利用Caco-2细胞模型研究新型Pim-1激酶抑制剂KY-C002的表观渗透系数
2020-07-16
来源:步旅网
·236· 安徽医科大学学报Acta Universitatis Medicinalis Anhui 2018 Feb;53(2) 网络出版时间:2018—2—11 11:56 网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20180210.0835.024.html ◇药学研究◇ 利用Caco.2细胞模型研究 新型Pim-1激酶抑制剂KY-C002的表观渗透系数 马雁,徐绍辉,于坤宏,郭圣荣 摘要 目的利用人结肠癌Caco.2细胞模型研究新型Pim一 1激酶抑制剂KY—C002的表观渗透系数,为药物制剂设计提 供生物药剂学依据。方法 建立Caco一2细胞单层模型,通 过细胞形态观察,跨上皮细胞电阻测定和酚红通透性实验验 证Caco-2细胞单层完整性。考察不同浓度Pim一1激酶抑制 剂KY—C002从绒毛面(AP侧)到基底面(BL侧),BL侧到 AP侧两个方向的转运情况。应用高效液相色谱法对该化合 物进行定量分析,计算其表观渗透系数(P…)。结果建立 的Caco-2细胞单层完整,适用于转运实验。Pim一1激酶抑制 剂KY—C002浓度为5、10、20 g/ml时,Pim一1激酶抑制剂 KY—C002从AP侧到BL侧的P 分别为(4.72±0.05)× 10一 、(5.29±0.20)×10一 、(2.10±0.41)×10一 cm/s (P<0.05);从BL侧到AP侧的P 。分别为(7.59 4-0.78) ×10一 、(1.08 4-0.04)×10一 、(6.23±0.63)x10一。cm/ (P<0.05)。结论成功构建Caco-2细胞单层模型并用于 考察Pim.1激酶抑制剂KY-C002的透过细胞单层的性能。 在考察的浓度范围内,无论从AP侧到BL侧,还是从BL侧 到AP侧,Pim一1激酶抑制剂KY—C002的P…均与其浓度有 关,浓度为10 ml时的Papp大于5 ml和2O rnJ时的 Papp。 关键词 KY—C002;Caco-2细胞单层模型;表观渗透系数;药 物转运 中图分类号R 94 文献标志码A文章编号1000—1492(2018)02—0236—05 doi:10.19405/j.cnki.issnl000—1492.2018.02.014 原癌基因Pim一1是基因pim家族(现发现pim一 1、pim一2、pim一3)中的一员,Pim-1激酶在调控细胞凋 亡、分化、增殖以及肿瘤形成等方面发挥非常重要的 作用。Pim一1蛋白作为新的抗肿瘤靶点,具有较高 的选择性,近年来越来越被关注 。化合物KY. 2017—10—31接收 基金项目:国家自然科学基金(编号:81573352) 作者单位:上海交通大学药学院医药用高分子材料及控释用课题组, 上海200240 作者简介:马雁,男,硕士研究生; 郭圣荣,男,博士,教授,博士生导师,责任作者,E-mail:sr. guo@sjtu.edu.ca C002(结构见图1)是杂芳基酰胺类化合物。Gel5 J 首先合成并证实该化合物是一种优良的Pim-1激酶 抑制剂,可用于预防和治疗癌症、自身免疫疾病、过 敏反应等疾病,具有很好的临床应用价值。目前尚 未有关于其生物药剂学性质的研究报道,对于其生 物药剂学性质的研究是十分必要的。Caco一2细胞系 来源于人类结肠癌细胞,在常规的细胞培养条件下, 即可自发分化形成肠上皮细胞样的细胞,广泛应用 于小分子药物口服吸收的体外筛选模型。。 。该文 采用Caco.2细胞单层模型研究Pim一1激酶抑制剂 KY.C002的表观渗透系数及药物浓度的影响,为进 一步开展Pim.1激酶抑制剂KY—C002的动物在体 肠吸收以及开发其口服制剂提供有价值的参考。 N H 图1 KY-C002的分子结构图 1材料与方法 1.1 主要仪器高效液相色谱仪购自美国Waters 公司;BSA124S万分之一电子天平购自北京赛多利 斯科学仪器有限公司;KQ5200型超声清洗仪购自 昆山市超声仪器有限公司;MQS一30电热恒温水浴摇 床购自上海市曼泉仪器有限公司;85-2型磁力搅拌 器购自上海司乐仪器有限公司;L500型离心机购自 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;HF151UV CO 培养箱购自香港力康生物医疗科技控股集团;JB— CJ—IFX超净工作台购自吴江市万里彩钢净化有限 公司;XSP.37XBW型倒置显微镜购自上海光学仪器 六厂:Millicel1.ERS-2型细胞电阻仪购自美国Milli— 安徽医科大学学报Acta Universitatis Medicinalis Anhui 2018 Feb;53(2) ·237· pore公司;Multiskan MK3酶标仪购自芬兰Thermo Labsystems公司。 