Placenta a její role v ochraně plodu ; vliv efluxních transportérů a biotransformačních enzymů

1. Placenta a její role v ochraně plodu; vliv efluxních transportérů a biotransformačních enzymů František Štaud Katedra farmakologie a toxikologie Karlova Univerzita v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové

2. Schéma prezentace Význam a funkce placenty Placentární bariéra Metody studia placentární bariéry Význam efluxních lékových transportérů a biotransformačních enzymů pro transplacentární kinetiku Klinické aspekty Další směry výzkumu placentární bariéry

3. Placenta je zásadní pro prenatální vývoj, ale také pro postnatální život! zodpovídá (téměř) výhradně za průběh těhotenství programování plodu - nedostatečná funkce placenty se může projevit i v dospělosti (kardiovaskulární, metabolické, behaviorální poruchy) Barker DJP, Fetaland infant originsofadultdisease. BMJ, 1991

4. Funkce placenty • Prenatální • nutritivní • respirační • exkreční • endokrinní • ochranná/detoxikační • Peri/postnatální • zdroj kmenových buněk • kosmetika • „umění“ • placentofagie voda elektrolyty cukry, tuky, aminokyseliny kyslík hormony protilátky viry léčiva CO2 voda urea hormony zplodiny

5. Placenta jako bariéra • 64-96% těhotných žen užívá léky • Z toho 5-10% léky z kategorie D nebo X (dle FDA) • Andrade et al.,PharmacoepidemiolDrugSaf, 2006 • Gloveretal., Am J ObstetGynecol, 2003 • umožnit transport živin • vs. • omezit transportu xenobiotik • Placentární bariéra – „železná vrata“ vs. „děravé síto“

6. Placentární bariéra EFLUXNÍ TRANSPORTÉRY ENZYMY

7. Metody studia placentární bariéry In vitro: placentární mikrozomy/membránové vezikuly kultura primárního trofoblastu kultury maligního trofoblastu (BeWo, JEG, JAR) potkaní placentární buňky (HRP-1) In situ: perfundovaná lidská placenta perfundovaná zvířecí placenta In vivo: zvířecí modely (myš, potkan), transgenní zvířata feto/maternální koncentrační poměr po porodu

8. Efluxní transportéry Aktivním mechanismem pumpují substráty ven z buňky. Rozpoznávají velké množství strukturálně nepříbuzných molekul. Vyskytují se jak v maligní, tak ve fyziologické tkáni (bariéry a exkreční orgány). Překryv v tkáňové distribuci a substrátové specifitě. Ovlivňují farmakokinetiku mnoha léčiv na úrovni absorpce, distribuce, exkrece. Staud etal.,Methods Mol Biol, 2010

9. 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: P-glykoprotein (P-gp, ABCB1, MDR1) Breastcancer resistance protein (BCRP, ABCG2, MXR, ABCP)

10. P-glykoprotein v placentě Deficience placentárního P-gp zvyšuje průnik avermektinu placentou a výskyt defektů u plodů. Lankasetal., ReprodToxicol, 1998

11. BCRP v placentě Bcrpdeficientní myši vykazují: - zvýšenou citlivost k feoforbidu-a (fototoxicita) - zvýšenou biologickou dosupnosttopotekanu po per orálním podání - zvýšený materno-fetální přestup přes placentu Jonkeretal., J. Natl. CancerInst, 2000; Jonkeretal., PNAS, 2002

12. Efluxní transportéry: výsledky naší skupiny BCRP BeWo/HRP BeWo/HRP BeWo/HRP BeWo/HRP BeWo/HRP BeWo/HRP • (I) In vitro: charakterizace placentární bariéry pomocí buněčných linií • Ceckovaetal., Clin Exp PharmacolPhysiol,2006 • Staudetal., J Pharmacol Exp Ther, 2006 • Bremeretal., AlternLab Anim, 2007 • (II) In vivo: exprese a aktivita Pgp a BCRP v • placentě a plodu v průběhu březosti • Novotnaetal., ReprodToxicol,2004 • Cygalovaetal., ToxicolLett, 2008 • (III) In situ: transplacentární farmakokinetika na • modelu perfundované placenty • Paveketal, J Pharmacol Exp Ther, 2003 • Staudetal., J Pharmacol Exp Ther,2006 • CygalovaHahnovaetal., J Pharmacol Exp Ther, 2009

13. Metabolická konverze M>F clearance F>M clearance Perfúze placenty in situ

14. M > F F > M Pgp Aktivní transport (Cleflux) Celkováclearance (ClT) M>F směr F>M směr Matematický model pro charakterizaci efluxních transporterů Pasivnídifúze (Clpd) placenta matka plod Staud et al.,J Pharmacol Exp Ther, 2006

