Efectele obezității și sexului asupra farmacocineticii antimicrobiene și asupra validării leziunilor renale acute
ABSTRACT
INTRODUCERE
Prevalența obezității în S.U.A. populația adultă este estimată la aproximativ 36% (1, 2). Această prevalență ridicată a obezității ar trebui să ridice îngrijorări cu privire la abordarea noastră actuală de dozare a medicamentelor, care include în general utilizarea dozelor fixe fixe (indiferent de greutate) și a dozelor bazate pe greutate și pe suprafața corporală (3). Dozarea pe bază de greutate este frecvent utilizată pentru a doza mai mulți agenți antimicrobieni (3). Dintr-o perspectivă toxicologică, utilizarea dozelor pe bază de greutate poate duce la supraexpunerea și toxicitatea medicamentelor datorită creșterilor neproporționale ale clearance-ului medicamentului cu greutatea corporală la adulții obezi (4). Mai exact, antimicrobienele precum aminoglicozidele, colistina, telavancina și vancomicina, care sunt dozate în greutate, au fost asociate cu leziuni renale acute (AKI) la persoanele obeze (5-8).
Dacă AKI indusă de medicament este legată de expunerea mai mare la medicamente la pacienții obezi datorită dozării pe bază de greutate, atunci poate fi necesară o paradigmă de dozare alternativă. Testarea acestei ipoteze la pacienți necesită un studiu clinic amplu conceput prospectiv, care este adesea provocator din punct de vedere etic, financiar și tehnic din cauza condițiilor comorbide existente care confundă evaluarea AKI indusă de medicamente. În consecință, modelele animale servesc ca o alternativă utilă pentru a testa efectele unei anumite abordări de dozare a medicamentelor asupra dezvoltării AKI. Șobolanul a servit în mod istoric ca un model important pentru testarea AKI indusă de droguri (9). Cu toate acestea, profilul toxicologic al majorității medicamentelor este adesea studiat la șobolanii masculi de o vârstă specificată, ceea ce duce la selectarea unui grup de animale cu o distribuție îngustă a greutății (9). În consecință, modelul standard de șobolan poate avea un potențial limitat de traducere clinică la pacienții de ambele sexe cu o distribuție mai mare a greutății (9, 10). Prevalența ridicată a obezității face ca această limitare în modelul nostru de toxicologie preclinică să fie o preocupare relevantă (1, 2).
În ultimii ani, au fost dezvoltate mai multe modele de obezitate la șobolani (11). Aceste modele includ în general modele de obezitate modificate genetic sau induse de dietă (11). Deși aceste modele au fost utilizate cu succes pentru a studia consecințele patologice ale obezității, ele nu au fost utilizate suficient pentru testarea toxicologică. S-a demonstrat că modelul de șobolan obez indus de dietă imită modificările funcției renale observate la obezitatea umană mai mult decât la modelele de șobolani modificate genetic (12). În plus, modificările funcției renale sunt cel mai adesea evaluate folosind creatinina biomarker endogenă, care poate să nu fie sensibilă la detectarea precoce a AKI (13). În ultimul deceniu, molecula de leziuni renale 1 (KIM-1) și lipocalina asociată cu gelatinaza neutrofilă (NGAL) au fost identificate ca biomarkeri endogeni sensibili ai AKI (13). Testele disponibile comercial sunt de asemenea disponibile acum atât pentru KIM-1, cât și pentru NGAL pentru uz clinic.
Luată împreună, există o oportunitate clară de a îmbunătăți potențialul translațional clinic al datelor toxicologice generate de șobolan prin (i) utilizarea animalelor de ambele sexe, (ii) evaluarea unei distribuții mai largi a greutății și (iii) detectarea AKI cu biomarkeri sensibili. Prin urmare, studiul actual a fost efectuat pentru a valida un model de obezitate la șobolani ca sistem de comparare a efectelor obezității și sexului asupra AKI indusă de droguri. Gentamicina a fost selectată ca medicament de testat, deoarece este administrată clinic în funcție de greutate și este asociată cu AKI care poate fi dependentă de sex (14, 15). Clearance-ul gentamicinei este, de asemenea, cunoscut ca fiind un surogat excelent al funcției renale și, prin urmare, reducerea clearance-ului acestuia datorită AKI poate servi drept marker surogat al toxicității (16, 17). În cele din urmă, majoritatea datelor originale generate în modele de șobolani și care sugerează diferențele legate de tulpină, sex și obezitate în toxicitatea aminoglicozidelor au fost anterioare utilizării programului de reproducere Standard Genetic Internațional (IGS) (14, 18-23). Prezentul studiu compară diferențele farmacocinetice, potențialul AKI și diferențele histopatologice ale gentamicinei la șobolani masculi și femele IGS (Charles River, Wilmington, MA) care erau predispuși la obezitate (OP) și rezistenți la obezitate (OR).