1.2主要试剂与细胞化合物KY.C002(自制); 乙腈(色谱纯,批号:0000077519)购自美国J.T Bak— er公司;三氟乙酸(分析纯,批号:STBF6924V)购自 美国Sigma公司;24孔聚碳酸酯膜转运板和25 em 细胞培养瓶购自美国Coming costar公司;DMEM培 养基和胎牛血清购自美国Gibco公司;Caco.2细胞 株购自中科院细胞库。 1.3 KY-C002含量分析的高效液相色谱法(high performance liquidchromatography,HPLC)的建立 1.3.1色谱条件色谱柱:C18柱(4.6 mm×250 mm,粒径5 m);波长301 nm;流速1 ml/min;流动 相:A相为0.1%三氟乙酸水溶液,B相为0.1%三 氟乙酸乙腈溶液;0—8 min A相:95%~5%,B相: 5%~95%;8~10 min A相:5%,B相:95%相;10 ~12 min B相:100%。 1.3.2 HPLC方法的建立从系统适用性、专属 性、重复性、准确度、线性等方面验证HPLC方法。 1.3.3溶液稳定性置于2~8 oC、室温和37℃条 件下考察对照品溶液的稳定性。 1.4 Caco-2细胞单层膜模型的建立和评价 一ll 1.4.1 细胞培养 细胞培养和种板:复苏冻存的 Caco-2细胞,加入1O ml完全DMEM.10培养液,将 得到的细胞悬浮液转移至25 em 细胞培养瓶中,放 入5%CO 37 oC恒温培养箱中培养,隔天换液,当 细胞达到约80%汇合时进行传代。细胞培养至合 适状态时进行种板,细胞接种到24孔Transwell板, 接种密度6 x 10 个/ml。向Transwell板的单层膜 基底端(basolateral side,BL侧)加入0.3 ml完全 DMEM一10培养液(无细胞),向孔板单层膜顶端(印一 ical side,AP侧)加入0.2 ml已经充分混合的细胞 悬液。2 d换AP侧和BL端侧;3—7 d隔天换AP 侧和BL侧液;8~17 d每天AP侧换液,隔天BL侧 换液;18 d以后每天换AP侧和BL侧液。 1.4.2细胞单层模型评价 1.4.2.1显微镜观察Caco-2细胞形态Caco一2细 胞在培养至20 d左右,显微镜下观察细胞生长情 况,观察细胞生长是否均匀,是否可以清楚地看见细 胞之间的接触,以此判断细胞是否形成完整的细胞 单层。 1.4.2.2测量Caco-2细胞单层膜跨膜电阻将 Millicel1.ERS电阻仪电极放人PBS(pH 7.2)内平衡 24 h,然后置于与培养液类似的无ca 、Mg“的 Hank’S平衡盐溶液内平衡2 h。平衡后将电极置于 70%乙醇浸泡15 rain,再在空气中干燥15 S后放入 无菌无Can、Mg 的Hank’s平衡盐溶液液中浸泡 15 rain,打开电源,校正电压与电阻,测量空白对照 Millicell膜的跨膜电阻值,然后测Caco-2细胞单层 膜跨膜电阻值,样品的实际电阻为样品实测电阻减 去空白电阻值。 1.4.2.3 酚红通透性实验 取电阻值≥250 em 的Caco.2细胞单层膜_l ,用无Ca¨、Mg 的 Hank’S平衡盐溶液小心冲洗3次,轻轻吸干孔内无 Ca“、Mg 的Hank’S平衡盐溶液,以清除细胞表 面对测定有干扰的物质。于Caco一2细胞AP侧加入 含5 m#L酚红的无Ca“、Mg 的Hank’s平衡盐 溶液(pH 7.2)300 l,细胞BL侧加人不含酚红的 无Ca 、Mgn的Hank’s平衡盐溶液400 l。将培 养板置37℃、5%CO,培养箱内,于30、60、90、120 min于BL侧取样200 l,并加入200 l不含酚红 的无Ca 、Mgn的Hank’S平衡盐溶液。以酶联免 疫荧光分析仪于560 nm处测定Caco.2细胞单层膜 BL侧内酚红的累积透过量。计算表观渗透系数 (apparent permeability coefifcient P pp),P pp=(dQ/ dt)/(AC0),其中dQ/dt为单位时间药物转运量 (mg/s);A为转运膜的面积,此时A为0.6 em ;CO 为酚红的初始浓度5 mg/ml。 