CAA – nowy prodrug w terapii IBD przewyższający sulfasalazynę

Czy kolonowo-specyficzne dostarczanie leków może poprawić terapię IBD?

Przewlekłe choroby zapalne jelit (IBD) – wrzodziejące zapalenie jelita grubego i choroba Leśniowskiego-Crohna – stanowią wyzwanie terapeutyczne ze względu na ograniczoną skuteczność standardowych terapii oraz ich działania niepożądane. Konwencjonalne leczenie obejmuje aminosalicylany, kortykosteroidy i leki immunosupresyjne, które często charakteryzują się niewystarczającym działaniem przeciwzapalnym lub istotnymi efektami ubocznymi. Leki biologiczne, w tym inhibitory TNF-α, oferują lepsze wyniki, ale wiążą się z problemami bezpieczeństwa, opornością, wysokimi kosztami i koniecznością podawania parenteralnego.

Repozycjonowanie leków – strategia polegająca na poszukiwaniu nowych wskazań dla istniejących lub wycofanych substancji – zyskuje na znaczeniu, szczególnie w kontekście chorób trudnych do leczenia. Leki repozycjonowane mają znaną farmakokinetykę i profil bezpieczeństwa, co przyspiesza i obniża koszty ich rozwoju. W przypadku IBD kolonowo-specyficzne dostarczanie leków (CSDD) może zwiększyć miejscową koncentrację substancji czynnej przy jednoczesnym ograniczeniu ekspozycji ogólnoustrojowej.

Karbutamid (CBT) – pierwszy doustny sulfonylomocznik stosowany w cukrzycy typu 2 – został wycofany z użycia klinicznego z powodu działań niepożądanych, w tym supresji szpiku kostnego i toksyczności nerkowej. Jednak jego potencjalne działanie przeciwzapalne poprzez hamowanie kanałów KATP, inflamasomu oraz transportera peptydowego 1 (PepT1) czyni go kandydatem do repozycjonowania. Badacze postanowili połączyć CBT z mesalazyną (5-ASA) wiązaniem azowym, tworząc CAA – kolonowo-specyficzny prodrug, który uwalnia oba składniki aktywne w jelicie grubym.

Jak zaprojektowano i przetestowano nowy prodrug CAA?

CAA syntetyzowano poprzez sprzężenie azowe CBT z kwasem salicylowym. CBT rozpuszczono w 5 M HCl i poddano reakcji z azotanem sodu, uzyskując sól diazonową, którą następnie połączono z kwasem salicylowym w roztworze alkalicznym. Wydajność syntezy przekroczyła 70%, a strukturę potwierdzono za pomocą spektroskopii FT-IR, ¹H-NMR oraz spektrometrii mas. Wiązanie azowe – kluczowy element konstrukcji prodrugu – pozostaje stabilne w środowisku kwasowym i jelicie cienkim, ale ulega redukcji przez bakteryjne azoreduktazy w jelicie grubym.

Badania przeprowadzono na szczurach Sprague-Dawley z DNBS-indukowanym kolitem. Zwierzęta otrzymywały CAA doustnie raz dziennie przez 6 dni, a skuteczność oceniano 24 godziny po ostatnim podaniu. Jako lek referencyjny użyto sulfasalazyny (SSZ), klinicznie zatwierdzonego kolonowo-specyficznego prodrugu 5-ASA. Oceniano morfologię jelita grubego, punktację uszkodzeń jelita (CDS), aktywność mieloperoksydazy (MPO), poziom chemokiny CINC-3 oraz barwienie H&E.

Dodatkowo przeprowadzono badania ex vivo na odwróconych sakwach jelitowych, oceniając transport CBT i CAA przez ścianę jelita cienkiego oraz konkurencyjne hamowanie transportu walacyklowiru (substrat PepT1) w obecności CBT i/lub 5-ASA. Farmakokinetykę CBT i bezpieczeństwo ogólnoustrojowe oceniano poprzez pomiar stężeń CBT w osoczu oraz glikemii po podaniu doustnym CBT lub CAA.

Jak CAA zmienia dystrybucję i działanie CBT?

Sprzężenie azowe z kwasem salicylowym istotnie zwiększyło hydrofilowość CBT – współczynnik podziału (log D_6.8) spadł z 1,23 dla CBT do –0,47 dla CAA. Ta zmiana przekłada się na znacznie wolniejszy transport przez ścianę jelita cienkiego, co potwierdzono w badaniach ex vivo na odcinkach jelita czczego szczurów. CAA docierała do kątnicy w niezmienionej formie, a poziom uwolnionej 5-ASA był porównywalny do tego osiąganego po podaniu SSZ.