MATERIALE ȘI METODE
Animale. Toate procedurile de pregătire, monitorizare și recuperare a animalelor au fost aprobate de comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor înainte de inițierea studiului. Șobolanii OP și OR de ambele sexe au fost obținuți de la Charles River Laboratories (Troy, NY) și menținuți individual într-un vivariu controlat de climă la 21 ° C pe un ciclu de întuneric de 12 ore lumină/12 ore cu hrană și apă ad libitum. Detalii privind dezvoltarea acestei tulpini au fost revizuite (24). Pe scurt, linia OP și OR are un receptor de leptină complet funcțional și au fost dezvoltate dintr-o linie Crl: CD (SD). Obezitatea este indusă în acest model prin menținerea animalelor pe o dietă bogată în grăsimi. White și Lee au detaliat anterior sistemul pentru dezvoltarea și întreținerea sistemului de reproducere IGS Crl: CD (SD) (Charles River, Wilmington, MA) (24). Șobolanii aveau vârsta de 10 săptămâni la achiziție și șobolanii OP și OR au fost menținuți pe o dietă de 60% grăsimi (RD12492; Research Diets, New Brunswick, NJ) timp de 6 săptămâni. Animalele au fost cântărite în fiecare săptămână în timpul aclimatizării (inițiale 4 săptămâni) și zilnic în timpul fazei experimentale de dozare (ultimele 2 săptămâni).
Achiziția și dozarea medicamentelor. Pentru acest studiu a fost utilizat un singur lot (lotul 90-433-DK) de sulfat de gentamicină (injecție, USP; Hospira, Lake Forest, IL). A fost studiat un grup inițial de șobolani masculi (5 obezi și 5 slabi) cărora li s-a administrat o doză zilnică de 50 mg/kg greutate corporală, dar acest experiment a fost încheiat prematur din cauza morbidității (vezi Rezultatele). În consecință, cea mai mare doză testată a fost redusă cu 50%. Animalele au fost cântărite zilnic înainte de injecția intraperitoneală (ip) unică zilnică a trei grupuri de dozare pe bază de greutate cărora li s-a administrat gentamicină (12,5, 18,75 sau 25 mg/kg) și unui grup i s-a administrat ser fiziologic normal (martor, volumul dozei asociat) timp de 14 zile . Au fost studiați optzeci de șobolani, care au permis alocarea a 5 șobolani la fiecare dintre cele 16 grupuri posibile, compuse din 2 sexe (masculin și feminin), 2 grupe de greutate (OP și OR) și 4 grupuri de dozare (control inclus).
Prelevarea de sânge și urină. Probele de sânge au fost colectate din vena laterală a cozii la momentul inițial și 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 3,0, 6,0 și 24 de ore după doza 1, doza 7 și doza 14. Sângele a fost colectat de la 2 animale (din același grup) într-o manieră eșalonată în timp, de exemplu, șobolanul 1 la punctele de timp 0,25, 0,75 și 3,0 h, de la șobolanul 2 la punctele de timp 0,5, 1,0 și 6,0 h și de la ambii șobolani la momentul inițial și 24 de ore punct în timp. Serul a fost separat de sângele integral și depozitat congelat la -70 ° C până la analiză. Urina a fost colectată prin adăpostirea a 2 animale pe grup de tratament individual în cuști metabolice timp de 24 de ore după doza 1, doza 3 și doza 5. Volumul de urină a fost măsurat, iar alicote au fost depozitate congelate la -70 ° C până la efectuarea analizei.