Aihiolääketeknologia lääkekehityksessä

Transkriptio

1 Lauri Peura, Kalle Malmioja ja Jarkko Rautio KATSAUS Aihiolääketeknologia lääkekehityksessä Asetyylisalisyylihappo, lansopratsoli, simvastatiini, klopidogreeli ja oseltamiviiri ovat kaikki tunnettuja Suomen lääkemarkkinoilla olevia aihiolääkkeitä. Aihiolääkkeet ovat farmakologisesti inaktiivisia lääkeainemolekyylejä, joista aktiivinen lääkeaine vapautuu elimistössä kemiallisen tai entsymaattisen reaktion kautta. Tällä mekanismilla voidaan ratkaista lääkeaineiden kliinistä käytettävyyttä rajoittavia farmaseuttisia ja farmakokineettisiä ongelmia muuttamatta kuitenkaan vaikutuspaikkaan päätyvän lääkeaineen farmakologisia vaikutuksia. Markkinoilla olevista lääkeaineista jopa noin joka kymmenes lääkeaine on aihiolääke. Suomenkielinen termi aihiolääke keksittiin viitisentoista vuotta sitten (aarala 1995), ja sen englanninkielisellä vastineella prodrug on ikää yli 50 vuotta. Ensimmäiset näin nimetyn ryhmän lääkkeet kehitettiin kuitenkin jo 1800-luvun lopulla, useimmat niistä sattumalta. Asetyylisalisyylihappo kehitettiin vuonna 1899 tarkoituksellisesti vähemmän ärsyttäväksi salisylaatiksi kuin salisyylihappo. Samana vuonna keksittiin virtsatietulehduksissa käytetty metenamiini, joka virtsan happamassa p:ssa muuttuu antibakteeriseksi formaldehydiksi. ieman aikaisemmin markkinoille tullutta morfiinin dietyyliesteriä eli heroiinia käytettiin yskänlääkkeenä, kunnes sen haittavaikutukset havaittiin. Kannattaa mainita myös antibiootti, jonka kauppanimi oli Prontosil. Siitä vapautuneen aktiivisen sulfaniiliamidin löytyminen loi perustan sulfonamidien (mm. sulfadiatsiinin) kehittämiselle 1930-luvulla. ykyään arviolta 10 % kaikista markkinoille hyväksytyistä lääkeaineista voidaan määritellä aihiolääkkeiksi, ja noin 15 % kaikista uusista vuosina markkinoille tulleista lääkeaineista oli aihiolääkkeitä (Rautio ym. 2008). Aihiolääketeknologiasta on näin ollen tullut viime vuosina yksi keskeinen menetelmä uusien lääkkeiden kehityksessä. Suurin osa uusista aihiolääkkeistä on kehitetty suoraan aihiolääkemuotoon, mutta myös jo markkinoilla olevien lääkeaineiden kliinistä käytettävyyttä on aihiolääketeknologialla pystytty parantamaan. Muun muassa pratsolit, simvastatiini ja oseltamiviiri kehitettiin suoraan aihiolääkkeiksi, kun taas valasikloviiri ja fosamprenaviiri ovat esimerkkejä aihiolääkkeistä, joiden vaikuttavat yhdisteet (asikloviiri ja amprenaviiri) saavuttivat lääkemarkkinat ennen aihiomuotoa. Suomessa aihiolääkkeitä kehitetään systemaattisesti Itä-Suomen yliopiston farmasian laitoksessa. Aihiolääketeknologia Aihiolääkkeet ovat bioreversiibelejä muunnoksia aktiivisista lääkemolekyyleistä. Tavallisesti aihiolääkkeissä lääkeainemolekyylin ja aihio-osan yhdistää pysyvä kovalenttinen sidos. Tämä erottaa ne lääkeaineiden suoloista, joissa lääkeaineen ja suolan välillä on huomattavasti heikompi ionisidos. Joissain aihiolääkkeissä ei tosin ole selvää aihio-osaa, vaan aihiolääke voi aktivoitua myös molekyylinsisäisen rakennemuutoksen myötä. Aihiolääkkeet läpikäyvät elimistössä joko entsymaattisen tai kemiallisen muutoksen vapauttaakseen aktiivisen lääkeaineen, joka sen jälkeen aiheuttaa halutun farmakologisen vaikutuksen (kuva). Aktiivisen lääkeaineen vapautuminen voi tapahtua joko suolen luumenissa ennen imeytymistä, suolen seinämässä imeytymisen yhteydessä tai ensikierron metabolian aikana etenkin maksassa tai vasta kohdekudoksessa aihiolääkkeen jakautumisen jälkeen (yleensä kasvaimissa). 263 Duodecim 2011;127:263 72

2 KATSAUS Este Lääke Entsymaattinen ja/tai kemiallinen muutos Lääke Aihio Lääke Aihio Lääke + Aihio Kuva. Aihiolääkkeen toimintaperiaate: aihiolääkkeen avulla aktiivinen lääkeaine pääsee esteen, esimerkiksi ihon tai suolen seinämän läpi. 264 Uusia lääkeaineita suunnitellaan usein siten, että lääkeaineen ja kohdereseptorin väliset vuorovaikutukset pyritään maksimoimaan. Tällainen reseptorilähtöinen ajattelu ei ota kuitenkaan aina huomioon lääkeaineen farmaseuttisia ja farmakokineettisiä ominaisuuksia. Uusien lääkeaineiden kehitys lopetetaankin monesti jo varhaisessa vaiheessa juuri epäsuotuisien farmaseuttisten ja farmakokineettisten ominaisuuksien vuoksi. Uusien lääkeaineiden kliinistä käytettävyyttä voivat heikentää muun muassa niukka vesi- tai rasvaliukoisuus, jotka saattavat johtaa huonoon imeytymiseen tai huonoon veri-aivoesteen