PLACENTA A JEJÍ ROLE V OCHRANĚ PLODU;

VLIV EFLUXNÍCH TRANSPORTÉRŮ A BIOTRANSFORMAČNÍCH ENZYMŮ

František Štaud

Katedra farmakologie a toxikologieKarlova Univerzita v Praze

Farmaceutická fakulta v Hradci Králové

Schéma prezentace

1. Význam a funkce placenty

2. Placentární bariéra

3. Metody studia placentární bariéry

4. Význam efluxních lékových transportérů a biotransformačních enzymů pro transplacentární kinetiku

5. Klinické aspekty

6. Další směry výzkumu placentární bariéry

Placenta je zásadní pro prenatální vývoj,

1. zodpovídá (téměř) výhradně za průběh těhotenství

2. programování plodu - nedostatečná funkce placenty se může projevit i v dospělosti (kardiovaskulární, metabolické, behaviorální poruchy)Barker DJP, Fetal and infant origins of adult disease. BMJ, 1991

ale také pro postnatální život!

Funkce placenty

Prenatální1. nutritivní2. respirační3. exkreční4. endokrinní 5. ochranná/detoxikační

Peri/postnatální6. zdroj kmenových buněk7. kosmetika8. „umění“9. placentofagie

vodaelektrolytycukry, tuky, aminokyselinykyslíkhormonyprotilátkyviryléčiva CO2

vodaureahormonyzplodiny

Placenta jako bariéra

• 64-96% těhotných žen užívá lékyZ toho 5-10% léky z kategorie D nebo X (dle FDA)Andrade et al., Pharmacoepidemiol Drug Saf, 2006Glover et al., Am J Obstet Gynecol, 2003

umožnit transport živin vs.

omezit transportu xenobiotik

• Placentární bariéra – „železná vrata“ vs. „děravé síto“

Placentární bariéra

EFLUXNÍTRANSPORTÉRY

ENZYMY

Metody studia placentární bariéry

In vitro: placentární mikrozomy/membránové vezikulykultura primárního trofoblastu kultury maligního trofoblastu (BeWo, JEG, JAR)potkaní placentární buňky (HRP-1)

In situ: perfundovaná lidská placentaperfundovaná zvířecí placenta

In vivo: zvířecí modely (myš, potkan), transgenní zvířatafeto/maternální koncentrační poměr po porodu

Staud et al., Methods Mol Biol, 2010

Efluxní transportéry

1. Aktivním mechanismem pumpují substráty ven z buňky.

2. Rozpoznávají velké množství strukturálně nepříbuzných molekul.

3. Vyskytují se jak v maligní, tak ve fyziologické tkáni (bariéry a exkreční orgány).

4. Překryv v tkáňové distribuci a substrátové specifitě.

5. Ovlivňují farmakokinetiku mnoha léčiv na úrovni absorpce, distribuce, exkrece.

Efluxní transportéry v placentě

V placentě bylo lokalizováno několik efluxních transportérů léčiv.

Funkce: pumpují substráty ve feto-maternálním směru > ochrana plodu proti xenobiotikům z mateřské cirkulace.

Dosud nejlépe popsané placentární efluxní transportéry:

1. P-glykoprotein (P-gp, ABCB1, MDR1)

2. Breast cancer resistance protein (BCRP, ABCG2, MXR, ABCP)

P-glykoprotein v placentě

Lankas et al., Reprod Toxicol, 1998

Deficience placentárního P-gp zvyšuje průnik avermektinu placentou a výskyt defektů u plodů.

