 12,6 x 10-6 para 27,3 x 10-6 cm/s para a lamivudina e de 25,4 x 10-6 para 40,5 x 10-6 cm/s para a zidovudina. Já no modelo que emprega microssomas, os resultados de metabolização na ausência e na presença de inibidor de CYP3A foram: de 16,56% para 19,79% para a estavudina, de 14,56% para 15,55% para a lamivudina e de 17,85% para 16,48% para a zidovudina. Com base nisso, sugerese o emprego de microssomas para a determinação de metabolismo, uma vez que o método ex vivo empregado demonstrou grande variação entre os valores obtidos. Desta forma, observou-se que, para cada fármaco, não houve influência significativa no metabolismo pré-sistêmico relacionado às enzimas do complexo CYP3A, o que indica que a absorção oral das referidas substâncias não é limitada por tais enzimas. Portanto, a utilização dos diferentes métodos empregados no desenvolvimento do presente trabalho permitiu compreender os mecanismos envolvidos no transporte dos fármacos antirretrovirais, o que se torna de grande relevância nas etapas de desenvolvimento farmacêutico de novas moléculas e na compreensão de eventos clínicos ainda não esclarecidos atualmente

For orally administered drugs, control of the extent and rate of absorption depends on two important steps: solubility of the drug in physiological liquids and their permeability across biological membranes. Thus, the Biopharmaceutics Classification System (BCS) has been proposed as a tool for the development of new drugs, new formulations and aid in the biowaiver processes. However, another factor related to bioavailability that should be considered in biopharmaceutic studies is the metabolism. Thus, the Biopharmaceutics Drug Disposition Classification System (BDDCS) has been proposed for drug classification according to their solubility and metabolism characteristics, so it is possible to evaluate and predict the in vivo behavior of a compound. Metabolism has been extensively investigated, especially cytochrome P450 enzymes, which are also expressed in enterocytes. Besides, BDDCS provides support in evaluating the permeability mechanisms involved in the absorption processes, drug-drug interactions and drug-food interactions. Thus, the present study aimed to evaluate the mechanisms of permeability of antiretroviral drugs through the ex vivo (Franz cells) and in vitro (PAMPA, MDCK-MDR1 and microsomes) models considering aspects related to the intestinal metabolism and efflux of these drugs. Given the importance of the use of antiretroviral drugs in drug therapy against Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS) and that these drugs are usually administered in a long-term way, understanding the mechanisms involved in the permeability is of a great importance, since they are not totally elucidated and no information is found in the literature. In addition, drugs as stavudine, lamivudine and zidovudine indicate variation in the permeability, which require further scientific investigation of absorptive processes. Thus, jejunum segments from rats were used to evaluate the intestinal permeability of these antiretroviral drugs, considering the evaluation of efflux by P-glycoprotein and intestinal metabolism by CYP3A. In a complementary manner, in vitro studies using parallel artificial membranes (PAMPA) and cell cultures MDCK-MDR1 were performed to aid in the elucidation of the permeability mechanisms of antiretroviral drugs. Also, the evaluation of the metabolism was carried out using microsomes to verify if such substances are substrates of CYP3A, and verify the impact of the intestinal metabolism in the absorption. The permeability results obtained in PAMPA were: 0.74±0.11x10-6 cm/s for stavudine, 0.25±0.12x10-6 cm/s for lamivudine and 1.14±0.25x10-6 cm/s for zidovudine. In ex vivo method using the intestinal segments in Franz cells, the results were: 1.56±0.32x10-5 cm/s for stavudine, 1.26±0.27x10-5 cm/s for lamivudine and 2.54±0.49x10-5 cm/s for zidovudine. Thus, based on the results obtained from these two methods, it is suggested that the antiretroviral drugs present other transport mechanism that is different from transcellular passive diffusion. For efflux studies, results obtained from experiments performed in Franz cells shown the increase of the permeability of the three antiretroviral drugs when the P-gp inhibitor was used: from 15.6x10-6 to 42,5x10-6 cm/s for stavudine, from 12.6x10-6 cm/s to 37.5x10-6 cm/s for lamivudine, and 25.4x10-6 to 56.6x10-6 cm/s for zidovudine. In MDCK-MDR1, the permeability results were used for obtaining ratio values between the directions B→A and A→B. The Papp values obtained with 33 inhibitor shown a ratio less than 1. For ratio B→A/A→B for each drug in experiments without inhibitor, the values obtained was equal or greater than 2, which shows the interaction between drug and transporter. Based on that, the ex vivo model using intestinal segments in Franz cells seems to be adequate for evaluation of efflux mechanism of antiretroviral drugs, which was confirmed by MDCK-MDR1 studies. Thus, the antiretroviral drugs presented interaction with P-gp. For metabolism studies in intestinal segments in Franz cells, a wide range of standard deviation was observed for the three antiretroviral drugs when the CYP3A inhibitor was used: from 15.6x10-6 cm/s to 23.5x10-6 cm/s for stavudine, from 12.6x10-6 cm/s to 27.3x10-6 cm/s for lamivudine, and from 25.4x10-6 cm/s to 40.5x10-6 cm/s for zidovudine. In experiments in microsomes, the results of metabolization in the absence and presence of CYP3A inhibitor were: from 16.56 to 19.79% for stavudine, from 14.56 to 15.55% for lamivudine and from 17.85 to 16.48% for zidovudine. Based on that, it is suggested the use of microsomes for metabolism evaluation, since the ex vivo method presented high variability between the results obtained. For each drug, no significative influence in pre-systemic metabolism related to CYP3A enzymes was observed, which indicates that the oral absorption of the drugs is not limited by these enzymes. The use of different methods in this work allowed to understand the mechanisms involved in the transport of antiretroviral drugs, which is of a great relevance in drug development and in the understanding of clinical events currently not clarified