läpäisevyyteen. Liukoisuusominaisuudet vaikuttavat myös lääkemuodon valintaan. Aihiolääketeknologia yrittää löytää vastauksia muun muassa näiden ominaisuuksien parantamiseksi. Aihiolääketeknologialla voidaan myös kohdentaa lääkeaineen vaikutus esimerkiksi keskushermostoon, kasvaimiin tai maksaan (Rautio ym. 2008). Myös lääkeaineen pysyvyyttä ja siten vaikutusaikaa elimistössä on mahdollista säädellä aihiolääketeknologian avulla. Aihiolääketeknologiaa hyödyntäen pystytään myös vähentämään lääkeaineen toksisuutta ja pidentämään patenttiaikaa (taulukko 1). Lääkeaineen imeytymisen parantaminen Ennen kuin lääkeaine saavuttaa vaikutuskohtansa elimistössä, se kulkeutuu yleensä useamman elimistön solukalvon läpi. Yleisin lääkeaineiden keino läpäistä solukalvo on passiivinen diffuusio. Sen edellytyksenä on, että lääkeaine Taulukko 1. Lääkeaineiden ongelmia, joita pyritään ratkaisemaan aihiolääketeknologialla. Lääkeaineen huono vesiliukoisuus Estää liuosformulaatioiden valmistusta (mm. injektio- ja infuusionesteet, silmätipat). Johtaa huonoon imeytymiseen ja vaihtelevaan hyötyosuuteen suun kautta annettaessa. Lääkeaineen vähäinen rasvaliukoisuus Lääkeaineella on huono biologisten kalvojen lä päisevyys ja alhainen hyötyosuus suun kautta annettaessa. Tämä haittaa lääkeaineen kuljetusta esteiden (mm. sarveiskalvo, iho, suolen seinämä) läpi. Lääkeaineen lyhyt vaikutusaika Johtuu nopeasta eliminaatiosta tai vahvasta ensikierron metaboliasta. Tästä syystä lääkeainetta joudutaan antamaan usein, mikä johtaa huonoon hoitomyöntyvyyteen. Muuntamalla lääkettä aktiivisen lääkeaineen hitaasti vapauttavaksi aihiolääkkeeksi voidaan pidentää lääkeaineen vaikutusaikaa. Lääkeaineen haittavaikutukset Voivat johtaa turvattomuuden tunteeseen tai huonoon hoitomyöntyvyyteen. Aihiolääkkeillä on mahdollista parantaa lääkeaineiden hyötyosuutta, jolloin haittavaikutukset ovat pienemmät. Ellei lääkeaineen vaikutus kohdistu tarkasti (esim. aivot, kasvaimet, paksusuoli), potilas voi kokea systeemisiä haittavaikutuksia. Aihiolääkkeet voidaan suunnitella kohdentumaan tiettyyn vaikutuspaikkaan. Lääkeaineen maun ja hajun epämiellyttävyys Saattaa johtaa huonoon hoitomyöntyvyyteen. Muuntamalla maun ja hajun tuottavaa kemiallista rakennetta voidaan epämiellyttävyyttä vähentää. Taloudelliset seikat Esimerkiksi patentin ja tuotteen elinikää voidaan lisätä aihiolääketeknologialla muun muassa parantamalla formulaatiota ja/tai lääkeaineen ominaisuuksia. L. Peura ym.

3 on kemialliselta rakenteeltaan riittävän rasvaliukoinen ja pooliton sekä molekyylipainoltaan riittävän pieni. Ennen kuin lääkeaine voi kulkeutua solukalvon läpi, sen tulee olla liuenneessa muodossa, joten myös riittävä vesiliukoisuus on etenkin suun kautta annettavan lääkeaineen tärkeä ominaisuus. iukka vesija rasvaliukoisuus heikentävät lääkeaineen hyötyosuutta ja lisäävät potilaskohtaisia eroja imeytymisessä. raalinen hyötyosuus voi olla kuitenkin heikko myös silloin, kun lääkeaine on suoliston aktiivisten effluksikuljetinproteiinien substraatti tai metaboloituu maksan entsyymien vaikutuksesta ennen pääsyä verenkiertoon. Lääkeaineen rasvaliukoisuuden lisääminen. Lääkeaineet sisältävät usein polaarisia funktionaalisia ryhmiä. yvin polaarisen lääkeaineen passiivinen diffuusio suolen seinämän läpi on heikkoa. Rasvaliukoisuutta parantamaan on kehitetty lukuisia aihiolääkesovelluksia, joissa polaarisuutta on pyritty optimoimaan suolistossa imeytymisen kannalta edullisemmaksi. Yleensä rasvaliukoisuutta parantava aihiolääke on kantayhdisteen rasvaliukoisuutta lisäävä esteri, joka hydrolysoituu nopeasti elimistön esteraasien avulla päästyään suolistosta verenkiertoon (Rautio ym. 2008). Parempaan rasvaliukoisuuteen päästään, kun esimerkiksi fysiologisessa p:ssa ionisoituva polaarinen karboksyyliryhmä piilotetaan esterisidoksella. Esimerkki rasvaliukoisuutta parantavasta aihiolääkkeestä on influenssalääke oseltamiviiri (taulukko 2). seltamiviirista muodostuu elimistössä imeytymisen jälkeen farmakologisesti aktiivista oseltamiviirikarboksylaattia, joka estää influenssaviruksien toiminnan. seltamiviirikarboksylaatti on maha-suolikanavassa liian polaarinen kulkeutuakseen tehokkaasti suolen seinämän läpi, mutta kun siitä tehdään esterijohdos, jossa maha-suolikanavassa ionisoituva ryhmä on peitetty esterisidoksella, sen biologinen hyötyosuus parantuu 5 %:sta jopa 79 %:iin (McClellan ja Perry 2001). Myös useat ACE:n estäjät ovat aihiolääkkeitä, joiden imeytyminen on parantunut lisääntyneen rasvaliukoisuuden johdosta. Muun muassa enalaprilaatin hyötyosuus on parantunut lähes kaksikertaisesti, kun siitä on tehty Taulukko 2. Esimerkkejä vesi- ja rasvaliukoisuutta parantavista aihiolääkkeistä. Aihiolääke Aktiivinen lääkeaine Rakenne (aihio-osa merkitty punaisella) Aihiolääkkeen ominaisuuksia seltamiviiri seltamiviirikarboksylaatti oin 16 kertaa parempi oraalinen hyötyosuus kuin oseltamiviiri-karboksylaatilla 2 Enalapriili Enalaprilaatti Imeytyy suolistosta noin kaksi kertaa paremmin kuin enalaprilaatti C Pivampisilliini Ampisilliini raalinen hyötyosuus 2 3 kertaa parempi kuin ampisilliinin S 2 Fosamprenaviiri Amprenaviiri P S 2 Vesiliukoisuus noin 10-kertainen amprenaviiriin verrattuna, mikä mahdollistaa pienemmät kerta-annokset ja parantaa hoitomyöntyvyyttä 265 Aihiolääketeknologia lääkekehityksessä

4 KATSAUS esterimuoto enalapriili (taulukko 2) (Todd ja eel 1986). Enalapriili on inaktiivinen ennen kuin siitä vapautuu elimistössä esteraasien avulla enalaprilaatti, joka saa aikaan verenpainetta alentavan vaikutuksen elimistössä. Samalla tavalla useista beetalaktaamiantibiooteista on kehitetty rasvaliukoisempia esteriaihiolääkejohdoksia, jolloin niiden hyötyosuus on parantunut huomattavasti (Ehrnebo ym. 1979). Esimerkkinä on ampisilliinin aihiolääke pivampisilliini (taulukko 2). Vesiliukoisuuden parantaminen. Arviolta 40 % lääkeaine-ehdokkaista on heikosti vesiliukoisia (vesiliukoisuus alle 10 µm) (Lipinski 2002). eikko vesiliukoisuus rajoittaa näin ollen jo lääkekehityksen varhaisessa vaiheessa usean ehdokkaan kehittämistä markkinoitavaksi valmisteeksi. Tavanomaisia menetelmiä vesiliukoisuuden parantamiseksi ovat suolanmuodostus, partikkelikoon pienentäminen sekä apuaineet, mutta monesti ne eivät paranna vesiliukoisuutta riittävän tehokkaasti (Rautio ym. 2008). IV-lääke amprenaviiri imeytyy heikon vesiliukoisuutensa vuoksi huonosti suolistosta suun kautta ottamisen jälkeen. Sen sijaan amprenaviirin fosfaattiaihiolääke fosamprenaviiri (taulukko 2), jonka fosfaattiaihio-osa ionisoituu ohutsuolen p:ssa, liukenee veteen noin kymmenen kertaa paremmin (Furfine ym. 2004). Aihiolääkkeen parempi vesiliukoisuus mahdollistaa pienempien annosten käytön ja siten vähentää suolistoon kohdistuvia haittavaikutuksia ja parantaa hoitomyöntyvyyttä. Suoliston epiteelin fosfataasientsyymit hydrolysoivat fosamprenaviirin, jolloin vapautuu amprenaviiria. opea hydrolysoituminen juuri ennen imeytymistä on tärkeää, sillä muutoin vesiliukoinen aihiolääke kulkeutuisi suolistosta hyvin nopeasti imeytymättömänä ulosteisiin tai erittyisi verenkierrosta munuaisten kautta virtsaan parenteraalisen annon jälkeen. Aktiivisten kuljetusmekanismien hyödyntäminen imeytymisessä. Elimistön solukalvoilla on useita kuljetinproteiineja eli transporttereita, jotka kykenevät sitomaan ja kuljettamaan solukalvon läpi rakennespesifisesti elimistön omia yhdisteitä sekä näitä muistuttavia lääkeaineita. Monet ravintoaineet, jotka ovat hyvin polaarisia, vesiliukoisia ja molekyylipainoltaan suuria, kulkeutuvat suolistosta verenkiertoon suoliston epiteelissä esiintyvien kuljetinproteiinien avulla. Viime vuosina on löydetty ja kloonattu useita endogeenisten yhdisteiden kuljetinproteiineja, jotka soveltuvat myös lääkeaineiden kuljettamiseen suoliston epiteelin läpi (Majumdar ym. 2004). Edellytyksenä kuljetinproteiinin hyödyntämiselle on, että lääkeaine muistuttaa kemialliselta rakenteeltaan kuljetinproteiinin endogeenisia substraatteja. Lääkeaineeseen voidaan liittää myös aihio-osa, joka muistuttaa aktiivisen kuljetinproteiinin luonnollista substraattia. Suolistossa esiintyy etenkin peptidienkuljetinproteiineja, joita voidaan hyödyntää aihiolääkkeiden suunnittelussa. Taulukko 3. Esimerkkejä aihiolääkkeistä, jotka hyödyntävät imeytymisessä suoliston kuljetusproteiineja. Aihiolääke Aktiivinen lääkeaine Rakenne (aihio-osa merkitty punaisella) Aihiolääkkeen ominaisuuksia 266 Valasikloviiri Asikloviirin trifosfaattimuoto kertaa parempi kuin asik- raalinen hyötyosuus loviirin Lisdekstro- Dekstroamfetamiini Pitkittynyt vaikutusaika, amfetamiini 2 tasainen pitoisuus veressä 2 ja vähentynyt väärinkäyttöriski XP13512 Gabapentiini raalinen hyötyosuus noin kolminkertainen verrattuna gabapentiiniin L. Peura ym.