Kluczowym odkryciem było znaczne ograniczenie ekspozycji ogólnoustrojowej na CBT. Po doustnym podaniu CAA stężenia CBT w osoczu były o ponad 50% niższe niż po bezpośrednim podaniu CBT, osiągając maksymalnie 48 μM (wobec 96,8 μM dla CBT) w 5. godzinie po podaniu. Co więcej, podanie CAA w dawce odpowiadającej 122,4 mg/kg CBT nie wywołało hipoglikemii, podczas gdy bezpośrednie podanie CBT obniżyło glikemię do 61% wartości wyjściowej po 5 godzinach, utrzymując ją poniżej normy przez 24 godziny.

„Celowane uwalnianie leku w jelicie grubym powszechnie uważa się za strategię ograniczającą ekspozycję ogólnoustrojową, a tym samym zmniejszającą częstość niepożądanych działań systemowych” – podkreślają autorzy badania, wskazując na kluczową zaletę kolonowo-specyficznego dostarczania.

Czy CAA przewyższa sulfasalazynę w leczeniu eksperymentalnego kolitu?

DNBS wywołał u szczurów rozległe uszkodzenie jelita grubego, w tym owrzodzenia, krwotoczne strupy, obrzęk tkanek, zwężenie światła oraz zrosty z sąsiednimi narządami. Doustne podanie CAA znacząco zmniejszyło te zmiany patologiczne w sposób zależny od dawki, wykazując wyższą skuteczność niż równoważna molowo dawka SSZ. Potwierdzono to w ocenie histopatologicznej (barwienie H&E), gdzie CAA skuteczniej przywracała prawidłową strukturę błony śluzowej.

Analiza markerów zapalnych dostarczyła dodatkowych dowodów przewagi CAA. Aktywność mieloperoksydazy (MPO) – wskaźnik infiltracji neutrofilów – była istotnie niższa w grupie leczonej CAA niż SSZ. Podobnie, poziom chemokiny CINC-3 w zapalnie zmienionych tkankach był wyraźnie obniżony po zastosowaniu CAA, co wskazuje na silniejsze działanie przeciwzapalne tego związku.

Istotnie, podanie doustne fizycznej mieszaniny CBT i 5-ASA nie przyniosło znaczących efektów ochronnych, co sugeruje, że terapeutyczna przewaga CAA wynika z miejscowego uwalniania obu składników aktywnych bezpośrednio w jelicie grubym. Potwierdzono to w badaniach z podaniem doodbytniczym, gdzie skojarzenie CBT z 5-ASA było skuteczniejsze niż monoterapie.

Jaki mechanizm odpowiada za synergię CBT i 5-ASA?

Transporter peptydowy 1 (PepT1) jest nadekspresjonowany w nabłonku okrężnicy u pacjentów z IBD i uważa się, że ułatwia wchłanianie bakteryjnych peptydów prozapalnych. Zarówno sulfonylomoczniki, jak i 5-ASA są znanymi inhibitorami PepT1. W badaniach ex vivo na dystalnych odcinkach jelita grubego szczurów wykazano, że CBT i 5-ASA w podobnym stopniu hamują transport walacyklowiru – substratu PepT1.

Kluczowym odkryciem było to, że połączenie CBT i 5-ASA wywołało silniejsze zahamowanie transportu walacyklowiru niż każda z substancji osobno, sugerując addytywny lub synergistyczny efekt inhibicji PepT1. Integralność bariery nabłonkowej potwierdzono za pomocą FITC-dekstranu, wykluczając możliwość, że obserwowane zmiany w transporcie wynikały z uszkodzenia nabłonka.

Poza hamowaniem PepT1, CBT może działać poprzez blokadę kanałów KATP oraz inflamasomu, podczas gdy 5-ASA wykazuje wielokierunkowe działanie przeciwzapalne. Synergistyczne efekty terapeutyczne wynikają prawdopodobnie z nakładania się tych mechanizmów w miejscu zapalenia.

Czy kolonowo-specyficzne dostarczanie eliminuje ryzyko hipoglikemii?

Hipoglikemia stanowi główne działanie niepożądane sulfonylomoczników, szczególnie istotne przy repozycjonowaniu CBT jako leku przeciwzapalnego u osób bez cukrzycy. Badania farmakokinetyczne wykazały, że doustne podanie CAA skutkowało stężeniami CBT w osoczu obniżonymi o ponad 50% w porównaniu z bezpośrednim podaniem CBT, z maksimum około 48 μM w 5. godzinie (wobec 96,8 μM dla CBT).

