Nye depotlægemidler til injektion i gigtramte led: kan laboratoriemodeller reducere antallet af dyreforsøg?
Ved behandling af fx slidgigt indsprøjtes lægemiddelstoffet i det berørte led i et depotpræparat, som frigiver stoffet langsomt. Nye lægemiddelkandidater kræver nye depotformuleringer, som først skal afprøves på dyr. Udvikling af laboratoriemodeller kan sandsynligvis reducere antallet af dyreforsøg.
Af Anna Buus Frost, Susan Weng Larsen, Jesper Østergaard og Claus Selch Larsen
Fra Lægemiddelforskning 2008
Ved behandling af gigtsygdomme som slidgigt og leddegigt er lægemiddelstoffers angrebspunkt lokaliseret til det indre af et eller flere af kroppens store bevægelsesled som knæ og hofte. Lægemiddelstoffet skal ind i ledvæsken for at virke.
Hvis stoffet indgives i tabletter, skal det frigives i mave-tarmsystemet og transporteres med blodet hen til fx knæet. Det gælder som en tommelfingerregel, at kun en tusindedel eller mindre af den totale mængde lægemiddelstof når frem til målområdet. Til sammenligning kan terapeutiske koncentrationer i ledvæsken opnås med en meget mindre dosis af stoffet, såfremt det indgives direkte i den væskefyldte ledhule ved injektion. Samtidig reduceres risikoen for systemiske bivirkninger betragteligt på grund af den lokaliserede indgift.
Desværre har lægemiddelstoffer opløst i ledvæsken kun en kort opholdstid på nogle timer i ledhulen, fordi stofferne transporteres over i blodbanen. Ved behandling af gigt er det imidlertid ønskeligt, at virkningen opretholdes over dage eller uger. For at undgå gentagne injektioner – og det dermed forbundne ubehag for patienten – er det en fordel at indgive lægemiddelstoffet i et depotpræparat. Med depotpræparater kan man opnå en længerevarende virkning, som skyldes, at depotet efter injektion forbliver i indstiksområdet, hvor det langsomt frigiver det terapeutiske stof.
Gennem flere årtier har injektion af langtidsvirkende steroidpræparater i led været anvendt til at reducere betændelsestilstande og smerte i behandlingen af de to største gigtsygdomme, leddegigt og slidgigt. Nutidens behandling kan dog ikke kurere sygdommene, som forringer livskvaliteten for et meget stort antal patienter, og som påfører samfundet betydelige udgifter. I den vestlige verdens lande er de samlede omkostninger relateret til gigtsygdomme estimeret til at være 1-2,5 procent af bruttonationalproduktet.
Nye lægemiddelstoffer
Når det gælder slidgigt, som er den mest udbredte gigtsygdom, er der identificeret spændende nye angrebspunkter for medicin, hvilket kan føre til udvikling af lægemiddelstoffer, som kan kurere eller i det mindste forsinke udviklingen af sygdommen væsentligt. Dét har skærpet interessen for udvikling af nye principper for design af depotpræparater, som efter injektion i et led kan afgive det aktive stof med en reproducerbar hastighed over en ønsket tidsperiode.
Udvikling af nye lægemidler er en kompleks, tidskrævende og dyr proces med mange delprocesser, som den farmaceutiske industri til stadighed forsøger at optimere. Efter at lægemiddelstofkandidaten er udvalgt, er det vigtigt at få stoffet indbygget i et færdigt lægemiddel, som er klar til brug.
Denne opgave er en stor udfordring, såfremt der skal udvikles et depotpræparat beregnet til injektion i led. For det første skal det sterile præparat helst være stabilt i opbevaringsbeholderen i mindst to år. Og for det andet skal præparatet efter indføring i ledhulen afgive det indeholdte lægemiddelstof til ledvæsken over den ønskede tidsperiode.
Ved udvikling af nye formuleringer af depotpræparater er det et krav, at præparatet har været testet i passende dyremodeller før de første kliniske afprøvninger på mennesker. Af dyreetiske såvel som tidsmæssige årsager vil det være optimalt, hvis laboratoriemodeller i det mindste delvist kan benyttes i udviklingen af en depotformulering, der efter injektion i ledvæsken frembringer den ønskede afgiftsprofil. I dag findes der ingen myndighedsgodkendte laboratoriemodeller til afprøvning af depotpræparater til injektion.
laboratoriemodeller
Laboratoriemodeller kan designes, så de mere eller mindre efterligner de forhold, som depotet udsættes for efter injektion ind i ledhulen, hvor præparatet frigiver lægemiddelstof til ledvæsken. I takt med at lægemiddelstoffet frigives fra depotet, fjernes en del af det opløste stof fra ledvæsken fx via transport over i blodbanen. Hastigheden for frigivelsen er primært styret af depotets sammensætning, mens transporthastigheden af opløst lægemiddelstof ud af leddet varierer med stoffets fysisk-kemiske egenskaber. Koncentrationen af stof i virkningsområdet over tid påvirkes derfor af, hvor hurtigt de to modsat rettede processer forløber.