5 Esimerkiksi valasikloviiri (taulukko 3), joka on asikloviirin L-valiiniaihiolääke, hyödyntää suoliston peptiditransportteria (hpept1) kulkeutuessaan maha-suolikanavasta verenkiertoon (Perry ja Faulds 1996). Asikloviiri vapautuu valasikloviirista sekä suolen seinämässä imeytymisen aikana että maksassa imeytymisen jälkeen. ikeastaan asikloviiri on itsekin aihiolääke ja valasikloviiri siten kaksoisaihiolääke, sillä asikloviirista muodostuu aktiivinen trifosforyloitunut muoto vasta kohdekudoksessa viruksen entsyymien vaikutuksesta (Richards ym. 1983). Asikloviirin oraalinen hyötyosuus on pieni ja vaihteleva, sillä vain % suun kautta otetusta annoksesta imeytyy verenkiertoon. uono hyötyosuus johtuu sekä asikloviirin heikosta vesiliukoisuudesta että vähäisestä rasvaliukoisuudesta. Valasikloviirin hyötyosuus on 3 5-kertainen asikloviiriin verrattuna. Myös yksilöiden väliset imeytymiserot pienenevät, kun käytetään valasikloviiria asikloviirin sijaan. Toinen kliinisessä käytössä oleva suoliston hpept1:tä hyödyntävä aihiolääke on lisdekstroamfetamiini (taulukko 3), D-amfetamiinin lysiiniaihiolääke, jolle myönnettiin myyntilupa Yhdysvalloissa vuonna Sitä käytetään ADD-oireiden hoitoon. Aihiolääkkeenä D-amfetamiini vapautuu verenkiertoon kontrolloidusti ja sen vaikutusaika pidentyy, jolloin plasmassa vallitsevien pitoisuuksien yksilölliset erot ovat pieniä (ajib 2009). Tällöin myös vapautuvan D-amfetamiinin keskushermostoa stimuloivat haittavaikutukset ovat vähäisemmät kuin D-amfetamiinisulfaatin annon jälkeen. Siksi aihiolääkkeen on todettu aiheuttavan vähemmän väärinkäyttöä kuin D-amfetamiinisulfaatin (Domnitei ja Madaan 2010). Vaiheen 3 kliinisissä tutkimuksissa oleva gabapentiinin karbamaattiaihiolääke XP13512 (taulukko 3) hyödyntää suolistosta imeytymisessä pääasiassa monokarboksylaattitransportteria (MCT1) mutta myös natriumista riippuvaista monivitamiinitransportteria (SMVT) (Cundy ym. 2004). Sen käyttötarkoitus tullee olemaan gabapentiinin indikaatioista poiketen myös levottomien jalkojen hoito. Lääkeaineen kohdentaminen haluttuun kudokseen Jotta lääkeaine saisi aikaan halutun farmakologisen vasteen, sen tulee saavuttaa vaikutuskohtansa elimistössä mahdollisimman tehokkaasti. Aihiolääketeknologialla voidaan tehostaa lääkeaineen hakeutumista kohde-elimeen. Kun lääkeaine kohdennetaan haluttuun kudokseen, sen kliininen käytettävyys paranee ja mahdolliset haittavaikutukset muualla elimistössä vähenevät. Aihiolääkkeillä kohdentaminen on toteutettavissa kahdella eri tavalla. Aihiolääke voidaan kohdentaa selektiivisemmin vaikutuspaikkaansa, jossa aktiivinen lääkeaine vapautuu. Toisaalta lääkeaine on mahdollista kohdentaa haluttuun kudokseen myös siten, että se vapauttaa aktiivisen lääkeaineen ainoastaan vaikutuspaikallaan, vaikka se kulkeutuukin yhtä hyvin kaikkiin kudoksiin. Keskushermostoon kohdennetut aihiolääkkeet. Keskushermosto on kliinisesti yksi vaikeimmin tavoitettavista lääkeaineen kohteista, koska veri-aivoeste rajoittaa tehokkaasti lähes kaikkien lääkeaineiden siirtymistä verenkierrosta keskushermostoon. Parhaiten veri-aivoesteen läpäisevät pienet ja rasvaliukoiset yhdisteet. uonoa rasvaliukoisuutta voidaan kuitenkin lisätä vähentämällä lääkeaineen ionisoitumista tai lisäämällä molekyyliin rasvaliukoisia ryhmiä. Klassinen esimerkki on heroiini, joka on morfiinin asetyloitu ja rasvaliukoinen aihiolääke. eroiini läpäisee veriaivoesteen noin sata kertaa paremmin kuin morfiini, ja keskushermostoon päästyään se deasetyloituu morfiiniksi pseudokoliiniesteraasin vaikutuksesta. Toisaalta hyödyntämällä veri-aivoesteessä olevia kuljetusproteiinien mekanismeja voidaan päästä parempaan keskushermostokohdennukseen verrattuna muihin elimiin. yvä esimerkki on Parkinson-lääke levodopa (taulukko 4), joka on dopamiinin aihiolääke. Se on veri-aivoesteessä toimivan aminohappokuljetusproteiinin (LAT1) substraatti. Levodopan kulkeuduttua aivoihin se muuttuu entsymaattisesti dopadekarboksylaasin avulla dopamiiniksi, joka erittäin hydrofiilisena molekyylinä jää ansaan aivoissa ja aikaansaa 267 Aihiolääketeknologia lääkekehityksessä

