Использование биомаркеров в фармакокинетических исследованиях лекарственных препаратов природного происхождения

Резюме. Лекарственные препараты природного происхождения имеют широкое применение благодаря их фармакологической активности и относительной безопасности. Химический состав таких препаратов, как правило, сложен – они могут являться гетерополимерами или смесями, содержащими пептиды, полисахариды и другие эндогенные компоненты и/или соединения, быстро метаболизируемые в живом организме. Традиционные подходы к изучению таких препаратов, основанные на хроматографических методах, зачастую оказываются неприменимы. Для изучения фармакокинетики препаратов природного происхождения возможно применение методов, основанных на оценке биологического действия и фармакодинамических свойствах таких препаратов, связанных с определением уровней биологических маркеров (биомаркеров).

Цель работы – обобщение накопленного экспериментального опыта по применению биомаркеров для оценки фармакокинетики на примере нескольких препаратов природного происхождения.

Материалы и методы: объектами исследования служили фукоидан, выделенный из Fucus vesiculosus, комплекс биологически активных веществ и гликозилированный полипептид, выделенные из гонад зеленых морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis. Корреляции между концентрациями исследуемых смесей и активностью/концентрацией потенциальных биомаркеров были установлены на базе in vitro / ex vivo экспериментов. Для установления специфичности, калибровочного (линейного) диапазона отклика биомаркера, его нативного уровня были получены экспериментальные данные по его содержанию в плазме или сыворотке (in vitro)  и цельной крови (ex vivo) до и после внесения добавок известных количеств исследуемых препаратов. Аналитические методики были основаны на применении хромогенного (оптического) метода определения активности анти-Ха фактора, определении активности ферментов дипептидилпептидазы IV типа и лактатдегидрогеназы кинетическим методом со спектрофотометрическим детектированием продуктов ферментативных реакций.

Результаты: анализ результатов исследований  ряда лекарственных препаратов природного происхождения (фукоидана, выделенного из Fucus vesiculosus; гликозилированного полипептида и комплекса биологически активных веществ, выделенных из внутренних органов S. droebachiensis) показал, что подход к изучению фармакокинетики подобных препаратов с использованием биомаркеров оправдан. Его применение позволило корректно рассчитать фармакокинетические параметры.

Выводы: обсуждаемый подход может быть использован в различных биологических моделях и эффективен для исследования соединений, которые трудно или невозможно детектировать методами, традиционно используемыми для анализа биопроб при исследованиях фармакокинетики и биоэквивалентности препаратов. 

1. Evens R., ed. Drug and biological development: From molecule to product and beyond. New York: Springer; 2007.

2. Hoffmann U, Harenberg J, Bauer K, Huhle G, Tolle AR, Feuring M, Christ M. Bioequivalence of subcutaneous and intravenous body-weight-independent high-dose low-molecular-weight heparin Certoparin on anti-Xa, Heptest, and tissue factor pathway inhibitor activity in volunteer. Blood Coagul Fibrinolysis. 2002;13(4):289–96. https://doi.org/10.1097/00001721-200206000-00003

3. Feng L, Shen-Tu J, Liu J, Chen J, Wu L, Huang M. Bioequivalence of generic and branded subcutaneous enoxaparin: A single-dose, randomized-sequence, open-label, two-period crossover study in healthy Chinese male subjects. Clin Ther. 2009;31(7):1559–67. https://doi.org/10.1016/j.clinthera.2009.07.017

4. Gadiko C, Thota S, Tippabotla SK. Pharmacokinetic parameters to be evaluated for selected low molecular weight heparins in bioequivalence studies. Int J Pharm Sci Res. 2012;3(11):4065–72. https://doi.org/10.13040/IJPSR.0975-8232.3(11).4065-72

5. Gadiko C, Tippabhotla SK, Thota S, Cheerla R, Betha MR, Vobalaboina V. Bioequivalence study of two subcutaneous formulations of dalteparin: randomized, single-dose, two-sequence, two-period, cross-over study in healthy volunteers. J Drug Assess. 2013;2(1):21–9. https://doi.org/10.3109/21556660.2013.781504

6. Boubaker H, Grissa MH, Sassi M, Chakroun T, Beltaief K, Hassine M, et al. Generic and branded enoxaparin bioequivalence: A clinical and experimental study. J Bioequiv Availab. 2015;7(5):225–8. https://doi.org/10.4172/jbb.1000244

