Пролекарства

Многие соединения, обладающие мощным эффектом in vitro, при проверке in vivo проявляют низкую активность, что может быть следствием многих факторов, включая слабое всасывание, быстрый метаболизм и/или выведение, медленное проникновение к месту действия. Еще одним серьезным недостатком часто оказывается высокая токсичность. Все это заставляет вести поиск структур, которые не обладали бы вышеперечисленными отрицательными качествами. В подобном случае полезным может оказаться создание пролекарства — неактивного соединения, которые в результате биотрансформации в организме превращается в активное, проникает к месту действия и оказывает желаемый фармакологический эффект. В связи с тем, что изначально такое вещество не обладает активностью, оно, в большинстве случаев, не может быть выявлено при скрининге in vitro, т.е. до тех пор, пока не будет реализован механизм его активации. Впервые термин «пролекарство» ввел в 1958 г. А. Альберт. Однако задолго до этого в 1886 г. попытка направленного конструирования такого J1B была успешно осуществлена немецким биохимиком Ненцки, который справедливо предположил, что при объединении в одной молекуле остатка салициловой кислоты и фенола вновь образованное соединение способно распадаться в организме на исходные компоненты и оказывать противовоспалительное и антисептическое действие. В результате был синтезирован фенилсалицилат (салол). Пролекарствами, механизм активации которых стал Понятен уже после того, как они получили распространение в медицинской практике, являются уротропин, генерирующий формальдегид в мочевыводящих путях, и Prontosil rubrum (5.54), превращающийся в результате восстановления в стрептоцид (5.48). Около 7% современных JIC являются пролекарствами, например, эналаприл (5.60), симвастатин (5.69), ацикловир (6.63) и др. В эту группу не входят так называемые «ограниченные» пролекарства и «мягкие» лекарства. Ограниченные пролекарства — это активные JIB, метаболиты которых также вносят вклад в общий фармакологический эффект (например, нитросорбид, пропранолол  и др.). Они составляют ~ 4% нынешнего арсенала JIC. Понятие о мягких лекарствах было введено N. Bodor в 1984 г. для обозначения JIB, которые после достижения места действия и реализации фармакологического эффекта дезактивируются ферментативно контролируемым путем, что позволяет избежать задержки в организме высоко токсичных метаболитов. Пролекарства классифицируют согласно двум основным критериям: по химическому строению и по способу активации. Исходя из структурных особенностей различают ЛВ, переносимые специфическими носителями — линкерами, и биопрекурсоры. Переносимые линкерами пролекарства обычно имеют некоторые подвижные группы, аналогичные защитным группам, используемым в органическом синтезе, которые, отщепляясь, высвобождают активное вещество. Этот вид пролекарств, в свою очередь, подразделяется на системы, состоящие из 2-х частей, т. е. из носителя и собственно ЛВ, и состоящие из 3-х частей, в которых носитель связан с JIB через промежуточное звено. Примеры наиболее распространенных защитных групп, которые нашли применение в конструировании пролекарств. Биопрекурсоры отличаются от рассмотренных выше систем «линкер—JIB», тем, что в их структуре нет легко гидролизуемых связей. Активация этих соединений происходит в результате образования нового вещества — метаболита исходного. Типичными примерами биопрекурсоров являются имипрамин и L-ДОФА, превращающиеся в организме в десметилимипрамин и дофамин соответственно. Активация пролекарств может осуществляться как ферментативным, так и неферментативным путем (спонтанная биоактивация). Оба способа имеют свои преимущества и недостатки. Энзиматический путь во многих случаях тканеспецифичен и достаточно легко контролируется во времени. Недостатками его являются возможность образования неожиданных метаболитов по причине генетического полиморфизма и высокая вероятность взаимодействия JIB, в метаболизме которых участвуют одни и те же группы Ф.