6 KATSAUS Taulukko 4. Esimerkkejä aihiolääkkeen vaikutuksen kohdentumisesta. Aihiolääke Aktiivinen lääkeaine Rakenne (aihio-osa merkitty punaisella) Aihiolääkkeen ominaisuuksia Levodopa Dopamiini Mahdollistaa kulkeutumisen aivoihin. 2 Kapesitabiini 5-Fluorourasiili Vähäisemmät sytotoksiset vaikutukset terveissä kudoksissa 3 C F Simvastatiini Beetahydroksi- Muuttuu aktiiviseksi vaikutuspaikallaan maksassa happomuoto 3 C 3 C C 3 C 3 3 C Klopidogreeli Klopidogreelin karboksyylihappo Muuttuu aktiiviseksi vaikutuspaikallaan maksassa mepratsoli Sulfenamidimuoto Cl S Cl Raseeminen lääkeaine, joka muuntuu kokonaan aktiiviseksi S muodoksi vaikutuspaikallaan mahalaukussa 268 lääkeaineen farmakodynaamiset vaikutukset (utt ja Woodward 1986). Syöpään kohdennetut aihiolääkkeet. Syöpä on kehon muuntuneiden solujen hallitsematonta kasvua ja leviämistä muihin kudoksiin. äiden muuntuneiden solujen pinnalla esiintyy muun muassa erilaisia entsyymejä, kasvaimille ominaisia vasta-aineita, hermokasvutekijäreseptoreja tai hormonireseptoreja suurempina pitoisuuksina kuin terveissä soluissa. Edellä mainittuja syöpäsolujen rakenteita voidaan hyödyntää lääkeaineiden kohdentamisessa syöpäkudoksiin, jolloin lääkehoidon aiheuttamaa toksisuutta terveissä soluissa voidaan vähentää (Chari 1998). Syöpään kohdennuksen kaksi yleisintä aihiolääkesovellusta ovat ADEPT (antibody-directed enzyme prodrug therapy) ja GDEPT/ VDEPT (gene-/virus-directed enzyme prodrug therapy). Ensin mainitussa käytetään aihiolääkkeen aktivoivan entsyymin ja kasvaimen tunnetun vasta-aineen yhdistelmää, jolloin haluttu entsyymi saadaan liitettyä kohdennetusti kasvaimen pintaan. Tämän jälkeen aihiolääke voidaan antaa systeemisesti, ja löytäessään entsyymin kasvaimen pinnalta se muuntuu paikallisesti vaikuttavaksi lääkeaineeksi. GDEPT-tekniikassa siirretään syöpäsolun sisälle geeni, joka ilmentää aihiolääkettä aktivoivaa, luontaisesti syöpäsolussa esiintymätöntä entsyymiä. Geeni pitäisi siirtää solun sisälle syöpäsolulle spesifisellä mekanismilla, joka jättäisi läheiset terveet solut muuttumattomaksi. Vaikutus perustuu muuttuneen syöpäsolun entsyymin ekspressioon sekä systeemisesti annetun aihiolääkkeen aktivointiin paikallisesti syöpäsolun sisällä. Geenien tilalla voidaan käyttää myös viruksia (virus-directed enzyme prodrug therapy, VDEPT) (Singh ym. 2008). Kapesitabiini (taulukko 4) on 5-fluorourasiilin aihiolääke, joka vaikuttaa syöpäkasvaimessa. Se muuntuu elimistössä vaiheittain usean entsyymin avulla vaikuttavaksi lääke- L. Peura ym.

7 YDIASIAT 88Aihiolääkkeet ovat lääkeainemolekyylin farmakologisesti inaktiivisia kemiallisia johdoksia, joista aktiivinen lääkeaine vapautuu kontrolloidusti elimistössä kemiallisen tai entsymaattisen reaktion kautta. 88Aktiivinen lääkeaine vapautuu aihiolääkkeestä yleensä hydrolaasientsyymien (mm. esteraasit, peptidaasit, fosfataasit) tai sytokromi P450- entsyymien vaikutuksesta. 88Joka kymmenes kliinisessä käytössä olevista lääkeaineista on aihiolääke. aineeksi syöpäsolun pinnalla, jossa se estää DA-synteesiä ja hidastaa syöpäsolujen kasvua (Miwa ym. 1998). Kohdentamalla 5-fluorourasiili syöpäkudoksiin vältetään sytotoksisuus terveissä soluissa. Maksaan kohdennetut aihiolääkkeet. Maksa on metaboloiva elin, jossa on suuri määrä erilaisia aihiolääkkeiden aktivointiin pystyviä entsyymejä. Simvastatiini (taulukko 4) ja lovastatiini ovat aihiolääkkeitä, jotka toimivat 3-hydroksi-3-metyyliglutaryylikoentsyymi A reduktaasin (MG-CoA-reduktaasi) estäjinä ja joita käytetään hyperkolesterolemian hoitoon. Molemmat aihiolääkkeet ovat inaktiivisia ja hydrofobisia laktonirakenteita, jotka muuttuvat aktiivisiksi hydroksihappomuodoiksi pääasiassa vaikutuspaikallaan maksassa. Kohdentamisen lisäksi simvastatiini ja lovastatiini imeytyvät suolistosta tehokkaammin rasvaliukoisina aihiolääkkeinä kuin farmakologisesti aktiivisissa mutta polaarisemmissa muodoissa. Toinen erinomainen esimerkki pääasiassa maksassa vaikuttavista aihiolääkkeistä on antikoagulantti klopidogreeli (taulukko 4). Se metaboloituu aktiiviseen tiolimuotoon sytokromi P450-entsyymien vaikutuksesta vaikutuspaikallaan maksaverenkierrossa, jossa se estää selektiivisesti adenosiinidifosfaatin (ADP) sitoutumisen verihiutaleiden reseptoreihin ehkäisten siten verihiutaleiden aggregaatiota. Koska klopidogreeli metaboloituu jopa 85-prosenttisesti inaktiiviseen karboksyylihappomuotoon, sen rakenneanalogi prasugreeli kehitettiin metaboloitumaan pääasiassa verihiutaleisiin sitoutuvaan aktiiviseen tiolimuotoon. Muualle elimistöön kohdennetut