BCRP v placentě

Bcrp deficientní myši vykazují:- zvýšenou citlivost k feoforbidu-a (fototoxicita)- zvýšenou biologickou dosupnost topotekanu po per orálním podání - zvýšený materno-fetální přestup přes placentu

Jonker et al., J. Natl. Cancer Inst, 2000; Jonker et al., PNAS, 2002

Efluxní transportéry: výsledky naší skupiny

BeWo/HRP

BeWo/HRP

BeWo/HRP

BeWo/HRP BeWo/

HRP BeWo/HRP

BCRP

(I) In vitro: charakterizace placentární bariéry pomocí buněčných linií

• Ceckova et al., Clin Exp Pharmacol Physiol, 2006• Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006• Bremer et al., Altern Lab Anim, 2007

(II) In vivo: exprese a aktivita Pgp a BCRP v placentě a plodu v průběhu březosti• Novotna et al., Reprod Toxicol, 2004• Cygalova et al., Toxicol Lett, 2008

(III) In situ: transplacentární farmakokinetika na modelu perfundované placenty• Pavek et al, J Pharmacol Exp Ther, 2003• Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006• Cygalova Hahnova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Perfúze placenty in situ

Metabolická konverze

100*metabolitparentní

metabolit

M>F clearance

pma

ffvmf wC

QCCl

.

.

F>M clearance

p

ffm w

QERCl

.

plac

enta

Matematický model pro charakterizaci efluxních transporterů

matka plod

Pasivní difúze (Clpd)

famameflux CK

VCl

/

max

Aktivní transport (Cleflux)

efluxpdT ClClCl Celková clearance (ClT)

mampdTmf CK

VClCl

max

M>F směr

fampdTfm CK

VClCl

max

F>M směr

Pgp

F > M

M > F

Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006

glyburid cimetidin

(substráty BCRP)

fm mf

rhodamin 123 (substrát P-gp)

Celk

ová

tran

plac

entá

rní c

lear

ance

(m

l/m

in)

fm mf

Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Vliv P-gp/BCRP na transplacentární clearance substrátů

fm/mf = 11,0 fm/mf = 11,2 – 24,6 fm/mf = 4,0

bodipy FL prazosin(společný substrát P-gp a BCRP)

fm mf

Vliv lipofility látek na (relativní) účinnost efluxních transportérů

efluxpdT ClClCl

plac

enta

matka plod

Pgp

plac

enta

matka plod

Pgp

Látka s nízkou lipofilitou Látka s vysokou lipofilitou

efluxpd ClCl

efluxpdT ClClCl

efluxpd ClCl

Pasivní difúze (Clpd)

Aktivní transport (Cleflux)

Pasivní difúze (Clpd)

Aktivní transport (Cleflux)

Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

● cimetidin ■ glyburid ▲ rhodamin 123 ♦ BODIPY FL prazosin

Vliv lipofility molekul na (relativní) účinnost efluxních transportérů

Význam efluxních lékových transportérů pro materno-fetální farmakokinetiku

PgpBCRP

Snižují transport farmak z matky do plodu.

Aktivním mechanismem odstraňují látky z plodu do matky.

Hrají důležitou roli v ochraně a detoxikaci plodu.

Účinnost efluxních transportérů je omezena lipofilitou farmak.

Pavek et al, J Pharmacol Exp Ther, 2003Staud et al, J Pharmacol Exp Ther, 2006

Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Biotransformační enzymy v placentě

Enzymy uplatňující se v metabolismu léčiv:

• fáze I (CYP1,2,3 rodiny)• fáze II (UDP-glukuronyltransferáza, glutation-S-transferáza,

sulfotransferáza, N-acetyl transferáza).

Klinický význam pro ochranu/detoxikaci plodu dosud neprokázán!

Enzymy uplatňující se v metabolismu steroidních hormonů:

11β-hydroxysteroid dehydrogenáza (11β-HSD2) = enzymatická bariéra

Poruchy exprese/funkce 11β-HSD2: o Prenatálně IUGR, chorioamnionitida, mola hydatidosa

o Chybné „naprogramování“ hypotalamo-hypofyzární osy > hypertenze, hyperglykémie, hyperlipidémie, ischemie

11β-HSD2

Staud et al., Placenta, 2006Vagnerova et al., Reprod Sci, 2008

Vackova et al., Reprod Toxicol, 2009

Biotransformační enzymy v placentě

Placentární bariéra: klinické aplikace

Užívání léků v těhotenství: pro léčbu matky, ale i plodu

Detailní znalost transplacentární farmakokinetiky (a tedy i transportérů/enzymů) může ovlivnit výběr léku v průběhu těhotenství:

• Substráty efluxních transportérů/enzymů – menší riziko pro plod.

