Niemann-Pick type C ni ugonjwa wa kurithi ambapo kolesteroli hukusanyika mahali pasipofaa ndani ya lysosome, sehemu ya seli inayohusika na urejeleaji wa molekuli, na husababisha neurodegeneration inayoendelea. Mojawapo ya dutu zinazochunguzwa kwa tiba ni 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin. Dutu hii, HP-β-CD, si molekuli moja safi; ni mchanganyiko wa molekuli zenye idadi tofauti ya hydroxypropyl groups.

Tofauti hii inaelezwa kwa “degree of substitution”, au DS. European na United States pharmacopeia hufafanua HP-β-CD kwa DS ya 2,8–10,5 kwa molekuli ya cyclodextrin. Watafiti walichunguza kama kwenda nje ya kiwango hiki kunaweza kuboresha tiba ya Niemann-Pick type C au kupunguza ototoxicity.

Utafiti ulilinganisha formulation tatu ndani ya kiwango cha farmakopea — DS 4,6, 8,4 na 9,9 — na formulation mbili juu ya kiwango hicho — DS 13,7 na 16,7. Ufanisi wa tiba ulipimwa kwa Npc1^-/- mouse model, na sumu ya kusikia ilipimwa kwa wild-type mice.

Panya wa Npc1^-/- wenye wiki 4 walipewa dozi moja ya 21,4 µmol/kg HP-β-CD moja kwa moja kwenye ventrikali ya ubongo. Formulation zote tano zilipunguza upotevu wa uzito, kuchelewesha kuongezeka kwa neurological phenotype score, kuongeza survival, na kupunguza upotevu wa Purkinje cells kwenye cerebellum. Hata hivyo athari zilikuwa dhahiri zaidi katika DS 4,6, 8,4 na 9,9. DS ilipopanda hadi 13,7 na 16,7, manufaa yalidhoofika.

Kwa usalama wa kusikia, picha ilikuwa mbaya zaidi. Wild-type mice wenye wiki 8 walipewa nusu ya dozi ya tiba, yaani 10,7 µmol/kg. Formulation zote za HP-β-CD ziliongeza auditory brainstem response thresholds kwa 4, 8, 12, 20 na 32 kHz. Kuongezeka kwa threshold humaanisha mnyama anahitaji sauti kubwa zaidi ili kutambua stimulus, yaani auditory function imeharibika.

Hitimisho kuu ni kwamba kuongeza DS juu ya kiwango cha farmakopea hakuboresha uwiano wa ufanisi na usalama. Katika DS za juu, ufanisi ulipungua ilhali hatari ya kusikia haikuondoka. Wakati huohuo utafiti hauonyeshi kwamba HP-β-CD zilizo ndani ya farmakopea ni salama kwa kusikia; ototoxicity ilionekana katika DS zote na hata kwa nusu dozi.

Huu si utafiti wa kliniki wa binadamu. Matokeo yanahusu dozi moja ya intracerebroventricular kwa panya na hayawezi kutafsiriwa moja kwa moja kama ushahidi wa ufanisi, dozi, kiwango cha hearing loss au protocol salama kwa binadamu.

Niemann-Pick type C ni nini?

Niemann-Pick type C ni lysosomal storage disease ya autosomal recessive. Mara nyingi hutokana na loss-of-function katika NPC1, na kwa nadra zaidi NPC2. Protini hizi husafirisha kolesteroli kutoka lysosomes kwenda sehemu nyingine za seli. Zisipoendelea kufanya kazi vizuri, unesterified cholesterol hukusanyika kwenye lysosomes, usambazaji wa lipidi huvurugika na hasa neurons huathirika kwa muda.

Vipengele vya kawaida ni progressive neurodegeneration, matatizo ya harakati na usawaziko, kupotea kwa kazi za neva, hepatosplenomegaly na kupungua kwa muda wa kuishi. Npc1^-/- mice haiwakilishi utofauti wote wa ugonjwa wa binadamu, lakini hutumika kuchunguza athari na toxicity ya wagombea wa dawa.

HP-β-CD ni nini?

2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin ni oligosaccharide ya mviringo yenye vitengo saba vya glucopyranose. Nje yake inaendana na maji na nafasi yake ya ndani inaweza kushikilia molekuli hydrophobic. Muundo huu huipa uwezo wa kuingiza na kuyeyusha kolesteroli.

HP-β-CD si molekuli sare. Wakati wa uzalishaji, hydroxypropyl groups huunganishwa kwa idadi tofauti kwenye β-cyclodextrin. DS ikibadilika, cholesterol solubilization, water solubility, self-aggregation, membrane interaction, pharmacokinetics na cytotoxicity vinaweza kubadilika pia.

DS ilihesabiwaje?

