Effects of Formulation and Silymarin Pretreatment on the Pharmacokinetics of Docetaxel in Rats

Abstract

Docetaxel is a clinically available anticancer drug which displays a broad spectrum of antitumor activity against numerous solid tumors. Due to its very low and highly variable oral bioavailability, the currently marketed docetaxel (Taxotere^(□)) is administered by intravenous (IV) infusion every three week. Recently, a number of researchers try to develop oral formulations of anticancer drugs in order to increase compliance of cancer patients. In the present study, three different formulations of docetaxel (Tween^(□) 80 formulation, Cremophor^(□) EL formulation and DMSO formulation) were prepared and administered to rats orally or intravenously to compare their pharmacokinetic profiles. For the quantification of docetaxel in rat plasma, a simple HPLC method was developed and validated. In addition, rats were pretreated with a P-glycoprotein (P-gp) inhibitor, silymarin 30 min before oral administration of docetaxel to enhance oral bioavailability of the drug. Docetaxel and paclitaxel (internal standard, IS) were extracted from plasma by one-step extraction with acetonitrile. The docetaxel and IS were eluted at 13.0 min and 15.7 min in rat plasma, respectively, without interfering peaks from the endogenous components. The calibration curve was linear over the concentration range from 0.05 to 10.0 ug/mL. All the values of the intra- and inter-day precision and accuracy of 4 QC samples conformed to the internationally acceptable limits. Docetaxel was highly distributed to body organs (4.13 L) and cleared from the body quickly (3.3 L/hr) with a short elimination half-life (1.17 hr). It appeared to be absorbed from the intestine very fast, but its oral absorption was very low, resulting in the absolute bioavailability of 5.5%. In Cremophor^(□) EL formulation and DMSO formulation, systemic exposure (AUC) and maximum plasma concentration of docetaxel were enhanced several folds as compared with Tween^(□) 80 formulation after IV injection. However, docetaxel was not detected in rat plasma samples obtained after oral administration of Cremophor^(□) EL formulation and DMSO formulation of docetaxel. The absolute bioavailability of docetaxel was significantly enhanced 2-fold and 3-fold after pretreatment with silymarin at doses of 20 and 30 mg/kg, respectively, as compared with the control (docetaxel alone). Mean maximum docetaxel concentration was also increased 2-fold without alteration in elimination half-life with silymarin pretreatment, suggesting the effective inhibition of P-gp activity. In conclusion, the disposition patterns of docetaxel were affected by formulation vehicles following IV injection. The pharmacokinetic parameters of docetaxel were significantly affected by silymarin, an inhibitor of P-gp efflux pump present in the intestine, with remarkable improvement in oral bioavailability of docetaxel.;본 연구에서는 쥐의 혈장에서 도세탁셀을 검출하기 위하여 HPLC 분석법을 확립 및 검증하였으며, 도세탁셀의 여러 제형을 제조하여 정맥 및 경구로 투여하였을 때 도세탁셀의 체내 동태에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보고자 하였다. 또한, P-당단백질 저해제인 실리마린을 사용하여 도세탁셀의 경구 생체이용률을 향상시키고자 하였다. 쥐의 혈장에서 도세탁셀을 정량하기 위하여 혈장 중의 도세탁셀과 내부표준물질인 파클리탁셀을 추출액인 아세토니트릴을 사용하여 한번에 추출하였다. 도세탁셀과 내부표준 물질의 유지시간은 각각 13.0분 및 15.7분이었으며, 이 분석조건에서 도세탁셀과 내부표준 물질은 기타 혈장 성분들과 잘 분리되었다. 도세탁셀의 검량선은 0.05-10.0 μg/mL의 농도 범위에서 양호한 직선성을 나타내었으며, 정량한계를 포함한 농도 (0.05 μg/mL)에서 일내 및 일간 정밀성은 6.2% 및 7.3% 이하이었고, 정확성은 88.1-114.3%를 나타내어 본 분석법이 혈장 중 도세탁셀을 검출하는데 충분한 감도, 정확성 및 정밀성을 갖고 있음을 보여주었다. Tween^(□) 80, Cremophor^(□) EL 또는 DMSO를 이용하여 제형화한 도세탁셀 5 mg/kg을 정맥으로 투여한 결과, Cremophor^(□) EL 또는 DMSO로 제형화한 도세탁셀의 경우 최고 혈장 중 농도(Cmax), 소실반감기 (t1/2) 및 혈장 중 농도-시간 곡선 하 면적 (AUC0-10)이 Tween^(□) 80으로 제형화한 도세탁셀에 비해 현저히 증가하였으며, 이는 약물의 체내 소실과 관련된 클리어런스가 감소하였기 때문인 것으로 사료된다. 반면에 세가지 제형의 도세탁셀을 20 mg/kg 용량으로 경구 투여하였을 때, Tween^(□) 80으로 용해한 제형을 제외하고는 혈장 중 도세탁셀의 농도가 검출되지 않았다. 또한, Tween^(□) 80으로 용해한 도세탁셀 제형의 절대 생체이용률은 5.5%로 매우 낮게 나타났다. 도세탁셀의 경구 생체이용률을 향상시키기 위하여 실리마린을 10, 20 및 30 mg/kg 용량으로 도세탁셀을 투여하기 30분 전에 투여하였다. 실리마린 전처리 그룹 (20 및 30 mg/kg)에서 최고 혈장 중 도세탁셀 농도는 대조군에 비해 유의적으로 2배 이상 증가하였고, 도세탁셀의 클리어런스 및 겉보기 분포용적은 유의적으로 감소하여 소실 반감기에는 영향을 미치지 않았다. 또한, 도세탁셀의 절대 생체이용률 및 상대 생체이용률은 실리마린 전처리 그룹에서 용량의존적으로 2~3 배 증가되었다. 결론적으로 본 연구에서 확립한 도세탁셀 HPLC 분석법은 특이성, 직선성, 정밀성 및 정확성을 통해 검증되었고, 이는 동물실험 후 얻어진 혈장 샘플에서 도세탁셀의 농도를 검출하는데 적절하게 적용되었다. 제형에 사용된 계면활성제의 종류에 따라 도세탁셀의 체내 동태는 서로 다른 양상을 나타내었다. 또한, 실리마린은 소장에 존재하는 P-당단백질의 활성을 억제함으로써 도세탁셀의 배출을 감소시켜 이 약물의 체내 흡수를 증가시키는데 기여한 것으로 사료된다.