Koordynator laboratorium:
dr hab. Gniewomir Latacz
e-mail: gniewomir.latacz@uj.edu.pl

W nowoczesnym podejściu do procesu odkrywania i opracowywania nowych leków wymagane jest, na jak najwcześniejszym etapie badań, równoległe zdefiniowanie, oprócz właściwości farmakologicznych cząsteczki, również jej tzw. właściwości lekopodobnych.

Aktywny biologicznie związek jest lekopodobny, jeśli posiada na tyle zadowalające parametry ADMET, że z dużym prawdopodobieństwem przejdzie pomyślnie pierwszy etap badań klinicznych.

Poszukiwania potencjalnego kandydata na lek, który w konsekwencji może stać się produktem komercyjnym, obejmują zatem nie tylko charakterystykę aktywności biologicznej/leczniczej cząsteczki, ale również określenie jej parametrów ADMET oraz parametrów farmakokinetycznych (PK).

Jednym z najczęstszych powodów niepowodzeń podczas fazy klinicznej, poza brakiem skuteczności oraz czynnikami komercyjnymi, są właśnie niezadawalające właściwości farmakokinetyczne i nieodpowiednia dystrybucja w organizmie (PK/ADME) oraz toksyczność (T) kandydatów na leki.

Zastosowanie wysokoprzepustowych testów in vitro, opartych na hodowlach komórkowych i mikrobiologicznych, rekombinowanych enzymach i białkach czy membranach imitujących bariery biologiczne, pozwala na wyeliminowanie na wczesnym etapie badań związków o słabych właściwościach lekopodobnych, racjonalne projektowanie nowych kandydatów na leki, obniżenie kosztów badań nad nowym lekiem oraz zredukowanie ilości użytych do badań gryzoni na wstępnym etapie badań przedklinicznych zgodnie z Dyrektywą 2010/63/UE z 22 września 2010 r. w sprawie ochrony zwierząt wykorzystywanych do celów naukowych.

Wzorując się na wiodących zagranicznych (Eurofins CEREP France, Cyprotex) i nielicznych polskich (Selvita) firmach oferujących kompleksową analizę in vitro parametrów ADMET związków o potencjalnych właściwościach leczniczych, zaplanowano, w ramach Laboratorium Farmakokinetyki i Wstępnych Badań Toksykologicznych, utworzyć platformę badawczą oferującą podobnego rodzaju usługi. Dzięki temu, dostępność do zaawansowanych analiz ADMET stanie się bardziej dostępna dla krajowych badaczy oraz podmiotów gospodarczych działających w branży farmaceutycznej i biotechnologicznej.

Koncepcja utworzenia wszechstronnej platformy analizy in vitro parametrów ADMET w ramach uczelni jest unikatowa w krajowym środowisku akademickim i ponadto spowoduje uniezależnienie się kadry badawczej UJ CM od wymienionych wyżej serwisów komercyjnych z zachowaniem współpracy naukowej na zasadach partnerskich.

Zespoły badawcze, zajmujące się syntezą nowych cząsteczek o potencjalnej aktywności leczniczej, będą miały możliwość uzyskania szybkiej odpowiedzi, czy otrzymane związki posiadają satysfakcjonujące parametry ADMET.

Wyznaczenie potencjalnie niekorzystnych parametrów, niespełniających cech lekopodobności, będzie również pomocnym źródłem informacji, umożliwiającym chemikom dokonanie sprawnej optymalizacji struktur. Planowane jest również świadczenie komercyjnych usług, w zakresie oszacowania parametrów ADMET związków chemicznych.

Analizy in vitro parametrów ADMET będą obejmowały m.in.: kompleksowe badanie biodostępności w oparciu o komórkowe modele transportu aktywnego, modele transportu pasywnego o wysokiej przepustowości, jak również badanie powinowactwa do transporterów błonowych oraz powinowactwa do białek osocza.

Farmakokinetyka nowych związków będzie badana poprzez wyznaczenie klirensu wewnętrznego z wykorzystaniem komórkowych i subkomórkowych modeli metabolizmu in vitro. Wyznaczone zostaną również główne ścieżki metabolizmu oraz najbardziej prawdopodobne struktury potencjalnych metabolitów I i II fazy. Mając na uwadze potencjalną aktywność biologiczną metabolitów i wychodząc naprzeciw oczekiwaniom zespołów badawczych, syntetyzujących nowych potencjalnych kandydatów na leki, planowana jest możliwość biosyntezy wybranych metabolitów, przy zastosowaniu prowadzonych w bioreaktorze hodowli eukariotycznych lub mikrobiologicznych z nadekspresją enzymów metabolizujących jako biokatalizatorów. Otrzymane w ten sposób metabolity pozwolą na ich wstępną analizę farmakologiczną i toksykologiczną.