Monitoring imatinib plasma concentrations in chronic myeloid leukemia

Imatinib has proved to be effective in the treatment of chronic myeloid leukemia, but plasma levels above 1,000 ng/mL must be achieved to optimize activity. Therapeutic drug monitoring of imatinib is useful for patients that do not present clinical response. There are several analytical methods to measure imatinib in biosamples, which are mainly based on liquid chromatography with mass spectrometric or diode array spectrophotometric detection. The former is preferred due to its lower cost and wider availability. The present manuscript presents a review of the clinical and analytical aspects of the therapeutic drug monitoring of imatinib in the treatment of chronic myeloid leukemia. The review includes references published over the last 10 years. There is evidence that the monitoring of plasmatic levels of imatinib is an useful alternative, especially considering the wide pharmacokinetic variability of this drug.

Systemic and presystemic conversion of carbamazepine to carbamazepine-10, 11-epoxide during long term treatment / Conversão da carbamazepina para 10, 11-epóxido-carbamazepina no tratamento prolongado

INTRODUCTION: Carbamazepine (CBZ) undergoes biotransformation, being CYP3A4 the major cytocrome P450 (CYP) enzyme catalyzing the carbamazepine-10,11-epoxide (EPOX) formation, which is quantitatively the most important pathway in CBZ metabolism. There is evidence of dose-dependent elimination of this drug due to its autoinduction capacity. Moreover, published data showed an incomplete bioavailability of CBZ since its absorption increases when grapefruit juice was administered. Both CYP3A4 and MRP2 (located in the enterocyte) are autoinduced during long term use of CBZ. As the other enzymes involved in CBZ metabolism are negligible in the gut, presystemic biotransformation through CYP3A4 could be responsible for the bioavailability of the drug as well as EPOX formation. OBJECTIVE: The purpose of our study was to assess the importance of presystemic formation of EPOX during the autoinduction of CBZ versus the daily administered dose. PATIENTS AND METHODS: 40 adults (average age: 28 years) and 29 children (average age: 9 years) receiving CBZ as monotherapy were included in the study. CBZ and EPOX plasma concentrations were analyzed by a previous validated HPLC method. RESULTS AND CONCLUSION: The results obtained confirmed the metabolic induction after chronic administration and provided new elements to suggest a strong contribution of dose-dependent bioavailability in the non linear kinetics of CBZ.