DS ilipimwa kwa proton NMR:

\[ \mathrm{DS} = rac{7A}{3B} \]

A ni integral ya methyl protons za hydroxypropyl group katika 0,8–1,3 ppm, na B ni integral ya anomeric protons za β-cyclodextrin katika 4,9–5,4 ppm. Namba 7 huwakilisha vitengo saba vya glucose, na 3 huwakilisha methyl protons.

• DS 8,4: A = 3,59 wakati B = 1.
• DS 9,9: A = 4,24.
• DS 13,7: A = 5,87.
• DS 16,7: A = 7,16.
• DS 4,6 ilikuwa bidhaa ya kibiashara, na synthesis details zilitajwa kuwa proprietary.

Kwa nini kiwango cha farmakopea kilikuwa muhimu?

Kiwango kilichotajwa ni 2,8–10,5. DS 4,6, 8,4 na 9,9 ziko ndani; DS 13,7 na 16,7 ziko nje. Swali lilikuwa kama DS ya juu inaweza kuboresha cholesterol handling au kupunguza ototoxicity. Utafiti ulijaribu DS tano pekee, hivyo hauchoraji mkunjo wote wa DS-ufanisi.

Uzalishaji na maandalizi

HP-β-CD zilitengenezwa na Nihon Shokuhin Kako Co., Ltd. β-cyclodextrin iliyeyushwa kwenye sodium hydroxide solution; propylene oxide ikaongezwa hatua kwa hatua; reaction iliendelea siku 2–3 kwenye room temperature; solution ilineutralizwa kwa hydrochloric acid; desalting ilifanywa kwa ion-exchange resin; dialysis kwa membrane cutoff 100–500 Da; filtration 0,45 µm; kisha lyophilization. Kabla ya kutumiwa kwa wanyama, samples ziliyeyushwa kwenye maji, osmolarity ikawekwa sawa kwa sodium chloride na zikachujwa kwa sterile 0,45 µm filter.

Kwa nini makundi mawili ya panya?

Ufanisi ulipimwa kwa panya wagonjwa Npc1^-/-, lakini ototoxicity ilipimwa kwa wild-type mice. Hili ni muhimu kwa tafsiri: sumu ya kusikia katika panya mwenye afya si lazima iwe sawa kwa panya mwenye ugonjwa. Aidha, faida na madhara hayakupimwa kwa mnyama yule yule, hivyo benefit-risk ya mtu mmoja haiwezi kuhesabiwa moja kwa moja.

Intracerebroventricular administration

HP-β-CD iliingizwa moja kwa moja kwenye ventrikali za ubongo kwa stereotactic device na infusion pump. Njia hii si sawa na intrathecal administration ya binadamu. Volume ilikuwa:

\[ 1\ \mu\mathrm{L} / 15\ \mathrm{g}\ body\ weight \]

Dozi ya ufanisi ilikuwa 21,4 µmol/kg kwa formulation zote; kwa DS 4,6 ilikuwa takriban 30 mg/kg. Jaribio la kusikia lilitumia nusu ya dozi hii: 10,7 µmol/kg.

Phenotype na uzito

Panya walipimwa kila wiki kuanzia wiki 4 kwa vigezo vitano: hindlimb clasping, grooming, motor function, kyphosis na ledge test. Kila kigezo kilikuwa 0–3, hivyo total score ilikuwa 0–15. Alama kubwa ilimaanisha ugonjwa mzito zaidi. Phenotype scoring ilikuwa open-label bila blinded assessment, jambo linaloweza kuongeza measurement bias.

Katika untreated Npc1^-/- mice, upotevu wa uzito ulianza karibu wiki 7–8. Formulation zote zilichelewesha upotevu huu. DS 4,6, 8,4 na 9,9 zilionekana kuhifadhi uzito na phenotype kwa muda mrefu zaidi; DS 13,7 na 16,7 zilikuwa bora kuliko control lakini dhaifu zaidi.

Survival na Purkinje cells

Survival ilichambuliwa kwa Kaplan-Meier. Endpoint haikuwa kifo pekee; kushindwa kula au kunywa bila msaada pia kulichukuliwa kama humane endpoint. Formulation zote ziliongeza survival dhidi ya saline control; P < 0,01. Hata hivyo formulation za ndani ya farmakopea zilionyesha ongezeko kubwa zaidi.

Purkinje cells za cerebellar lobules I/II na V zilipimwa kwa calbindin D28K immunohistochemistry katika wiki 9. Untreated mice walikuwa na upotevu dhahiri wa Purkinje cells. Vikundi vyote vya HP-β-CD vilionyesha ulinzi, lakini DS 4,6–9,9 zilionekana bora. Hata hivyo cell count au density haikutolewa; matokeo ni tathmini ya qualitative ya representative sections.

