メラニン結合のためのin vitro-in vivo相関の確立と小分子薬の眼の半減期の拡張

多種多様な薬物はメラニンに効果的に結合し、この結合は眼の薬物動態と分布プロファイルに影響を与えます。私たちは、in vitroメラニン結合とin vivo眼の薬物動態（PK）との相関を確立することを目指しました。in vitroでのメラニン結合の程度は、一連のモデル薬について決定されました。結合速度論と結合等温線を生成し、薬物メラニン結合パラメーター（BMAX、KD、KON、およびKOFF）を導出するための機構モデルに適合しました。さらに、細胞透過性、P糖タンパク質を介した排出、血漿タンパク質結合、およびオクタノール分配係数などのin vitro ADME特性を測定しました。さらに、細胞の摂取は、誘惑されていないARPE-19細胞および軽く色素沈着したヒトの表皮メラニン細胞で測定されました。最後に、in vivo眼PK研究は、静脈内注射を使用して、アルビノおよび色素性ラットで実施されました。非常に長い滞留時間を伴う実質的な薬物濃縮は、in vitroで決定されたメラニン結合と色素細胞への細胞内薬物の取り込みに関連する可能性のある色素性眼組織で観察されました。得られた眼PKプロファイルは、全身クリアランス、血漿タンパク質結合、細胞透過、P糖タンパク質流出、pH分配、および組織結合などの同時プロセスとのメラニン結合の相互作用の結果であることが示されています。この相互作用を機構的レベルで理解することは、目の後ろを標的とするために、目的のPK/薬力学的プロファイルを使用して、新しい小分子薬物候補の合理的な設計と開発に役立ちます。

A large variety of drugs bind effectively to melanin, and this binding influences their ocular pharmacokinetic and distribution profiles. We aimed to establish a correlation between in vitro melanin binding and in vivo ocular pharmacokinetics (PK). The extent of melanin binding in vitro was determined for a set of model drugs; binding kinetics and binding isotherms were generated and fitted to a mechanistic model to derive the drug-melanin binding parameters (Bmax, KD, kon, and koff). In addition, in vitro ADME properties such as cellular permeability, P-glycoprotein-mediated efflux, plasma protein binding, and octanol partition coefficients were determined. Moreover, cellular uptake was measured in the nonpigmented ARPE-19 cells and in lightly pigmented human epidermal melanocytes. Finally, in vivo ocular PK studies were performed in albino and pigmented rats using intravenous injections. Substantial drug enrichment accompanied by a very long residence time was observed in pigmented ocular tissues, which could be linked to the melanin binding determined in vitro and to the intracellular drug uptake into the pigmented cells. The resulting ocular PK profile is shown to be a consequence of the interplay of melanin binding with concurrent processes such as systemic clearance, plasma protein binding, cellular permeation, P-glycoprotein efflux, pH partitioning, and tissue binding. Understanding this interplay at a mechanistic level could help in the rational design and development of new small-molecule drug candidates with the desired PK/pharmacodynamic profile to target the back of the eye.