aihiolääkkeet. Vaikka omepratsolia ei suunniteltu aihiolääkkeeksi, se on erinomainen esimerkki paikkaspesifisesti aktivoituvasta aihiolääkkeestä (taulukko 4). mepratsoli on heikko emäs, minkä vuoksi se konsentroituu happamiin parietaalisoluihin kemiallisen rakenteen ionisoitumisen vuoksi. Lisäksi erittäin hapan ympäristö parietaalisoluissa muuttaa omepratsolin sen aktiiviseen sulfenamidimuotoon, joka estää tehokkaasti +, K + -ATPaasia eli protonipumppua kontrolloiden mahahapon erittymistä. Myös muut pratsolit toimivat samalla mekanismilla ja ovat näin ollen aihiolääkkeitä. Lääkeaineen vesiliukoisuuden lisääminen liuosmuotoisissa formulaatioissa Mikäli lääkeaine liukenee huonosti veteen, sen formulointi esimerkiksi infuusioliuokseksi tai silmätipoiksi on ongelmallista. Vesiliukoisuutta voidaan parantaa liittämällä lääkeaineeseen aihio-osa, joka sisältää fysiologisessa p:ssa (7,4) ionisoituvan ryhmän. Vesiliukoisempaa aihiolääkettä kehitettäessä on kuitenkin otettava huomioon, että vesiliukoisuuden lisääminen saattaa myös heikentää kulkeutumista solukalvojen läpi. Koska hyvin vesiliukoiset yhdisteet erittyvät nopeasti virtsaan, on lisäksi tärkeää, että vesiliukoisuutta lisäävä aihio-osa vapautuu aihiolääkkeestä heti päästyään verenkiertoon. Valdekoksibista, selektiivisestä CX-2- inhibiittorista, on kehitetty parenteraaliseen antoon soveltuva amidiaihiolääke parekoksibi (taulukko 5) (Amabile ja Spencer 2004). Valdekoksibi on itse huonosti vesiliukoinen (30 µm), mutta parekoksibi liukenee veteen (yli 135 mm), joten siitä voidaan tehdä yksinkertainen infuusioliuos. Parekoksibi muuntuu nopeasti injektion jälkeen maksan entsyymien vaikutuksesta valdekoksibiksi. 269 Aihiolääketeknologia lääkekehityksessä

8 KATSAUS Taulukko 5. Esimerkkejä vesiliukoisuutta parantavista liuosmuotoisista sekä lääkeaineen vaikutusaikaa pidentävistä aihiolääkkeistä. Aihiolääke Aktiivinen lääkeaine Rakenne (aihio-osa merkitty punaisella) Aihiolääkkeen ominaisuuksia Parekoksibi Valdekoksibi Liukenee veteen yli 5000 kertaa paremmin kuin valdekoksibi, mikä mahdollistaa annon suoneen S Fosfono-oksimetyyli-propofoli P paremmin kuin propofoli, mikä Propofoli Liukenee veteen yli 3000 kertaa mahdollistaa lisäaineettoman injektio- ja infuusionesteen Bambuteroli Terbutaliini Aihiolääkkeellä pitkittynyt vaikutusaika 270 Toinen hyvin rasvaliukoinen lääkeaine, jonka vesiliukoisemmalla muodolla olisi kliinistä käyttöä, on anestesialääke propofoli. Siitä on valmistettava monimutkainen öljypohjainen emulsio, jotta sitä voidaan antaa parenteraalisesti. Propofolista on kehitetty vesiliukoisuuden parantamiseksi kaksi fosfaattiaihiolääkettä, propofolifosfaatti ja fosfono-oksimetyylipropofoli (Rautio ym. 2008). Viimeksi mainitun vesipohjaiselle liuokselle myönnettiin vuoden 2008 lopussa myyntilupa Yhdysvalloissa (taulukko 5). Lääkeaineen vaikutuksen pidentäminen Lääkeaineen voimakas ensikierron metabolia johtaa usein pieneen hyötyosuuteen, jolloin joudutaan käyttämään suuria lääkeaineannoksia ja haittavaikutukset lisääntyvät. Bambuteroli on yleisesti astman hoidossa käytettävän keuhkoihin inhaloitavan lyhytvaikutteisen beeta 2 -sympatomimeetin terbutaliinin aihiolääke (taulukko 5). Siinä terbutaliinin nopeas ti metaboloituvat fenoliset hydroksyyliryhmät on suojattu aihio-osilla. Vähentyneen metabolian seurauksena bambuterolia pystytään ottamaan suun kautta, ja ainoastaan kerran vuorokaudessa otettava bambuteroli aikaansaa saman terapeuttisen vaikutuksen kuin kolme kertaa vuorokaudessa inhaloitava terbutaliini (Persson ym. 1995). Aihiolääketeknogian haasteet Vaikka aihiolääkkeillä voidaan ratkaista monia lääkeaineiden farmaseuttisia ja farmakokineettisiä ongelmia, ei niiden kehittäminen ole ongelmatonta. yvin usein aihiolääkkeiden syntetiikka, farmakokineettisten ominaisuuksien optimointi ja toksikologisten vaikutusten minimointi vaativat paljon työtä ja tarkkaa arviointia. Suurin osa markkinoilla olevista aihiolääkkeistä vapauttaa aktiivisen lääkeaineen eri esteraasien vaikutuksesta. Lajienväliset erot esteraasiaktiivisuuksissa hankaloittavat näiden aihiolääkkeiden prekliinistä tutkimusta sekä tutkimuksista saatavan tiedon soveltamista ihmiseen. Esimerkiksi oseltamiviirin etyyliesterisidos purkautuu vapauttaen aktiivisen oseltamiviirikarboksylaatin osaksi jo imey- L. Peura ym.