7. Martinez González J, Monreal M, Ayani Almagia IA, Llaudo Garín J, Ochoa Diaz de Monasterioguren L, Gutierro Adúriz I. Bioequivalence of a biosimilar enoxaparin sodium to Clexane® after single 100 mg subcutaneous dose: results of a randomized, double-blind, crossover study in healthy volunteers. Drug Des Devel Ther. 2018;12:575–82. https://doi.org/10.2147/DDDT.S162817

8. Pozharitskaya ON, Shikov AN, Faustova NM, Obluchinskaya ED, Kosman VМ, Vuorela H, Makarov VG. Pharmacokinetic and tissue distribution of fucoidan from Fucus vesiculosus after oral administration to rats. Mar Drugs. 2018;16(4):132–42. https://doi.org/10.3390/md16040132

9. Pozharitskaya ON, Shikov AN, Obluchinskaya ED, Vuorela H. The pharmacokinetics of fucoidan after topical application to rats. Mar Drugs. 2019;17(12):687–96. https://doi.org/10.3390/md17120687

10. Косман ВМ, Фаустова НМ, Уракова ИН, Карлина МН, Макаров ВГ. Ингибирование фермента дипептидилпептидазы-4 после перорального введения кроликам экстракта гонад морских ежей (Strongylocentrotus droebachiensis) как возможный биомаркер фармакокинетики. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2020;9(3):158–65. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2020-9-3-158-165

11. Shikov AN, Pozharitskaya ON, Faustova NM, Kosman VM, Razzazi-Fazeli E, Novak J. Pharmacokinetic study of bioactive glycopeptide from Strongylocentrotus droebachiensis after intranasal administration to rats using biomarker approach. Mar Drugs. 2019;17:577–90. https://doi.org/10.3390/md17100577

12. Облучинская ЕД. Сухой экстракт фукуса, способ его получения и антикоагулянтная мазь на его основе». Патент Российской Федерации № 2506089; 2014.

13. Облучинская ЕД, Карлина МВ, Пожарицкая ОН, Демченко ДВ, Шиков АН, Макарова МН, Макаров ВГ, Фомичев ЮС. Фармацевтическая композиция на основе фукоидана для перорального применения и способ ее получения. Патент Российской Федерации № 2657615 C1; 2018.

14. Пожарицкая ОН, Уракова ИН, Шиков АН, Макаров ВГ. Способ комплексной переработки морских ежей. Патент Российской Федерации № 2432956 С1; 2011.

15. Пожарицкая ОН, Демченко ДВ, Макаров ВГ, Макарова МН, Шиков АН, Кательникова АЕ. Средство с гликозилированным полипептидом и способ его получения. Патент Российской Федерации № 2712235 C1; 2020.

16. Lin Lu I, Tsai K-C, Chiang Y-K, Jiaang W-T, Wu S-H, Mahindroo N, et al. A three-dimensional pharmacophore model for dipeptidyl peptidase IV inhibitors. Eur J Med Chem. 2008;43(8):1603–11. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2007.11.014

17. Пиотровский ВК. Метод статистических моментов и интегральные модельно-независимые параметры фармакокинетики. Фармакология и токсикология. 1986;49(5):118–27.

18. Zhang Y, Huo M, Zhou J, Xie S. PKSolver: An add-in program for pharmacokinetic and pharmacodynamic data analysis in Microsoft Excel. Comput Methods Programs Biomed. 2010; 99(3):306–14. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2010.01.007

19. Свежова НВ, Шаркова ВЕ, Громов ДБ, Головаченко ВА, Полынцев ДГ. Методы математической обработки данных в иммуноферментном анализе. 1. Теоретические основы. Клиническая лабораторная диагностика. 2008;(1):3–9.