При спонтанной биоактивации пролекарств, генетический полиморфизм и взаимодействие с другими JIB обычно не столь важны. Однако в этом случае на первый план выходит проблема химической стабильности вещества и необходимости установления места его превращения в активное соединение. Следует отметить, что направленное конструирование соединений, способных превращаться в активные JIB не- энзиматическим путем — задача достаточ
но сложная, т.к. полностью исключить влияние Ф на исследуемое вещество в организме невозможно. Как уже отмечено выше, к созданию пролекарства прибегают в тех случаях, когда необходимо изменить фармакокинетические параметры кандидата в JIC: повысить биодоступность, повлиять на транспортные характеристики или метаболическую стабильность. Оптимизировать эти показатели можно за счет увеличения водорастворимости или, наоборот, липофильности, предотвращения досистемного метаболизма или путем избирательной доставки JIB к месту действия. Способы повышения водорастворимости ЛВ. Для улучшения данного показателя в структуру веществ вводят группы, способные к ионизации (фосфатные, гемисукцинатные, аминоацильные, димети- ламиноацетатные), или нейтральные ПЭГ фрагменты. Так, введение фосфатного остатка в молекулу фентоина, обладающего противосу- дорожным действием, позволило создать водорастворимое пролекар- ство — фосфентоин (11.38), пригодное для парентерального применения. Соединение (11.38) быстро гидролизуется в организме при участии фосфатаз с образованием активного 3-гидроксиметил- 5,5-дифенилгидантоина (фентоина) [34]. Еще одним примером структурной перестройки, позволившей существенно повысить растворимость, служит введение ацильных остатков в сульфамидные фрагменты двух НПВС из группы диарилпроизводных азолов (11.39) и (11.40), по механизму действия являющихся ингибиторами РСгН-синтетазы-2. Растворимость в воде натриевых солей (11.39) и (11.40) составляет ~ 15 мг/мл, в то время как аналогичный показатель для не- ацилированных сульфамидов не превышает 50 мкг/мл. Активные JIB высвобождаются в результате первичного метаболизма про- лекарств (11.39), (11.40) в ПК и печени, сопровождающегося элиминированием ацильного остатка. Повышению гидрофильности способствует введение в молекулу JIB ПЭГ фрагмента. Для этих целей обычно используют ПЭГ с большой мол. массой, чтобы избежать быстрого выведения JIB из организма. Превращение таксола (10.28) в 2′-ПЭГ-таксол позволило создать инъекционную ЛФ этого антибластомного средства. Гидролиз эфира (11.41) протекает энзиматически. Следует подчеркнуть, что при образовании 7′-ПЭГ-таксола подобной биоактивации не наблюдается. Используя ПЭГ с различной мол. массой, можно регулировать концентрацию ЛВ: при 2′-ПЭГ5000 растворимость достигает 670 мг/мл, при г’-ПЭГ20000 – 200 мг/мл, при 2′-ПЭГ4000° – 125 мг/мл, в то время у неэстерифицированного таксола она составляет всего 25 мкг/мл. Способы повышения липофильности ЛВ. Увеличение липофильно- сти способствует проникновению ЛВ через мембраны клеток ПК за счет пассивной диффузии. В этом случае наиболее распространенной тактикой усовершенствования структур является синтез эфиров. Известно, что ампициллин обладает умеренной (40—62%) биодоступностью при пероральном способе введения, а его эсте- рифицированные производные — пивампициллин  и бакампи- циллин абсорбируются из кишечника на 98—99%. Эти пролекарства принадлежат к группе ЛВ, переносимых линкерами, антимикробный эффект которых наблюдается только после высвобождения ампициллина в сыворотке крови под воздействием эстераз. Пивалиновый (триметилацетатный) линкер, присутствующий в структуре , является одним из наиболее популярных. Введение двух таких остатков в молекулу адениннуклеотидного аналога — аде- фовира, — обладающего выраженными противовирусными свойствами, привело к пролекарству , которое в настоящее время проходит клинические испытания в США как потенциальное пероральное JIC, эффективное в отношении гепатита В. При подборе линкеров следует принимать во внимание токсикологические характеристики продуктов, образующихся при их распаде. Так, существенно повышает токсичность пролекарств формальдегид, выделяющийся при гидролизе двойных эфиров, содержащих метиленовый мостик. В этом смысле ацетальдегид как метаболит более безопасен. Однако такой фрагмент вносит в структуру дополнительный хиральный центр, а образовавшиеся в результате модификации энантиомеры могут активироваться в организме с различной скоростью. Недавно установлено, что и триметилуксусная кислота, образующаяся в результате гидролиза пивалиновых эфиров, также вносит в свой вклад в токсичность [39]. Формирование переносимых линкерами пролекарств — не единственный способ повышения интестинальной абсорбции JIB. Часто не менее эффективным оказывается конструирование биопрекурсоров.

