Toxicocinética (TK)descreve a exposição sistêmica a um composto durante estudos toxicológicos e ajuda a estabelecer a relação entre dose, exposição e potenciais efeitos tóxicos. Humanos e animais de laboratório compartilham os processos fisiológicos fundamentais que governam a absorção, distribuição, metabolismo e excreção (ADME). Quando os dois divergem, as consequências para a exposição aos medicamentos são muitas vezes grandes e moldam a forma como um achado não clínico deve ser interpretado.
Essas diferenças estão por trás de três decisões de rotina: qual modelo animal escolher, como interpretar uma descoberta de toxicidade e onde definir uma dose inicial para estudo clínico. Lendo a toxicocinética ao ladofarmacocinética (PK)efarmacodinâmica (PD)mostra se um efeito observado decorre da exposição sistêmica, do envolvimento do alvo ou de uma resposta biológica específica para a espécie.
Como a toxicocinética difere entre humanos e animais?
As diferenças entre espécies na TK surgem da fisiologia gastrointestinal, ligação às proteínas plasmáticas, atividade enzimática metabólica, expressão do transportador e eliminação renal e biliar. Seu tamanho é específico do composto e nenhum fator de escala interespécies o prevê de maneira confiável.
Absorção e biodisponibilidade.O pH gastrointestinal, o tempo de trânsito, a permeabilidade intestinal, as características da formulação e a atividade do transportador determinam a taxa e a extensão da absorção do medicamento. Os modelos animais e humanos diferem nestes aspectos, o que altera a concentração plasmática máxima (Cmax), o tempo até à concentração máxima (Tmax) e a exposição global medida pela área sob a curva concentração-tempo (AUC). A lacuna é grande para compostos administrados oralmente com solubilidade dependente do pH ou permeabilidade intestinal limitada.
Distribuição e ligação às proteínas plasmáticas.A distribuição do medicamento depende da perfusão tecidual, da permeabilidade da membrana, da atividade do transportador e da ligação às proteínas plasmáticas. Como a afinidade de ligação e a abundância de proteínas diferem entre as espécies, o mesmo ocorre com a fração não ligada. As concentrações não ligadas acompanham frequentemente a actividade farmacológica e a distribuição nos tecidos mais de perto do que as concentrações totais, razão pela qual a concentração plasmática total por si só pode não explicar completamente uma diferença interespécies na resposta.
Metabolismo.As enzimas metabolizadoras de medicamentos, incluindo as enzimas do citocromo P450 (CYP) e as vias de conjugação, diferem entre as espécies e definem tanto a taxa de depuração do medicamento quanto o padrão de formação de metabólitos. Um composto pode ser metabolizado através de diferentes vias em diferentes espécies, produzindo perfis metabólicos distintos. Isto complica a interpretação dos resultados de toxicidade, especialmente quando um metabolito é farmacologicamente activo ou contribui para a toxicidade.
Excreção e depuração.A filtração renal, a secreção tubular ativa, a reabsorção, a excreção biliar e a atividade do transportador determinam como um composto é eliminado. Esses processos variam entre as espécies, e a variação é conseqüente para compostos com depuração renal ou biliar substancial. Para produtos biológicos, incluindo anticorpos monoclonais, a depuração também depende da disposição mediada pelo alvo, do catabolismo inespecífico, da imunogenicidade e da expressão do alvo.
As diferenças entre espécies devem ser julgadas com base em evidências específicas do composto, e não no tamanho do corpo ou na proximidade taxonômica.
Por que essas diferenças são importantes nos estudos de toxicologia?
Os dados TK estabelecem a exposição sistémica alcançada em cada nível de dose e mostram se a exposição aumenta proporcionalmente à dose. Comparados com os parâmetros toxicológicos, eles apoiam a interpretação das relações exposição-toxicidade e a escolha dos níveis de dose para os estudos que se seguem.
A exposição que aumenta desproporcionalmente com a dose aponta para a saturação das vias metabólicas ou de eliminação, para uma alteração na biodisponibilidade ou para algum outro processo não linear. As diferenças na exposição entre os sexos, ou entre os intervalos de dosagem, têm o mesmo peso quando são interpretados os resultados de toxicidade de doses repetidas.
Um ponto merece destaque:a mesma dose administrada não produz necessariamente a mesma exposição sistêmica entre espécies. Uma comparação baseada apenas em mg/kg ou na área de superfície corporal é, portanto, insuficiente para compreender uma diferença na resposta farmacológica ou toxicológica. AUC, Cmax, concentrações não ligadas e, quando apropriado, dados de metabólitos fornecem uma base mais informativa parainterpretação entre espécies.
O cuidado inverso também se aplica. Um efeito adverso num animal não é automaticamente relevante para os seres humanos nem automaticamente irrelevante. O seu significado reside no mecanismo por trás dele, na exposição em que aparece, nas vias envolvidas e até que ponto essas vias estão presentes e são funcionalmente comparáveis em humanos.
