Каква е фармакокинетиката на Semax?: полуживот, биодостъпност и продължителност на действието

Фармакокинетиката е научна област, която изследва какво се случва с дадено вещество в организма – как се абсорбира, къде се разпространява, как се разгражда и колко дълго остава активно. В случая със Semax картината е по-сложна от простото измерване на времето на действие в кръвта.

Semax е синтетичен хептапептид – изкуствено създадена верига от седем аминокиселини. Структурата му е специално проектирана така, че да бъде по-устойчив на разграждане от естествения фрагмент на хормона, на който е базиран. В края на молекулата е добавена къса верига от три аминокиселини, наречена Pro-Gly-Pro, именно с цел да се удължи времето на биологичната активност на пептида в организма.

За да разберат напълно поведението на Semax във времето, изследователите анализираха начина на усвояването му, скоростта на достигане до мозъка, механизмите на разграждане, активността на метаболитните продукти, както и действителната продължителност на ефектите. Всеки от тези елементи допринася за фармакокинетичен профил, който е значително по-сложен, отколкото би подсказала една единствена стойност, определяща периода на полуразпадане.

Трябва да се отбележи, че почти всички налични фармакокинетични данни произхождат от изследвания върху животни – главно върху плъхове – при които са използвани радиоактивно маркирани версии на пептида, за да се проследи пътят му в организма. Пряките фармакокинетични измервания при хора са много ограничени.

Как се усвоява Semax и колко бързо достига до мозъка?

Semax достига мозъка изключително бързо след интраназално приложение. В изследвания върху плъхове, при които е използвана радиоактивно маркирана версия на пептида, интраназалното приложение в доза от 50 микрограма на килограм телесно тегло е позволило Semax да бъде открит в мозъчната тъкан вече след 2 минути [1]. Около 80% от веществото, достигащо мозъка в този ранен момент, представляваше непокътнат, оригинален Semax, а не негови метаболитни фрагменти [1]. Това потвърждава, че самата изходна молекула – а не само нейните продукти на разграждане – достига до мозъка бързо и в значителни количества.

Това бързо достигане до мозъка е възможно благодарение на факта, че носът осигурява пряк път към мозъка чрез обонятелния път – нервната мрежа, отговорна за обонянието. Този път напълно заобикаля кръвообращението и кръвно-мозъчната бариера, което позволява на пептидите, прилагани интраназално, да достигнат мозъчната тъкан значително по-ефективно, отколкото при други начини на прилагане.

Скоростта, с която Semax оказва биологично въздействие, съответства на това мълниеносно проникване в мозъка. Промени в активността на невротрофинните гени – гени, отговорни за производството на протеини, подпомагащи растежа и оцеляването на мозъчните клетки – бяха открити в хипокампуса и фронталния кортекс на плъхове само 20 минути след еднократна интраназална доза [2]. При здрави доброволци изследванията за визуализация на мозъка чрез функционална МРТ в покой – техника, измерваща мозъчната активност чрез промени в кръвния поток – показаха измерими промени в активността на мозъчните мрежи вече 5 и 20 минути след интраназалното приложение на Semax [3]. Това представлява пряко доказателство от изследвания върху хора, че Semax задейства централната нервна система в рамките на няколко минути след интраназално приложение.

Какъв е периодът на полуразпад на Semax?

Периодът на полуразпад на Semax като непокътната молекула в биологичните течности е сравнително кратък – както при повечето пептиди – но общото време на биологичната активност значително надхвърля този период. Периодът на полуразпад е времето, след което половината от веществото се разгражда или се елиминира от организма.

В лабораторни изследвания, анализиращи разграждането на Semax в присъствието на материал от клетъчни мембрани на мозъка на плъх, неповреденото молекула е показало период на полуразпад, надвишаващ един час [4]. Това е значително по-дълго, отколкото при много естествени сигнални пептиди в мозъка, които могат да се разградят в рамките на секунди до минути.