Известно, что амидоксимы, гораздо менее основные, чем амидины, являются биопрекурсорами последних. Данный подход нашел отражение в модификации структуры антиагреганта мелагатрана в двойное пролекарство — ксемилагатран. Восстановление оксима в амидин происходит под действием редуктаз в ПК, почках, печени, легких и др. органах и тканях. Ожидается, что ксемилагат- ран, в случае успешного завершения клинических испытаний, станет первым прямым ингибитором тромбина, пригодным для перорально- го применения [41]. Способы повышения интестинальной абсорбции за счет активного транспорта. С целью облегчения переноса JIB через биологические барьеры широко используются специфические носители, для которых существуют собственные транспортные системы. Олигопептиды являются активными переносчиками JIB, в структуре которых содержится остаток какой-либо аминокислоты, например, р-лактамных антибиотиков, ингибитора АПФ эналаприла, валацикловира и многих др.  Валацикловир — валиновый эфир ацик- ловира — обладает в пять раз большей биодоступностью при введении per os, чем исходный препарат, благодаря активному транспорту интестинальным дипептидом РЕРТ1. Активный перенос через мембраны способствует быстрому всасыванию азидотимидина  и др. нуклеозидных аналогов. Переносчики желчных кислот облегчают абсорбцию тироксиноподобных соединений. Субстратами для транспортеров витаминов являются метотрексат, а также производные, содержащие фрагмент тиамина, никотиновой кислоты или ядро коррина (аналоги витамина В12). Специфические доставщики органических катионов (холина, дофамина и др.), анионов (метотрексата, правастатина) и транспортеры глюкозы обеспечивают всасывание JIB, содержащих в структуре соответствующие фрагменты. Несмотря на очевидные преимущества, данный подход в конструировании пролекарств сопряжен и с некоторыми трудностями. В частности, следует отметить, что транспортные системы способны к насыщению, в результате чего не исключены нарушения в фармакокинетике при одновременном приеме нескольких JIC и взаимодействие между ними. Способы повышения метаболической и химической стабильности JIB. Часто, с целью предотвращения быстрого досистемного метаболизма JIB, прибегают к «маскировке» фармакофоров, формируя на их основе фрагменты, претерпевающие более медленную биотрансформацию, чем исходные. Например, превращение эффективного бронходилата- тора тербуталина в бамбутерол, за счет преобразования фенольных групп в медленно гидролизующиеся неспецифическими холинэстеразами карбаматные, позволило в три раза снизить суточную дозу бронхорасширяющего средства. Кардиотоник докарпамин  представляет собой не что иное, как пригодную для перорального применения транспортную форму дофамина, высвобождающегося в результате гидролиза двойного пролекарства в кишечнике и последующей метаболической трансформации в печени. Методология конструирования пролекарств, распознаваемых клетками-мишенями. Доставка JIB в клетки-мишени может происходить путем пассивной диффузии, активного транспорта, биоактивации специфическим Ф или в результате взаимодействия антитела-носителя с клеточным антигеном. Проникновение путем пассивной диффузии обеспечивают ПЭГ линкеры. Так, рассмотренный ранее 2′ПЭГ- таксол, переносимый линкером с мол. массой > 50000, не только обладает повышенной гидрофильностью, но и избирательно накапливается в опухолевых клетках. Механизм этого явления окончательно не выяснен.

Стратегия создания пролекарств, мишени которых расположены в ЦНС, основана на следующих принципах: носитель должен обеспечивать липофильность, достаточную для проникновения вещества в нервную ткань, а затем превращаться in situ в более гидрофильную частицу, не позволяющую JIB быстро элиминировать обратно в системное кровообращение. Наиболее распространенным доставщиком такого типа является М-метил-1,4-дигидропиридин-3-карбоновый эфир. Этот фрагмент легко окисляется оксидоредуктазами как в плазме, так и в ЦНС, с образованием четвертичного аммонийного метаболита. Из плазмы неактивный метаболит элиминирует очень быстро. В нервной же ткани, наоборот, высокополярное пролекарство задерживается гораздо дольше, и в результате ферментативного гидролиза эфирной связи из него высвобождается активное JIB [34]. В специальной литературе описано лишь несколько примеров избирательной доставки JIB к мишеням за счет активного транспорта. Один из них — биопрекурсор дофамина — леводопа (L-ДОФА, 11.53), выступающий в качестве субстрата транспортеров нейтра