1.5化合物KY-C002转运实验将化合物KY— C002溶解在纯水中配制成100 ml储备液,以无 Ca“、Mg 的Hank’s平衡盐溶液稀释至所设计浓 度。选取细胞跨膜电阻≥250 cm 的Caeo-2细 胞单层,根据实验设计,分别在细胞两侧加人化合物 KY-C002溶液和无Ca“、Mg“的Hank’S平衡盐溶 液(AP侧0.3 ml,BL侧0.4 m1),与恒温摇床上(37 ,50 r/min)温育。化合物溶液的浓度分别为5、 10、20 g/ml。再按实验设计时间点进行取样,单孔 取点,每点平行3个孔。取得的样品溶液过滤之后 按照“KY—C002含量分析的HPLC方法”测定转运 量,计算Papp和BL—AP侧跨膜转运的表观系数与 AP—BL侧跨膜转运的表观系数的比值外排率(ef. lfux ratio,ER)值。 1.6统计学处理实验数据采用SPSS 16.0软件 分析,数据用 ±S表示,运用t检验进行比较。 2结果 2.1建立KY.C002含量分析的HPLC方法本 文中建立的HPLC方法适用于新型Pim一1激酶抑制 ·238· 安徽医科大学学报Acta Universitatis Medicinali.s Anhui 2018 Feb;53(2) 剂KY—C002含量分析。具体结果如下。 2.1.1 系统适用性KY.C002:两份对照品溶液各 A 0 l4 0.12 连续进样3针,响应因子的RSD均为0.2%,均≤ 3.0%;两份对照品溶液3针响应因子平均值之比为 99.3%,在97.0%~103.0%。酚红:两份对照品溶 液各连续进样3针,响应因子的RSD分别为0.4%、 0.1%,均≤2.0%;两份对照品溶液3针响应冈子平 均值之比为100.2%,在97.0%~103.0%。 2.1.2专属性>1.5。 5 0.10 S 0.08 墨o 06 0.04 0.02 0 00 0 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 8 00 时M(min) B 空白溶剂在主峰保留时间处无明 《 显干扰,对照溶液中主峰和邻近峰之间的分离度均 2.1.3重复性KY—C002:平行配制6份供试品溶 褪 鹫 0O0 l O0 2 O0 3 O0 4O0 5.O0 6 O0 7.O0 8 00 液含量的为99.7%,RSD为1.3%,≤3.0%。酚红: 平行配制6份供试品溶液含量的为99.2%,RSD为 .t 懂譬 霞 甍 时I't1](min) 峰绡景 I 鼍t L诤 le 1.0%,≤3.0%。 u、‘i 、 一!苷战链 2.1.4准确度KY—C002:40%浓度的回收率分别 C 为101.5%、103.9%、99.9%;100%浓度的回收率 分别为96.7%、100.2%、100.7%;200%浓度的回 0 收率分别为100.5%、101.8%、101.6%;在95.0% ~坦 105.0%。酚红:40%浓度的回收率分别为 堂 98.1%、98.0%、98.4%;100%浓度的回收率分别为 99.3%、99.0%、97.6%;200%浓度的回收率分别为 99.6%、99.3%、99.7%;在95.0%~105.0% 2.1.5 线性 KY—C002:对照品溶液在0.21~ 21.06 g/ml范围内线性良好,线性方程为Y=47 690.597 1 一4 934.153 2.R=0.999 8,响应因子的 : 时间(min1 ..结果 I 匿嘲 l I龟pt耄I- l 、“ 叫 Igl22 l 1:I : I J .6 I‘m:I ̄2855 1. RSD%为1.9%。酚红:对照品溶液在0.41~40.58 ml范围内线性良好,线性方程为Y=15 036.130 7X一174.708 8,R=1.000 0,响应因子的RSD%为 0.8%。 图2化合物KY-C002的HPLC色谱图 注:tR=7.87 min;有侧峰为KY—C002,左侧为酚红;A:空白溶剂 色谱行为图;B:KY—C002对照品色谱行为罔;C:细胞样品色谱行为 图 2.1.6溶液稳定性样品溶液保存在2~8℃条件 下,至少1 d内保持稳定;对照品溶液保存在2~8 cI二条件下,至少I d内保持稳定。 2.1.7化合物KY—C002的色谱行为图 见图2。 2.2 Caco-2细胞单层膜模型的评价 本实验室条 件下建立的Caco.2细胞单层膜模型可用于化合物 KY—C002的跨膜转运实验。 2.2.1 显微镜观察Caco.2细胞形态 Caco-2细胞 在24孔Transwell板上培养21 d左右,显微镜下观 察细胞生长情况,细胞生长均匀,在细胞之间形成接 触清晰可见的边界线,其形态见图3。 