Confíe en su instinto: detección de fármacos mediante nuevos modelos intestinales

DDurante el desarrollo de fármacos, los investigadores deben realizar pruebas no clínicas adecuadas para garantizar la seguridad y eficacia de un fármaco antes de comenzar los ensayos clínicos. Un aspecto importante que deben evaluar son las propiedades farmacocinéticas de un fármaco, que explican cómo el compuesto viajará a través del cuerpo para ejercer su actividad, incluida su absorción, distribución, metabolismo y excreción (ADME).

El tracto gastrointestinal (GI) es un sistema importante para estudiar las características ADME de un fármaco porque es el principal sitio de absorción de medicamentos administrados por vía oral.¹ Como consecuencia, los médicos suelen observar eventos gastrointestinales adversos inducidos por fármacos dentro de los pacientes inscritos en ensayos clínicos.² Aunque los científicos utilizan modelos animales e in vitro durante el desarrollo no clínico para evaluar los eventos adversos, la mayoría de los eventos adversos gastrointestinales no se descubren hasta los ensayos clínicos en humanos.

Dificultades con los modelos intestinales no clínicos actuales

Modelos animales

Los investigadores se basan principalmente en modelos animales incluidos roedores, perros, cerdos y primates no humanos para ADME y evaluaciones de toxicidad porque permiten a los científicos evaluar el efecto de un fármaco en un sistema complejo que integra múltiples órganos y tipos de tejidos.³ Sin embargo, los investigadores a menudo no pueden extrapolar con precisión los datos ADME y de toxicidad adquiridos utilizando modelos animales a humanos debido a diferencias en anatomía, fisiología, dieta y microbioma. Este importante inconveniente ha llevado a los científicos a desarrollar mejores modelos humanos in vitro.

Modelos in vitro

Dentro del tracto gastrointestinal humano, las células madre ubicadas en las criptas intestinales reponen los distintos tipos de células que forman la capa epitelial. cada tres o cuatro días.⁴ Debido a que las células intestinales diferenciadas tienen una vida corta, a los investigadores les resulta difícil cultivo de células epiteliales primarias maduras in vitro.⁵ En cambio, muchos utilizan líneas celulares humanas inmortalizadas, como Caco-2, para estudiar la integridad de la barrera y el transporte de fármacos a través del epitelio intestinal. Células Caco-2 Se parecen a los enterocitos maduros. cuando se cultivan como monocapa debido a su polaridad, capacidades de absorción y expresión de algunas de las uniones estrechas, transportadores y enzimas que se encuentran in vivo.⁶ Sin embargo, los científicos derivaron la línea celular Caco-2 de un tumor de carcinoma de colon y, en consecuencia, el modelo muestra propiedades no asociadas con epitelios intestinales sanos. Además, los monocultivos de Caco-2 impiden que los investigadores evalúen el efecto del fármaco sobre otros tipos de células intestinales, como las células caliciformes o las células enteroendocrinas.

Cuando los científicos cultivan células madre intestinales aisladas de criptas intestinales nativas en presencia de proteínas de la matriz extracelular y factores de crecimiento, las células se diferencian y formar organoidesdonde su cavidad interna representa la luz intestinal.⁷ Estos modelos tridimensionales in vitro replican la funcionalidad y estructura de los intestinos in vivo mejor que los monocultivos de Caco-2 y permiten a los investigadores probar el efecto de un fármaco en múltiples tipos de células. Sin embargo, la superficie apical del organoide mira hacia la cavidad interna, lo que obliga a los científicos a comprometer la capa epitelial al inyectar fármacos en su luz. Esto les impide probar la integridad de la barrera y realizar análisis de alto rendimiento. Los investigadores pueden evitar estos problemas invirtiendo la polaridad del organoide, de modo que la superficie apical mire hacia el medio de cultivo. Sin embargo, los científicos no pueden acceder fácilmente a las superficies apical y basolateral simultáneamente cuando utilizan organoides en cualquiera de las confirmaciones.

Generando un modelo intestinal in vitro avanzado

A pesar del uso de estos modelos disponibles durante las pruebas no clínicas, los científicos a menudo no pueden detectar la toxicidad gastrointestinal inducida por fármacos ni evaluar con precisión su absorción hasta que realizan ensayos clínicos, probablemente porque los modelos no son fisiológicamente relevantes, no predicen la reacción humana ni son propicios. a la detección de alto rendimiento. En consecuencia, los investigadores todavía están buscando mejores sistemas modelo para evitar fallas clínicas en etapas tardías.

El Sistemas RepliGut® de Altis Biosystems son un grupo de modelos no clínicos in vitro que replican los epitelios intestinales humanos. Al igual que los organoides, estos sistemas emplean células madre intestinales extraídas de donantes humanos, que se siembran en membranas semipermeables recubiertas de andamios para formar monocapas. Tras la diferenciación, los investigadores obtienen los principales linajes de células intestinales en la misma proporción que se encuentra en el cuerpo. Gracias a la configuración experimental de los sistemas, los científicos pueden acceder fácilmente tanto a los superficies basolaterales y apicales del epitelio intestinal, que es una limitación importante de los cultivos de organoides 3D.⁸ Además, Altis Biosystems ha extraído células madre de varias regiones del tracto gastrointestinal y de múltiples donantes. Esto permite a los investigadores investigar la toxicidad y la absorción de los fármacos, así como la integridad de la barrera de las células epiteliales, en diferentes regiones y donantes. Estos modelos in vitro fisiológicamente relevantes son fáciles de usar, compatibles con análisis de alto rendimiento y ahorran tiempo y dinero a los científicos, acelerando así la investigación no clínica.

Referencias

1. Azman M, et al. Estudio de absorción intestinal: desafíos y estrategias de mejora de la absorción para mejorar la administración de fármacos por vía oral. Pharm Basilea Suiza. 2022;15(8):975.
2. Peters MF, et al. Desarrollando in vitro Ensayos para transformar la evaluación de la seguridad gastrointestinal: potencial para los sistemas microfisiológicos.. chip de laboratorio. 2020;20(7):1177-1190.
3. Henze LJ, et al. El cerdo como modelo preclínico para predecir la biodisponibilidad oral y el rendimiento in vivo de formas farmacéuticas orales: una revisión de PEARRL. Farmacia J.Pharm.. 2019;71(4):581-602.
4. Rees WD, et al. Células madre intestinales regenerativas inducidas por lesiones agudas y crónicas: ¿la gracia salvadora del epitelio? Biol de desarrollo de células frontales. 2020;8.
5. Wang Y, et al. Monocapa autorrenovadora de células epiteliales primarias del colon o del recto.. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2017;4(1):165-182.e7.
6. van Breemen RB, Li Y. Ensayos de permeabilidad celular Caco-2 para medir la absorción de fármacos.. Opinión de experto fármaco Metab Toxicol. 2005;1(2):175-185.
7. Sato T, et al. Las células madre Lgr5 individuales construyen estructuras de criptas y vellosidades in vitro sin un nicho mesenquimatoso. Naturaleza. 2009;459(7244):262-265.
8. Pike CM, et al. Caracterización y optimización de la variabilidad en un modelo de cultivo de epitelio colónico humano.. Preimpresión. bioRxiv. Publicado en línea el 22 de septiembre de 2023:2023.09.22.559007.