9 tymispaikalla, mikä vähentää verenkiertoon päätyvän aktiivisen lääkeaineen pitoisuutta. Koe-eläinlajeissa, joissa esteraasiaktiivisuus on huomattavasti voimakkaampaa kuin ihmisellä (mm. rotat ja hiiret), oseltamiviirin hyötyosuus oseltamiviirikarboksylaattia määritettäessä on ainoastaan %, kun taas ihmisellä hyötyosuus on noin 80 % (Li ym. 1998). Suolistossa ennen imeytymistä tapahtuva aihiolääkkeen hajoaminen selittää myös ACE:n estäjille ja beetalaktaamiantibiooteille tyypillisen vain %:n hyötyosuuden. Geneettiset erot lääkeaineita ja myös aihiolääkkeitä metaboloivien entsyymien (etenkin P450-entsyymit ja karboksyyliesteraasit) ilmentymisessä ovat syynä monien lääkeaineiden ja joidenkin aihiolääkkeiden vaihteleviin terapeuttisiin vasteisiin potilailla. Muun muassa klopidogreelia aktivoivan CYP2C19- alaentsyymin pienentyneestä pitoisuudesta elimistössä seuraa kolmanneksella klopidogreelia saavista potilaista alle 10 %:n teho verihiutaleiden aggregaatiossa normaalilla annoksella (De Miguel ym. 2008). Toisaalta väestön osalla, jossa kodeiinin morfiiniksi muuttavan CYP2D6-alaentsyymin toiminta on geneettisistä syistä erittäin nopeaa, on morfiinihoidossa yliannosvaara (Gasche ym. 2004). Polymorfia CYP2D6-entsyymissä on myös syynä tamoksifeenin aktiivisen muodon endoksifeenin pitoisuuseroihin potilaissa. Potilailla, joilla CYP2D6-alaentsyymi metaboloi substraattinsa hyvin nopeasti, endoksifeenipitoisuudet ovat huomattavasti suuremmat kuin hitaan polymorfiamuodon potilailla (Lim ym. 2007). Samalla tavalla geneettisen polymorfian aiheuttama karboksyyliesteraasin (CES2) vähentynyt aktiivisuus japanilaisilla on syynä irinotekaanin aktiivisen muodon S-38:n pienempiin pitoisuuksiin elimistössä ja vastaavasti huonompaan terapeuttiseen vasteeseen (Kaida ym. 2008). Aihiolääkkeet suunnitellaan niin, että niistä vapautuvat terapeuttisesti aktiivinen lääkeaine, aihio-osa ja mahdolliset sivutuotteet ovat mahdollisimman turvallisia. Muutamat aihiolääkkeet, kuten pivampisilliini ja adefoviiridipivoksiili, sisältävät aihio-osassaan pivalaattiryhmän (trimetyylietikkahappo), jonka on todettu aiheuttavan karnitiinin puutosta (Brass 2002). Tämän vuoksi kyseisten aihiolääkkeiden yhteydessä saatetaan turvautua karnitiinilisän antoon. Toinen paljon keskustelua herättävä aihiolääkeryhmä ovat formaldehydiä vapauttavat aihiolääkkeet, kuten fosfenytoiini, fospropofoli ja tenofoviiridisoproksiili. äistä aihiolääkkeistä elimistöön vapautuvat formaldehydipitoisuudet ovat kuitenkin selvästi pienemmät ravinnosta ja luonnosta aiheutuvaan formaldehydialtistukseen verrattuna, eikä kyseisten aihiolääkkeiden käyttöä ole ollut syytä rajoittaa (Dhareshwar ja Stella 2008). Lopuksi Aihiolääketeknologiasta on tullut tärkeä osa nykypäivän modernia lääkekehitystä. Sen avulla voidaan parantaa aivan uusien, vielä kehitysvaiheessa olevien lääkeaineiden sekä myös jo käytössä olevien lääkeaineiden ominaisuuksia, jotka rajoittavat niiden kliinistä käyttökelpoisuutta. Uudet menetelmät, kuten lääkeaineiden tietokoneavusteinen suunnittelu, kombinatoriaalinen kemia ja farmakologinen tehoseulonta, tuottavat farmakologisesti erittäin aktiivisia molekyylirakenteita, joiden farmaseuttiset ja farmakokineettiset ominaisuudet voivat olla kuitenkin puutteelliset. Tämä johtaa usein myöhemmin ongelmiin lääkeaineen kehitysprosessissa ja saattaa jopa estää lääkeaineen kliinisen käytön. Aihiolääketeknologian avulla uuden lääkeaineen kehittämiseen tarvittava aika voi lyhentyä useilla vuosilla. äin myös potilaiden lääkehoitoa pystytään tehostamaan huomattavasti ilman, että joudutaan kehittämään täysin uusia, kalliita ja riskialttiita lääkeaineita. Viime vuosina aihiolääketeknologian soveltaminen on lisääntynyt huomattavasti, mistä ovat osoituksena useat viimeaikaiset aihiolääkkeet Suomen ja maailman lääkemarkkinoilla. Arviolta jopa joka kymmenes kliinisessä käytössä olevista lääkeaineista on aihiolääke. Lisäksi aihiolääkkeiden osuus maailmassa eniten myytävien lääkeaineiden joukossa on huomattava (15 % vuonna 2008). Siksi ennustamme aihiolääkkeille erinomaista tulevaisuutta. 271 Aihiolääketeknologia lääkekehityksessä