2.2.2 Caco-2细胞单层膜跨膜电阻 本实验中细 图3培养20 d显微镜下Caco-2细胞形态×40 胞培养至l9 d、20 d进行电阻测定,连续两天电阻值 为(455-4-40)Q/cm ,均>250 1)/cm 。 2.2.3酚红通透性实验取酚红标准试液5 mg/L 安徽医科大学学报Acta Universitatis Medicinalis Anhui 2018 Feb;53(2) ·239· 加入到24孑L板的Millicell膜中,于不同时间取样 (Millicell膜接收池),酶标仪测定其吸光度值,通过 酚红标准曲线计算酚红透过量,计算P 。酚红在 Caco.2细胞单层膜的Pa,p均<10~cm/s,远低于没 有培养细胞的空白组,说明酚红从AP侧渗漏入BL 侧较少,膜的完整性良好。在实验中,也可用肉眼与 空白对照观察有无酚红。见表1。 表1酚红透过试验不同时间的P pp(cm/s) 2.3化合物KY.C002转运实验不同浓度Pim.1 激酶抑制剂KY—C002的P…、ER结果见图4、表2。5 加 结果表明:①在考察的浓度范围内,l 无论从AP侧到 4 5 2 BL侧,还是从BL侧到AP侧P。 均与Pim一1激酶抑 制剂KY-C002的浓度有关,不同浓度问差异有统计 +一 土 土 0 O O 学意义(P<0.05);浓度为10 g/ml时的Pa加 pp大于5 i g/ml和20 ml时的P × × × ppc②在考察的浓度范 围内,从AP侧到BL侧Pim m m m一1激酶抑制剂KY.C002 ; 的P.pp均>10~cm/s,表明该化合物吸收良好。7 l 6 吣 土 ± ± O O O ^∞ ^^ × × × m m m B 图4不同浓度Pim-1激酶抑制剂KY-C002的P pp A:AP俱0— BL倾0;B:BL倾4— AP倾4;与5 g/ml KY-C002比 较: P<0.05;与10 g/ml KY—C-002比较: P<0.05 表2 Pim·1激酶抑制剂KY·C002的P pp(n=3, ±s) 浓度 AP—BL侧 BL-- ̄AP 4 ( g/m1) (cm/s) (cm/s) ER值 O.16 O.61 O.25 3讨论 本研究建立了新型Pim.1激酶抑制剂KY—C002 的HPLC色谱检测方法且完成方法学验证,结果表 明该方法简便、灵敏、可靠、专属性良好,符合定量分 析要求。 评估药物口服吸收效果的常用方法是整体动物 实验,而用细胞模型进行体外吸收特性评估具有以 下优点 引:①避免动物的个体差异,体外重现性 好;②克服整体动物吸收代谢耗药量大的缺点,尤 其适于对微量样品的检测;③检测周期较短,可作 为快速药物筛选工具;④可以在分子水平对药物分 子的吸收、代谢和转运进行研究。一般来说,连续2 d测得的电阻值>250 cm 的Caco-2细胞单层 膜可用于化合物的跨膜转运实验_】 ,本实验室条件 下建立的Caco-2细胞模型适用于化合物的转运实 验。 综上所述,在考察浓度范围内,新型Pim一1激酶 抑制剂KY—C002的P…与浓度有关,化合物KY. C002的P…>10I¨cm/s,表明该化合物的吸收良 好 ,具有开发I=I服给药剂型的可能性,为进一步 开展动物体内肠吸收实验提供了参考和基础。 参考文献 [1] Kumar A,Mandiyan V,Suzuki Y,et a1.Crystal structures of pro- to-oncogene kinase piml:a target of aberrant somatic hypermuta— tions in diffuse large cell lymphoma[J].J Mol Biol,2005,348 (1):183—93. [2] Magnuson N S,Wang z,Ding G,et a1.Why target PIM1 for cancer diagnosis and treatment[J].Future Oncol,2010,6(9): 1461—78. [3] 郑小洲,金晓磊,赵临襄.小分子PIM激酶抑制剂的研究进展 [J].中国药物化学杂志,2013,23(6):499—505. [4]刘浩秋.靶向PIM蛋白激酶抗肿瘤药物的研究进展及设想 [J].中国当代医药,2014,21(28):191—3. [5] Ge Yu.PIM kinase inhibitor,preparation method and use thereof in drug preparation[P].WO,2014. [6] 廖沙,谢剑炜.Caco-2细胞模型在药物体外研究中的应用 [J].