Dalam beberapa tahun terakhir, dengan meningkatnya prevalensi gangguan neurologis seperti penyakit Alzheimer, depresi, skizofrenia, danpenyakit parkinson , itupengembangan obat SSP telah mendapatkan perhatian yang signifikan. Namun, karena mekanisme penyakit yang tidak jelas dan tantangan seperti penghalang darah-otak (BBB), tingkat keberhasilan pengembangan obat SSP masih rendah. Artikel ini akan memberikan gambaran umum tentang pengetahuan teoritis yang relevan dan metodologi penelitian obat SSP dari afarmakokinetik (PK) perspektif.
1. Hambatan Penetrasi SSP
Seperti yang ditunjukkan di bawah, BBB terdiri dari sel endotel kapiler otak dan sel neuroglial yang padat, yang hampir seluruhnya menghalangi senyawa untuk melintasi jalur paraseluler atau endositosis. BBB juga mengekspresikan pengangkut penghabisan seperti P-glikoprotein (P-gp) dan protein resistensi kanker payudara (BCRP), yang memompa sebagian besar substrat kembali ke aliran darah. Oleh karena itu, sebagian besar molekul kecil menembus otak terutama melalui difusi pasif melintasi membran lipid. Selain itu, penghalang cairan serebrospinal darah (BCSFB) adalah penghalang penting lainnya. Senyawa dalam darah dapat langsung melewati BCSFB atau setelah melewati BBB, berdifusi atau terbawa ke dalam cairan serebrospinal (CSF). Namun, P-gp yang diekspresikan di BCSFB dapat memompa senyawa kembali ke dalam darah, sehingga membatasi paparan ke otak.
2. Parameter Kunci Penetrasi Obat SSP
Mengingat kesulitan dalam melintasi BBB, skrining senyawa dengan penetrasi SSP yang menguntungkan secara in vitro atau penelitian pada hewan menjadi sangat penting. Memilih parameter yang tepat untuk dijadikan kriteria evaluasi adalah kuncinya. Parameter yang umum digunakan meliputi konsentrasi obat tidak terikat di otak (Cbu), rasio obat tidak terikat otak terhadap plasma (Kpuu atau Cbu/Cpu), rasio konsentrasi obat total otak terhadap plasma (rasio B/P), obat tidak terikat fraksi (fu), permeabilitas BBB (Papp), dan rasio penghabisan (ER).
2.1 Konsentrasi Obat Tidak Terikat di Otak
Berdasarkan hipotesis obat bebas, konsentrasi obat tidak terikat di otak paling mencerminkan konsentrasi obat efektif. Namun, sulit untuk mengukur secara langsung konsentrasi obat yang tidak terikat di dalam sel otak dalam kondisi praktis. Dengan tidak adanya efek transporter yang signifikan, konsentrasi obat yang tidak terikat dalam plasma, CSF, atau cairan interstisial otak sering digunakan sebagai parameter pengganti.
2.2 Rasio Obat Tidak Terikat Otak-Plasma (Kpuu)
Kpuu adalah parameter kunci yang mencerminkan keseimbangan distribusi senyawa antara darah dan otak, mengintegrasikan difusi pasif dan aktivitas transporter. Ketika Kpuu mendekati 1, ini menunjukkan karakteristik senyawa yang diinginkan, seperti permeabilitas yang baik dan substrat non-transporter. Dalam hal ini, konsentrasi obat dalam plasma yang tidak terikat dapat berfungsi sebagai indikator pengganti. Ketika Kpuu secara signifikan kurang dari 1, senyawa tersebut mungkin merupakan substrat pengangkut atau memiliki permeabilitas yang buruk, sehingga memerlukan modifikasi struktural. Kpuu yang lebih besar dari 1 dapat menunjukkan keterlibatan transporter aktif dalam proses transpor transmembran.
2.3 Rasio Konsentrasi Obat Total Otak-ke-Plasma (Rasio B/P)
Meskipun mudah diperoleh, rasio B/P dapat menyesatkan pemahaman tentang penetrasi suatu senyawa ke otak. Karena perbedaan fraksi tidak terikat antara plasma dan otak, rasio B/P yang tinggi tidak selalu berarti tingginya konsentrasi obat tidak terikat di otak, dan sebaliknya. Rasio B/P hanya berguna untuk stratifikasi kasar, menghilangkan senyawa dengan konsentrasi total otak yang sangat rendah tetapi tidak untuk memilih senyawa SSP yang unggul.
2.4 Pecahan Tak Terikat (fu)
Fraksi tidak terikat dalam plasma dan jaringan otak digunakan untuk mengubah parameter PK standar menjadi parameter obat tidak terikat. Meskipun fraksi tidak terikat yang lebih tinggi dapat menunjukkan konsentrasi obat efektif yang lebih tinggi, peningkatan fraksi tidak terikat dalam plasma juga dapat menyebabkan laju metabolisme atau eliminasi yang lebih tinggi. Demikian pula, fraksi tak terikat yang lebih tinggi di jaringan otak dapat menghambat difusi pasif ke otak. Oleh karena itu, fu biasanya tidak dapat berfungsi sebagai parameter pengoptimalan utama, dan nilainya tidak terkait langsung dengan kemanjuran.
2,5 Permeabilitas BBB (Papp)
Papp mewakili laju difusi pasif suatu senyawa melintasi BBB. Namun, parameter ini saja tidak menentukan dalam menentukan penetrasi otak. Hal ini hanya mencerminkan kecepatan tercapainya keseimbangan antara plasma dan otak, namun tidak berarti tingginya konsentrasi absolut obat yang tidak terikat di otak. Oleh karena itu, Papp hanya dapat digunakan untuk menghilangkan senyawa dengan permeabilitas BBB yang sangat buruk.
