In vitro- und in vivo-Untersuchungen zur Bedeutung des intestinalen Arzneimittelmetabolismus und -transportes beim Menschen

Abstract

Mit dem Nachweis von arzneimittelmetabolisierenden Enzymen (AME) und Arzneimitteltransportern im Dünndarm des Menschen wurde die Bedeutung des intestinalen Metabolismus für die Bioverfügbarkeit oral applizierter Arzneimittel zunehmend erkannt. Die mangelnde Verfügbarkeit von humanen Enterozyten stellt bei Untersuchungen zum intestinalen Arzneimittelmetabolismus und -transport ein wesentliches Problem dar. Zur Expression und ex vivo Funktion von Cytochrom P450 Enzyme sowie deren Modifikation durch Rifampicin in humanen Enterozyten existieren keine systematischen Daten. Auch sind die Kenntnisse über die Expression und in vivo Funktion von intestinalen Arzneimitteltransportern und deren Beeinflussung durch Rifampicin sehr gering. Mit einem multiluminalen Perfusionskatheter (MLPC) zur Gewinnung von humanen Enterozyten und einer Gewebesammlung von Dünndarm- und Leberproben von jeweils demselben Patienten wurde versucht, die o.g. Probleme zu bearbeiten. Die Charakterisierung der mit dem MLPC gewonnenen Zellen zeigte, dass vitale, abgeschilferte Enterozyten gewonnen, und sowohl zur Untersuchung der Expression von AMEs und Transporter als auch zur ex vivo Analyse des intestinalen Metabolismus verwendet werden können. Unter Einsatz des MLPCs wurde in einer Studie die Induktion von CYP2C8, 2C9 und 3A4 durch Rifampicin in den Enterozyten nachgewiesen. Mit Hilfe des MLPCs konnte auch die Funktion und Expression des Arzneimitteltransporters P-Glykoprotein (Pgp) untersucht werden. Für die funktionelle in vivo Analyse wurde Chinidin bei gleichzeitiger i.v. Gabe des Pgp-Substrates Digoxin luminal über den MLPC verabreicht. Damit konnte die Bedeutung des intestinal exprimierten Pgp sowohl für die systemische Elimination von Digoxin als auch für die Resorption von Chinidin nachgewiesen werden. Zudem konnte die Zunahme der Elimination von Digoxin bzw. Abnahme der Chinidinresorption nach Gabe von Rifampicin gezeigt werden. Die Expressionsanalyse von MRP2 in Dünndarm und Leber zeigte keinen Unterschied im Ausmaß der Expression in den beiden Geweben. Die Tatsache, dass im Dünndarm - nicht aber in der Leber - eine Korrelation zwischen MRP2 mRNA und Protein nachgewiesen wurde, gibt einen Hinweis auf unterschiedliche Regulationsmechanismen von MRP2 in den beiden Geweben.

The importance of intestinal metabolism for the bioavailability of orally administered drugs had been increasingly recognized with the identification of drug metabolising enzymes and drug transporters in the human small intestine. The lacking availability of human enterocytes is one of the main problems of investigations of intestinal drug metabolism and transport. Furthermore, the knowledge about the influence of rifampin on the expression and function of cytochrome P450 enzymes and drug transporters in human enterocytes is very marginal. A multilumen perfusion catheter (mlpc) and a tissue collection of matched small intestinal and hepatic samples were used to work on these problems. The characterization of human shed cells obtained with a mlpc showed that viable shed enterocytes can be used for investigations of the intestinal drug metabolising enzymes and transporters. In a further study with the mlpc and rifampin administration, it could be shown that the expression of CYP2C8, CYP2C9 and CYP3A4 was induced by rifampin in human shed enterocytes. In addition, the in vivo function of P-glycoprotein and the influence of rifampin on intestinal P-glycoprotein expression were investigated in the same study. The P-glycoprotein substrates quinidine and digoxin were administered orally and intravenously, respectively. The importance of intestinal P-glycoprotein could be shown for the systemic elimination of i.v. administered digoxin and the absorption of luminally administered quinidine. Also, an increase of digoxin elimination and an decrease of quinidine absorption were measured after rifampin intake. The expression analysis of MRP2 in the small intestine and liver from the same patient revealed no difference between these tissues. The correlation between MRP2 mRNA and MRP2 protein in the small intestine but not in the liver indicated different regulatory mechanisms of MRP2 in these two tissues.