Optimerad LC-MS/MS metod för High-throughput analys av kliniska prover av ivakaftor, dess huvudmetaboliter och lumakaftor i biologiska vätskor av cystisk fibros patienter
Summary
Ivacaftor och ivakaftor-lumakaftor kombination är två nya CF droger. Det finns dock fortfarande en brist på förståelse på PK/PD och farmakologi. Vi presenterar en optimerad HPLC-MS teknik för samtidig analys av ivacaftor och dess huvudmetaboliter och lumakaftor.
Abstract
Brister i cystisk fibros trans-membran conductance regulator (CFTR) är orsaken till cystisk fibros (CF), en sjukdom med livshotande pulmonell manifestationer. Ivakaftor (IVA) och ivakaftor-lumakaftor (LUMA) kombination är två nya genombrott CF läkemedel som direkt modulerar aktiviteten av och handel med defekta CFTR-proteinet. Dock finns det fortfarande en brist på förståelse på farmakokinetiska/farmakodynamiska parametrar och farmakologi ivacaftor och lumakaftor. HPLC-MS tekniken för samtidig analys av koncentrationerna av ivakaftor, hydroxymetyl-ivakaftor, ivakaftor-bildas och lumakaftor i biologiska vätskor hos patienter som får standard ivakaftor eller ivakaftor-lumakaftor kombination terapi har tidigare varit utvecklats av vår grupp och delvis validerats FDA standarder. Dock för att möjliggöra hög genomströmning analysen av ett större antal patientprover, vår grupp har optimerad rapporterade metoden med hjälp av en mindre pore storlek omvänd-fas kromatografi kolumn (2,6 µm, C8 100 Å; 50 x 2,1 mm) och en gradient lösningsmedel system ( 0-1 min: 40% B; 1-2 min: 40-70% B; 2-2,7 min: hölls på 70% B; 2,7-2,8 min: 70-90% B; 2,8-4,0 min: 90% B tvättning. 4.0-4,1 min: 90-40% B; 4.1-6,0 min: hölls på 40% B) istället för en Isokratisk eluering. Målet med denna studie var att minska HPLC-MS analys tid per prov dramatiskt från ~ 15 min till endast 6 min per prov, vilket är viktigt för analysen av en stor mängd patientprover. Detta lämpligt metod kommer att vara av stor nytta för studier i exponering-respons relationerna mellan dessa genombrott CF läkemedel.
Introduction
Cystisk fibros (CF) är en vanlig genetisk sjukdom som involverar exokrina slem körtlar i lungan, levern, bukspottkörteln och tarmarna orsakar progressiv multiorgansvikt, t ex minskad lungfunktion samt pankreasinsufficiens1, 2,3. Ivakaftor (IVA) är den första Food and Drug Administration (FDA-US) och Europeiska läkemedelsmyndigheten (EMA) godkänd cystisk fibros trans-membran conductance regulator (CFTR) förstärkare drog, med framgår klinisk effekt producerar en betydande förbättring av lungfunktionen jämfört med placebo i en liten delmängd av CF-patienter som bär den G551D-CFTR [glycin (G) i position 551 ersätts av asparaginsyra (D)] missense mutation (~ 4-5% av befolkningens CF)4,5. Detta administrerat oralt drogen ökar CFTR kanalen öppna, därmed öka klorid ion flödet och agerar på den primära defekt som leder till kliniska manifestationer av CF4,6. IVA monoterapi är tyvärr inte effektivt hos patienter med mer vanliga homozygot F508del-mutationen [i ram radering av CFTR-genen vilket resulterar i förlust av fenylalanin (F) på position 508] vilket resulterar i felveckning CFTR, som ses i ~ 50% av den CF befolkning7,8.
