In silico, in vitro und in vivo Charakterisierung der Hemmung ausgewählter Fremdstoff-metabolisierender Enzyme des Menschen durch Voriconazol

Abstract

Zur Präzisierung des inhibitorischen Potentials des etablierten Antimykotikums Voriconazol auf ausgewählte, den Midazolam-Metabolismus betreffende Enzyme wurden Inhibitionsstudien in vitro und in vivo durchgeführt, um Interaktionen unter Beteiligung von Voriconazol im klinischen Alltag vorhersagen und verhindern zu können.<br /> Durch die Reevaluierung einer Studie mit zehn Probanden, bei der der Effekt von oral appliziertem Voriconazol auf die Pharmakokinetik und –dynamik von i.v. und oral gegebenem Midazolam untersucht wurde, konnte mit Hilfe der Software NONMEM^® ein semiphysiologisches Modell entwickelt werden, das gleichzeitig die Pharmakokinetik von Midazolam, dem Hauptmetabolit 1‘-OH-Midazolam und Voriconazol beschrieb. Der zeitliche Verlauf der kompetitiven Inhibition der CYP3A-Aktivität an den wichtigsten Expressionsorten für den humanen Arzneistoffmetabolismus, Darmwand und Leber, konnte durch die Implementierung empirischer Inhibitionskompartimente dargestellt werden und resultierte in einer lang andauernden ausgeprägten Hemmung der CYP3A-Aktivität an beiden Expressionsorten. Die aufgestellte Hypothese einer möglichen Inhibition von am Phase II-Metabolismus von Midazolam beteiligten UGT-Enzymen 2B4 und 2B7 durch Voriconazol wurde in vitro nach Entwicklung und Validierung einer sensitiven LC-MS/MS-Methode untersucht. Eine Voriconazol-vermittelte moderate (bei kompetitiver Hemmung) bzw. schwache Hemmung (bei nichtkompetitiver Hemmung) von UGT2B4 konnte nachgewiesen werden, der zusätzlich untersuchte hauptsächlich zirkulierende Metabolit Voriconazol-N-oxid zeigte keine Hemmwirkung auf die untersuchten UGT-Enzyme. Durch Inhibitionsstudien mit CYP3A4 konnte erstmals in vitro das inhibitorische Potential von Voriconazol-N-oxid gegenüber dem wichtigsten Phase I-Enzym quantifiziert werden: Voriconazol-N-oxid zeigte eine vergleichbare Hemmwirkung auf CYP3A4 wie seine Muttersubstanz, was sich potentiell auf den klinischen Alltag auswirken könnte.<br /> Für eine differenziertere Betrachtung der dynamischen Veränderung der Aktivität von am Midazolam-Metabolismus beteiligten Enzymen durch Voriconazol wurde eine Studie mit sechs Probanden mit einem neuartigen Studiendesign durchgeführt: in unterschiedlichen Studienperioden wurden Midazolam und Voriconazol gleichzeitig und kontinuierlich entweder i.v. oder intestinal über Duodenalsonden appliziert. Mit Hilfe von im Rahmen der Dissertationsarbeit entwickelten und validierten LC-MS/MS-Quantifizierungsmethoden für Voriconazol und Voriconazol-N-oxid im Plasma und Midazolam, 1‘-OH-Midazolam, 4-OH-Midazolam im Urin (die Plasmakonzentrationen wurden extern vermessen) wurden Daten für die Analyse mit NONMEM® generiert. Hierbei sollte ein minimales physiologisch-basiertes pharmakokinetisches (PBPK-) Modell entwickelt werden, das die Ergebnisse der vorherigen Untersuchungen mit einschloss. Schlussendlich gelang die Entwicklung eines Modells für Midazolam, 1‘-OH-Midazolam und Voriconazol unter zusätzlicher Berücksichtigung von Urinkonzentrationen der Phase II-Metabolite von Midazolam und 1‘-OH-Midazolam sowie unkonjugiertem 1‘-OH-Midazolam. Die Implementierung des inhibitorischen Effekts von Voriconazol-N-oxid in das Modell war erfolglos ebenso wie eine UGT-Inhibition durch Voriconazol. Die ausgeprägte kompetitive Hemmung von intestinalem und hepatischem CYP3A bei der Reanalyse der publizierten Daten konnte durch die Auswertung der Daten dieser Studie erneut bestätigt werden.