Integrando TK, PK e PD para melhorar a interpretação translacional
TK, PK e PD respondem a questões complementares. A PK caracteriza o período de exposição ao medicamento, a TK avalia essa exposição dentro de um contexto toxicológico e a PD examina os efeitos biológicos da administração do medicamento.
Integrados, os três conjuntos de dados separam três cenários que de outra forma se parecem: uma resposta limitada causada por exposição insuficiente, um efeito farmacológico que estabiliza à medida que a exposição aumenta e uma resposta adversa ligada à exposição sistémica excessiva. Separá-los é o que permite estabelecer uma relação exposição-resposta e avaliar uma descoberta num determinado modelo animal em relação ao desenvolvimento clínico.
Experimentos de metabolismo in vitro, avaliações de transportadores, estudos de ligação a proteínas plasmáticas e sistemas derivados de humanos acrescentam outra camada a um programa não clínico. Eles identificam possíveis diferenças entre espécies antes que existam dados clínicos de exposição e resposta. Porém, o limite está embutido: as descobertas in vitro não reproduzem as interações fisiológicas que determinam a disposição do medicamento e a atividade biológica in vivo.
O papel dos primatas não humanos na farmacologia translacional
Primatas não humanos (NHPs), incluindo macacos cynomolgus, tornam-se úteis quando a biologia específica da espécie limita o que os dados de outros modelos animais podem apoiar. O argumento aplica-se principalmente a certos produtos biológicos e a terapias dirigidas contra alvos humanos, onde a reatividade cruzada, a distribuição dos alvos ou a semelhança funcional diferem substancialmente entre as espécies.
No programa certo, um estudo NHP integra a caracterização farmacocinética com parâmetros farmacodinâmicos para avaliar o envolvimento do alvo, a atividade biológica, as relações dose-resposta e quanto tempo dura um efeito farmacológico. Combinado com biomarcadores, exames de imagem ou avaliações comportamentais quantitativas, acrescenta evidências sobre como a exposição sistêmica se relaciona com mudanças na biologia relevante para a doença.
Os PNH não são, no entanto, universalmente mais preditivos dos resultados humanos do que outros modelos. A adequação depende da modalidade terapêutica, da biologia alvo, do mecanismo da doença e da questão de pesquisa. Para alguns compostos, os roedores ou outras espécies informam mais, e os sistemas humanos in vitro fornecem frequentemente evidências complementares. A seleção de espécies é, portanto, um argumento científico que deve estar alinhado com os objetivos do programa.
ParaFarmacologia PNHestudos,a integração de PK e PDé importante porque a exposição por si só não pode estabelecer se um candidato produz a resposta biológica pretendida, enquanto um efeito farmacodinâmico é difícil de interpretar sem a exposição que o produziu. Mantidas em conjunto, as duas medições fornecem uma avaliação mais completa da atividade farmacológica e alimentam a próxima rodada de seleção de dose e desenho do estudo.
Implicações para o desenho do estudo pré-clínico
Uma avaliação bem projetada entre espécies começa com uma compreensão clara do mecanismo de ação do composto, das vias metabólicas previstas e das preocupações de segurança relevantes. Os pesquisadores podem então selecionar espécies apropriadas e definir os parâmetros de exposição, farmacológicos e toxicológicos necessários para atingir os objetivos do estudo.
A interpretação deve considerar não apenas a dose e as concentrações plasmáticas totais, mas também os metabólitos relevantes, a exposição não ligada, o envolvimento do alvo e o potencialfarmacocinética não linear. Para produtos biológicos, a expressão do alvo, a reatividade cruzada das espécies, a imunogenicidade e a disposição mediada pelo alvo podem exigir atenção especial.
Quando são identificadas diferenças substanciais entre espécies, a integração de dados de animais com sistemas humanos in vitro e análises mecanísticas esclarece o que elas implicam. A evidência é lida como um todo, não através de um único parâmetro ou modelo animal.
Na Prisys Biotechnologies, farmacologia de primatas não humanos eestudos de eficácia baseados em modelos de doençasinvestigar as relações exposição-resposta in vivo. Onde o programa assim o exigir, as medições farmacocinéticas são integradas com parâmetros farmacodinâmicos, exames de imagem e avaliações comportamentais para caracterizar respostas biológicas e apoiar decisões baseadas em evidências durante o desenvolvimento pré-clínico.
Conclusão
As diferenças entre as espécies na toxicocinética podem influenciar a exposição sistêmica, a formação de metabólitos e a interpretação dos resultados de segurança não clínicos. Suas implicações dependem do composto, dos mecanismos biológicos envolvidos e do contexto experimental.
A integração da TK com PK, PD e evidências mecanicistas fornece uma base mais abrangente para interpretar estudos em animais e avaliar sua relevância para humanos. Para programas de desenvolvimento de medicamentos selecionados, os estudos farmacológicos do NHP podem acrescentar importantes evidências translacionais, ligando a exposição ao medicamento à atividade biológica e aos desfechos relevantes para a doença. A seleção de modelos e a interpretação integrada de dados levam esse raciocínio adiante durante o restante do desenvolvimento pré-clínico.
