Вплив ожиріння та статі на антимікробну фармакокінетику та підтвердження гострої ниркової травми
АНОТАЦІЯ
ВСТУП
Поширеність ожиріння серед дорослого населення США, за оцінками, становить приблизно 36% (1, 2). Це високе поширення ожиріння повинно викликати занепокоєння щодо нашого сучасного підходу дозування ліків, який в основному включає використання рівно фіксованих доз (незалежно від ваги) та дозування на основі ваги та площі поверхні тіла (3). Дозування на основі ваги зазвичай використовується для дозування декількох протимікробних засобів (3). З точки зору токсикології використання дозування на основі ваги може призвести до надмірного впливу та токсичності лікарських засобів через непропорційне збільшення кліренсу препарату з масою тіла у дорослих із ожирінням (4). Зокрема, такі антимікробні засоби, як аміноглікозиди, колістин, телаванцин та ванкоміцин, які вводяться у вазі, були пов’язані з гострим ураженням нирок (AKI) у людей із ожирінням (5–8).
Якщо індукований наркотиками АКІ пов’язаний із більшим впливом наркотиків у пацієнтів із ожирінням через дозування на основі ваги, тоді може знадобитися парадигма альтернативного дозування. Тестування цієї гіпотези у пацієнтів вимагає великого перспективного клінічного дослідження, яке часто є етично, фінансово та технічно складним через існуючі супутні захворювання, які заважають оцінці лікарських захворювань. Отже, тваринні моделі служать корисною альтернативою для перевірки впливу певного підходу дозування ліків на розвиток АКІ. Історично щур служив важливою моделлю для тестування AKI, викликаного наркотиками (9). Однак токсикологічний профіль більшості препаратів часто вивчається у самців щурів певного віку, що призводить до відбору групи тварин з вузьким розподілом ваги (9). Як наслідок, стандартна модель щурів може мати обмежений потенціал для клінічного перекладу для пацієнтів обох статей з більш широким розподілом ваги (9, 10). Висока поширеність ожиріння робить це обмеження в нашій доклінічній токсикологічній моделі актуальним питанням (1, 2).
За останні роки було розроблено кілька моделей ожиріння на щурах (11). Ці моделі широко включають генетично модифіковані або індуковані дієтою моделі ожиріння (11). Хоча ці моделі успішно використовувались для вивчення патологічних наслідків ожиріння, вони недостатньо використовувались для токсикологічних досліджень. Показано, що дієта, спричинена ожирінням щурів, імітує зміни функції нирок, що спостерігаються при ожирінні людини, більш точно, ніж генетично модифіковані моделі щурів (12). Крім того, зміни функції нирок найчастіше оцінюють за допомогою ендогенного біомаркеру креатиніну, який може бути нечутливим для раннього виявлення АКІ (13). В останнє десятиліття молекула 1 із пошкодженням нирок (KIM-1) та асоційований з нейтрофілом желатиназою ліпокалін (NGAL) були визначені як чутливі ендогенні біомаркери AKI (13). Зараз доступні комерційні аналізи як для KIM-1, так і для NGAL для клінічного використання.
У сукупності існує чітка можливість покращити клінічний потенціал перекладу токсикологічних даних, отриманих від щурів, (i) використовуючи тварин обох статей, (ii) оцінюючи більш широкий розподіл ваги та (iii) виявляючи AKI за допомогою чутливих біомаркерів. Отже, поточне дослідження було проведено для перевірки моделі ожиріння на щурах як системи порівняння ефектів ожиріння та статі на індукований наркотиками АКІ. В якості досліджуваного препарату було обрано гентаміцин, оскільки його дозують клінічно на основі ваги та пов’язують із АКІ, який може залежати від статі (14, 15). Кліренс гентаміцину також відомий як чудовий сурогат функції нирок, і тому зменшення його кліренсу через АКІ може служити сурогатним маркером токсичності (16, 17). Нарешті, більшість оригінальних даних, отриманих на моделях щурів, і свідчать про різницю в токсичності аміноглікозидів, пов’язану із штамом, статтю та ожирінням, були раніше використання селекційної програми Міжнародного генетичного стандарту (IGS) (14, 18–23). У цьому дослідженні порівнюються фармакокінетика, потенціал АКІ та гістопатологічні відмінності гентаміцину у щурів-самців та самок ІГС (Чарльз Рівер, Вілмінгтон, Массачусетс), які були схильні до ожиріння (OP) та стійкі до ожиріння (OR).
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
Тварини. Усі процедури підготовки, моніторингу та відновлення тварин були затверджені інституційним комітетом з догляду та використання тварин перед початком дослідження. Щури OP і OR обох статей були отримані з лабораторій Charles River (Трой, штат Нью-Йорк) та підтримувались індивідуально в кліматично контрольованому віварії при 21 ° C на 12-годинному світловому/12-годинному темному циклі з їжею та водою ad libitum. Деталі щодо розвитку цього штаму були розглянуті (24). Коротко кажучи, вихідні лінії OP та OR мають повністю функціонуючий рецептор лептину і були розроблені з лінії Crl: CD (SD). Ожиріння викликається в цій моделі завдяки підтримці тварин на дієті з високим вмістом жиру. Раніше Уайт і Лі детально розробили систему для розробки та обслуговування системи розведення Crgs: CD (SD) IGS (Чарльз Рівер, Вілмінгтон, Массачусетс) (24). Щури мали вік 10 тижнів після придбання, і щури OP і OR тримали дієту на 60% жиру (RD12492; Research Diets, Нью-Брансвік, Нью-Джерсі) протягом 6 тижнів. Тварин зважували щотижня під час аклімації (початкові 4 тижні) та щодня протягом експериментальної фази дозування (останні 2 тижні).
Придбання та дозування ліків. Для цього дослідження була використана одна партія (партія 90-433-DK) гентаміцину сульфату (ін’єкція, USP; Hospira, Lake Forest, IL). Було вивчено початкову групу самців щурів (5 ожиріння та 5 худорлявих), яким давали добову дозу 50 мг/кг маси тіла, але цей експеримент достроково припинили через захворюваність (див. Результати). Отже, найвища випробувана доза була зменшена на 50%. Тварин зважували щодня перед одноразовою внутрішньоочеревинною (ip) ін'єкцією трьох дозованих груп на основі ваги, яким давали гентаміцин (12,5, 18,75 або 25 мг/кг) та одній групі, яким вводили нормальний фізіологічний розчин (контроль, обсяг дози відповідав) протягом 14 днів . Було вивчено вісімдесят щурів, що дозволило розподілити по 5 щурів у кожну з 16 можливих груп, до складу яких входили 2 статі (чоловіки та жінки), 2 вагові групи (ОП та АБО) та 4 групи дозування (включаючи контроль).
Забір крові та сечі. Зразки крові відбирали з бічної хвостової вени на вихідному рівні та через 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 3,0, 6,0 та через 24 години після дози 1, дози 7 та дози 14. Кров відбирали у 2 тварин (з тієї ж групи) з розподілом часу, наприклад, щур 1 у часових точках 0,25, 0,75 та 3,0 год, від щура 2 у 0,5, 1,0 та 6,0 год, а також у обох щурів на початковому та 24-годинному періодах момент часу. Сироватку відокремлювали від цільної крові і зберігали замороженою при -70 ° C до аналізу. Сечу відбирали шляхом утримання по 2 тварини на кожну оброблювану групу індивідуально в клітинах з метаболізмом протягом 24 год після дози 1, дози 3 та дози 5. Вимірювали об’єм сечі, а аліквоти зберігали замороженими при -70 ° C до проведення аналізу.