10 KATSAUS KIRJALLISUUTTA Amabile C, Spencer A. Parecoxib for parenteral analgesia in postsurgical patients. Ann Pharmacother 2004;38: Brass E. Pivalate-generating prodrugs and carnitine homeostasis in man. Pharmacol Rev 2002;54: Chari V. Targeted delivery of chemotherapeutics: tumor-activated prodrug therapy. Adv Drug Deliv Rev 1998;31: Cundy K, Annamalai T, Bu L, ym. XP13512 [(+/-) 1 ([(α-isobutanoyloxyetho xy)carbonyl] aminomethyl) 1 cyclohexane acetic acid], a novel gabapentin prodrug: II. improved oral bioavailability, dose proportionality, and colonic absorption compared with gabapentin in rats and monkeys. J Pharmacol Exp Ther 2004; 311: Dhareshwar S, Stella V. Your prodrug releases formaldehyde: should you be concerned? o! J Pharm Sci 2008;97: De Miguel A, Ibanez B, Badimon J. Clinical implications of clopidogrel resistance. Thromb aemost 2008;100: Domnitei D, Madaan V. ew and extended-action treatments in the management of ADD: a critical appraisal of lisdexamfetamine in adults and children. europsychiatr Dis Treat 2010;6: Ehrnebo M, ilsson S, Boréus L. Pharmacokinetics of ampicillin and its prodrugs bacampicillin and pivampicillin in man. J Pharmacokinet Biopharm 1979;7: Furfine E, Baker C, ale M, ym. Preclinical pharmacology and pharmacokinetics of GW433908, a water-soluble prodrug of the human immunodeficiency virus protease inhibitor amprenavir. Antimicrob Agents Chemother 2004;48: Gasche Y, Daali Y, Fathi M, ym. Codeine intoxication associated with ultrarapid CYP2D6 metabolism. Engl J Med 2004; 351: aarala R. Uusia lääketermejä: aihiolääke ja huumaava kipulääke. Duodecim 1995;111:530. Kaida Y, Inui, Suda T, akamura, Watanabe, Chida K. The CYP2A6*4 allele is determinant of S-1 pharmacokinetics in Japanese patients with non-small-cell lung cancer. Clin Pharmacol Ther 2008;83: Li W, Escarpe P, Eisenberg E, ym. Identification of GS 4104 as an orally biovailable prodrug of the influenza virus neuramidase inhibitor GS Antimicrob Agents Chemother 1998;42: Lim, Ju Lee, Seok Lee K, Sook Lee E, Jang I, Ro J. Clinical implications of CYP2D6 genotypes predictive of tamoxifen pharmacokinetics in metastatic breast cancer. J Clin ncol 2007;25: Lipinski C. Poor solubility an industry wide problem in drug discovery. Am Pharmaceut Rev 2002;5:82 5. Majumdar S, Duvvuri S, Mitra A. Membrane transporter/receptor-targeted prodrug design: strategies for human and veterinary development. Adv Drug Deliv Rev 2004;56: McClellan K, Perry C. seltamivir: a review of its use in influenza. Drugs 2001; 61: Miwa M, Ura M, ishida M, ym. Design of a novel oral fluoropyrimidine carbamate, capecitabine, which generates 5-fluorouracil selectively in tumours by enzymes concentrated in human liver and cancer tissue. Eur J Cancer 1998;34: ajib J. The efficacy and safety profile of lisdexamfetamine dimesylate, a prodrug of D-amphetamine, for the treatment of attention-deficit/hyperactivity disorder in children and adults. Clin Therapeut 2009; 31: utt J, Woodward W. Levodopa pharmacokinetics and pharmadynamics in fluctuating parkinsonian patients. eurology 1986;36: Perry C, Faulds D. Valaciclovir, a review of its antiviral activity, pharmacokinetic properties and therapeutic efficacy in herpesvirus infections. Drugs 1996;52: Persson G, Pahlm, Gnosspelius Y. ral bambuterol versus terbutaline in patients with asthma. Curr Ther Res 1995;56: Rautio J, Kumpulainen, eimbach T, ym. Prodrugs: design and clinical applications. at Rev Drug Discov 2008;7: Richards D, Carmine A, Brogden R, eel R, Speight T, Avery G. Aciclovir: a review of its pharmacodynamic properties and therapeutic efficacy. Drugs 1983;26: Singh Y, Palombo M, Sinko P. Recent trends in targeted anticancer prodrug and conjugate design. Curr Med Chem 2008; 15: Todd P, eel R. Enalapril. A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties, and therapeutic use in hypertension and congestive heart failure. Drugs 1986;31: LAURI PEURA, proviisori, tutkija KALLE MALMIJA, FM, tutkija JARKK RAUTI, FaT, professori Itä-Suomen yliopisto, terveystieteiden tiedekunta, farmasian laitos PL 1627, Kuopio Sidonnaisuudet Kirjoittajilla ei ole sidonnaisuuksia Summary Prodrug technology in the development of medicinal agents Medicinal agents acetosalicylic acid, lansoprazole, simvastatin, clopidogrel and oseltamivir are known prodrugs. Prodrugs are pharmacologically inactive medicine molecules, from which the active drug is released in the body through a chemical or enzymatic reaction. This mechanism can be used to solve pharmaceutical and pharmacokinetic problems restricting the use of medicinal agents, without altering the pharmacological effects of the agent that ends up in the site of action. f the medicinal agents currently on the market, as many as one out of ten is a prodrug. 272 L. Peura ym.