Placenta a její role v ochraně plodu; vliv efluxních transportérů a biotransformačních enzymů František Štaud Katedra farmakologie a toxikologie Karlova Univerzita v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové

Schéma prezentace Význam a funkce placenty Placentární bariéra Metody studia placentární bariéry Význam efluxních lékových transportérů a biotransformačních enzymů pro transplacentární kinetiku Klinické aspekty Další směry výzkumu placentární bariéry

Placenta je zásadní pro prenatální vývoj, ale také pro postnatální život! zodpovídá (téměř) výhradně za průběh těhotenství programování plodu - nedostatečná funkce placenty se může projevit i v dospělosti (kardiovaskulární, metabolické, behaviorální poruchy) Barker DJP, Fetal and infant origins of adult disease. BMJ, 1991

Funkce placenty Prenatální nutritivní respirační exkreční endokrinní ochranná/detoxikační Peri/postnatální zdroj kmenových buněk kosmetika „umění“ placentofagie voda elektrolyty cukry, tuky, aminokyseliny kyslík hormony protilátky viry léčiva CO2 voda urea hormony zplodiny

Placenta jako bariéra 64-96% těhotných žen užívá léky Z toho 5-10% léky z kategorie D nebo X (dle FDA) Andrade et al., Pharmacoepidemiol Drug Saf, 2006 Glover et al., Am J Obstet Gynecol, 2003 umožnit transport živin vs. omezit transportu xenobiotik Placentární bariéra – „železná vrata“ vs. „děravé síto“

Placentární bariéra EFLUXNÍ TRANSPORTÉRY ENZYMY

Metody studia placentární bariéry In vitro: placentární mikrozomy/membránové vezikuly kultura primárního trofoblastu kultury maligního trofoblastu (BeWo, JEG, JAR) potkaní placentární buňky (HRP-1) In situ: perfundovaná lidská placenta perfundovaná zvířecí placenta In vivo: zvířecí modely (myš, potkan), transgenní zvířata feto/maternální koncentrační poměr po porodu

Efluxní transportéry Aktivním mechanismem pumpují substráty ven z buňky. Rozpoznávají velké množství strukturálně nepříbuzných molekul. Vyskytují se jak v maligní, tak ve fyziologické tkáni (bariéry a exkreční orgány). Překryv v tkáňové distribuci a substrátové specifitě. Ovlivňují farmakokinetiku mnoha léčiv na úrovni absorpce, distribuce, exkrece. Staud et al., Methods Mol Biol, 2010

Efluxní transportéry v placentě V placentě bylo lokalizováno několik efluxních transportérů léčiv. Funkce: pumpují substráty ve feto-maternálním směru > ochrana plodu proti xenobiotikům z mateřské cirkulace. Dosud nejlépe popsané placentární efluxní transportéry: P-glykoprotein (P-gp, ABCB1, MDR1) Breast cancer resistance protein (BCRP, ABCG2, MXR, ABCP)

P-glykoprotein v placentě Deficience placentárního P-gp zvyšuje průnik avermektinu placentou a výskyt defektů u plodů. Lankas et al., Reprod Toxicol, 1998

BCRP v placentě Bcrp deficientní myši vykazují: - zvýšenou citlivost k feoforbidu-a (fototoxicita) - zvýšenou biologickou dosupnost topotekanu po per orálním podání - zvýšený materno-fetální přestup přes placentu Jonker et al., J. Natl. Cancer Inst, 2000; Jonker et al., PNAS, 2002

Efluxní transportéry: výsledky naší skupiny (I) In vitro: charakterizace placentární bariéry pomocí buněčných linií Ceckova et al., Clin Exp Pharmacol Physiol, 2006 Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006 Bremer et al., Altern Lab Anim, 2007 BeWo/HRP BCRP (II) In vivo: exprese a aktivita Pgp a BCRP v placentě a plodu v průběhu březosti Novotna et al., Reprod Toxicol, 2004 Cygalova et al., Toxicol Lett, 2008 (III) In situ: transplacentární farmakokinetika na modelu perfundované placenty Pavek et al, J Pharmacol Exp Ther, 2003 Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006 Cygalova Hahnova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Perfúze placenty in situ Metabolická konverze M>F clearance F>M clearance

Matematický model pro charakterizaci efluxních transporterů M > F Pasivní difúze (Clpd) F > M Pgp Aktivní transport (Cleflux) placenta matka plod Celková clearance (ClT) M>F směr F>M směr Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006

Vliv P-gp/BCRP na transplacentární clearance substrátů fm/mf = 11,0 fm/mf = 11,2 – 24,6 fm/mf = 4,0 glyburid cimetidin (substráty BCRP) fm mf rhodamin 123 (substrát P-gp) Celková tranplacentární clearance (ml/min) fm mf fm mf bodipy FL prazosin (společný substrát P-gp a BCRP) Staud et al., J Pharmacol Exp Ther, 2006 Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Vliv lipofility látek na (relativní) účinnost efluxních transportérů Látka s nízkou lipofilitou Látka s vysokou lipofilitou placenta matka plod Pgp placenta matka plod Pgp Pasivní difúze (Clpd) Pasivní difúze (Clpd) Aktivní transport (Cleflux) Aktivní transport (Cleflux) Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Vliv lipofility molekul na (relativní) účinnost efluxních transportérů ● cimetidin ■ glyburid ▲ rhodamin 123 ♦ BODIPY FL prazosin Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Význam efluxních lékových transportérů pro materno-fetální farmakokinetiku Snižují transport farmak z matky do plodu. Aktivním mechanismem odstraňují látky z plodu do matky. Hrají důležitou roli v ochraně a detoxikaci plodu. Účinnost efluxních transportérů je omezena lipofilitou farmak. Pgp BCRP Pavek et al, J Pharmacol Exp Ther, 2003 Staud et al, J Pharmacol Exp Ther, 2006 Hahnova Cygalova et al., J Pharmacol Exp Ther, 2009