FDA har nyligen beviljat godkännande för att kombinera IVA med CFTR corrector drog lumakaftor. Smart strategi kombinerar en CFTR corrector (lumakaftor, LUMA) som räddar F508del-CFTR till cellens yta med en modulator (IVA) som förstärker CFTR kanal aktivitet, effektivt expanderar fönstret behandling till de flesta av CF befolkningen5 . Frågor kvarstår över huruvida dessa läkemedel kommer att uppfylla sitt löfte som ett antal motstridiga rapporter har dykt upp det gjuts tvivel på deras kliniska effekten9,10. Dessutom, förbättringar av lungfunktionen var endast blygsamma (2,6-4% för ivacaftor-lumakaftor kombination) jämfört med den framgång som uppnåtts med IVA monoterapi hos patienter som bär en G551D mutation (10.6-12,5%)8. Potentiella antagonistiska läkemedelsinteraktioner mellan IVA och LUMA som potentiellt begränsa den kliniska effekten av ivacaftor-lumakaftor kombination kommer från dess mindre än idealisk farmakokinetiska egenskaper7,11. IVA är i stor utsträckning metaboliseras av cytokrom P450-enzymerna (CYP), främst till en aktiv metabolit hydroxymetyl-IVA (IVA-M1, M1) och en inaktiv form IVA-bildas (IVA-M6, M6)7,12. Den CYP3A4-induceraren LUMA, däremot, i stor utsträckning metaboliseras inte och utsöndras till stor del oförändrad i avföring11. Som CYP3A4 inducerare inducera cytokrom metabolism, skulle ivakaftor (CYP3A4-substrat) koncentrationer kunna minskas. Dessutom både IVA och LUMA är mycket hydrofoba molekyler och är ~ 99% bundet till plasmaproteiner, som avsevärt begränsar den fria (aktiva) drog koncentration1,13.
Sammantaget kan dessa faktorer samman för att begränsa den kliniska effekten av ivacaftor-lumakaftor kombination. Det är inte känt huruvida optimal plasmakoncentrationer uppnås under den nuvarande doseringsregimen för ivacaftor-lumakaftor kombination eller om terapeutiska tröskeln bibehålls8. För närvarande finns det en brist på information om farmakokinetiska parametrar såsom peak och steady-state plasmakoncentrationen av ivacaftor eller ivakaftor-lumakaftor. Tanke på noterade metabolismen av ivacaftor och lumakaftor, är övervakning av exponering-respons relationer nödvändiga för att uppnå optimal dosering för ivakaftor eller ivakaftor-lumakaftor terapi. Vår grupp har nyligen publicerat den första HPLC/LC-MS-metoden för övervakning av exponering-respons relationer av IVA och LUMA14. Inga alternativa tekniker för mätning av koncentrationerna av ivakaftor, dess metaboliter och lumakaftor har rapporterats hittills. Möjliggör hög genomströmning analys av ett större patienten kollektiv och dramatiskt minska analys tid, vår grupp har optimerad rapporterade metoden med hjälp av en mindre pore storlek omvänd-fas kromatografi kolumn och en gradient lösningsmedel system som minskar kostnaden och rinnande tider.
Protocol
Representative Results
Discussion
Som tidigare rapporterats har vår grupp för första gången utvecklats och validerats en HPLC och LC-MS metod för snabb upptäckt och kvantifiering av ivacaftor och dess huvudmetaboliter hydroxymetyl-IVA M1 (aktiv) och IVA-bildas M6 (inaktiv); och lumakaftor i plasma och sputum CF patienter14. Den analys som tidigare rapporterats som vår grupp har framgångsrikt använts för att kvantifiera koncentration av LUMA, IVA, IVA-M1 och IVA-M6 i plasma och sputum av CF-patienter som genomgår steady-…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
J.L. och T.V. stöds av nationella institutet för allergi och smittsamma sjukdomar (NIAID) av National Institutes of Health (R01 AI111965). Innehållet ansvarar enbart för författarna och representerar inte nödvändigtvis de officiella åsikter av det nationella institutet för allergi och infektionssjukdomar eller National Institutes of Health. MC är en australisk NHMRC rektor Research Fellow. J. L. är en australisk nationella hälso- och medicinsk forskning rådet (NHMRC) Senior Research Fellow, och T.V. är en australisk NHMRC industrin karriär utveckling nivå 2 Research Fellow. E.K.S är en utsedd ung ambassadör 2017 för ASM (American Society for mikrobiologi) och stöds av den australiska forskarutbildning Award.