20. Mizuno M, Nishitani Y, Tanoue T, Matoba Y, Ojima T, Hashimoto T, Kanazawa K. Quantification and localization of fucoidan in Laminaria japonica using a novel antibody. Biosci Biotechnol Biochem. 2009;73(2):335–8. https://doi.org/10.1271/bbb.80542

21. Ушакова НА, Морозевич ГЕ, Устюжанина НЕ, Билан МИ, Усов АИ, Нифантьев НЭ, Преображенская МЕ. Антикоагулянтная активность фукоиданов из бурых водорослей. Биомедицинская химия. 2008;54(5):597–606. https://doi.org/10.1134/S1990750809010119

22. Irhimeh MR, Fitton JH, Lowenthal RM, Kongtawelert P. A quantitative method to detect fucoidan in human plasmа using a novel antibody. Methods Find Exp Clin Pharmacol. 2005;27(10):705–10. https://doi.org/10.1358/mf.2005.27.10.948919

23. Селеменев ВФ, Хохлова ОН, Хохлов ВЮ, Щербинин РЛ. Определение гепарина спектрофотометрическим и фотоколориметрическим методами. Химико-фармацевтический журнал. 1999;(8):47–8. https://doi.org/10.1007/BF02510101

24. Pozharitskaya ON, Shikov AN, Laakso I, Sappanen-Laakso T, Makarenko IE, Faustova NM, Makarova MN, Makarov VG. Bioactivity and chemical characterization of gonads of green sea urchin Strongylocentrotus droebahensis from Barents Sea. J Funct Foods. 2015;17:227–34. https://doi.org/10.1016/j.jff.2015.05.030

25. Kashkin V. Therapeutic activity of new drug from hydrobionts in the model of metabolic syndrome in rats. 17th International Congress “Phytopharm”, Vienna, Austria, 8–10 July 2013. Abstract Book.

26. Кательникова АЕ, Крышень КЛ, Макарова МН, Макаров ВГ, Воробьева ВВ, Шиков АН. Изучение специфической фармакологической активности комплекса гликозилированных полипептидов, выделенных из морских ежей вида Strongylocentrotus droebachiensis на модели острого бронхита у крыс. Биомедицина. 2018;(2):85–94.

27. Кательникова АЕ, Крышень КЛ, Макарова МН, Макаров ВГ, Шиков АН. Механизмы противовоспалительного действия комплекса полипептидов выделенного из морских ежей вида Strongylocentrotus droebachiensis. Российский иммунологический журнал. 2018;21(1):73–9.

28. Кательникова АЕ, Воробьева ВВ, Крышень КЛ, Макаров ВГ, Шиков АН. Противовоспалительная и антиоксидантная активность комплекса гликозилированных полипептидов, выделенных из морских ежей. Медицинский академический журнал. 2016;16(4):183–4.

29. Кательникова АЕ, Крышень КЛ, Макарова МН, Макаров ВГ, Воробьева ВВ, Пожарицкая ОН, Шиков АН. Изучение специфической фармакологической активности комплекса гликозилированных полипептидов выделенного из морских ежей Strongylocentrotus droebachiensis на модели острого бронхита индуцированного формалином у крыс. Биофармацевтический журнал. 2016;8(6):50–7.

30. Кольман Я, Рем К-Г. Наглядная биохимия. М.: Мир; 2004.

31. Eventoff W, Rossmann MG, Taylor SS, Torff HJ, Meyer H, Keil W, Kiltz HH. Structural adaptations of lactate dehydrogenase isozymes. Proc Natl Acad Sci USA. 1977;74(7):2677–81. https://doi.org/10.1073/pnas.74.7.2677

32. Fushinobu S, Kamata K, Iwata S, Sakai H, Ohta T, Matsuzawa H. Allosteric activation of L-lactate dehydrogenase analyzed by hybrid enzymes with effector-sensitive and -insensitive subunits. J Biol Chem. 1996;271(41):25611–6. https://doi.org/10.1074/jbc.271.41.25611

33. Cameron AD, Roper DI, Moreton KK, Kathleen M, Muirhead H, Holbrook JJ, Wigley DB. Allosteric activation in Bacillus stearothermophilus lactate dehydrogenase investigated by an X-ray crystallographic analysis of a mutant designed to prevent tetramerization of the enzyme. J Mol. Biol. 1994:238(4):615–25. https://doi.org/10.1006/jmbi.1994.1318

34. Fritz PJ. Rabbit muscle lactate dehydrogenase 5; a regulatory enzyme. Science. 1965;150(3694):364–6. https://doi.org/10.1126/science.150.3694.364

35. Карлина МВ, Пожарицкая ОН, Шиков АН. Экспериментальная фармакокинетика, современные требования, исследования in vitro. Международный вестник ветеринарии. 2015;(3):98–102.