Biotransformační enzymy v placentě Enzymy uplatňující se v metabolismu léčiv: fáze I (CYP1,2,3 rodiny) fáze II (UDP-glukuronyltransferáza, glutation-S-transferáza, sulfotransferáza, N-acetyl transferáza). Klinický význam pro ochranu/detoxikaci plodu dosud neprokázán!

Biotransformační enzymy v placentě Enzymy uplatňující se v metabolismu steroidních hormonů: 11β-hydroxysteroid dehydrogenáza (11β-HSD2) = enzymatická bariéra Poruchy exprese/funkce 11β-HSD2: Prenatálně IUGR, chorioamnionitida, mola hydatidosa Chybné „naprogramování“ hypotalamo-hypofyzární osy > hypertenze, hyperglykémie, hyperlipidémie, ischemie 11β-HSD2 Staud et al., Placenta, 2006 Vagnerova et al., Reprod Sci, 2008 Vackova et al., Reprod Toxicol, 2009

Placentární bariéra: klinické aplikace Užívání léků v těhotenství: pro léčbu matky, ale i plodu Detailní znalost transplacentární farmakokinetiky (a tedy i transportérů/enzymů) může ovlivnit výběr léku v průběhu těhotenství: Substráty efluxních transportérů/enzymů – menší riziko pro plod. Látky, které nejsou substráty – preferovány v případech, kdy je plod cílem terapie. Riziko/výhoda lékových interakcí na placentárních transportérech/enzymech.

Placentární bariéra: klinické aplikace Terapie matky Diabetes mellitus – glyburid (Coustan, Diabetes Care, 2007) v současnosti 6 klinických studií Nádorová onemocnění - užití antracyklinů/taxanů v adjuvantní terapii těhotných žen Roboz et al., Does doxorubicine cross the placenta? Lancet 2: 1382-1383, 1979 case report: Gadducci et al., Anticancer Res 2003 v současnosti přes 200 klinických studií rekrutujících těhotné ženy s nádorovým onemocněním Závislost na heroinu - během těhotenství převod na methadon, buprenorfin probufin, L-alpha-acetylmethadol v současnosti 7 klinických studií Další: epilepsie/Atkinson, Pediat Res, 2007 onchocerkóza/Brown, Ann Trop Med Parasitol, 2008

Placentární bariéra: klinické aplikace Fetální terapie Fetální tachykardie - digoxin – substrát P-glykoproteinu nebezpečí/výhoda interakcí (např. verapamil) > ↑ přestup digoxinu do plodu (Cuneo, Heart Rhythm, 2008) AIDS - antivirotika pro terapii matky a prevenci plodu zidovudin vs. saquinavir + ritonavir (Marzolini et al., AIDS, 2002; Gulati and Gerk, Journal Pharm Sci, 2009) v současnosti asi 200 klinických studií Glukokortikoidy - dexametazon, betametazon, během 24-34 týdne gestace (NIH Consens Statement 1994) - prevence kongenitální adrenální hyperplasie - slabé substráty 11β-HSD2; substráty/modifikátory P-gp v současnosti 23 klinických studií

Další směry výzkumu placentární bariéry Vähäkangas and Myllynen, British J Pharmacol, 2009 Evseenko et al., Expert Opin Drug Metab Toxicol, 2006 Děkuji za pozornost!

Další směry výzkumu placentární bariéry Objevy nových placentárních proteinů – transportéry/enzymy. Úloha transportérů v těhotenství – jiná než fetoprotektivní? Interindividuální variabilita – farmakogenomika, polymorfismy placentárních proteinů > rozdílná expozice plodu. (digoxin > F/M poměr 0,1 – 0,9) Intrainidviduální variabilita – změna exprese transportních proteinů/enzymů v průběhu těhotenství. Regulace exprese – endogenní faktory (hormony), exogenní faktory (léčiva, cigaretový kouř), patologické stavy (zánět), epigenetika.

Poděkování PhD studenti: PharmDr. Martina Čečková, Ph.D. PharmDr. Antonín Libra, Ph.D. PharmDr. Lukáš Červený, Ph.D. PharmDr. Zuzana Vacková, Ph.D. Mgr. Leos Fuksa Mgr. Lenka Cygalová Mgr. Eva Brčáková Mgr. Jakub Hofman Mgr. Davoud Ahmadimoghaddam Kolegové: Prof. MUDr. Zdenek Fendrich, CSc Prof. RNDr. Jiří Pácha, DrSc Doc. MUDr. Stanislav Mičuda, Ph.D. Doc. PharmDr. Petr Pávek, Ph.D. Prof. Mitsuru Hashida, Ph.D. Prof. Malcolm Rowland, Ph.D. Laborantky: Anežka Kunová Dana Součková Finanční podpora: IGA GAUK FRVŠ ACTION

Děkuji za pozornost!