В кръвта и серума на плъхове изследователите идентифицираха ензимите, отговорни за разграждането на Semax. Основните от тях са аминопептидазите – особено чувствителни към съединението, наречено бестатин – както и ензимът, наречен ангиотензин-конвертаза (ACE). Тези ензими отговарят за по-голямата част от разграждащата активност на Semax в кръвта [5]. Процесът започва от N-терминалния край на молекулата – началото на аминокиселинната верига – където първите две аминокиселини, метионин и глутаминат, се отцепват първи, образувайки междинни фрагменти, които сами по себе си остават биологично активни [5].

Следва да се подчертае ясно един ключов факт: нито едно публикувано фармакокинетично проучване при хора не е установило точната стойност на полуживота на Semax в човешката плазма. Стойностите, посочвани в неспециализирани интернет източници, не произтичат от рецензирани научни изследвания и към тях трябва да се подхожда с предпазливост. Това, което се потвърждава от публикуваната научна литература, е фактът, че неповреденото молекула се разгражда сравнително бързо в биологичните течности, основните продукти на разграждането ѝ запазват собствената си биологична активност, а общото време на фармакологичното действие на Semax е значително по-дълго, отколкото би предполагало самото отстраняване на изходната молекула.

Как се метаболизира Semax?

Semax се метаболизира – разгражда – главно чрез постепенен процес, при който ензимите последователно откъсват аминокиселините от N-терминалния край на веригата. Важно е да се отбележи, че това разграждане не означава просто деактивиране на Semax. Вместо това се образува поредица от по-малки фрагменти, всеки от които запазва собствената си биологична активност.

Основният метаболитен път протича по следния начин: ензимите, наречени дипептидиламинопептидази и аминопептидази, първо откъсват двете N-терминални аминокиселини – метионин и глутаминат – от молекулата на Semax. По този начин се образува петаминокиселинният фрагмент HFPGP (His-Phe-Pro-Gly-Pro), който е основният междинен продукт на разграждането. След това HFPGP се разгражда до триаминокиселинния фрагмент PGP (Pro-Gly-Pro), който представлява основния краен метаболитен продукт [4], [6].

Изследванията с използване на радиоактивно маркиран Semax потвърдиха, че HFPGP и PGP са основните продукти на разграждането. Моделът на образуване на метаболитите се различаваше незначително между глиалните клетки – опорните клетки на мозъка – и невроните, което предполага, че различните видове клетки преработват Semax по малко по-различен начин [6].

Сравнителни изследвания на разпределението в носната тъкан, фракциите на мозъчните микрозоми и в кръвта на плъхове показаха, че С-терминалният фрагмент на PGP – задната част на молекулата – е значително по-устойчив на ензимно разграждане, отколкото N-терминалният фрагмент, произхождащ от ACTH. Това означава, че ензимните атаки протичат главно в предната част на молекулата, докато задната ѝ част остава относително стабилна [7].

Изследователите проучиха и модифицирани версии на Semax, за да разберат какво го прави податлив на метаболитно разграждане. Замяната на N-терминалната метионина с аланин, глицин или треонин доведе до аналози на Semax, които са по-устойчиви на действието на ензимите в сравнение с оригинала [8]. Освен това версията на Semax с химична модификация, наречена ацетилиране на N-терминалния край – известна като Ac-Semax – показа променен профил на разграждане и други биологични свойства, макар че не подобри защитата на клетките срещу токсичността, предизвикана от медта [9].

Концепцията за синактона е от съществено значение за разбирането на това защо метаболизмът на Semax има фармакологично значение. Метаболитната каскада от Semax през HFPGP до PGP не представлява просто деактивиране – тя генерира поредица от биологично активни молекули. Всяка от тях взаимодейства с припокриващи се, но отделни места за свързване на повърхността на нервните клетки [10]. Сред всички изследвани разпадни продукти HFPGP – първият и основен разпаден продукт – показа най-силна способност да се конкурира за същите места на свързване като оригиналното молекула Semax [10]. Това означава, че когато Semax се елиминира от организма, първият му продукт на разграждане ефективно поема неговото действие, удължавайки общото време на фармакологичното действие.

Каква е биодостъпността на Semax при различните начини на приложение?

Биодостъпността определя колко от приетата субстанция действително достига целта си в активна форма. В случая със Semax начинът на приложение има съществено значение – не само за количеството, достигащо мозъка, но и за това какви ефекти се предизвикват.