Vi har brugt relativt simple laboratoriemodeller til at undersøge, hvordan variation i sammensætningen af farmaceutiske hjælpestoffer påvirker lægemiddelstoffets afgiftshastighed fra udvalgte formuleringstyper.
Laboratoriemodellen består af en lille donorcelle, der indeholder 5 ml svarende til et led. Donorcellen er adskilt fra acceptorfasen med en membran, som tillader transport af lægemiddelstof mellem de to faser. Acceptorfasen repræsenterer blodbanen og indeholder 1000 ml. Lægemiddelformuleringerne placeres inde i donorcellen ved forsøgets start, og der udtages herefter prøver med passende tidsintervaller fra acceptorfasen. Ud fra indholdet af lægemiddelstof i prøverne kan afgiftshastigheden fra depotpræparatet bestemmes.
Korrelation med dyreforsøg
I den optimale situation kan man ud fra laboratoriemodellen etablere en korrelation til tilsvarende forsøg i en dyremodel. Det vil sige, at de afgiftsdata, der genereres i laboratoriemodellen, kan bruges til at forudsige, hvorledes lægemiddelstoffet vil opføre sig efter indgift i leddet på et dyr, når det er formuleret i et depotpræparat.
For at etablere en sådan korrelation har vi valgt hesten som dyremodel på grund af dens store led. Samtidig er heste også en mulig målgruppe for depotpræparater, fordi de ofte får problemer med leddene.
I et forsøg med fem heste har vi vist, at der kan opnås den ønskede korrelation mellem laboratoriemodellen og dyremodellen, når stoffet indgives i en vandig opløsning. Vi har netop igangsat et forsøg til afdækning af, hvorvidt vores laboratoriemodel også er i stand til at frembringe en tilsvarende korrelation ved injektion af et egentligt depotpræparat. Etableringen af en sådan korrelation vil sandsynligvis kunne reducere antallet af forsøgsdyr til prækliniske forsøg og ydermere være et nyttigt værktøj i den videre udvikling af nye lægemidler til behandling af slidgigt og leddegigt.
- a. Fem heste fik med en uges mellemrum to indsprøjtninger af en vandig opløsning af et modellægemiddelstof, henholdsvis i en vene og direkte i ledvæsken. b. For hver hest blev koncentrationen af stoffet i ledvæsken bestemt som en funktion af tiden efter injektion i en vene (fyldte symboler) og i ledvæsken (åbne symboler). Arealet under hver af de 10 kurver viser, hvor meget stof det pågældende led blev eksponeret for. Ved injektion i en vene påvirkes leddet i gennemsnit kun af 0,03 procent af dosis. Ved direkte injektion i ledvæsken blev leddet eksponeret for hele dosis.
De store bevægelsesled
De større bevægelsesled (synoviale led) som knæ og hofte tillader mere eller mindre fri bevægelighed mellem knoglerne, som er adskilt ved et hulrum fyldt med ledvæske (synovialvæske). Knogleenderne er belagt med elastisk brusk, og ledhulen er afgrænset af en ledkapsel med to lag. Synovialmembranen, der udgør kapslens indre lag, indeholder både blodkar og lymfekar, som sikrer udveksling af stoffer mellem blodbanen og ledvæsken.
Depotpræparater i ledhulen
Efter injektion af et depotpræparat i ledhulen kan en række forhold påvirke varigheden af lægemidlets virkning.
Ideelt set skal depotet forblive i målområdet og her afgive det aktive lægemiddelstof med den tilsigtede hastighed. Det frigjorte stof transporteres via ledvæsken til det specifikke virkningssted i ledhulen. Samtidig fjernes en del af stoffet fra ledvæsken ved nedbrydning eller via transport over i blodkar og lymfekar. Også binding af stoffet til proteiner som albumin i ledhulen påvirker muligheden for at opretholde en terapeutisk koncentration af lægemiddelstoffet ved receptoren.