15. Vliv P-gp/BCRP na transplacentární clearance substrátů fm/mf = 11,0 fm/mf = 11,2 – 24,6 fm/mf = 4,0 Celková tranplacentární clearance (ml/min) fmmf fmmf fmmf glyburid cimetidin (substráty BCRP) bodipy FL prazosin (společný substrát P-gp a BCRP) rhodamin 123 (substrát P-gp) Staud etal., J Pharmacol Exp Ther, 2006 HahnovaCygalovaetal., J Pharmacol Exp Ther, 2009

16. Pgp Pgp Vliv lipofility látek na (relativní) účinnost efluxních transportérů Látka s nízkou lipofilitou Látka s vysokou lipofilitou Pasivnídifúze (Clpd) Pasivnídifúze (Clpd) Aktivní transport (Cleflux) Aktivní transport (Cleflux) placenta placenta matka plod matka plod HahnovaCygalovaetal., J Pharmacol Exp Ther, 2009

17. Vliv lipofility molekul na (relativní) účinnost efluxních transportérů ● cimetidin ■ glyburid ▲ rhodamin123 ♦ BODIPY FL prazosin HahnovaCygalovaetal., J Pharmacol Exp Ther, 2009

18. Pgp BCRP Význam efluxních lékových transportérů pro materno-fetální farmakokinetiku • 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. Paveketal, J Pharmacol Exp Ther, 2003 Staud etal, J Pharmacol Exp Ther, 2006 HahnovaCygalovaetal., J Pharmacol Exp Ther, 2009

19. 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!

20. Biotransformační enzymy v placentě Enzymy uplatňující se v metabolismu steroidních hormonů: 11β-hydroxysteroid dehydrogenáza (11β-HSD2) = enzymatická bariéra Poruchy exprese/funkce 11β-HSD2: • Prenatálně IUGR, chorioamnionitida, mola hydatidosa • Chybné „naprogramování“ hypotalamo-hypofyzární osy > hypertenze, hyperglykémie, hyperlipidémie, ischemie 11β-HSD2 Staud etal., Placenta, 2006 Vagnerovaetal., ReprodSci, 2008 Vackova etal., ReprodToxicol, 2009

21. 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.

22. Placentární bariéra: klinické aplikace Terapie matky • Diabetes mellitus – glyburid (Coustan, Diabetes Care, 2007) v současnosti 6 klinických studií • Nádorová onemocnění - užití antracyklinů/taxanů v adjuvantní terapii těhotných žen Robozetal., Doesdoxorubicinecrossthe placenta? Lancet 2: 1382-1383, 1979 case report: Gadduccietal., Anticancer Res 2003 v současnosti přes 200 klinických studií rekrutujících těhotné ženy s nádorovým onemocněním • Závislost na heroinu - během těhotenství převod na methadon, buprenorfin probufin, L-alpha-acetylmethadol v současnosti 7 klinických studií • Další: epilepsie/Atkinson, Pediat Res, 2007 onchocerkóza/Brown, Ann Trop Med Parasitol,2008

23. Placentární bariéra: klinické aplikace Fetální terapie • Fetální tachykardie - digoxin – substrát P-glykoproteinu nebezpečí/výhoda interakcí (např. verapamil) > ↑ přestup digoxinu do plodu (Cuneo, HeartRhythm, 2008) • AIDS - antivirotika pro terapii matky a prevenci plodu zidovudinvs.saquinavir + ritonavir (Marzolinietal., AIDS, 2002; GulatiandGerk, JournalPharmSci, 2009) v současnosti asi 200 klinických studií • Glukokortikoidy - dexametazon, betametazon, během 24-34 týdne gestace (NIH ConsensStatement 1994) - prevence kongenitální adrenální hyperplasie - slabé substráty 11β-HSD2; substráty/modifikátory P-gp v současnosti 23 klinických studií

24. Další směry výzkumu placentární bariéry Děkuji za pozornost! VähäkangasandMyllynen, British J Pharmacol, 2009 Evseenkoetal., Expert OpinDrugMetabToxicol, 2006

25. 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.

26. Poděkování PhD studenti:PharmDr. Martina Čečková, Ph.D.PharmDr. Antonín Libra, Ph.D. PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. PharmDr. Zuzana Vacková, Ph.D. Mgr. Leos Fuksa Mgr. Lenka CygalováMgr. Eva Brčáková Mgr. Jakub Hofman Mgr. Davoud Ahmadimoghaddam Kolegové:Prof. MUDr. Zdenek Fendrich, CSc Prof. RNDr. Jiří Pácha, DrSc Doc. MUDr. Stanislav Mičuda, Ph.D. Doc. PharmDr. Petr Pávek, Ph.D.Prof. MitsuruHashida, Ph.D. Prof. MalcolmRowland, Ph.D. Laborantky:Anežka Kunová Dana Součková Finanční podpora:IGA GAUK FRVŠ ACTION

27. Děkuji za pozornost!