Назалният път – приложение през носа – е както клинично стандартен, така и фармакокинетично най-ефективният метод за доставка на Semax до мозъка. Както е описано по-горе, този път доставя Semax директно до мозъка чрез обонятелните пътища, като напълно заобикаля кръвообращението.

В наличната литература има ограничен брой преки фармакокинетични сравнения между интраназалното и подкожното приложение в контролирани проучвания. Въпреки това поведенческите и фармакодинамичните проучвания – измерващи реалните ефекти, а не нивата в кръвта – предоставят косвена информация. Проучвания, сравняващи интраперитонеалното инжектиране с интраназалното приложение, показаха, че интраназалният път е по-ефективен за подобряване на ученето при задачи, свързани с паметта, докато интраперитонеалната инжекция е била необходима за предизвикване на аналгетични ефекти, които интраназалното приложение не е постигало [11].

Тази разлика в ефектите, зависеща от начина на приложение, подсказва, че двата метода водят до различни модели на разпределение в организма. Интраназалното приложение благоприятства високи концентрации в мозъка, докато инжекцията води до по-широко системно разпространение, достигащо също периферните тъкани и рецепторите извън мозъка [11]. По-добрите когнитивни ефекти на интраназалния Semax в сравнение с инжекцията са в съответствие с данните за бързото проникване в мозъка, които потвърждават наличието на доловими нива в мозъка вече 2 минути след интраназалното приложение [1].

При перорално приложение – поглъщане на Semax – няма публикувани фармакокинетични проучвания, които да са изследвали усвояването му от стомашно-чревния тракт. Като се има предвид, че пептидите обикновено се разграждат бързо от храносмилателните ензими в стомаха и червата, преди да успеят да бъдат абсорбирани, биодостъпността на непокътната молекула Semax след перорално приложение вероятно е незначителна без специализирани системи за защитено доставяне. C-терминалният фрагмент на PGP може да проявява известна способност да оцелее при храносмилането поради известната стабилност на този клас пептиди, но това не е било пряко потвърдено в публикувани проучвания [12].

Колко дълго траят ефектите от Semax?

Продължителността на ефектите на Semax варира значително в зависимост от измервания ефект. Тя варира от няколко часа при остри промени в активността на невротрансмитерите до няколко дни, а дори и седмици при ефекти, опосредствани от невротрофинната сигнализация и промени в генната експресия.

По отношение на невротрансмитерните ефекти, извънклетъчните нива на 5-HIAA – продукт от разграждането на серотонина, отразяващ активността на серотониновата система – оставаха повишени до около 180% от изходната стойност в продължение на 1–4 часа след еднократна инжекция на Semax при плъхове [13]. Това сочи към траен неврохимичен ефект, който се запазва в продължение на няколко часа след еднократна доза.

Що се отнася до невротрофичните ефекти – свързани с BDNF и NGF, протеини, подпомагащи растежа и оцеляването на мозъчните клетки – картината е по-динамична. Промени в активността на гена BDNF се появяват още 20 минути след интраназално приложение при плъхове, достигат значими нива след 90 минути и се връщат близо до изходните стойности около 8 часа след приложението в хипокампуса. Фронталният кортекс показваше малко по-различен времеви модел [2].

Въпреки това ефектите на BDNF не спират, когато нивата на BDNF се върнат към изходните си стойности. BDNF действа чрез активиране на своя рецептор – TrkB – който след това задейства каскада от сигнални процеси вътре в клетката. Тези процеси на по-нататъшно предаване на сигнала продължават значително по-дълго от самия период на повишени нива на BDNF.

При пациенти след исхемичен инсулт, лекувани със Semax, нивата на BDNF в плазмата оставаха повишени през целия период на наблюдение в проучването, което предполага, че повтарящото се дозиране води до трайно повишаване на нивата на невротрофините, а не до поредица от краткотрайни пикове [14]. По-ранната руска клинична литература също посочва, че ефектите на Semax върху когнитивните функции и устойчивостта към условия на ниска концентрация на кислород при хора са се запазили в продължение на 20–24 часа след еднократна интраназална доза в размер на 0,0,015–0,050 мг/кг [15]. Това време на действие значително надхвърля това, което би могло да се очаква въз основа на фармакокинетиката на непокътнатото молекула в кръвта, и отразява невротрофичните и генните механизми, които преживяват преките рецепторни взаимодействия на пептида.

