Effects of Cyclosporine A on Pharmacokinetics of Docetaxel in Rats

Abstract

Docetaxel is a worldwidely used anticancer drug, which is applied to diverse cancer types. However, it has a very low oral bioavailability; therefore, it can only be injected intravenously. The drug metabolizing enzyme cytochrome P450 (CYP) 3A4 and the P-glycoprotein (P-gp), drug efflux transporter, act as major barriers of docetaxel absorption. In order to improve the oral bioavailability of docetaxel effectively, an immunosuppressant, cyclosporine A (CsA) was co-administered via a femoral vein or an esophagus. The reason for that choice was that cyclosporine A can inhibit the functions of both P-gp and CYP3A4. In the present investigation, a validated HPLC-UV method was established for the quantification of docetaxel in rat plasma. The analytical method was successfully applied for the determination of plasma concentration of docetaxel following intravenous and oral administration to rats. Docetaxel and internal standard (paclitaxel) were eluted at 15.3 min and 19.2 min, respectively, and their corresponding peaks were not interfered with endogenous substances. The calibration curve for docetaxel was linear over the concentration range from 0.02 to 10 μg/mL (r = 1.000). The intra- and inter-day precision and accuracy values for docetaxel were in the ranges of 2.0% - 6.0%, and 96.5% - 102%, respectively. The HPLC-UV method was successfully validated in terms of specificity, linearity, precision, accuracy and sensitivity. And the stability of docetaxel was also confirmed at room temperature storage for 6h, at 4˚C auto-sampler for 24 h after preparation, at three freeze-thaw cycles and at -20˚C and -70˚C storage for 2 months. The pharmacokinetic parameters of docetaxel were determined in rats after intravenous (5 mg/kg) or oral (20 mg/kg) administration in the presence or absence of CsA (IV : 2 and 5 mg/kg / PO : 5, 10 and 20 mg/kg). Compared to control group (co-administered with tap water), CsA significantly (> 50-fold) increased the area under the plasma concentration-time curve of docetaxel following oral administration. It also significantly increased the maximum plasma concentration (Cmax) of docetaxel and meaningfully prolonged the required time to reach Cmax of docetaxel (p<0.01). Meanwhile, the volume of distribution and total clearance of docetaxel were decreased, and the elimination half-life showed any noticeable change. However, any statistically significant changes were not observed in the intravenous pharmacokinetics of docetaxel, except for slight increases in the half-life and the volume of distribution when co-administered with 5 mg/kg of CsA. In conclusion, co-administration of CsA strongly enhanced the relative bioavailability of orally administered docetaxel. It seems that CsA blocks P-gp function in the gastrointestinal tract and eliminating organs. However, the effect of CsA on oral absorption of decetaxel appears to be much greater than that on elimination of docetaxel from the body. In addition, inhibition of docetaxel metabolism in the gut wall and/or liver by CsA may also contribute to the increased oral bioavailability to some degree. ;도세탁셀은 다양한 고형암의 치료에 널리 사용되는 항암제임에도 불구하고 P-당단백질과 같은 배출수송계와 CYP3A4 대사 효소의 작용으로 인하여 경구 투여 시 생체이용률이 낮다는 단점이 있다. 본 연구에서는 도세탁셀의 경구 생체이용률을 효과적으로 증가시키기 위하여 P-당단백질과 CYP 3A4의 작용을 모두 억제할 수 있는 사이클로스포린을 도세탁셀과 함께 정맥 또는 경구로 동시에 투여하였다. 쥐의 혈장에서 도세탁셀을 정량하기 위하여 혈장 중의 도세탁셀과 내부표준물질을 아세토니트릴로 한번에 추출하였다. 도세탁셀과 내부표준물질의 유지시간은 각각 15.3분 및 19.2분 이었으며 이 분석조건에서 두 물질 모두 기타 혈장성분들로부터 잘 분리되었다. 도세탁셀의 검량선은 0.02-10.0 μg/mL의 농도 범위에서 직선성을 나타내었다. 이 분석법은 미국 식약청에서 제시하는 생체시료분석법 검증 가이드라인에 따른 분석법 검증 시험에서 특이성, 직선성, 정확성, 정밀성, 감도 측면에서의 모든 기준에 적합하였으며, 또한 단기 보관, 장기 보관을 비롯하여 시험한 모든 조건에서 도세탁셀이 안정함을 확인하였다. 이는 동물실험 후 얻어진 혈장 샘플을 분석하여 도세탁셀의 약동학적 변수를 도출하는 데 적절히 이용되었다. 사이클로스포린 2 mg/kg 또는 5 mg/kg를 도세탁셀 5 mg/kg와 정맥으로 동시에 주사한 경우, 5 mg/kg 동시 투여 군에서의 소실 반감기(t1/2) 와 겉보기 분포용적(Vd)만이 약간 증가한 것을 제외하고는 대조군과 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다. 반면, 사이클로스포린 5, 10 및 20 mg/kg를 각각 도세탁셀 20 mg/kg와 경구로 동시 투여한 경우에는 혈장 중 농도-시간 곡선 하 면적 (AUC0-t)이 대조군 (물 동시 투여) 에 비하여 최고 50배 이상 증가하였다. 최고 혈장 중 농도 (Cmax) 와 최고 혈장 중 농도 도달시간 (Tmax) 도 현저히 증가하였다. 반면에, 클리어런스 (Clt/F) 및 겉보기 분포용적은 유의적으로 감소하였으며, 소실 반감기는 변화가 없었다. 결론적으로, 사이클로스포린은 위장관, 간 및 기타 배설 기관에 분포하고 있는 P-당단백질의 기능과 CYP3A4 의 대사를 억제함으로써 도세탁셀의 경구 흡수율을 효과적으로 증가시켰고, 정맥 투여 시와 경구 투여시의 결과를 비교해 보았을 때 이는 배설의 억제보다는 흡수의 증가에 의한 영향인 것으로 사료된다.