2.6 Rasio Penghabisan (ER)
ER mencerminkan kekuatan aktivitas transporter efflux selama penetrasi BBB. Meskipun tidak secara langsung menunjukkan konsentrasi suatu senyawa dalam jaringan otak, hal ini dapat berfungsi sebagai kriteria eksklusi. Idealnya, obat SSP tidak boleh menjadi substrat pengangkut eflux seperti P-gp atau BCRP, karena obat tersebut menghambat penghantaran obat ke lokasi target dan meningkatkan variabilitas PK klinis. Hal ini terutama menjadi masalah bagi senyawa dengan jendela terapi yang sempit, sehingga menimbulkan risiko dan mempersulit pengembangan.
3. Metode Evaluasi
3.1 Studi Hewan
Penelitian pada hewan adalah cara paling langsung dan efektif untuk memperoleh konsentrasi in vivo di jaringan otak, CSF, dan plasma. Secara umum, spesies yang digunakan untuk skrining PK harus selaras dengan spesies yang digunakan untuk studi khasiat dan toksisitas. Jalur penyelenggaraannya ditentukan oleh tujuan pembangunan. Prosedurnya mirip dengan penelitian PK konvensional, dengan perhatian tambahan pada pengumpulan jaringan otak atau CSF. Hasil harus dikoreksi menggunakan nilai fu yang ditentukan secara in vitro untuk plasma dan jaringan otak, karena CSF memiliki kandungan protein rendah dan tidak memerlukan koreksi. Rasio AUCbu/AUCpu mewakili Kpuu, yang mengevaluasi kemampuan senyawa untuk melewati BBB. Membandingkan AUCcsf dengan AUCpu menilai distribusi senyawa di BCSFB, sedangkan perbandingan AUCbu/AUCcsf menunjukkan apakah CSF dapat berfungsi sebagai proksi untuk konsentrasi obat tidak terikat di jaringan otak, sehingga mengoptimalkan proses penelitian. Kelemahan dari studi PK otak adalah penggunaan hewan yang relatif tinggi dan hasil skrining yang rendah.
3.2 Studi Transporter
Dibandingkan dengan obat lain, studi transporter memainkan peran yang lebih signifikan dalam penelitian obat SSP karena spesifisitas substrat yang luas dari transporter eflux seperti P-gp dan BCRP, yang secara signifikan membatasi penetrasi ke otak. Penelitian in vitro sering menggunakan garis sel yang ditransfusikan dengan ekspresi P-gp atau BCRP yang tinggi (misalnya MDCK-MDR1 atau MDCK-BCRP) untuk skrining throughput tinggi, dengan nilai batas yang masuk akal berdasarkan jumlah senyawa dan strategi skrining. Namun, perbedaan spesies dalam transporter dapat menyebabkan perbedaan antara data transporter manusia in vitro dan penelitian pada hewan in vivo, sehingga terkadang memerlukan penggunaan model hewan knockout (misalnya, tikus MDR1a/1b atau BCRP KO), meskipun pendekatan ini mahal dan kurang prediktif. aktivitas pengangkut manusia.
3.3 Studi Permeabilitas BBB
Standar emas untuk mempelajari permeabilitas BBB adalah perfusi otak in situ, namun karena persyaratan teknis dan hasil skrining yang rendah, metode ini jarang digunakan untuk skrining gabungan. Metode yang umum digunakan meliputi uji in vitro seperti PAMPA-BBB atau studi transpor sel satu lapis, yang menyerupai studi permeabilitas serapan konvensional namun lebih mencerminkan karakteristik BBB. Studi tahap awal juga dapat menggunakan model komputasi berdasarkan sifat fisikokimia untuk memprediksi permeabilitas BBB, sehingga membantu optimalisasi senyawa.
3.4 Studi Pengikatan Protein
Metode yang paling umum untuk menentukan pengikatan protein adalah dialisis keseimbangan plasma dan homogenat jaringan otak. Untuk senyawa dengan ikatan non-spesifik yang kuat, waktu kesetimbangan percobaan perlu disesuaikan untuk mencapai keseimbangan yang sebenarnya dan menghindari bias. Metode alternatif termasuk dialisis Transil dan keseimbangan progresif. Penelitian telah menunjukkan bahwa pengikatan jaringan otak tidak bergantung pada spesies atau wilayah otak, artinya data pengikatan jaringan otak manusia dapat diekstrapolasi dari data spesies tunggal. Metode lain seperti ultrasentrifugasi, mikrodialisis, dan metode irisan jaringan otak juga tersedia berdasarkan kebutuhan spesifik.
Kesimpulan
Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi paparan obat-obatan SSP pada otak dan menerapkan metodologi penelitian yang tepat sangat penting untuk pengembangannya. Mengidentifikasi parameter kunci untuk skrining dan optimalisasi dapat membantu meningkatkan paparan otak, menghindari substrat pengangkut eflux, dan mengurangi pembersihan sistemik, memastikan obat yang cukup mencapai lokasi target untuk memberikan efek terapeutik. Namun, penerjemahan klinis obat PK SSP masih merupakan tantangan, dan kemajuan di masa depan mungkin bergantung pada model yang lebih mekanistik berdasarkan transporter BBB dan struktur fisiologis untuk membantu pengembangan obat SSP.