Opóźnione pojawienie się CBT w krążeniu ogólnoustrojowym po podaniu CAA sugeruje, że wchłanianie następowało głównie w jelicie grubym, po uwolnieniu leku z prodrugu. Jelito grube charakteryzuje się niską zawartością płynów, zmniejszoną motoryką i szerszym światłem, co utrudnia efektywną absorpcję – stąd niższa biodostępność ogólnoustrojowa CBT uwolnionego z CAA.

Co kluczowe, mimo wykrywalnych stężeń CBT w krążeniu po podaniu CAA, nie zaobserwowano hipoglikemii nawet przy wysokich dawkach (odpowiednik 122,4 mg/kg CBT). Natomiast bezpośrednie podanie CBT w tej samej dawce obniżyło glikemię do 61% wartości wyjściowej po 5 godzinach, utrzymując ją poniżej normy przez 24 godziny. Te wyniki potwierdzają, że kolonowo-specyficzne dostarczanie CBT minimalizuje ryzyko działań niepożądanych o charakterze ogólnoustrojowym.

„CAA znacząco zmniejszyła te cechy patologiczne w sposób zależny od dawki i wykazała lepsze wyniki terapeutyczne w porównaniu z równoważną molowo dawką SSZ” – podsumowują autorzy, podkreślając przewagę terapeutyczną i bezpieczeństwo CAA.

Jakie ograniczenia ma model DNBS-indukowanego kolitu?

Model DNBS-indukowanego kolitu u szczurów, choć szeroko stosowany w badaniach stanów zapalnych jelit, ma istotne ograniczenia w odwzorowaniu złożonej patofizjologii ludzkiego IBD. DNBS wywołuje głównie ostrą odpowiedź immunologiczną zależną od limfocytów T, podczas gdy ludzkie IBD charakteryzuje się przewlekłym, nawrotowym przebiegiem z wieloczynnikową dysregulacją immunologiczną, interakcjami z mikrobiomem i predyspozycją genetyczną.

Model ten nie oddaje różnorodności genetycznej i środowiskowej obserwowanej u pacjentów oraz nie w pełni odwzorowuje dysfunkcji bariery nabłonkowej i zmian mikrobiologicznych przyczyniających się do progresji choroby u ludzi. Dlatego wyniki należy interpretować ostrożnie, a ekstrapolacja do praktyki klinicznej wymaga uwzględnienia tych ograniczeń translacyjnych.

Historyczne doniesienia dokumentują, że wysokie dawki ogólnoustrojowe CBT mogą powodować supresję szpiku kostnego i toksyczność nerkową. Choć kolonowo-celowane podejście prodrogowe ma na celu znaczne ograniczenie ekspozycji ogólnoustrojowej i minimalizację tych toksyczności, potencjalne ryzyko, szczególnie przy długotrwałym leczeniu, nie może być wykluczone. Konieczne są przyszłe badania przedkliniczne systematycznie oceniające te aspekty bezpieczeństwa.

Co to oznacza dla przyszłości terapii IBD?

CAA – kolonowo-specyficzny mutualny prodrug powstały przez sprzężenie azowe karbutamidu z mesalazyną – wykazał wyższą skuteczność niż sulfasalazyna w redukcji stanów zapalnych w eksperymentalnym modelu kolitu u szczurów, przy jednoczesnym istotnym ograniczeniu ekspozycji ogólnoustrojowej na CBT. Kluczowe zalety CAA obejmują selektywne uwalnianie obu składników aktywnych w jelicie grubym, synergistyczne działanie przeciwzapalne oraz minimalizację ryzyka hipoglikemii i innych działań niepożądanych o charakterze ogólnoustrojowym. Mechanizm terapeutyczny prawdopodobnie obejmuje kooperatywne hamowanie transportera peptydowego PepT1, nadekspresjonowanego w nabłonku okrężnicy pacjentów z IBD, oraz wielokierunkowe działanie przeciwzapalne obu składników. Mimo obiecujących wyników przedklinicznych, translacja do praktyki klinicznej wymaga dalszych badań, uwzględniających ograniczenia modelu zwierzęcego i długoterminowe bezpieczeństwo. Niemniej jednak CAA może stanowić obiecującą alternatywę terapeutyczną dla sulfasalazyny w leczeniu przewlekłych chorób zapalnych jelit.