Натрупва ли се Semax в организма при редовна употреба?

Няма публикувани проучвания, които директно да са изследвали дали Semax се натрупва в тъканите или дали неговите рецептори претърпяват десенсибилизация – т.е. стават по-малко реактивни с течение на времето – при редовна употреба. Въз основа на наличните данни обаче Semax не изглежда да предизвиква прогресивно натрупване, наблюдавано при много нискомолекулни лекарства, които се елиминират бавно.

Като пептид, Semax се разгражда бързо под въздействието на ензими в биологичните течности. Този профил на разграждане прави фармакокинетично малко вероятно значителното му натрупване в тъканите при редовно приложение. При проучвания за продължително приложение при плъхове в продължение на 10–14 дни са наблюдавани трайни и прогресиращи поведенчески ефекти – включително намаляване на тревожността и действие, сходно с това на антидепресантите – без никакви признаци на толерантност или отслабващ отговор с течение на времето. Авторите приписват тези продължителни ефекти на прогресиращата активация на серотониновата система и на трайното повишение на BDNF [16].

В клинични проучвания, свързани с инсулт, повтарящото прилагане на Semax в рамките на два десетдневни курса на лечение поддържаше повишени нива на BDNF в плазмата през целия период на наблюдение, което е в съответствие с трайното фармакологично въздействие, а не с десенсибилизация на рецепторите или трофично изчерпване [14].

Беше проучена и формула на Semax на базата на фосфолипидни наночастици – система за доставка, която обгражда пептида с малки мастни частици, като го предпазва от разграждане – като стратегия за допълнително удължаване на устойчивостта към ензимно разграждане [17]. Теоретично този подход би могъл да промени фармакокинетичния профил чрез забавяне на разграждането и поддържане на активния Semax в тъканите за по-дълго време. Досега обаче не са публикувани клинични фармакокинетични данни за тази формула.

Като цяло, макар липсата на официални проучвания относно кумулацията да се счита за ограничение, наличните функционални данни не сочат прогресивна кумулация, нито развитие на толерантност при краткосрочно редовно приложение.

Основни ограничения на фармакокинетичните изследвания на Semax

При интерпретирането на наличните фармакокинетични данни за Semax трябва да се имат предвид няколко съществени ограничения.

На първо място, практически всички преки фармакокинетични измервания – включително скоростта на проникване в мозъка, приблизителните периоди на полуразпад и идентифицирането на метаболитите – произтичат от изследвания върху плъхове с използване на радиоактивно маркирани пептиди. Прякото пренасяне на тези резултати към фармакокинетиката при хората е свързано със значителна несигурност, тъй като хората и плъховете могат да метаболизират съединенията по различен начин.

На второ място, нито едно от публикуваните фармакокинетични проучвания при хора не е измервало концентрациите на Semax в кръвта във времето при контролирани условия. Това означава, че точните стойности на периода на полуразпада при хора, процентът на биодостъпност и обемът на разпределение – показател за това колко широко веществото се разпространява в тъканите на организма – остават неизвестни.

На трето място, тъй като продуктите на разграждането на Semax – HFPGP и PGP – запазват собствената си биологична активност, конвенционалните фармакокинетични оценки, основани изцяло на концентрациите на изходното съединение, значително подценяват действителната биологична продължителност на действието. Измерването единствено на Semax в кръвта дава непълна представа за действителната продължителност на фармакологичните ефекти.

На четвърто място, разликите в ефектите на Semax, зависещи от начина на приложение, сочат, че неговото фармакокинетично поведение се различава съществено при интраназално, интравенозно и подкожно приложение. Тези разлики все още не са напълно описани в публикуваната литература.

Бъдещи изследвания с използване на съвременни аналитични техники – като LC-MS/MS, високочувствителен метод за измерване на специфични молекули в биологични течности – проведени при хора при различни начини на приложение, биха разширили значително научното разбиране за фармакокинетиката на Semax.

