TCTP-derived protein transduction domains as nasal delivery vehicles for therapeutic peptide drugs

Abstract

막 투과 도메인(Protein Transduction Domain, PTD) 또는 세포막 투과 펩타이드(Cell Penetrating Peptide, CPP)는 고분자 약물의 비강 내 흡수를 향상 시키기 위한 유망한 접근법으로 여겨진다. 본 연구팀은 선행연구를 통해서 인슐린을 비강을 통해 체내에 효과적으로 전달하는 TCTP-PTD 유래의 유사체인 TCTP-PTD 13을 보고하였다. 따라서, 본 연구에서는 항 당뇨병 약물인 엑센딘-4와 인슐린의 비강 내 흡수를 증가시키기 위하여, TCTP-PTD 13 유래의 3종의 변이체 TCTP-PTD 13(TCTP-PTD 13M1, TCTP-PTD 13M2, TCTP-PTD 13M3)을 제작하였다. 본 연구팀은 PTD에 의한 약물 전달 효과를 평가하기 위해 두 약물의 약물동태학(PK)과 엑센딘-4에 의한 혈당 저하능(약력학, PD)을 평가하였다. 변이체 TCTP-PTD의 안전성은 비강 세척액에서 세포가 파괴될 때 유출되는 LDH (lactate dehydrogenase)를 측정하고, 체중 변화 및 코점막 조직검사를 통해 분석하였다. 3종의 변이체 TCTP-PTD 중, 변이체 TCTP-PTD 13M2는 엑센딘-4와 인슐린의 전달을 위한 가장 효과적인 운반체였다. 당뇨병 마우스 모델에서 효능 평가는 TCTP-PTD 13과 비교했을 때, 변이체 TCTP-PTD가 엑센딘-4 비강 흡수를 통계적 유의차를 보였다(p<0.05). 변이체 TCTP-PTD 13M2와 혼합하여 비강 내에 투여한 엑센딘-4와 인슐린의 상대적인 생체이용률은 TCTP-PTD 13과 비교 시 2.8과 2.5배 각각 증가하였다. PTD의 안전성 평가에서는 비강 내 변이체 TCTP-PTD를 10일 동안 반복투여 한 후 코 점막을 관찰한 결과, 특별한 징후는 보이지 않았다. 일련의 결과는 TCTP-PTD 유사체인 TCTP-PTD 13, TCTP-PTD 13M1, TCTP-PTD 13M2 과 TCTP-PTD 13M3는 비강 약물전달을 위해 가능성 있는 물질이 될 수 있다는 점을 보여준다.;Protein transduction domains (PTDs) or cell penetrating peptides (CPPs) provide an excellent template for enhancing nasal absorption of macromolecular drugs. We recently reported a non-covalent strategy based on a TCTP-PTD analog, TCTP-PTD 13 (1-MIIFRALISHKK-12), that enhanced intranasal insulin absorption. In the present study, we generated three mutant analogs, TCTP-PTD 13M1, TCTP-PTD 13M2 and TCTP-PTD 13M3, being derived from the TCTP-PTD 13, to increase the absorption of antidiabetic drugs such as exendin-4 and insulin. We assessed the outcome of the PTD-mediated transmucosal delivery of the antidiabetic drugs by investigating their pharmacokinetics and biological activity in vivo. The safety profile of TCTP-PTD analogs was also scrutinized by analyzing the release of lactate dehydrogenase (LDH) in nasal wash fluid, body weight changes, and histopathology of the nasal membrane. Among 3 TCTP-PTD derivatives, TCTP-PTD 13M2 was found to be the most effective nasal carrier for exendin-4 and insulin. The efficacy study demonstrated that TCTP-PTD 13M2, compared to TCTP-PTD 13, significantly improved the nasal absorption of exendin-4 in diabetic mouse model. In comparison to TCTP-PTD 13, TCTP-PTD 13M2 increased the relative bioavailability of exendin-4 and insulin by 2.8 and 2.5 times, respectively. The repeated nasal administration of TCTP-PTD analogs for 10 days didn’t provoke any evident signs of toxicity in the nasal mucosa of the mice. These results suggest that TCTP-PTD 13, TCTP-PTD 13M1, TCTP-PTD 13M2 and TCTP-PTD 13M3 analogs have a great potential for nasal drug delivery.