Celem oszacowania potencjalnych interakcji międzylekowych badany będzie wpływ nowych związków na aktywność poszczególnych izoform cytochromu P450, jak również aktywność transporterów błonowych. Zaplanowano również analizy mające na celu oszacowanie potencjalnej indukcji bądź inhibicji ekspresji najważniejszych izoform CYP w hepatocytach pod wpływem badanych substancji.

Badania toksyczności obejmą m.in. wszechstronną analizę potencjalnej kardiotoksyczności jako jednego z najgroźniejszych niepożądanych działań lekowych.

Dzięki zaplanowanemu do zakupu w niniejszym projekcie systemowi analizy pluripotencjalnych komórek macierzystych np. zróżnicowanych w kardiomiocyty możliwa będzie wieloparametryczna analiza in vitro potencjalnego efektu toksycznego badanego związku na kurczliwość mięśnia sercowego. Takie badania będą kluczowym elementem skriningu toksyczności w ramach platformy analizy in vitro parametrów ADMET potencjalnych kandydatów na leki.

W LFWBT zaprojektowano ponadto szereg nowoczesnych analiz, które będą oferowane podmiotom akademickim oraz gospodarczym. Na przykład, do określania potencjału kardiotoksycznego nowych substancji wykonywana będzie wysokoprzepustowa, oparta na polaryzacji fluorescencji, analiza potencjalnych inhibitorów kanałów potasowych hERG odpowiedzialnych za wydłużenie odcinka QT. Toksyczność związków będzie również wnikliwie analizowana przy użyciu testów komórkowych, pozwalających na wstępne oszacowanie neuro-, hepato- oraz cytotoksyczności. Znajdująca się w obrębie Laboratorium Farmakokinetyki i Wstępnych Badań Toksykologicznych pracownia hodowli mikrobiologicznych pozwoli również na wykonywanie mikrobiologicznego testu AMESA określającego potencjalną genotoksyczność związków oraz ich metabolitów.

Oferta badawcza utworzonej platformy analizy in vitro parametrów ADMET będzie docelowo poszerzona o badania oparte na nowatorskich i unikatowych hodowlach 3D oraz hodowlach typu organs-on-chips, które pozwalają na dokładniejsze odwzorowanie warunków in vivo, niż to ma miejsce w przypadku klasycznych hodowli 2D.

Do innych zalet hodowli 3D można zaliczyć to, że komórki zachowują swój naturalny kształt, a składniki odżywcze, czynniki wzrostu lub badane substancje mogą w pełni przeniknąć do miejsca docelowego. Ponadto, komórki wykazują profil ekspresji genów/białek zbliżony do tych w tkankach in vivo. Prowadzone hodowle 3D, w zależności od linii komórkowej będą wykorzystywane do badań absorbcji, metabolizmu, eliminacji lub toksyczności kandydatów na leki.

Część planowanych testów ADMET in vitro, takich jak badanie absorbcji, wiązania z białkami osocza czy analizy metabolizmu i farmakokinetyki związków będzie wymagała dokładnych analiz, które przeprowadzone zostaną w Centralnym Laboratorium Analitycznym (Laboratorium Małych Cząsteczek), przy użyciu zaplanowanego do zakupu w niniejszym projekcie sprzętu m.in. zestawu do UPLC/GC/HRMS oraz niskorozdzielczego, wysokoczułego systemu LC-MS/MS.

Biorąc pod uwagę powyższe, w ramach tworzonego w obrębie CDT-CARD Laboratorium Farmakokinetyki i Wstępnych Badań Toksykologicznych, przy zapewnieniu wymagań sprzętowych, odpowiedniego personelu oraz szeroko zakrojonej promocji Laboratorium jak i całego Centrum, jest wysoce prawdopodobne pozyskanie licznych zleceń komercyjnych oraz poszerzenie współpracy o kolejne ośrodki badawcze polskie i zagraniczne. Zakup nowych urządzeń, w tym systemu analizy pluripotencjalnych komórek macierzystych, poszerza znacząco możliwości i zakres wykonywanych testów ADMET in vitro, zwłaszcza szczegółową analizę kluczowego parametru toksyczności potencjalnego kandydata na lek jakim jest określenie jego wpływu na pracę mięśnia sercowego. Tak ukierunkowane działanie Laboratorium, wyposażenie w innowacyjne instrumenty badawcze oraz wysoki poziom integracji badawczej pomiędzy laboratoriami centralnymi CDT-CARD świadczy o unikatowości tego przedsięwzięcia w skali kraju.

[1] Skrót ADMET to stosowany powszechnie w chemii medycznej akronim odnoszący się do absorpcji, dystrybucji, metabolizmu, wydzielania i toksyczności (ang. Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion and Toxicity) dla nowych substancji o działaniu farmakologicznym.