Забележка

Настоящата статия има изцяло образователна и информационно-научна цел и не трябва да се тълкува като медицински съвет, диагноза, терапевтично препоръка или твърдение относно ефективността на Semax при лечението на каквото и да е заболяване. Semax остава изследователско съединение в повечето страни, включително в Съединените щати и повечето европейски държави, и не е одобрен от Американската агенция по храните и лекарствата (FDA), нито от Европейската агенция по лекарствата (EMA) за лечение на каквото и да е медицинско състояние. Той е одобрен и се използва клинично в Русия и някои страни от Източна Европа. По-голямата част от доказателствата, представени в тази статия, произтичат от предклинични изследвания върху животни и от ограничен брой клинични проучвания върху хора. Необходими са допълнителни, добре проектирани клинични проучвания, за да се установят по-точно безопасността, ефективността, механизмите на действие и дългосрочните ефекти на Semax при хора. Всеки, който обмисля употребата на каквито и да било експериментални пептиди, трябва да се консултира с квалифициран медицински специалист.

Препратки

1. Шевченко, К. В., Нагаев, И. Ю., Алфеева, Л. Ю., Андреева, Л. А., Каменски, А. А., Левицкая, Н. Г., Шевченко, В. П., Гривенников, И. А., & Миасоедов, Н. Ф. (2006). Кинетика на проникването на Semax в мозъка и кръвта на плъхове след интраназално приложение. „Биоорганична химия“, 32(1), 64–70. https://doi.org/10.1134/s1068162006010055
2. Шадрина, М., Коломин, Т., Агапова, Т., Агнюлин, Ю., Шрам, С., Сломински, П., Лимборска, С., & Мясоедов, Н. (2010). Сравнение на временната динамика на експресията на гените NGF и BDNF в хипокампуса, фронталния кортекс и ретината на плъхове под въздействието на Semax. Списание „Journal of Molecular Neuroscience“, 41(1), 30–35. https://doi.org/10.1007/s12031-009-9270-z
3. Лебедева, И. С., Паникратова, Я. Р., Соколов, О. Ю., Куприянов, Д. А., Румшиская, А. Д., Кост, Н. В. и Мясоедов, Н. Ф. (2018). Влияние на Semax върху мрежата на мозъка в режим по подразбиране. „Bulletin of Experimental Biology and Medicine“, 165(5), 653–656. https://doi.org/10.1007/s10517-018-4234-3
4. Долотов, О. В., Золотарев, Ю. А., Дорохова, Е. М., Андреева, Л. А., Алфеева, Л. Ю., Гривенников, И. А., & Миасоедов, Н. Ф. (2004). Свързването на Semax, 4-10-хептапептид на ACTH, с плазмените мембрани на базалните ядра на предния мозък на плъхове и неговото биоразграждане. „Биоорганична химия“, 30(3), 241–246. https://doi.org/10.1023/b:rubi.0000030127.46845.f0
5. Потаман, В. Н., Алфеева, Л. Ю., Каменски, А. А., Левицкая, Н. Г., & Незавибатко, В. Н. (1991). N-терминална деградация на ACTH(4-10) и неговия синтетичен аналог семакс от ензимите в кръвта на плъхове. „Biochemical and Biophysical Research Communications“, 176(2), 741–746. https://doi.org/10.1016/s0006-291x(05)80247-5
6. Золотарев, Ю. А., Дадаян, А. К., Долотов, О. В., Козик, В. С., Кост, Н. В., Соколов, О. Ю., Дорохова, Е. М., Мешавкин, В. К., Иноземцева, Л. С., Габаева, М. В., Андреева, Л. А., Алфеева, Л. Ю., Павлов, Т. С., Бадмаева, К. Е., Бадмаева, С. Е., Бакаева, З. В., Копилова, Г. Н., Самонина, Г. Е., Васковски, Б. В., Гривенников, И. А., Зозуля, А. А., & Миасоедов, Н. Ф. (2006). Равномерно маркирани с тритий пептиди и тяхното биоразграждане in vivo и in vitro. „Биоорганична химия“, 32(2), 183–191. PMID: 16637290 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16637290/
