Arenicolide A에 대한 동물 모델에서의 Preformulation과 약동학 연구

Abstract

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 약학대학 약학과, 2024. 2. 김대덕.Preformulation and Pharmacokinetic study of Arenicolide A in animal models Eun-Kyung Shin Department of Pharmaceutical Sciences The Graduate School Seoul National University Multidrug-resistant tuberculosis is caused by bacterial strains that are resistant to isozianid and rifampin, two most potent clinically available drugs. Updated guidelines of Centers for Disease Control and Prevention (CDC) on the drug-resistant tuberculosis treatment indicate that there are still unmet needs in oral regimens on extensively-drug resistant tuberculosis. In recent studies, a macrocyclic arenicolide A was isolated from M. proscarabaeus and showed potent anti-tubercular effect. Thus, preformulation studies of arenicolid A, including physicochemical properties and pharmacokinetics in animal models, are required for the preclinical development process. Understanding the absorption, distribution, metabolism and excretion of this new molecular entity will be the requisite for the decision of its oral druggability in early development stage. In this study, the physicochemical characteristics of arenicolide A was evaluated, including solid state crystallinity, plasma and hepatic stability, and solubility in various vehicles. Arenicolide A was solubilized for in vivo phamacokinetic study in three animal models, including BALB/c and C3Heb/FeJ mice and Sprague-Dawely (SD) rat. Arenicolide A was solubilized in the mixture of PEG400 and normal saline for intravenous, intraperitoneal and oral administration. Quantification of arenicolide A was performed using liquid chromatography-mass spectrometry (LC- MS/MS). The pharmacokinetic parameters including the AUCinf and Cmax values were calculated by a non-compartmental model using Winnolin program. The oral bioavailability (BA) of arenicolide A was 2% in mice models at 10 mg/kg dose, while significantly higher BA (14%) was observed in rats at the same dose, suggesting interspecies difference. These results suggest the possibility of oral administration of arenicolide A, although further systematic investigation is needed. In addition, stability studies indicated that arenicolide A quickly degraded in rat plasma with half-life of 75.4 min. Thus, controlling the stability in the plasma could be an important factor to improve its absorption in vivo condition. Taken together, further formulation strategies are required to enhance the oral BA of arenicolide A. Keywords : Preformulation, Pharmacokinetics, Arenicolide A, Bioavailability, Multi-resistant tuberculosis, Formulations Student Number : 2022-29560다제내성 결핵은 결핵 치료에 가장 핵심적인 이소니아지드와 리팜핀과 같은 1차 치료제에 대해 내성을 획득한 세균 균주에 인해 발생한다. 현재 임상적으로 사용되는 다제내성 결핵 치료제는 3가지로 적은 편이며, 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최신 지침에 따르면 완치에 필요한 경구 치료제에 대해 미충족된 수요가 존재한다. 최근 연구에서는 남가뢰의 장내 공생 세균으로부터 얻은 거대환 구조의 아레니콜라이드 A가 효과적인 항결핵 효과를 나타내었다. 신약 개발의 초기 단계에서는 후보물질에 대한 프리포뮬레이션 연구가 필수적이며, 여기에는 동물 모델에서의 물리화학적 특성 및 약물동태학적 특성 규명이 포함된다. 본 연구의 목적은 초기 개발 단계에서 아레니콜라이드 A의 경구 신약 개발 가능성을 가늠하기 위한 프리포뮬레이션 및 체내동태 연구이다. 따라서 본 연구에서는 아레니콜라이드 A의 결정형, 랫드의 간 마이크로좀 및 혈장에서 안정성, 그리고 다양한 용매에 대한 용해도를 평가하였다. 또한 BALB/c 및 C3Heb/FeJ 마우스 및 Sprague-Dawely (SD) 랫드에서 아레니콜라이드 A의 체내 동태를 관찰하였다. 아레니콜라이드 A는 완전히 용해된 후 정맥, 복강 내 및 경구로 투여되었고, 동물에서의 체내 혈중농도는 액체 크로마토그래피-질량 분석기기(LC-MS/MS)를 사용하여 시간별로 정량되었다. AUCinf와 Cmax를 비롯한 파라미터들은 Winnolin 프로그램을 사용하여 비구획 모델로 계산되었다. 그 결과, 10 mg/kg 를 아레니콜라이드 A를 경구 투여한 마우스 모델에서 경구 생체 이용률은 2% 이지만, 랫드에서는 같은 용량 대비 7배 높은(14%) 경구 생체이용률이 관찰되어 종간 차이를 시사하였다. 또한 이 수치는 아레니콜라이드 A의 경구 투여 가능성을 나타내었다. 또한, 안정성 실험 결과 아레니콜라이드 A는 쥐 혈장에서 빠르게 분해되어 75.4분의 반감기를 보였다. 그러므로 혈장 안정성을 제어하는 것이 체내 흡수를 향상시키는 중요한 요소가 될 수 있으며, 메커니즘 규명을 위한 추가 연구가 필요하다. 본 연구 결과를 바탕으로 아레니콜라드 A의 경구 생체 이용도를 향상시키기 위한 제형 전략이 필요하다. 주요어 : 아레니콜라이드 A, 약동학 연구, 경구 생체이용률, 제형 학 번 : 2022-29560Abstract . Ⅰ List of Tables . Ⅴ List of Figures . Ⅵ 1. Introduction 1 1.1 Tuberculosis . 1 1.2 The need to discover a new tuberculosis drug 2 1.3 Arenicolide A as a new molecular entity 3 1.4 Preformulation and pharmacokinetic study in the developing phase . 3 2. Materials and methods . 4 2.1 Materials 4 2.2 Animals 5 2.3 X-Ray Diffraction (XRD) . 6 2.4 In vitro stability in various temperatures . 6 2.5 Hepatic microsomal stability study . 7 2.6 Plasma stability study 8 2.7 Solubility study 8 2.8 Preparation of vehicle for in vivo administration 9 2.9 In vivo pharmacokinetic study in mice . 10 2.10 In vivo pharmacokinetic study in rats 10 2.11 Analytical condition of arenicolide A and valsartan (IS) 11 2.12 Statistical analysis 13 3. Results and discussion . 13 3.1 Preformulation study 13 3.2 Pharmacokinetic study 15 4. Conclusions . 18 5. References 19 6. 국문 초록 40석