Modelagem PK/PD do efeito anticancerígeno do etoposídeo em ratos com tumor de walker-256 utilizando concentrações livres intratumorais determinaas por microdiálise

Abstract

Objetivo: O objetivo do presente estudo foi descrever a relação entre as concentrações plasmáticas totais e livres tumorais do etoposídeo (ETO) e a inibição do crescimento do tumor observada em ratos Wistar portadores de tumor Walker- 256 (W256) utilizando a modelagem farmacocinética/farmacodinâmica (PK/PD). Métodos: Os procedimentos com animais foram aprovados no CEUA/UFRGS sob o número 22302. Os experimentos de farmacocinética foram realizados para determinar concentrações plasmáticas e livres em duas regiões do tumor sólido W256 através de microdiálise. Após a administração do ETO nas doses de 10 ou 20 mg/kg i.v. bolus em ratos Wistar portadores de tumor W256, amostras de sangue e microdialisado de tecido do centro e periferia do tumor foram coletadas simultaneamente, até 7 h pós-dose, para determinar o fator de penetração no tumor. Um método analítico por CLAE-UV foi desenvolvido e validado para quantificação do etoposídeo nas amostras de plasma e dialisado. Os experimentos de farmacodinâmica foram conduzidos em ratos portadores de tumor W256 que receberam ETO 5 e 10 mg/kg i.v. bolus uma vez ao dia por 8 e 4 dias, respectivamente. O volume dos tumores foram monitorados diariamente durante 30 dias. Análise não-compartimental dos dados de PK foi realizada no WinNonlin®. A modelagem dos dados PK e PK/PD foi realizada no Monolix®, utilizando abordagem populacional. Os dados PK/PD foram analisados usando o modelo Simeoni TGI modificado através da introdução de uma função Emax para descrever a relação nãolinear entre a concentração plasmática e tumoral e o efeito. Resultados e Discussão: O método por CLAE-UV foi desenvolvido e validado para quantificar as amostras de ETO em plasma e tecido. A penetração do ETO no tumor foi maior na periferia (61 ± 15 % e 61 ± 29 %) do que no centro do tumor (34 ± 6 % e 28 ± 11 %) após administração das doses 10 e 20 mg/kg, respectivamente (ANOVA, α = 0.05). Um modelo de 4 compartimentos compreendendo uma distribuição saturável (cinética de Michaelis-Menten) nos compartimentos tumorais a partir do compartimento central modelou simultaneamente os perfis de concentração-tempo do ETO em plasma e em ambas regiões do tumor. O modelo populacional PK/PD Simeoni TGI–Emax foi capaz de descrever o efeito antitumoral dependente do regime de administração do ETO utilizando concentrações totais plasmáticas ou livres no tumor, resultando em um maior k2max (potência máxima) para as concentrações livres (25,8 mL.μg-1.dia-1 - intratumoral vs. 12,6 mL.μg-1.dia-1 - plasma total). Conclusões: Os resultados mostram que a utilização das concentrações livres do fármaco no tumor para a modelagem PK/PD pode fornecer um melhor entendimento da relação farmacocinética e farmacodinâmica e melhoram a capacidade de previsão do modelo, considerando que a eficácia dos fármacos antineoplásicos no tratamento de tumores sólidos é dependente da capacidade do fármaco em se distribuir no tecido tumoral.

Objective: The aim of this study was to describe the relationship between total plasma and free interstitial tumor etoposide (ETO) concentrations and the drug tumor growth inhibition observed in a Walker-256 (W256) tumor-bearing Wistar rat model using the pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) modeling. Methods: The experiments with animals were approved by CEUA/UFRGS (protocol number 22302). Pharmacokinetic experiments were conducted to determine total plasma and free intratumoral concentrations in two regions of W256 solid tumor by microdialysis. After administration of ETO 10 or 20 mg/kg i.v. bolus to W256 tumorbearing Wistar rats, blood and tissue microdialysate samples from tumor center and periphery were simultaneously collected up to 7h to determine the tumor penetration factor. An analytical HPLC-UV method was developed and validated for quantification of ETO in plasma and microdialysate samples. The pharmacodynamic experiments were conducted in W256 tumor-bearing rats that received ETO 5 or 10 mg/kg i.v. bolus every day for 8 and 4 days, respectively. Tumor volumes were monitored daily for 30 days. Non-compartmental analysis of PK data was performed in WinNonlin®. The PK and PK/PD modeling by population approach were performed using Monolix®. PK/PD data were analyzed using a modification of Simeoni TGI model by introducing an Emax function to describe the nonlinear relationship between tumor and plasma concentrations and effect. Results and Discussion: The HLPCUV method was developed and validated to determine plasma and tissue samples of ETO. ETO tumor penetration was higher in the tumor periphery (61 ± 15 % and 61 ± 29 %) than center (34 ± 6 % and 28 ± 11 %) following 10 and 20 mg/kg doses, respectively (ANOVA, α = 0.05). A 4-compartment structural model comprising a saturable distribution (Michaelis-Menten kinetics) into the tumor compartments from the central compartment simultaneously described the ETO concentration–time profiles in plasma and both tumor regions. The PK/PD population Simeoni TGI–Emax model was capable of describing the schedule-dependent antitumor effects of ETO using total plasma or free tumor concentrations obtained in a W256-tumor bearing Wistar rat model, resulting in higher k2max (maximal potency) for free concentrations (25.8 mL.μg-1.day-1 - intratumoral vs. 12.6 mL.μg-1.day-1 total plasma). Conclusions: The results showed that the use of free intratumoral drug concentrations in the PK/PD modeling can provide a better understanding of the pharmacokinetics and pharmacodynamics relationship and improve the forecasting ability of the models considering that the efficacy of antineoplastic drugs in the treatment of solid tumors is dependent on the drug ability to distribute into the tumor.