7. Шевченко, К. В., Вьюнова, Т. В., Нагаев, И. Ю., Андреева, Л. А. и Миасоедов, Н. Ф. (2013). Протеолиза на прости глипролини чрез леуцин аминопептидаза и ензими от носна слуз, мозъчни мембрани и кръв от плъхове. „Биоорганична химия“, 39(3), 320–325. https://doi.org/10.1134/s1068162013030151
8. Шевченко, К. В., Виунова, Т. В., Нагаев, И. Ю., Андреева, Л. А., Алфеева, Л. Ю. и Миасоедов, Н. Ф. (2011). Протеолиза на аналози на семакс с различни N-терминални аминокиселини чрез аминопептидази. „Биоорганична химия“, 37(4), 475–482. https://doi.org/10.1134/s1068162011040133
9. Magrì, A., Tabbì, G., Giuffrida, A., Pappalardo, G., Satriano, C., Naletova, I., Nicoletti, V. G., & Attanasio, F. (2016). Влияние на ацетилирането на N-края на Semax, синтетичен аналог на ACTH(4-10), върху координацията на мед(II) и цинк(II) и биологичните свойства. Списание „Journal of Inorganic Biochemistry“, 164, 59–69. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2016.08.013
10. Вюнова, Т. В., Андреева, Л. А., Шевченко, К. В. и Мясоедов, Н. Ф. (2017). Синактон и индивидуална активност на синтетичните и естествените кортикотропини. Списание „Journal of Molecular Recognition“, 30(5). https://doi.org/10.1002/jmr.2597
11. Манченко, Д. М., Глазова, Н. Ю., Левицкая, Н. Г., Андреева, Л. А., Каменски, А. А., & Миасоедов, Н. Ф. (2010). Ноотропни и аналгетични ефекти на Semax при различни начини на приложение. Руски физиологичен вестник „И.М. Сеченов“, 96(10), 1014–1023. PMID: 21268834
12. Ашмарин, И. П., Самонина, Г. Е., Ляпина, Л. А., Каменски, А. А., Левицкая, Н. Г., Гривенников, И. А., Долотов, О. В., Андреева, Л. А., & Мясоедов, Н. Ф. (2005). Естествени и хибридни („химерични”) стабилни регулаторни глипролинови пептиди. Патофизиология, 11(4), 179–185. https://doi.org/10.1016/j.pathophys.2004.10.001
13. Еремин, К. О., Кудрин, В. С., Сарансаари, П., Оя, С. С., Гривенников, И. А., Мясоедов, Н. Ф., & Раевски, К. С. (2005). Semax, аналог на ACTH(4-10) с ноотропни свойства, активира допаминергичните и серотонинергичните системи в мозъка на гризачите. „Neurochemical Research“, 30(12), 1493–1500. https://doi.org/10.1007/s11064-005-8826-8
14. Гусев, Е. И., Мартинов, М. Ю., Костенко, Е. В., Петрова, Л. В. и Бобирева, С. Н. (2018). Ефикасността на Semax при лечението на пациенти в различни стадии на исхемичен инсулт. Списание „Неврология и психиатрия“ на името на С.С. Корсаков, 118(3), 61–68. https://doi.org/10.17116/jnevro20181183261-68
15. Ашмарин, И. П., Незавибат’ко, В. Н., Миасоедов, Н. Ф., Каменски, А. А., Гривенников, И. А., Пономарева-Степная, М. А., Андреева, Л. А., Каплан, А. Иа., Кошелев, В. Б., & Риасина, Т. В. (1997). Ноотропен аналог на адренокортикотропина 4-10-семакс (15-годишен опит в неговото разработване и изследване). Списание „Висша нервна дейност“ на името на И. П. Павлов, 47(2), 420–430. PMID: 9173745
16. Виленски, Д. А., Левицкая, Н. Г., Андреева, Л. А., Алфеева, Л. Ю., Каменски, А. А. и Миасоедов, Н. Ф. (2007). Ефекти от хроничното приложение на Semax върху изследователската активност и емоционалната реакция при бели плъхове. Руски физиологичен вестник „И.М. Сеченов“, 93(6), 661–669. PMID: 17850024
17. Шевченко, К. В., Храпко, А. П., Швец, В. И. и Мясоедов, Н. Ф. (2009). Използването на фосфолипидни наночастици за повишаване на резистентността към Semax в различни протеолитични биологични среди. Доклади по биологични науки, 429, 505–507. https://doi.org/10.1134/s0012496609060076