ABR na matokeo ya kusikia

Auditory brainstem response ilipimwa kwa electrodes chini ya pinna, vertex na chini ya sikio la upande wa pili. Frequencies zilikuwa 4, 8, 12, 20 na 32 kHz. Majibu 512 yaliwekwa wastani, na threshold ilipunguzwa kwa hatua za 5 dB. Threshold ya chini inaonyesha kusikia bora; threshold ya juu inaonyesha kupungua kwa unyeti wa kusikia.

Katika wild-type mice wenye wiki 8, wiki moja baada ya 10,7 µmol/kg, formulation zote ziliongeza thresholds dhidi ya saline kwa frequencies zote; P < 0,01. Hii inaonyesha ototoxicity halikuhusiana na DS moja tu, halikuwa la high frequency pekee, na halikuondolewa na DS ya juu.

Je, DS ya juu ilipunguza toxicity?

Hapana. DS 13,7 na 16,7 hazikutoa faida ya kusikia dhidi ya DS za ndani ya farmakopea. Wakati huo huo ufanisi wa tiba ulipungua. Hivyo DS ya juu inaweza kupunguza therapeutic window:

\[ \mathrm{Therapeutic\ window} = \mathrm{Toxic\ dose\ boundary} - \mathrm{Effective\ dose\ boundary} \]

Hii ni maelezo ya dhana, si hesabu ya moja kwa moja ya makala. Utafiti haukupima mfululizo wa minimum effective dose au minimum toxic dose.

Uhusiano na bidhaa za kliniki

Makala inataja bidhaa mbili zinazotumiwa katika clinical research: VTS-270/adrabetadex yenye wastani wa DS 4,34 na Trappsol Cyclo yenye wastani wa DS 7. Zote ziko ndani ya 2,8–10,5. Matokeo yanaonyesha kuwa DS ndani ya farmakopea inaweza kuhifadhi performance inayofanana, lakini kupita juu sana hudhoofisha manufaa. Hii haithibitishi ubora wa bidhaa moja ya kibiashara dhidi ya nyingine.

Kwa nini ufanisi ulipungua?

Utaratibu haukupimwa moja kwa moja. DS inaweza kubadilisha cholesterol binding geometry, self-aggregation, membrane interaction, CSF distribution, tissue entry na clearance. Hydroxypropyl nyingi zaidi si lazima imaanishe uwezo mkubwa zaidi wa kuondoa kolesteroli. Lakini binding constants, brain concentration, tissue cholesterol na pharmacokinetics kwa kila DS hazikupimwa katika kazi hii.

Nguvu na mipaka

• Nguvu: DS ndani na nje ya farmakopea zililinganishwa katika mfumo mmoja.
• Nguvu: formulation zilitolewa kwa dozi sawa ya molar.
• Nguvu: uzito, phenotype, survival na histolojia ya cerebellum zilitumika.
• Nguvu: kusikia kulipimwa kwa ABR katika frequencies 5.
• Kikomo: ni preclinical mouse study, si binadamu.
• Kikomo: ni preprint isiyopitiwa na peer review.
• Kikomo: sample size ilikuwa ndogo: phenotype n=6, survival/weight n=8, ABR n=4.
• Kikomo: dozi moja na muda mmoja tu vilitumiwa.
• Kikomo: benefit na ototoxicity hazikupimwa kwa mnyama yule yule.
• Kikomo: phenotype scoring ilikuwa open-label.
• Kikomo: Purkinje cells hazikuhesabiwa kwa wingi.
• Kikomo: cochlear histology na hair cell counts hazikufanywa.
• Kikomo: pharmacokinetics na cholesterol biochemistry kwa kila DS hazikuwepo.
• Kikomo: waandishi wawili ni wafanyakazi wa Nihon Shokuhin Kako Co., Ltd., mtengenezaji wa samples za HP-β-CD.

Utafiti unasema nini na hausimi nini?

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi

Matokeo makuu

Mwelekeo wa matokeo unaweza kufupishwa hivi:

\[ \mathrm{DS\ ndani\ ya\ farmakopea} ightarrow \mathrm{Ufanisi\ huhifadhiwa\ kwa\ kiasi\ kikubwa} \]

\[ \mathrm{DS\ juu\ ya\ kiwango} ightarrow \mathrm{Ufanisi\ hudhoofika} \]

\[ \mathrm{DS\ zote\ zilizojaribiwa} ightarrow \mathrm{ABR\ thresholds\ hupanda} \]

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Maudhui haya yanategemea preprint ya Mayuko Tanaka, Hazuki Nakagawa, Yusei Yamada na waandishi wenza yenye kichwa “A preclinical study evaluating how degrees of substitution beyond the pharmacopeial range of 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin affect therapeutic efficacy and auditory function after intracerebroventricular administration for Niemann–Pick disease type C”. Si utafiti wa binadamu; ni jaribio la preclinical kwa panya. Matokeo hayathibitishi dozi salama ya binadamu, frequency ya hearing loss, ufanisi wa kliniki au ubora wa bidhaa ya kibiashara.