Effects of Verapamil and Elacridar on Pharmacokinetics of Topotecan in Rats

Abstract

토포테칸은 수용성을 높인 Camptotecan계 유도체로 전이성 난소암, 자궁암, 재발성 소세포 폐암치료에 쓰이는 항암제이다. 토포테칸은 P-당단백질, BCRP와 같은 약물 수송체에 높은 친화력을 가지고 이러한 특성은 토포테칸의 낮은 경구 생체이용률에 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 토포테칸의 체내 동태에 P-당단백질과 BCRP이 각각 어떻게 영향을 미치는지 알아보았다. 이때 P-당단백질 저해제로는 베라파밀을 사용하였고 BCRP저해제로는 엘라크리더를 사용하였다. 쥐의 혈장에서 토포테칸을 정량하기 위하여 내부표준물질인 아크리딘을 혈장에 먼저 첨가한 뒤 두 물질 모두를 차가운 메탄올을 이용하여 추출하였다. 이것을 Shiseido-Capcell-pak C18 UG120 칼럼을 이용하여 분석하였고 이동상으로는 1% TEA를 첨가한 인산완충용액과 1%TEA를 첨가한 메탄올을 56:44의 비율로 유속 1mL/min으로 흘려주었다. 이 조선에서 토포테칸과 내부표준물질은 각각 3.5분, 8.2분에 깨끗하게 잘 분리되었으며 토포테칸의 검량선은 0.005-1.000 μg/mL 의 농도 범위에서 양호한 직선성을 나타내었다. 또한 본 분석법은 토포테칸을 검출하는데 충분한 정확성, 정밀성, 감도측면에서 적합함이 증명되었다. 약동학 실험 결과, 토포테칸의 소실반감기는 11.4시간이었고 클리어런스는 1.5 L/h이었으며 절대 생체이용률은 14%로 낮게 나타났다. 토포테칸과 베라파밀을 동시에 경구로 투여했을 때 절대 생체이용률은 43.9%로 토포테칸만 투여했을 때 보다 통계적으로 유의하게 증가하였다. 토포테칸과 엘라크리더를 동시에 경구투여 했을 경우 절대 생체이용률은 토포테칸 단독 투여, 베라파밀과 함께 투여했을 때보다 훨씬 더 크게 증가하여 83.8%이 되었다. 본 연구에서는 쥐의 혈장 중 토포테칸의 HPLC 분석법을 확립하였고 이 분석법을 특이성, 직선성, 정밀성 및 정확성을 바탕으로 검증하였다. 이를 이용하여 성공적으로 동물실험 후 얻은 혈장에서 토포테칸의 농도를 검출하였으며 약동학적 파라미터들을 평가해 내었다. 토포테칸은 P-당단백질과 BCRP 모두의 기질이고 이 약물 수송체를 저해제를 같이 투여하면 생체이용률을 크게 향상시켰다. 또한 당단백질 수송체 저해제만 투여하였을 때보다 두 수송체를 모두 저해시키는 약물을 사용했을 때 훨씬 더 큰 투여효과를 볼 수 있었음을 알 수 있다.;The objective of this study was to investigate the effects of verapamil (P-glycoprotein inhibitor) and elacridar (inhibitors of P-glycoprotein and breast cancer resistance protein) on pharmacokinetics of topotecan. In this study, a HPLC-fluorescence method was established and validated to quantify topotecan in rat plasma. The validated analytical method was successfully applied to determine the plasma concentration of topotecan after IV and oral administration to rats. Topotecan and internal standard, acridine were extracted from the rat plasma with cold methanol. They were separated using an isocratic mobile phase consisting of 10mM phosphate buffer, pH 3.5 and methanol, pH 6.5(56:44, v/v) which contained 1% TEA and Shiseido-Capcell-pak C18 UG120 column and a flow rate was 1 mL/min. The calibration curve was linear over the concentration range from 0.005 to 1 μg/mL. The intra- and inter-day prescision and accuracy of QC samples were acceptable. Topotecan was stable after short-term (room temperature and 37℃) and long-term (2weeks and 4weeks at both -20℃ and -70℃) storage and after undergoing three freeze-thaw cycles. And the stability of topotecan was also confirmed at 4℃ auto-sampler for 24h after preparation. The pharmacokinetic parameters of topotecan were obtained after intravenous (2 mg/kg) or oral (20 mg/kg) administration without and with verapamil (25 mg/kg) or elacridar (50 mg/kg). Compared to topotecan alone group(control), the groups treated with verapamil or elacridar showed the increased maximum plasma concentration (Cmax), the enhanced area under the plasma concentration-time curve (AUC) and the increased oral bioavailability (BA) of topotecan following oral administration. On the other hand, apparent volume of distribution following oral administration (Vd/F) and oral clearance of topotecan (Clt/F) were decreased. And the effect of elacridar on pharmacokinetic parameters of topotecan was stronger than verapamil. This result suggests that topotecan is substrate of P-glycoprotein (P-gp) and breast cancer resistance protein (BCRP). In conclusion, the pharmacokinetic parameters of topotecan were significantly affected by verapamil or elacridar. Therefore, the concurrent use of the inhibitors of P-gp and/or BCRP is expected to improve oral bioavailability of topotecan by inhibiting efflux transporters located at gastrointestinal tract.