中国新药杂志,2005,14(4):416—9. 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Study on cell permeability coeficifents of a new Pim-1 kinase inhibitor KY-C002 by using Caco-2 cell monolayer Ma Yan,Xu Shaohui,Yu Kunhong,et al (School of Pharmacy,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240) Abstract Objective To study the cell permeability coeficifents of a new Pim--1 kinase inhibitor KY--C002 through a human colorectal cancer Caco一2 cell monolayer,providing a biological basis for the pharmacy pharmaceutical for— mulation design.Methods Caco一2 cell monolayer was built,and its integrity was confirmed through cell morpholo— gY observation,transepithelial electrical resistance measurement and Phenol Red Permeability experiment.The ap— parent permeability coeficifents of Pim-1 kinase inhibitor KY—C002 from apical side(AP side)to basolateral side (BL side)or from BL side to AP side were investigated.The concentrations of KY—C002 were measured by high performance liquid chromatography.The apparent permeability coeficifents(P pp)were then calculated.Results The Caeo一2 cell monolayer was integrated.The P…values of Pim一1 kinase inhibitor KY—C002 were(4.72±0.05) ml respectively.The P pp values of Pim一1 kinase inhibitor ×10一 cm/s,(5.29±0.20)×10一 cm/s,(2.10±0.41)×10一 cm/s(P<0.05)from AP side to BL side when the concentrations of KY—C002 were 5,10,20 KY—C002 were(7.59±0.78)×10一。cm/s,(1.08±0.04)x 10 cm/s,(6.23±0.63)×10。cm/s(P< 0.05)from BL side to AP side when the concentrations of KY·C002 were 5,10,20 ml respectively.Conclu- sion The Caco一2 cell monolayer model was successfully constructed and used to investigate the properties of the permeated monolayer of Pim一1 kinase inhibitor KY—C002.The P of the Pim一1 kinase inhibitor KY·C002 was re— pp lated to its concentration,and the P pp at the concentration of 1 0 P . ml was greater than 5 ml and 20 ml of Key words KY—C002;Caco一2 cell monolayer model;P 。。;drug transport