Predikce terapeutické odpovědi psychofarmak v závislosti na fenotypu /genotypu cytochromu P450

PharmDr. Miroslav Turjap, Ph.D.

Doctoral thesis

Prediction of therapeutic response to psychotropics depending on phenotype/genotype of cytochrome P450

Abstract:

ABSTRAKT Úvod. Onemocnění centrální nervové soustavy představují jednu z největších zátěží současného zdravotnictví a jejich význam s ohledem na prodlužující se délku života neustále roste. Duševní poruchy a neurodegenerativní onemocnění budou i nadále představovat stále větší socioekonomický problém. Přes enormní úsilí a množství dostupných léčiv stále významná část nemocných neodpovídá na farmakoterapii optimálně. Kromě vývoje nových léčiv je nutné optimalizovat léčbu stávajícími léčivy. Cílem této práce byl vývoj metod s potenciálem optimalizovat léčbu psychofarmaky, resp. sledovat metabolickou aktivitu cytochromů P450 v preklinickém výzkumu. Dalšími cíli pak bylo ověření těchto metod v klinickém/preklinickém experimentu. Metody. Hlavními použitými výzkumnými metodami bylo sledování rychlosti biotransformace selektivních markerů metabolické aktivity forem cytochromu P450 a pro stanovení těchto selektivních markerů a jejich metabolitů potom metody kapalinové chromatografie (HPLC) ve spojení s UV/DAD detekcí. Výsledky. Pro sledování fenotypu CYP1A2 v klinické praxi byla vyvinuta nová, rychlá, citlivá a reprodukovatelná analytická metoda pro stanovení koncentrací kofeinu a jeho 7 metabolitů v lidské moči a slinách. Tato metoda je snadno proveditelná, neinvazivní a nevyžaduje speciální analytickou instrumentaci. Její využití bylo ověřeno v pilotním projektu podání kofeinu zdravým dobrovolníkům. Dále byla vyvinuta inovativní analytická metoda využívající stanovení koncentrací testotesteronu a jeho pěti hydroxylovaných metabolitů ke stanovení metabolické aktivity různých enzymů CYP v preklinickém experimentu. Metoda byla ověřena ve studii, jejímž cílem bylo objasnit, zda systémová aplikace safranalu, bioaktivní složky izolované z Crocus sativus L., může ovlivnit metabolickou aktivitu CYP3A, CYP2C11, CYP2B a CYP2A v potkaních jaterních mikrozomech (RLM). Závěr. Sledování fenotypu cytochromů P450 pomáhá individualizovat farmakoterapii v psychiatrii a stejně tak patří stanovení metabolické aktivity k základním postupům sledování farmakokinetických lékových interakcí. Metody vyvinuté v rámci této práce byly ověřeny v klinickém, resp. preklinickém experimentu. Metoda využívající kofein jako modelový substrát může být v klinické praxi vhodnou alternativou ke stanovení metabolické aktivity CYP1A2 pomocí měření metabolického poměru kofeinu z moči. Stanovení fenotypu CYP1A2 u člověka je možné využít pro optimalizaci farmakoterapie léčivy, která jsou významně biotransformována tímto enzymem - z psychofarmak jde např. o klozapin, olanzapin, asenapin, agomelatin, fluvoxamin a duloxetin. Metodu využívající testosteron jako modelový substrát lze využít např. při in vitro inkubacích s potkaními jaterními mikrozomy, ke studiu vlivu různých faktorů na metabolickou aktivitu některých enzymů CYP.

Abstract:

ABSTRAKT Background. The disorders of central nervous system represent one of the greatest burdens of the current healthcare worldwide and their importance is continuously growing as the life expectancy rises. Mental disorders and neurodegenerative diseases will continue to represent a growing socio-economic problem. Despite the enormous efforts and a large number of available drugs still the significant portion of patients do not respond optimally to pharmacotherapy. In addition to the novel drug development, it is necessary to optimize treatment with currently available drugs. The aims of this thesis were to develop the methods with the potential to contribute to the optimization of psychopharmacotherapy and to evaluate the metabolic activity of cytochrome P450 enzymes in preclinical research, respectively. The other objective was to prove the utility of these methods in clinical/preclinical experiment. Methods. The main research methods used in this thesis were the measurement of the biotransformation rate of selective markers of metabolic activity of cytochrome P450 enzymes and high-performance liquid chromatography with UV/DAD detection, for determination of these selective markers and their metabolites in different media. Results. A new, rapid, sensitive and reproducible analytical method was developed for the simultaneous determination of caffeine and its seven metabolites in human urine and saliva for determination of CYP1A2 metabolic phenotype in clinical practice. The method is easy feasible, non-invasive and does not require special analytical instrumentation. The utility of the method was confirmed in pivotal experiment with administration of caffeine to the healthy volunteers. Further, innovative analytical method was developed for simultaneous determination of testosterone and its five hydroxylated metabolites for determination of metabolic activity of different CYP enzymes in preclinical settings. The utility of the method was confirmed in preclinical study. The aim of the study was to determine, whether systemic administration of safranal, bioactive compound isolated from Crocus sativus L., can influence the metabolic activity of CYP3A, CYP2C11, CYP2B and CYP2A in rat liver microsomes (RLM). Conclusions. CYP enzymes phenotyping is useful for psychopharmacotherapy optimization. Further, determination of CYP metabolic activity is one of the principal tools for drug interaction studies. The utility of the developed methods was confirmed in respective clinical and preclinical experiments. The developed method using caffeine as a probe drug may become a useful alternative to urine caffeine metabolic ratio measurement with respect to CYP1A2 metabolic activity assessment in clinical practice. Determination of CYP1A2 phenotype in humans may be useful for optimization of pharmacotherapy with drugs predominantly metabolized via this enzyme, in psychiatry, e.g. with clozapine, olanzapine, asenapine, agomelatine, fluvoxamine and duloxetine. The developed method using testosterone as a probe drug may be useful, e.g. for in vitro RLM incubations, for study of various influences on CYP metabolic activity.

Keywords

fenotypizace, genotypizace, cytochrom P450, psychofarmaka, personalizovaná léčba, kapalinová chromatografie, kofein, testosteron, phenotypization, genotypization, cytochrome P450, psychotropic drugs, personalized pharmacotherapy, liquid chromatography, caffeine, testosterone

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 10. 6. 2016
• Supervisor: doc. PharmDr. Jan Juřica, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Medical Pharmacology (4-years) / Medical Pharmacology