P-glycoprotein characteristics and investigation of P-glycoprotein mediated drug-drug interactions with in vitro methods

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151255
Title: P-glycoprotein characteristics and investigation of P-glycoprotein mediated drug-drug interactions with in vitro methods
Author: Suvanto, Satu
Other contributor: Helsingin yliopisto, Farmasian tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Helsingfors universitet, Farmaceutiska fakulteten
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2014
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151255
http://hdl.handle.net/10138/44691
Thesis level: master's thesis
Discipline: Biofarmaci
Biopharmacy
Biofarmasia
Abstract: P-glycoprotein is an ATP-dependent efflux protein expressed in many tissues which participate in absorption, distribution and elimination of drug molecules. It can mediate clinically significant drug-drug interactions. Characteristics of P-gp have been studied widely and crystal structure of mouse P-gp has been successfully determined. P-gp binds its substrates either directly from cell membrane or from cytosol and it has at least three separate binding sites. P-gp has wide selection of substrates from many therapeutical groups. According to the latest computational models, a typical P-gp substrate can be defined with the help of molecule structural factors rather than physicochemical properties. However function of P-gp is very complex which is why drug-drug interactions should be studied for each drug pair separately. In addition expression of P-gp is regulated by nuclear receptors PXR and CAR thus P-gp induction is separate, which also complicates P-gp mediated interactions. P-gp substrates celiprolol, talinolol, aliskiren and fexofenadine have in vivo interactions with P-gp inhibitors or inducers. The objective the experimental work was to study suitability of two in vitro methods, MDCKII-cell permeability assay and MDR1-vesicle transport assay, for predicting in vivo effect of drug-drug interaction. ATP-dependent transport of substrates was determined in membrane vesicles extracted from human P-gp expressing Sf9 cells. Cell assay was used to determine efflux ratio (ER) for all the substrates alone and efflux ratio with P-gp inhibitor itraconazole for the substrates which have reported in vivo interaction with itraconazole. All compounds showed ATP dependent transport in MDR1-vesicles and celiprolol, talinolol and fexofenadine showed ER over 1 in MDCKII-MDR1 cells thus according to vesicle assay and ER-value they are P-gp substrates. However ER of talinolol and fexofenadine was not affected by inhibitor itraconazole, thus the drugs did not fulfil the inhibition criteria of FDA for P-gp substrates. The performing of interaction test was possible failed due lack of pre-incubation of the cells with the inhibitor. Talinolol had the highest ER in thus according to cell experiments talinolol has P-gp dependent transport. Aliskiren ER was not obtained because of the low recovery of the drug but it had clear ATP-dependent transport in the vesicle assay as was expected according to in vivo results. According to in vitro results and in vivo studies celiprolol is a poor P-gp substrate whereas fexofenadine showed P-gp mediated transport both in vitro and in vivo. The results suggest that significance of drug interaction is difficult to predict with the vesicle and the cell assay but they can be used to recognize P-gp substrates.P-glykoproteiini on ATP:sta riippuvainen efluksi-kuljetinproteiini joka ilmentyy useissa lääkkeen imeytymiseen, jakautumiseen ja eliminaatioon osallistuvissa kudoksissa ja voi siten aiheuttaa kliinisesti merkittäviä yhteisvaikutuksia. P-gp:n ominaisuuksia on tutkittu paljon ja mm hiiren P-gp:n kiderakenne on selvitetty. P-gp sitoo substraatit joko suoraan solumebraanista tai sytosolista ja sillä on vähintään kolme sitoutumispaikkaa. P-gp:llä on paljon substraatteja monista terapiaryhmistä. Viimeisten tutkimusten mukaan molekyylin rakenne ennustaa paremmin P-gp sitoutumisen kuinfysikokemialliset ominaisuudet. P-gp toimintamekanismi on kuitenkin monimutkainen ja lääke-lääke yhteisvaikutus pitäisi tutkia jokaiselle lääkeparille erikseen. Lisäksi P-gp:n ilmentymistä säätelevät tumareseptrit PXR ja CAR, mikä lisää P-gp:n yhteisvaikutusten monimutkaisuutta. P-gp substraateille seliprololille, talinololille, aliskireenille ja feksofenadiinille on raportoitu in vivo yhteisvaikutuksia P-gp inhibiittoreiden tai indusoijien kanssa. Kokeellisen työn tavoitteena oli tutkia kahden in vitro menetelmän, MDCKII-MDR1-solujen ja MDR1 vesikkeleiden soveltuvuutta in vivo vaikutuksen ennustamiseen. Substraattien ATP-riippuvaista kuljetusta tutkittiin P-gp:tä ilmentävistä Sf9-soluista valmistetuissa membraani vesikkeleissä. Solukokeissa määritettiin kuljetussuhde yksikerroksisen solukerroksen yli (efflux ratio, ER) jokaiselle substraatille yksin sekä inhibiittorin, itrakonatsolin kanssa niille substraateille, joille on raportoitu in vivo yhteisvaikutus itrakonatsolin kanssa. Kaikkilla yhdisteillä todettiin ATP:sta riippuvaista kuljetusta MDR1-vesikkeleissä ja ER-arvo oli suurempi kuin 1, joten ne ovat P-gp substraatteja vesikkelikokeiden ja ER-arvon mukaan. Kuitenkaan inhibiittorin kanssa tutkituilla lääkeaineille talinololilla ja feksofenadiinilla ER-arvo ei muuttunut inhibiittorin vaikutuksesta, joten ne eivät täytä FDA:n inhibitio-kriteeriä P-gp substraatille. Kokeet mahdollisesti epäonnistuivat, koska soluja ei inkuboitu inhibiittorin kanssa ennen koetta. Talinololilla oli suurin ER-arvo joten solukokeiden perusteella talinololilla on P-gp riippuvaista kuljetusta. Aliskireenin ER-arvoa ei onnistuttu määrittämään sen alhaisen pitoisuuden vuoksi mutta sillä oli selvästi ATP-riippuvaista kuljetusta vesikkelikokeessa, kuten odotettiin in vivo tulosten perusteella. In vitro ja in vivo tulosten mukaan celiprolol on huono P-gp subtraatti kun taas feksofenadiinilla oli P-gp välitteistä kuljetusta sekä in vivo että in vitro. Kokeellisen työn tuloksien mukaan lääke-interaktion merkittävyyden ennustaminen on vaikeaa käytetyillä tutkimusmeneltemillä, mutta niitä voidaan käyttää P-gp subtraattien tunnistamiseen.
Subject: MDRI
MDCKII-MDR1
P-glycoprotein/MDRI
transporter
membrane vesicles
drug-drug
P-glykoproteiini
kuljetusproteiini
membraani vesikkelit
lääke-lääke yhteisvaikutus


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
M.Sc THESIS Satu Suvanto.pdf 1.157Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record