Delar av detta arbete presenterades på den 12: e Australiasian konferens om cystisk fibros i Melbourne (5-8: e augusti 2017).
Materials
| IVA (Cat#S114) | SelleckChem (USA). | ||
| LUMA (Cat#S1565) | SelleckChem (USA). | ||
| IVA-carboxylate (Cat# 510242247CS) | Clearsynth (Canada). | ||
| hydroxymethyl-IVA (Cat# 510240849CS) | Clearsynth (Canada). | ||
| Methanol (MeOH, LC-MS grade), | Sigma-Aldrich | ||
| acetonitrile (ACN, LC-MS grade) | Sigma-Aldrich | ||
| formic acid (FA) | Sigma-Aldrich | ||
| triple-quadrupole Shimadzu 8030 LC-MS | |||
| Phenomenex Kinetex (2.6 µm C8 100 Å; 50 × 2.1mm) | |||
| (KrudKatcher Ultrea HPLC In-Line Filter 0.5 m Depth Filter x 0.004inID). | |||
| 1.5 mL polypropylene microcentrifuge tube (VWR). | |||
| Eppendorf Centrifuge 5430 | |||
| 13-mm syringe filter (0.45 µm nylon, GRACE, USA) | |||
| [Phenomenex VEREX, 9 mm, PP, 300 µL, PTFE/Silicone septa]. |
References
- Schneider, E. K., et al. Drug-drug plasma protein binding interactions of ivacaftor. J Mol Recognit. 28 (6), 339-348 (2015).
- Solomon, M., Leatte, P. N. . Treatments for Cystic fibrosis. , (2009).
- O’Sullivan, B. P., Flume, P. The clinical approach to lung disease in patients with cystic fibrosis. Semin Respir Crit Care Med. 30 (5), 505-513 (2009).
- Ramsey, B. W., et al. A CFTR potentiator in patients with cystic fibrosis and the G551D mutation. N Engl J Med. 365 (18), 1663-1672 (2011).
- Wainwright, C. E., et al. Lumacaftor-Ivacaftor in Patients with Cystic Fibrosis Homozygous for Phe508del CFTR. N Engl J Med. 373 (3), 220-231 (2015).
- Hadida, S., et al. Discovery of N-(2,4-di-tert-butyl-5-hydroxyphenyl)-4-oxo-1,4-dihydroquinoline-3-carboxamide (VX-770, ivacaftor), a potent and orally bioavailable CFTR potentiator. J Med Chem. 57 (23), 9776-9795 (2014).
- FDA. . FDA Advisory Commitee Briefing Material VERTEX-FDA Pulmonary-Allergy drugs advisory commitee. 98 , (2015).
- Holmes, D. False dawn for cystic fibrosis disease modifiers?. Nat Rev Drug Discov. 13 (10), 713-714 (2014).
- Veit, G., et al. Some gating potentiators, including VX-770, diminish DeltaF508-CFTR functional expression. Sci Transl Med. 6 (246), 246ra297 (2014).
- Cholon, D. M., et al. Potentiator ivacaftor abrogates pharmacological correction of DeltaF508 CFTR in cystic fibrosis. Sci Transl Med. 6 (246), 246ra297 (2014).
- EMA, . Assessment report ORKAMBI (ivacaftor/lumacaftor) European medicines agency. , (2015).
- VERTEX. . Vertex prescribing infomation. , (2015).
- Matthes, E., et al. Low free drug concentration prevents inhibition of F508del CFTR functional expression by the potentiator VX-770 (ivacaftor). Br J Pharmacol. 173 (3), 459-470 (2016).
- Schneider, E. K., et al. Development of HPLC and LC-MS/MS methods for the analysis of ivacaftor, its major metabolites and lumacaftor in plasma and sputum of cystic fibrosis patients treated with ORKAMBI or KALYDECO. J Chrom B Analyt Technol Biomed Life Sci. 1038, 57-62 (2016).
- Su, Q., et al. An LC-MS/MS method for the quantitation of cabozantinib in rat plasma: application to a pharmacokinetic study. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 985, 119-123 (2015).
