Improvement of docetaxel oral bioavailability by dual inhibition of P-glycoprotein and breast cancer resistance protein

Abstract

P-glycoprotein (P-gp) and breast cancer resistance protein (BCRP), ATP-dependent efflux transporters, are present in an apical membrane of the small intestine, large intestine, blood–brain barrier, and so on. These efflux transporters have been found to be responsible for the developing multidrug resistance to various anticancer drugs. Docetaxel (DTX) is an anticancer drug intravenous (IV) administered in the clinic. The drug is a well-known P-gp and BCRP substrate. In the present study, we attempted to improve an oral DTX bioavailability (BA) by dual inhibition of P-gp and BCRP in rats. Three different dosing regimens were used to suppress both P-gp and BCRP. First, a mixture of Zosuquidar (ZSQ, P-gp inhibitor) and Ko143 (BCRP inhibitor) was orally given to rats, 30 min before oral administration of DTX (20mg/kg). KaiPharm’s BX795 and CGP60474 developed as dual inhibitors of both P-gp and BXRP were also separately administered to rats. A liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was developed and validated for quantifying DTX in rat plasma samples). Paclitaxel was used as the internal standard (IS). Chromatographic separation was performed using a Cosmosil C18 column (2.0 x 150 mm, 5 µm) with acetonitrile-water (70:30, v/v) containing 0.1% formic acid. The LC-MS/MS method was validated according to FDA guideline as follows: specificity (m/z 830.5→549.2 (DTX) and m/z 876.2→308.2 (IS)), linearity (20-1,000 ng/mL), intraday/interday accuracy and precision, stabilities (short-term and long-term, freeze-thaw, etc.), and recovery. The validated method was applied to DTX pharmacokinetics study in the presence or absence of P-gp and BCRP dual inhibitors. The drug was hardly absorbed when DTX alone was orally given to rats. Coadministration of ZSQ (25 mg/kg) and Ko143 (10 mg/kg) mixture brought about a pronounced improvement of its absolute BA 18.6% (versus IV DTX (5 mg/kg) administration). When BX795 (10 mg/kg) and CGP60474 (10 mg/kg) were administered, their corresponding absolute BA of DTX were 11.8% and 7.8%. Our results suggested that inhibiting the activity of P-gp and BCRP at the same time would be a useful tactic to improve the oral absorption of various drugs belong to P-gp and BCRP substrates.;배출수송체인P-당단백질과 유방암 저항 단백질은 소장, 대장 그리고 혈액-뇌 관문 등에 위치해 있으며, 다양한 항암제들의 다약제 내성에 원인이 된다. 다약제 내성은 많은 항암제들의 화학요법에 장애물이 되는 요인으로 이를 극복하기 위한 연구가 진행되어왔다. 그 방법 중 하나로 위장관에서 약물의 흡수를 방해하는 배출수송체의 활성을 억제함으로써 배출수송체 기질 약물들의 경구 흡수를 개선시키는 연구가 진행되고 있다. 도세탁셀은P-당단백질과 유방암 저항 단백질의 이중 기질로 알려져 있으며 경구 흡수율이 낮아 정맥 주사제로 사용되고 있는 약물이다. 따라서 본 연구에서는P-당단백질과 유방암 저항 단백질을 이중으로 제어함으로써 도세탁셀의 경구 흡수율을 증진시키고자 하였다. P-당단백질과 유방암 저항 단백질을 억제하기 위해 P-당단백질의 특이적 저해제인Zosuquidar와 유방암 저항 단백질의 특이적 저해제인 Ko143을 혼합하여 양성 대조군으로 사용하였고, 카이팜의 bioassay enrichment by assay repositioning (BEAR) 프로그램을 통해 도출하고 in vitro세포 실험에서 검증한 새로운 이중 저해제 후보 물질인 BX795와 CGP60474의 배출수송체 이중 저해 활성을 동물모델에서 검토하였다. 도세탁셀의 혈장 분석법은 LC-MS/MS를 사용하였고, 내부 표준 물질은 파클리탁셀을 사용하였다. 약물과 내부표준물질의 선택적 분석은 물-아세토나이트릴(70:30, v/v, 0.1% 포름산 첨가) 이동상 조건에서 Cosmosil C18 컬럼(2.0 x 150 mm, 5 µm)을 사용하여 수행하였다. 확립한 분석법은 특이성 (m/z 830.5→876.3 (DTX) and m/z 876.2→308.2(IS)), 직선성 (20-1,000 ng/mL), 정확성 및 정밀성, 안정성(단기, 장기 안정성, 냉-해동 안정성, 표준원액 안정성 등) 그리고 회수율 등을 통해 검증하였다. 도세탁셀의 약동학 연구는 검증된 분석법을 적용하였으며, 도세탁셀 투여 30분 전에 vehicle, Ko143/ZSQ, 또는 이중 저해제 후보물질을 각각 처리한 뒤 도세탁셀 약물을 투여하였다. 도세탁셀만을 경구로 투여한 경우는 약물이 검출되지 않았으며, 양성대조군인 Ko143/ZSQ 혼합물과 BX795, CGP6047을 30분 전에 처리한 후 도세탁셀을 경구 투여한 경우에는 절대 생체이용률이 각각 18.6%, 11.8% 그리고 7.8%인 것으로 확인되었다. 즉, 약물 단독 투여 시에는 약물이 거의 흡수되지 않았지만 이중 저해제 후보물질들을 처리한 뒤에는 약물의 흡수가 어느 정도 이루어진 것을 확인하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 P-당단백질과 유방암 저항 단백질 이중 저해 후보 물질들이 위장관에 존재하는 배출수송체 활성에 영향을 미쳐 기질 약물인 도세탁셀의 경구 흡수율 및 약동학적 파라미터들을 변화시킬 수 있음을 알 수 있었다.