• Látky, které nejsou substráty – preferovány v případech, kdy je plod cílem terapie.

• Riziko/výhoda lékových interakcí na placentárních transportérech/enzymech.

Terapie matky

• Diabetes mellitus – glyburid(Coustan, Diabetes Care, 2007)v současnosti 6 klinických studií

• Nádorová onemocnění - užití antracyklinů/taxanů v adjuvantní terapii těhotných ženRoboz et al., Does doxorubicine cross the placenta? Lancet 2: 1382-1383, 1979case report: Gadducci et al., Anticancer Res 2003v současnosti přes 200 klinických studií rekrutujících těhotné ženy s nádorovým onemocněním

• Závislost na heroinu - během těhotenství převod na methadon, buprenorfinprobufin, L-alpha-acetylmethadol v současnosti 7 klinických studií

• Další: epilepsie/Atkinson, Pediat Res, 2007

onchocerkóza/Brown, Ann Trop Med Parasitol, 2008

Placentární bariéra: klinické aplikace

Fetální terapie

• Fetální tachykardie - digoxin – substrát P-glykoproteinu nebezpečí/výhoda interakcí (např. verapamil) > ↑ přestup digoxinu do plodu(Cuneo, Heart Rhythm, 2008)

• AIDS - antivirotika pro terapii matky a prevenci ploduzidovudin vs. saquinavir + ritonavir(Marzolini et al., AIDS, 2002; Gulati and Gerk, Journal Pharm Sci, 2009)v současnosti asi 200 klinických studií

• Glukokortikoidy - dexametazon, betametazon, během 24-34 týdne gestace (NIH Consens Statement 1994)

- prevence kongenitální adrenální hyperplasie- slabé substráty 11β-HSD2; substráty/modifikátory P-gp v současnosti 23 klinických studií

Placentární bariéra: klinické aplikace

Děkuji za pozornost!Vähäkangas and Myllynen, British J Pharmacol, 2009Evseenko et al., Expert Opin Drug Metab Toxicol, 2006

Další směry výzkumu placentární bariéry

Další směry výzkumu placentární bariéry

• Objevy nových placentárních proteinů – transportéry/enzymy.

• Úloha transportérů v těhotenství – jiná než fetoprotektivní?

• Interindividuální variabilita – farmakogenomika, polymorfismy placentárních proteinů > rozdílná expozice

plodu. (digoxin > F/M poměr 0,1 – 0,9)

• Intrainidviduální variabilita – změna exprese transportních proteinů/enzymů v průběhu těhotenství.

• Regulace exprese – endogenní faktory (hormony), exogenní faktory (léčiva, cigaretový kouř),

patologické stavy (zánět), epigenetika.

PoděkováníPhD studenti:PharmDr. Martina Čečková, Ph.D.PharmDr. Antonín Libra, Ph.D.PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. PharmDr. Zuzana Vacková, Ph.D. Mgr. Leos FuksaMgr. Lenka CygalováMgr. Eva BrčákováMgr. Jakub HofmanMgr. Davoud Ahmadimoghaddam

Kolegové:Prof. MUDr. Zdenek Fendrich, CScProf. RNDr. Jiří Pácha, DrScDoc. MUDr. Stanislav Mičuda, Ph.D.Doc. PharmDr. Petr Pávek, Ph.D.Prof. Mitsuru Hashida, Ph.D.Prof. Malcolm Rowland, Ph.D.

Finanční podpora:IGAGAUKFRVŠACTION

Laborantky:Anežka KunováDana Součková

Děkuji za pozornost!